Download DISPERSIM Profesional v1.0, sistema automatizado para el

Serie Oceanológica. No. 12, 2013
ISSN 2072-800x
DISPERSIM Profesional v1.0, sistema automatizado para el pronóstico de la
deriva de hidrocarburos en el mar
DISPERSIM Profesional v1.0, automated system for forecasting oil drift at sea
Raúl Rivero Monzón*, Libertad Rodas Fernández*
* Instituto de Oceanología, E-mail: [email protected]
Ave 1ra No. 18406 e/ 184 y 186, Rpto. Flores, Playa, La Habana, Cuba C.P. 11600
Resumen
El sistema DISPERSIM Profesional es un simulador de trayectoria y dispersión de hidrocarburos
en el mar, mediante el cual se obtiene el pronóstico de la trayectoria de un derrame de estos
compuestos. Posee una base de datos de 91 tipos de petróleo y sus propiedades fundamentales.
Calcula la evolución y trayectoria del derrame conociendo la posición, el volumen inicial vertido y la
velocidad del viento que incide sobre la superficie. DISPERSIM obtiene un modelo de los procesos
físicos que atraviesa el petróleo durante su dispersión y da seguimiento en tiempo real a un derrame
de hidrocarburos.
Abstract
DISPERSIM Professional system is a simulator of oil trajectory and dispersion at sea, by means of
which it is possible to forecast the trajectory of an oil spill. Its database includes 91 types of oil and
their main properties. The system calculates the evolution and trajectory of an oil slick knowing the
position, initial spill volume and wind speed incident on the surface. DISPERSIM obtains a model of
the physical processes influencing oil during its dispersion. It also allows real-time monitoring of an oil
spill.
Palabras clave: simulador, trayectoria, dispersión, hidrocarburos.
Keywords: simulator, trajectory, dispersion, oil.
INTRODUCCIÓN
El petróleo ha sido parte del medio ambiente de la Tierra desde hace miles de años.
Brotes naturales ocurren debido al movimiento de fallas geológicas y grietas en el fondo
oceánico, que salen a la superficie del mar formando manchas de varios milímetros de
espesor.
Los accidentes suponen apenas un 5 % del total de los hidrocarburos que anualmente
llegan al mar (El Día.es, 2002); sin embargo, son muy graves porque ocurren en lugares
muy próximos a las costas y aportan la descarga de una elevada cantidad de hidrocarburos
en un área relativamente pequeña, resultando intensamente afectados diversos
ecosistemas.
El Instituto de Oceanología de Cuba, como centro de investigaciones de las ciencias del
mar, dedica un grupo de científicos de diversas áreas al estudio y desarrollo de
herramientas para el enfrentamiento a los derrames de hidrocarburos. En el año 1996, se
desarrolló un software llamado DISPER (García, Rallo y Rodas, 1996) que permitía modelar
la trayectoria de un derrame de hidrocarburos. Con el avance de las nuevas tecnologías
informáticas, surge DISPERSIM como resultado de la actualización del antiguo sistema
1
Serie Oceanológica. No. 12, 2013
ISSN 2072-800x
DISPER. Este trabajo se enfoca en el diseño y desarrollo de un sistema automatizado que
favorezca el pronóstico de la dispersión de hidrocarburos en el mar y que, a la vez, es una
versión mejorada del antiguo sistema DISPER. El sistema constituye un modelo dinámico
que permite introducir la variación de la dirección y la velocidad del viento en tiempo de
ejecución, así como también permite la variación del intervalo de tiempo a analizar.
MATERIALES Y MÉTODOS
Se emplea el software Microsoft Visual Studio 2012 como entorno de desarrollo integrado
(IDE), utilizando el framework.net 4.5. Para la programación se empleó el lenguaje C#. Para
la correcta instalación del sistema se hace necesario tener una PC con sistema operativo
Windows XP o superior, 2 GB de memoria RAM como mínimo y un procesador Intel Core 2
Duo o superior y un monitor de 19 pulgadas o superior para garantizar una mejor
visualización de los mapas.
Se utiliza un modelo bidimensional en x, y (plano horizontal) con un enfoque
Lagrangeano y se basa en el estudio de las partículas individuales en el flujo. Utiliza el
viento como factor principal que provoca la deriva de la mancha, a la vez que incorpora
datos de las corrientes marinas. Calcula los diferentes procesos (evaporación y la
disolución) por los que transita el petróleo al caer al mar e incorpora una lista de 91 tipos de
petróleo.
Para este trabajo se utilizó una base cartográfica de mapas en formato ráster obtenidos a
través del software MapInfo (Sistema de Información Geográfica) a escala 1:500 000 para
Cuba completa y para distintas regiones de Cuba con una escala más detallada de 1:250
000.
La formulación matemática de este trabajo está basada en las ecuaciones de Fay, 1971
el cual desarrolló una teoría sobre las leyes del esparcimiento de la mancha de petróleo
considerando su paso por tres fases: inercial - gravitacional, viscosa - gravitacional y tensión
superficial - viscosa. Lehr et al. (1984) desarrolló una modificación a las fórmulas de
esparcimiento propuestas por Fay (1971), cuyo algoritmo es utilizado en el presente trabajo.
RESULTADOS
Descripción del sistema DISPERSIM (Sistema automatizado para el pronóstico de la
deriva de hidrocarburos en el mar)
La entrada de los datos se realiza mediante una ventana (figura 1) donde el usuario debe
introducir los siguientes datos:

Nombre del derrame

Color identificativo en el mapa

Tipo de derrame (instantáneo o continuo)

Posición inicial (grados, minutos, segundos)

Cantidad derramada (barriles, toneladas, m³)

Tipo de petróleo (obtenido de una base de datos local con 91 tipos)

Fecha y hora de inicio del derrame

Fecha y hora de finalizada la simulación
2
Serie Oceanológica. No. 12, 2013
ISSN 2072-800x
Figura 1. Entrada de datos de un derrame.
Figure 1. Oil spill data input.
En el panel derecho de la ventana principal (figura 2) el usuario tiene la opción de
introducir los datos generales del escenario a modelar, los cuales se especifican a
continuación:

Nombre del escenario

Ubicación del fichero de salida en el equipo local

Velocidad del viento (en m/s)

Dirección del viento (en grados)

Velocidad y dirección de la corriente

Temperatura del agua (en grados Celsius o Fahrenheit)

Intervalo de tiempo a analizar
3
Serie Oceanológica. No. 12, 2013
ISSN 2072-800x
Figura 2. Interfaz principal del sistema DISPERSIM.
Figure 2. Main interface of DISPERSIM system.
Los resultados de DISPERSIM Profesional se presentan en una carta digitalizada de
escala 1:500 000, donde se puede apreciar la trayectoria de la mancha (figura 3), también
se muestra información sobre la posición del centro de la mancha, la fecha y la hora, la
fracción de petróleo evaporada, la cantidad en toneladas, el radio de la mancha, la longitud
de la cola, el contenido de agua y las variaciones de la densidad y la viscosidad en cada
instante de tiempo.
El programa puede utilizarse en tiempo real, permitiendo variar los valores de la
velocidad y la dirección del viento, el intervalo de tiempo deseado y alterar la posición y
dimensiones de la mancha en caso de que se realicen observaciones que actualicen el
estado del derrame.
La opción (de retrospectiva) de estimar la posición y el volumen inicial de un derrame
introduce la posición actual, las dimensiones y la densidad de la mancha observada, la
dirección y la velocidad del viento y el tiempo que lleva derramado el crudo en el agua, en
caso de que se conozca este dato. Como resultado de esta opción se muestra en el mapa la
posible posición inicial donde ocurrió el derrame, su volumen inicial y la fecha aproximada
del comienzo del derrame. Además realiza una representación gráfica de la trayectoria del
derrame y permite cambiar los valores de entrada en tiempo de ejecución.
4
Serie Oceanológica. No. 12, 2013
ISSN 2072-800x
Figura 3. Sistema DISPERSIM llevando a cabo una simulación.
Figure 3. DISPERSIM system carrying out a simulation.
El sistema cuenta con una serie de reportes que brindan al usuario una salida de datos más
completa, algunos de los más significativos son:

Reporte general del pronóstico de trayectoria

Reporte general de los valores de procesos físico-químicos

Reporte específico de la fracción de petróleo evaporada (figura 4)
5
Serie Oceanológica. No. 12, 2013
ISSN 2072-800x
Figura 4. Reporte del índice de evaporación de un derrame.
Figure 4. Report of an oil spill evaporation index.
Aportes fundamentales del Sistema DISPERSIM Profesional
•
•
•
Constituye una nueva herramienta práctica, que permite dar seguimiento a uno o
varios derrames de hidrocarburo en el mar, en tiempo real.
Sirve de apoyo a tomadores de decisiones ante un derrame de hidrocarburos en el
mar por parte de organismos e instituciones involucrados en el manejo de la gestión
de riesgo de ocurrencia de este evento.
Sirve de herramienta a las empresas petroleras para incluirlo en los planes de
contingencia.
Principales ventajas del Sistema DISPERSIM Profesional


Puede ser utilizado en tiempo real.
Resulta factible su aplicación para el cálculo de la dispersión y evolución en aguas
oceánicas y cercanas a la costa.
Novedades del Sistema DISPERSIM con relación al antiguo Sistema DISPER





Permite introducir datos medidos de corrientes marinas cercanas a la costa
Sistema multiventana y multimonitor (mejoras en la visualización del área de trabajo).
Sistema multi-escenario (modelación de varios derrames simultáneamente).
Evaluación de riesgos.
Sistema de alerta automático.
6
Serie Oceanológica. No. 12, 2013
ISSN 2072-800x
Validación
Las validaciones del sistema se realizaron comparando las salidas gráficas de trayectoria
de DISPERSIM con las del software GNOME (National Oceanic and Atmospheric
Administration [NOAA], 2013). Se corrieron los dos sistemas con los mismos datos de
entrada, estos datos son los siguientes:
- derrame al norte de Cayo Fragoso de 15 000 barriles de crudo,
- viento con 7.7 m/s (15 nudos) de intensidad y en dirección noreste,
- temperatura del agua de 26 C°,
- tiempo de duración de la simulación de 72 horas.
Y estos fueron los resultados de las modelaciones:
Figura 5. Pronóstico de trayectoria calculado por DISPERSIM Profesional.
Figure 5. Forecasted trajectory calculated by DISPERSIM Profesional.
7
Serie Oceanológica. No. 12, 2013
ISSN 2072-800x
Figura 6. Pronóstico de trayectoria calculado por GNOME.
Figure 6. Forecasted trajectory calculated by GNOME.
Como se aprecian en las figuras 5 y 6, las trayectorias pronosticadas por ambos sistemas
resultaron bastante parecidas. En ambos modelos quedó reflejado que el hidrocarburo al
cabo de 72 horas entró y tocó tierra por el extremo occidental del cayo.
Por otra parte, se analizó el pronóstico de los procesos físicos que atraviesa el petróleo
durante su dispersión, para este análisis se compararon las salidas de DISPERSIM con el
software ADIOS (NOAA, 2012), utilizándose los datos de entrada anteriores. Los resultados
arrojados por ambos sistemas coinciden bastante, con solo un 5% de diferencia entre una
salida y otra.
REFERENCIAS
El Día.es (16 de Noviembre de 2002). El 52 por ciento de la contaminación del mar por
hidrocarburos procede de tierra. El Día.es. Obtenido de: http://eldia.es/20021116/VIVIR/8-ciento-contaminacion-mar-hidrocarburos-procede-tierra.htm
Fay, J. A. (1971). Physical Processes in the Spread of Oil on a Water Surface. International
Oil Spill Conference Proceedings: June 1971, Vol. 1971, No. 1, pp. 463-467.
García, G., Rallo, M., & Rodas, L. (1996). Sistema DISPER para el cálculo de pronóstico de
deriva de hidrocarburos en el mar. IV Taller de la Cátedra de Medio Ambiente.
Contribución a la Educación y Protección Ambiental, La Habana, Cuba.
Lehr, W. J., Cekirge, H. M., Fraga, R. J., & Belen, M. S. (1984). Empirical studies of the
spreading of oil spills. Oil and Petrochemical Pollution 2, 7–12.
NOAA. (2012). ADIOS®2. NOAA’s National Ocean Service. Office of Response and
Restoration. Obtenido el 10 de Julio de 2012 de: http://response.restoration.noaa.gov/
adios
8
Serie Oceanológica. No. 12, 2013
ISSN 2072-800x
NOAA. (2013). GNOME - General NOAA Oil Modeling Environment. NOAA Office of
Response and Restoration. Obtenido de: http://response.restoration.noaa.gov/oil-andchemical-spills/oil-spills/response-tools/gnome.html
Recibido: enero de 2013.
Aceptado: agosto de 2013.
9