Gigantes de la Ciencia Instituto de Hidráulica de Cantabria: descubriendo el poder del agua

El Gran Tanque de Ingeniería Marina de IH Cantabria es un simulador de ríos, costas, mares y océanos, una Instalación Singular dedicada a descubrir y entender el poder del agua en el planeta

El agua es la cuna de la vida y la clave para la supervivencia de nuestra especie. ¿Pero cómo funciona el agua? Si queremos aprovechar mejor y conservar nuestros ríos, mares y océanos, tenemos que estudiar el agua. Bienvenidos al Instituto de Hidráulica Ambiental de la Universidad de Cantabria.

“En el instituto todo gira alrededor del agua”, explica Raúl Medina, director de IH Cantabria “Nos dedicamos al agua desde que llueve, va por el río, llega un estuario, va al mar, llega a la costa, en el offshore, y todo lo que está dentro del agua: calidad, derrames de hidrocarburos, etc. También todo lo que envuelve al agua: una cuenca, una zona costera… Aquí realizamos estudios de inundaciones, de riesgos de tsunamis, de diseño de playas, de diseño de puertos, de estructuras offshore, de generación de energías marinas. Todo lo que tenga que ver con el agua lo hacemos dentro del Instituto”.

Este instituto en Santander alberga una instalación singular el gran tanque de ingeniería marina. Con estas máquinas se pueden simular olas, viento y corrientes. El ingeniero Álvaro Álvarez es su responsable: “Tenemos un vaso, una especie de piscina o tanque que tiene 32 metros de ancho por unos 24 de largo y hasta tres metros y medio de profundidad. Con tres metros y medio ya estaríamos en el límite para poder hacer algún tipo de ola”.

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Generadores de olas, corrientes y viento

El tanque tiene capacidades para poder reproducir los tres fenómenos principales que se dan en el océano y en la costa: el oleaje, las corrientes y el viento. “Disponemos de un generador de oleaje con 64 palas que mueven la columna de agua y generan una ola que luego impacta contra una estructura, un flotante, o lo que corresponda”, aclara Álvarez. “Tenemos también un nivel por debajo de ese tanque en el cual hay alojados hasta 12 generadores de corrientes que nos permiten poner en impulsión el agua, simulando las corrientes marinas. Y además disponemos de diferentes medios y diferentes técnicas para poder reproducir vientos”.

Las olas se generan con unas enormes palas que, junto con el resto del equipamiento, fueron construidas por la empresa española VTI. Su responsable de ventas, Jesús Fernández, resume sus características: “Son capaces de generar fuerzas de hasta una tonelada. Es muchísima fuerza, y las olas pueden llegar a tener un metro de altura. En este tipo de instalaciones no es muy habitual llegar a esos valores. Siempre se trabaja todo a escala. Una ola de un metro de altura a escala real pueden ser olas de diez o doce metros en el mar, que ya son unas señoras olas”.

Según Raúl Medina “hay un problema de escala, porque podríamos decir oye, pues no necesitas un tanque tan grande, podría ser más chiquitín. Pero si lo hacemos demasiado pequeño hay fuerzas, como la tensión superficial, que a escala muy pequeña llegan a ser importantes. De ahí la necesidad de hacer grandes tanques, de hacer simulaciones a escala, pero los más grandes posibles. El tanque que tenemos aquí en nuestras instalaciones es el cuarto más grande de Europa y dentro de los 15 más grandes del mundo”.

Ríos y energía eólica en el agua

Una instalación como el gran tanque de ingeniería marina atrae a investigadores de todo el mundo y a empresas constructoras que vienen a probar sus prototipos antes de montarlos en su emplazamiento final. Álvaro Álvarez tiene algunos casos especiales: “En el caso del río Danubio, era la construcción de un puente en Bratislava y querían comprobar que la pila del puente no iba a verse sometida a ningún tipo de socavación por las corrientes. Allí a veces se dan avenidas, tiene una red de presas que regulan ese caudal, pero que en ocasiones no queda más remedio que abrir porque hay un rebase. En ese momento puede llegar a arrastrar toda la maleza, toda la basura que se acumula en el cauce del río. Una de las preocupaciones es: ¿qué pasa si llega todo eso a la pila del puente y se empieza a acumular? ¿Va a ofrecer algún tipo de resistencia? ¿Puede llegar a arrastrar el puente? Todo eso se llega a ensayar aquí”.

El edificio de IH Cantabria que alberga el Gran Tanque

Una buena parte de la energía limpia del futuro, y del presente, depende del viento. Los aerogeneradores marinos tienen muchas ventajas, pero antes de poner una estructura tan grande flotando en el mar, hay que probarla. De esto sabe mucho el responsable del grupo de Energías Marinas, Raúl Guanche: “La intensidad del viento es más elevada en el entorno marino porque no hay orografía, no hay montañas. Eso lo que provoca es que las turbinas produzcan más y mejor. Por otro lado, un parque eólico no deja de ser un elemento que distorsiona el medio. Podemos conseguir un menor impacto que la que tenemos en tierra ahora mismo”.

Las características de la costa española hacen que los aerogeneradores flotantes sean la aplicación estrella en IH Cantabria. “España no tiene plataforma continental y eso nos obliga a ir a soluciones flotantes ancladas al fondo mediante sistemas de fondeo”, explica Guanche. “El reto principal es que tenemos que ser capaces de entender el comportamiento dinámico de una estructura como esta en la que actúan todos los agentes al unísono: el oleaje, las corrientes y el viento. En IH Cantabria hemos sido capaces de desarrollar técnicas experimentales que nos permiten modelar en laboratorio, de una manera acoplada, la interacción del viento con la estructura de la turbina, incluido su sistema de control. Por último, también simulamos cómo asegurar que esa estructura permanezca fija en su sitio en el parque eólico a través de un sistema de fondeo. Una instalación como esta reduce los riesgos de ingeniería y abarata los costes”.

El gemelo digital del Gran Tanque

Poner en marcha y operar un tanque de estas dimensiones es muy caro y complejo. Por eso el IH Cantabria dispone de un superordenador con un gemelo digital, es decir, un modelo matemático que permite hacer una simulación virtual antes de poner los prototipos en el agua. El responsable de este modelado es el experto en dinámica de fluidos computacional, Javier López Lara: “El uso del gemelo digital sobre los ensayos de laboratorio nos permite mejorar los modelos numéricos y el uso del laboratorio nos permite mejorar la ejecución de las variables físicas sobre el gemelo digital, es decir, que es una complementariedad. A lo largo de los años hemos ido mejorando las dos partes: el gemelo digital ha permitido que los ensayos de laboratorio tengan más calidad, modifiquemos las metodologías experimentales, y el uso del laboratorio ha permitido que el gemelo digital mejore esos modelos matemáticos que representan el movimiento del fluido en la interacción con las estructuras”.

Preparación de una estructura para su colocación en el tanque.

El cambio climático hace que las olas, las mareas, las corrientes y los vientos se comporten de manera impredecible y extrema. Una de las misiones del IH Cantabria es comprender cómo la propia naturaleza marina nos puede proteger de estos fenómenos climáticos. Javier López Lara es además el responsable del Grupo de Riesgos Climáticos, Adaptación y Resiliencia: “Yo creo que para luchar contra el cambio climático, aparte de las medidas de mitigación, necesitamos medidas de adaptación en la costa. Muchas de esas medidas de adaptación requieren ideas nuevas, pero muchas de las investigaciones existentes ahora mismo están basadas en ideas muy convencionales. Creo que tenemos que abrir la mente a ideas un poco más novedosas, más interdisciplinares, que nos permitan utilizar soluciones que combinen, por ejemplo, ecosistemas costeros con soluciones artificiales u otro tipo de soluciones que ahora mismo no están estudiadas y que finalmente podamos tener un portfolio de opciones para buscar cuál es la más efectiva”.

Simular las praderas marinas

Raúl Medina explica que “Aquí se ha hecho la simulación de la disipación del oleaje por pasto marino, pero con vegetación de verdad. Primero se plantaron 300.000 semillas de plantas, se germinaron, se hicieron crecer, se llevaron al laboratorio y se simuló cómo las olas progresan por encima de esos pastos, de esa vegetación, y cómo se disipaban. Fue el primer ensayo que se ha hecho en el mundo de esas características”.

La vida que hay bajo el agua, las praderas submarinas, las marismas, manglares y arrecifes de coral son una barrera natural que protege las costas y a las personas que viven en ellas. Una vida que depende de que el agua de los ríos llegue al mar. Nos lo explica la investigadora María Maza. “Mi línea de investigación está ligada al estudio de soluciones basadas en la naturaleza para protección costera y adaptación al cambio climático. Un ejemplo muy claro que todo el mundo en España conocerá es la posidonia oceánica. Estas fanerógamas, plantas submarinas que crecen en zonas submareales, es decir, debajo del nivel de medio del agua, hacen disminuir la energía del flujo, esto quiere decir que las olas y las corrientes, cada vez más extremas, tienen una energía que al pasar por estos ecosistemas se disipa”.

Simulación de pradera con posidonias en el Tanque.

La función de protección de las praderas y otras plantas marinas no se queda ahí: “Además, estos ecosistemas crean suelo. Atrapan el sedimento al disminuir la velocidad del flujo, este sedimento decanta y se queda ahí atrapado. Además crean materia orgánica que hace que este nivel aumente”, aclara Maza.

Estos sistemas son muy delicados, y lo que ocurre en los ríos les afecta enormemente: ”Lo que no se pueden realizar son acciones locales sin pensar en el impacto regional y global”, enfatiza Maza. “Si construimos una presa y ya no hay caudal de río que vierta el estuario, el aporte de agua dulce que hay en esa zona desaparecería. Si desaparece, desaparecen todos los ecosistemas que viven en esa zona. ¿Por qué? Porque esos ecosistemas viven gracias a el aporte doble de agua dulce y agua salada. Si no hay agua dulce, no sobrevivirían”.

El océano protector

Proteger las aguas del planeta es cada vez más importante porque son los ríos, mares y océanos los que nos están protegiendo ahora mismo de las peores consecuencias del cambio climático, Algo que sabe muy bien el director científico Iñigo Losada: “La gente entiende perfectamente que somos un planeta azul por la importancia que tienen los océanos. En materia de cambio climático, si no fuera por el océano, realmente ahora estaríamos en una situación bastante desastrosa, porque el océano está absorbiendo la mayor parte del CO2 que nosotros estamos emitiendo, y además está absorbiendo la mayor parte del calor que por efecto invernadero está volviendo a la Tierra. Tiene un papel de regulador que es esencial para que mantengamos el clima dentro de un orden”.

“Pero es que además, el océano nos presta una cantidad de servicios ecosistémicos en general enormes”, prosigue Losada. “No solo como regulación del clima, sino en las pesquerías, el ocio o el transporte. Nosotros el océano no lo estudiamos por capricho, sino porque realmente la función que cumple en el planeta y la función que cumple para la sociedad es enorme. Y cada vez nos estamos dando más cuenta, lo cual puede ser un problema con todo el desarrollo de la economía azul, que lo que trata es de explotar los recursos que nos da el océano, que es la última frontera que nos queda por explorar, pero tratando de que esa explotación sea lo más sostenible posible”.

“Estamos acostumbrados a ir a la playa, a disfrutar de la costa, pero la mayor parte de la gente no entiende ni por qué sube, ni baja la marea, ni por qué vienen las olas de una dirección o vienen de otras”, lamenta Losada. “Es algo que estamos habituados a ver, pero no reflexionamos sobre cuáles son las causas de ello. Y por eso muchas veces, cuando se hacen iniciativas en la costa o en el océano, nuestra capacidad de valorarlas no es la adecuada, porque conocemos el medio, pero desconocemos los procesos fundamentales y las implicaciones de lo que se va a hacer. Yo creo que todo lo que sea conocer más y transferir ese conocimiento a la sociedad y comunicarlo adecuadamente es fundamental”, concluye.

Este gigante de la ciencia de Cantabria nos obliga a una reflexión La próxima vez que abras el grifo o te bañas en el mar, piensa en todo lo que el agua significa para la vida, incluyendo la tuya.

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