El Compás Satelitario y propuesta de un prototipo de bajo ...

El Compaacutes Satelitario Ernesto Martiacutenez de Carvajal Hedrich

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El Compaacutes Satelitario y propuesta de

un prototipo de bajo coste

TFC Licenciatura en Navegacioacuten y Transporte

mariacutetimo de la FNB

Autor Ernesto Martiacutenez de Carvajal Hedrich

- Diplomado en Navegacioacuten y Transporte Mariacutetimo

- Teacutecnico Superior en Navegacioacuten Pesca y Transporte Mariacutetimo

- Teacutecnico Superior Informaacutetico

- Piloto de segunda de la Marina Mercante

- Patroacuten de Altura de la Marina Mercante

- Comisario de Averiacuteas


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Iacutendice

1- Introduccioacuten 3

2- Evolucioacuten de los equipos de medicioacuten de rumbo 4

21- Queacute es el rumbo 4

22- Equipos de medicioacuten del rumbo 7

221- El compaacutes magneacutetico 8

222- Bitaacutecora 15

222- El girocompaacutes 16

223- El GPS 19

224- El Compaacutes fluxgate 27

225- El compaacutes satelitario 30

226- Progresioacuten tecnoloacutegica 30


31- Componentes 37

311- La antena 38

312- El receptor de la sentildeal de correccioacuten diferencial 39

313- El procesador 41

314- La unidad de visualizacioacuten 41

4- Construccioacuten de un prototipo de bajo coste 49

41- CPU de LEGO 53

42- Sensores dGPS de Dexter Industries 54

43- Piezas varias de LEGO 58

44- El programa 59

5- Costes 62

6- Conclusiones 65

7 Anexos 67

71- Folleto del girocompaacutes GC85 de Simrad 67

72- Folleto del compas satelitario SC-110 de Furuno 69

8- Fuentes de informacioacuten 74


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1- Introduccioacuten

Este trabajo de fin de carrera de los estudios de Licenciatura en Naacuteutica y Transporte

mariacutetimo versa sobre un dispositivo de medicioacuten de rumbo de reciente aparicioacuten

denominado Compaacutes Satelitario Como veremos a lo largo del mismo la tecnologiacutea

utilizada por este dispositivo ndash el GPS- en modo alguno puede considerarse novedosa

aunque siacute lo es el uso que se le ha dado Por ese motivo considero mucho maacutes

apropiada su denominacioacuten inglesa GPS Compass

El trabajo consta de los siguientes apartados

Introduccioacuten

Evolucioacuten de los equipos de medicioacuten de rumbo

El compaacutes satelitario

Construccioacuten de un prototipo de bajo coste

Conclusiones

Fuentes de informacioacuten


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2- Evolucioacuten de los equipos de medicioacuten de rumbo

21- Queacute es el rumbo

Empezaremos por definir lo que se entiende por rumbo obviamente dentro del

mundo de la naacuteutica Seriacutea absurdo pretender inventar una nueva definicioacuten para un

concepto tan conocido por los navegantes por lo que reproducimos lo que puede

encontrarse en cualquier libro de naacuteutica

En navegacioacuten se define el rumbo como el aacutengulo medido en el plano horizontal

entre el norte y la direccioacuten de avance del barco medido en ciacuterculo es decir de 0ordm a

360ordm

El rumbo se expresa siempre con tres diacutegitos y si es necesario se antildeaden ceros a la

izquierda Asiacute al decir rumbo 028ordm se evitan errores de interpretacioacuten evitando la

confusioacuten con rumbo 128ordm o 228ordm

Anteriormente el rumbo se expresaba en cuadrantal por referencia a un cuadrante

de la rosa naacuteutica rumbo S 30ordm E significa 30 grados hacia el este contados desde el

sur lo que equivale a rumbo circular 150ordm Hoy en diacutea este formato no es el utilizado

habitualmente en la marina mercante

En la propia definicioacuten se incluye un concepto que requiere un breve anaacutelisis puesto

que como veremos de eacutel se derivan diferentes tipos de rumbo Nos referimos al

ldquoNorterdquo el cual tambieacuten encontramos profusamente definido en libros de navegacioacuten

El norte es el punto cardinal que indica sobre un meridiano la direccioacuten al Polo

Norte

Se trata por lo tanto de uno de los cuatro puntos cardinales y estaacute situado

diametralmente opuesto al Polo Sur En el hemisferio norte se corresponde con el

punto del horizonte cuya perpendicular pasa aproximadamente por la Estrella Polar

No obstante el primer elemento utilizado para medir rumbos fue el compaacutes o aguja

magneacutetica la cual se orienta hacia el norte magneacutetico que no tiene porqueacute coincidir

con el polo norte motivo por el cual ya tenemos dos posibles adjetivos para este

Norte

Norte verdadero

Es el que se corresponde con el Polo Norte geograacutefico


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Norte magneacutetico

Es la direccioacuten que sentildeala la aguja imantada de una bruacutejula que no tiene

porqueacute coincidir con la del Polo Norte geograacutefico Es diferente en cada zona del

planeta y la diferencia entre el norte verdadero y este se conoce como

declinacioacuten magneacutetica Por otro lado se ha de tener en cuenta que dado que el

campo magneacutetico terrestre es generado por el nuacutecleo de ferrita existente en en

interior de la Tierra y que dicho nuacutecleo gira ldquolibrementerdquo con respecto a ella el

norte magneacutetico variacutea su posicioacuten (aunque a efectos praacutecticos se considera que

cambia cada antildeo)

Por otro lado el compaacutes o aguja magneacutetica instalada a bordo de un buque se

encuentra afectado por los elementos metaacutelicos del mismo lo que genera un desviacuteo

que depende del rumbo del buque y que podemos conocer a traveacutes de la ldquotablilla de

desviacuteosrdquo Esto genera un tercer posible adjetivo para el teacutermino Norte

Norte de aguja

Es la direccioacuten que sentildeala la aguja imantada de una bruacutejula instalada a bordo

de un buque y que no tiene porqueacute coincidir con el norte magneacutetico

Esta seriacutea la representacioacuten graacutefica de los tres tipos de norte que hemos comentado


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Asiacute pues dado que en la definicioacuten de rumbo nos referimos a ldquoaacutengulo formado entre el

norte y la direccioacuten de avancerdquo nos aparecen nuevos conceptos en base que hagamos

referencia al norte verdadero magneacutetico o de aguja

Rumbo verdadero

Es el aacutengulo formado entre el norte verdadero y la direccioacuten del buque Es el

rumbo que podemos medir en las cartas o mediante equipos que no se vean

afectados ni por la declinacioacuten magneacutetica ni por el desviacuteo de aguja

Rumbo magneacutetico

Es el aacutengulo formado entre el norte magneacutetico y la direccioacuten del buque

Rumbo de aguja

Es el aacutengulo formado entre el norte de aguja y la direccioacuten del buque Es el

utilizado por el timonel cuando gobierna haciendo uso de la aguja

Esta seriacutea la representacioacuten graacutefica de los tres tipos de rumbo


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Vamos a ver seguidamente los equipos utilizados para medir este rumbo y la evolucioacuten

que han tenido

22- Equipos de medicioacuten del rumbo

Entre los diferentes equipos de medicioacuten de rumbo podemos citar

El compaacutes magneacutetico

El girocompaacutes

El GPS

El Compaacutes fluxgate



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221- El compaacutes magneacutetico Un compaacutes es el nombre geneacuterico que recibe el instrumento empleado para

determinar direcciones a bordo de un barco Su funcionamiento se basa en la bruacutejula

por lo que empezaremos por hablar de este elemento

La bruacutejula es un instrumento que sirve para orientarse en relacioacuten al norte y que tiene su fundamento en la propiedad de las agujas magnetizadas Por medio de una aguja imantada sentildeala el Norte magneacutetico el cual como ya vimos es diferente para cada zona del planeta y distinto del Norte geograacutefico Utiliza como medio de funcionamiento el magnetismo terrestre La aguja imantada indica la direccioacuten del campo magneacutetico terrestre apuntando hacia los polos norte y sur

Como veremos maacutes adelante a lo largo de la historia han ido surgiendo sistemas de

navegacioacuten maacutes avanzados y completos (GPS) que brindan maacutes informacioacuten y

precisioacuten sin embargo la bruacutejula auacuten es muy popular en actividades que requieren

alta movilidad o que impiden debido a su naturaleza el acceso a energiacutea eleacutectrica de

la cual dependen los demaacutes sistemas

Antes de la creacioacuten de la bruacutejula la direccioacuten en mar abierto se determinaba con la

posicioacuten de los cuerpos celestes Algunas veces la navegacioacuten se apoyaba con el uso de

sondas para hacerse una idea de la proximidad de la costa Las dificultades principales

que se presentaban con el uso de estos meacutetodos eran las aguas demasiado profundas

para el uso de sondas y que muchas veces el cielo estaba demasiado nublado o el

clima era muy neblinoso La bruacutejula se usaba principalmente para paliar estos


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problemas por lo que culturas que no los padeciacutean adoptaron poco el uso de dicho

instrumento Tal es el caso de los aacuterabes que generalmente contaban con cielos

despejados al navegar el Golfo Peacutersico y el Oceacuteano Iacutendico Por su parte los marineros

del relativamente poco profundo Mar Baacuteltico hicieron uso extensivo de las sondas El

astrolabio antigua invencioacuten griega tambieacuten ayudaba en la navegacioacuten

Se cree que la bruacutejula fue inventada en China aproximadamente en el siglo IX e

inicialmente consistiacutea en una aguja imantada flotando en una vasija llena de agua

Concretamente Joseph Needham atribuye la invencioacuten de la bruacutejula a China en Science

and Civilization in China (Ciencia y Civilizacioacuten en China) pero debido a que existen

desacuerdos en la fecha de aparicioacuten del artefacto es apropiado considerar literatura

antigua que hace referencia a su posible existencia

La maacutes antigua referencia al magnetismo en la literatura china se encuentra en un libro del siglo IV llamado Libro del jefe del valle de los demonios (hasta ahora -julio de 2009 d C- maacutes conocido por su transcripcioacuten al ingleacutes como Book of the Devil Valley Master) La magnetita hace que el hierro venga o lo atrae Tambieacuten es habitual la expresioacuten de que la ldquomagnetita convoca al hierrordquo

La primera mencioacuten de la atraccioacuten magneacutetica de una aguja se encuentra en un libro

chino escrito entre los antildeos 20 y 100 (Louen-heng) Una magnetita atrae una aguja

En 1948 Wang Tchen-touo intentoacute construir una bruacutejula en forma de cuchara que

apuntaba hacia el sur basaacutendose en el texto Sin embargo apuntoacute que no hay

ninguna mencioacuten expliacutecita de un magneto en el Louen-heng y que se deben asumir

algunas hipoacutetesis para poder llegar a alguna conclusioacuten

La primera referencia un tanto discutida a un dispositivo magneacutetico usado como

sentildealador de direcciones estaacute en un libro de la Dinastiacutea Song con fechas de 1040-44

Alliacute se encuentra una descripcioacuten de un pez que sentildeala al sur en un tazoacuten de agua


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que se alineaba a siacute mismo hacia el sur En el escrito el objeto se recomienda como

meacutetodo de orientacioacuten en la oscuridad de la noche No hay sin embargo ninguna

mencioacuten a su uso en navegacioacuten ni de coacutemo el pez fue magnetizado A este respecto

mencionar que es posible construir una especie de bruacutejula haciendo uso de una

tortuga dada la capacidad de esta de orientarse en el campo magneacutetico terrestre

La primera referencia indiscutible a una aguja magnetizada en escritos chinos aparece

en 10867 El ldquoEnsayo del tesoro de los suentildeosrdquo escrito por Shen Kuo de la dinastiacutea

Song conteniacutea una descripcioacuten detallada de coacutemo los geomantes magnetizaron una

aguja frotando su punta con magnetita y colgando la aguja magneacutetica con una fibra de

seda con un poco de cera pegada en el centro de la aguja Shen Kuo sentildealoacute que una

aguja preparada de este modo algunas veces apuntaba hacia el norte y otras hacia el

sur

Como curiosidad mencionar que las antiguas bruacutejulas chinas eran utilizadas en el

marco conjunto de la magia y de la ciencia y la protociencia ndash la ciencia especulativa-

por ejemplo la bruacutejula magneacutetica es un instrumento fundamental en la geomancia -

meacutetodo de adivinacioacuten que interpreta marcas en el suelo o cualquier patroacuten que se

forme a partir de arrojar un puntildeado de piedras arena o tierra- y el feng shui las

bruacutejulas chinas tradicionales para el feng shui en lugar de los puntos cardinales (N-E-S-

WOacute) suelen tener por marco los hexagramas binarios del I Ching es decir tales

bruacutejulas chinas estaacuten en el centro del diagrama llamado Pa Kua y el punto cardinal que

suelen utilizar de referencia es el Sur ya que para la tradicioacuten China el Norte era

nefasto (por el friacuteo se asociaba a la muerte) y por oposicioacuten el Sur era (como el Este)

fasto o bienaventurado (de alliacute consideraban que veniacutea el calor y con ello la vida)

Existe un gran debate acerca de queacute ocurrioacute con la bruacutejula tras su aparicioacuten en China y

la forma con la que se propagoacute por el resto del mundo Diferentes teoriacuteas incluyen

Viaje de la bruacutejula desde China hasta el Medio Este a traveacutes de la Ruta de la

Seda y luego a Europa


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Transferencia directa de la bruacutejula de China a Europa y luego de Europa al

Medio Este

Creacioacuten independiente de la bruacutejula en Europa y luego paso de eacutesta al Medio

Este

Las dos uacuteltimas teoriacuteas se basan en evidencias de aparicioacuten de la bruacutejula en trabajos

europeos antes que en araacutebigos La primera mencioacuten europea de una aguja

magnetizada y su uso entre marineros ocurre en ldquoDe naturis rerumrdquo (Las cosas

naturales) de Alexander Neckam probablemente escrito en Pariacutes en 1190 Otra

evidencia para esto incluye la palabra aacuterabe para bruacutejula (al-konbas) similar al

kompass o compass de las lenguas germaacutenicas posiblemente derivada de la palabra

italiana compasso por la forma circular de la caja de la bruacutejula

En el mundo aacuterabe la maacutes temprana referencia al dispositivo se encuentra en El libro

tesaurus de los mercaderes (conocido por su transcripcioacuten al ingleacutes como The Book

of the Merchants Treasure) escrito en aacuterabe por Baylak al-Kibjaki en El Cairo en 1282


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Extraiacutedo del libro ldquoTWO EARLY ARABIC SOURCES ON THEMAGNETIC COMPASSrdquo de Petra G Schmidl

Dado que el autor describe haber presenciado el uso de una bruacutejula en un viaje en

barco 40 antildeos antes algunos eruditos se inclinan a anteceder la posible fecha de

aparicioacuten del objeto consecuentemente Tambieacuten hay una mencioacuten musulmana a una

bruacutejula con forma de pez de hierro en un libro persa de 1232

En Europa la bruacutejula o compaacutes magneacutetico es oficialmente conocida desde el

Renacimiento inicialmente se creyoacute que obraba por brujeriacutea de alliacute su nombre maacutes

comuacuten que es un diminutivo de bruja desde fines de la Edad Media y hasta

aproximadamente mediados del siglo XIX se creyoacute que la aguja imantada apuntaba

hacia el Polo Norte y se creiacutea que esto ocurriacutea porque -se suponiacutea- existiacutea en el Polo

Norte una gigantesca montantildea de hierro o de magnetita en medio de una isla

(imaginaria) a la que se llamoacute Rupes Nigra Lo maacutes curioso es que seguacuten parece esta

creencia supersticiosa logroacute una gran difusioacuten a pesar de que aparecioacute en un libro

titulado ldquoInventio Fortunatardquo de autoriacutea incierto lo que demuestra que los bulos ya

lograban en aquellos remotos antildeos una gran notoriedad aun careciendo de Internet

La bruacutejula seca fue inventada en Europa alrededor del antildeo 1300 Este artilugio consta

de tres elementos una aguja magnetizada una caja con cubierta de vidrio y una carta

naacuteutica con la rosa de los vientos dibujada en una de sus caras La carta se adheriacutea en

la aguja que a su vez se encontraba sobre un eje de forma que podiacutea rotar libremente

Como la bruacutejula se poniacutea en liacutenea con la quilla del barco y la carta giraba siempre que

el barco cambiaba de direccioacuten el aparato indicaba en todo momento el rumbo que

llevaba el barco A pesar de que el sistema de agujas en cajas ya habiacutea sido descrito por


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el erudito franceacutes Peter Peregrinus en 1269 fue el italiano Flavio Gioja piloto marino

originario de Amalfi quien perfeccionoacute la bruacutejula de navegacioacuten suspendiendo la aguja

sobre la carta naacuteutica daacutendole al aparato su apariencia familiar Ese modelo de

bruacutejula con la aguja atada a una tarjeta rotatoria tambieacuten se describe en un

comentario de la Divina Comedia de Dante (1380) y en otra fuente se habla de una

bruacutejula portaacutetil en una caja (1318) soportando la nocioacuten de que la bruacutejula seca era

conocida en Europa por esa eacutepoca

Monumento a Flavio Giogia en Amalfi (Italia)

Volviendo al mundo de la naacuteutica dejamos la bruacutejula en su espacio natural la tierra

para seguir hablando del compaacutes

El primer escrito que hace alusioacuten al uso de una aguja magnetizada en navegacioacuten es el

libro ldquoCharlas de la mesa de Pingzhourdquo (por ahora maacutes conocido fuera de China por su

transliteracioacuten al ingleacutes como Pingzhou Table Talks de Zhu Yu con fecha del antildeo 1117

El navegante conoce la geografiacutea eacutel observa las estrellas en la noche observa el sol

en el diacutea cuando estaacute oscuro y nublado eacutel observa la bruacutejula Esto por supuesto

habriacutea recibido una valiosa ayuda del descubrimiento de Shen Kuo del concepto del

norte verdadero la declinacioacuten magneacutetica hacia el polo norte magneacutetico


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El primer uso de una bruacutejula de navegacioacuten de 48 posiciones en el mar estaacute mencionado en un libro titulado Las aduanas de Camboya escrito por Zhou Daguan diplomaacutetico de la dinastiacutea Yuan En este libro se describe su viaje en 1296 desde Wenzhou hasta Angkor Thom donde un marinero tomoacute una direccioacuten de la aguja de ding wei equivalente a 225deg SO Luego de arribar en Baria el marinero tomoacute un dato de la Aguja (bruacutejula) de Kun Shen o 525deg SO8

El mapa de navegacioacuten de Zheng He tambieacuten conocido como el Mapa Mao Kun

contiene una gran cantidad de tomas de valores de aguja de los viajes de Zheng He

En la Biblioteca Bodleiana tienen un manual de instrucciones titulado Shun Feng Xiang

Song (Vientos propicios -o justos- para compantildeiacutea) que contiene gran detalle acerca del

uso de la bruacutejula de navegacioacuten


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Siguiendo con la evolucioacuten histoacuterica de la bruacutejula maacutes adelante fue mejorada para reducir su tamantildeo e incrementar su practicidad cambiaacutendose la vasija de agua por un eje rotatorio y antildeadieacutendose una rosa de los vientos que sirve de guiacutea para calcular direcciones Actualmente las bruacutejulas han recibido pequentildeas mejoras que si bien no cambian su sistema de funcionamiento hacen maacutes sencillas las mediciones a realizar Entre estas mejoras se encuentran sistemas de iluminacioacuten para toma de datos en entornos oscuros y visores para mediciones en las que las referencias son objetos situados en la lejaniacutea

Centraacutendonos en el mundo de la naacuteutica la normativa actual exige disponer de este

elemento a bordo a pesar de que en la realidad no es el elemento utilizado realmente

para conocer y seguir un rumbo

En el antildeo 2010 la Universidad del Paiacutes Vasco patentoacute una bruacutejula virtual capaz de corregir el rumbo en tiempo real Un anaacutelisis de dicha patente evidencia que el funcionamiento de esta bruacutejula virtual se basa en procesar la informacioacuten recibida de los diferentes equipos de abordo y aplicar valores de correccioacuten obtenidos de la tablilla de desviacuteos del buque asiacute como la declinacioacuten magneacutetica de la zona

Desde mi humilde punto de vista considero que esta patente solo tiene cierto intereacutes

como ejercicio acadeacutemico pero no es en absoluto fiable ya que no es capaz de

adaptarse a cambios que puedan originarse por ejemplo en el magnetismo del buque

Por otro lado requiere alimentarse de un GPS para conocer la zona de navegacioacuten y

ya puestos a utilizar esta tecnologiacutea es mucho mejor hacerlo de forma maacutes eficaz

como lo hace el compaacutes satelitario

222- Bitaacutecora La bitaacutecora en siacute es un armario por lo general de forma ciliacutendrica o prismaacutetica que esta

fijo a la cubierta de una embarcacioacuten junto a la rueda del timoacuten y en la que va

montada la aguja naacuteutica mediante suspensioacuten Cardaacuten a fin de que siempre se

mantenga horizontal a pesar de los balances y cabezadas del buque En su interior se

colocan imanes y en el exterior dos esferas de hierro dulce para anular la accioacuten


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perturbadora producida por los hierros de a bordo y hacer uniforme el campo

magneacutetico que rodea a la aguja con objeto de lograr que en todo momento sentildeale el

norte magneacutetico o al menos se desviacutee lo menos posible de este

Antiguamente cuando los buques careciacutean de puente de mando cubierto soliacutea

guardarse en el interior de la bitaacutecora el llamado cuaderno de bitaacutecora para

preservarlo de las inclemencias del tiempo Aunque el nombre se ha popularizado en

los uacuteltimos antildeos a raiacutez de su utilizacioacuten en diferentes aacutembitos el cuaderno de trabajo o

bitaacutecora ha sido utilizado desde siempre

No deja de ser llamativo que hoy en diacutea y a pesar de la evolucioacuten exponencial de la

tecnologiacutea se sigan utilizando estos arcaicos artefactos que ademaacutes por ley deben ser

calibrados perioacutedicamente mediante expertos llamados ldquoCompensadores de agujasrdquo

sin duda una profesioacuten que seguacuten mi humilde entender tiene los diacuteas contados

222- El girocompaacutes Un girocompaacutes es un dispositivo que mira siempre al Norte geograacutefico usando un

juego de discos o anillos que mediante motores giran a alta velocidad y las fuerzas de

friccioacuten para aprovechar la rotacioacuten de la Tierra No basan su funcionamiento por lo

tanto en el magnetismo terrestre por lo que estaacuten libres de los problemas que de ello

se derivan aunque tiene otros


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Los girocompases se usan ampliamente en los barcos Tienen dos ventajas principales

sobre las bruacutejulas magneacuteticas

Sentildealan al norte geograacutefico es decir la direccioacuten del eje de rotacioacuten de la

Tierra y no al norte magneacutetico

No se ven afectados por el metal del casco de los barcos

Un girocompaacutes es esencialmente un giroacutescopo una rueda girando montada de forma que su eje queda libre para orientarse en cualquier direccioacuten Basa por lo tanto su funcionamiento en el mismo efecto que la sencilla peonza pero como veremos los utilizados en los buques son extremadamente complejos y por lo tanto caros de comprar instalar y mantener

Supongamos que la rueda gira con su eje sentildealando en alguna direccioacuten diferente a la

de la Estrella Polar Debido a la ley de conservacioacuten del momento angular una rueda

en esta situacioacuten mantendraacute su orientacioacuten original Dado que la Tierra rota para un

observador estacionario sobre la Tierra pareceraacute que el eje del giroacutescopo rota una vez

cada 24 horas Un giroacutescopo rotando de esta forma no puede usarse en navegacioacuten El

ingrediente adicional crucial necesario para un girocompaacutes es alguacuten mecanismo que

aplique un par de giro cuando el eje del giroacutescopo no sentildeale al norte

Un de los meacutetodos para lograr esto usa friccioacuten para aplicar el par necesario el

giroacutescopo del girocompaacutes no es por tanto totalmente libre para reorientarse por siacute

mismo Si por ejemplo un dispositivo conectado al eje se sumerge en un fluido viscoso

entonces dicho fluido se resistiraacute a la reorientacioacuten del eje Esta fuerza de friccioacuten

provocada por el fluido resulta en un par de giro actuando sobre el eje provocando

que eacuteste gire en una direccioacuten ortogonal al par (es decir precedente) hacia el norte

geograacutefico (la Estrella Polar) Una vez que el eje apunte hacia el norte pareceraacute

estacionario y no experimentaraacute ninguna fuerza de friccioacuten maacutes Esto se debe a que el

norte geograacutefico es la uacutenica direccioacuten para la que el giroacutescopo puede permanecer

sobre la superficie de la Tierra sin ser forzado a cambiar Se considera que eacuteste es un

punto de energiacutea potencial miacutenima

El otro de los meacutetodos sin duda maacutes praacutectico utiliza pesos para forzar al eje del

giroacutescopo a permanecer horizontal con respecto a la superficie de la Tierra pero

permitirle rotar libremente dentro de ese plano En este caso la gravedad aplicaraacute un

par de giro obligando al eje del giroacutescopo a orientarse hacia el norte Debido a que los

pesos confinaraacuten al eje a estar horizontal respecto a la superficie de la Tierra eacuteste


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nunca puede alinearse con el eje del planeta (excepto en el Ecuador) y debe

realinearse a medida que la tierra rota Pero con respecto a la superficie terrestre el

giroacutescopo pareceraacute estar estacionario y sentildealando junto a la superficie terrestre hacia

el polo norte geograacutefico

Dado que el funcionamiento de un girocompaacutes depende crucialmente de su rotacioacuten

sobre la Tierra no funcionaraacute correctamente si el buque en el que estaacute montado se

mueve raacutepidamente especialmente en la direccioacuten este a oeste

Posee dos ventajas sobre el compaacutes magneacutetico

Sentildeala la direccioacuten del norte verdadero en oposicioacuten al norte magneacutetico

indicado por la bruacutejula

No se ve afectado por la estructura del buque No posee desviacuteo por tanto si

bien posee un pequentildeo error este es constante a todo rumbo

Estas ventajas permiten la aplicacioacuten del girocompaacutes no solo en el mundo de la

naacuteutica Por ejemplo es de gran utilidad en la mineriacutea donde instrumentos como el

GPS o la bruacutejula no seriacutean uacutetiles debido a la dificultad en la recepcioacuten en GPS o a la

poca fiabilidad de la bruacutejula debido a la presencia de vetas metaacutelicas

Por el contrario tiene tambieacuten algunos inconvenientes

Requiere de una fuente constante de energiacutea

Su consumo eleacutectrico es elevado (70 W 140 durante la puesta en marcha)

Su tiempo de puesta en marcha es elevado (desde 05 hasta 4 horas)

Su coste de compra es elevado

Su coste de instalacioacuten tambieacuten es elevado

Requiere un mantenimiento perioacutedico que tambieacuten es costoso

Es importante recalcar que tal como se indica el tiempo de puesta en marcha puede

oscilar desde la media hora hasta las cuatro horas hasta que el compaacutes se estabiliza

algo a tener muy en cuenta

Asiacute mismo es de destacar su consumo eleacutectrico de 70 watios a la hora (140 durante la

puesta en marcha) algo a tener en cuenta a bordo de los buques no solo por lo que

respecta al aporte de energiacutea si no por el hecho de que es un elemento que genera

mucho calor (y bastante ruido)

El girocompaacutes fue patentado en 1885 por el holandeacutes Martinus Gerardus van den Bos

si bien su disentildeo nunca funcionoacute adecuadamente Debe ser muy frustrante tener una

idea pero no lograr que acabe de funcionar correctamente


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En 1889 el capitaacuten Arthur Krebs disentildeoacute un giroacutescopo pendular eleacutectrico para el

submarino experimental franceacutes Gymnote que le permitiriacutea forzar un bloqueo naval

en 1890

En 1903 el alemaacuten Herman Anschuumltz-Kaempfe construyoacute un girocompaacutes que

funcionaba y obtuvo una patente sobre su disentildeo

Herman Anschuumltz-Kaempfe Su girocompaacutes

En 1908 Anschuumltz-Kaempfe y el inventor estadounidense Elmer Ambrose Sperry

patentaron el girocompaacutes en Gran Bretantildea y los Estados Unidos Cuando Sperry

intentoacute vender este dispositivo a la armada alemana en 1914 Anschuumltz-Kaempfe le

denuncioacute por violacioacuten de patente Sperry argumentoacute que la patente de Anschuumltz-

Kaempfe no era vaacutelida debido a que no mejoraba significativamente la anterior

patente de van den Bos Se concluyoacute que Sperry la habiacutea infringido al usar un meacutetodo

especiacutefico de amortiguamiento Anschuumltz-Kaempfe ganoacute el caso en 1915

223- El GPS Siguiendo con la evolucioacuten tecnoloacutegica llegamos al GPS (Global Positioning System

sistema de posicionamiento global) o NAVSTAR-GPS1 el cual es un sistema global de

navegacioacuten por sateacutelite (GNSS) que permite determinar en todo el mundo la posicioacuten

de un objeto una persona o un vehiacuteculo con una precisioacuten hasta de centiacutemetros (si se

utiliza GPS diferencial) aunque lo habitual son unos pocos metros de precisioacuten El

sistema fue desarrollado instalado y actualmente operado por el Departamento de

Defensa de los Estados Unidos


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2231- Funcionamiento

El GPS funciona mediante una red de 24 sateacutelites en oacuterbita sobre el planeta tierra a 20200 kph con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra Cuando se desea determinar la posicioacuten el receptor que se utiliza para ello localiza automaacuteticamente como miacutenimo tres sateacutelites de la red de los que recibe unas sentildeales indicando la identificacioacuten y la hora del reloj de cada uno de ellos

Con base en estas sentildeales el aparato sincroniza el reloj del GPS y calcula el tiempo que

tardan en llegar las sentildeales al equipo y de tal modo mide la distancia al sateacutelite

mediante triangulacioacuten (meacutetodo de trilateracioacuten inversa) la cual se basa en

determinar la distancia de cada sateacutelite respecto al punto de medicioacuten Conocidas las

distancias se determina faacutecilmente la propia posicioacuten relativa respecto a los tres

sateacutelites Conociendo ademaacutes las coordenadas o posicioacuten de cada uno de ellos por la

sentildeal que emiten se obtiene la posicioacuten absoluta o coordenadas reales del punto de

medicioacuten Tambieacuten se consigue una exactitud extrema en el reloj del GPS similar a la

de los relojes atoacutemicos que llevan a bordo cada uno de los sateacutelites

2232- Historia

En 1957 la Unioacuten Sovieacutetica lanzoacute al espacio el sateacutelite Sputnik I que era monitorizado

mediante la observacioacuten del efecto Doppler de la sentildeal que transmitiacutea Debido a este

hecho se comenzoacute a pensar que de igual modo la posicioacuten de un observador podriacutea

ser establecida mediante el estudio de la frecuencia Doppler de una sentildeal transmitida

por un sateacutelite cuya oacuterbita estuviera determinada con precisioacuten

La armada estadounidense raacutepidamente aplicoacute esta tecnologiacutea para proveer a los

sistemas de navegacioacuten de sus flotas de observaciones de posiciones actualizadas y

precisas Asiacute surgioacute el sistema TRANSIT que quedoacute operativo en 1964 y hacia 1967

estuvo disponible ademaacutes para uso comercial

Las actualizaciones de posicioacuten en ese entonces se encontraban disponibles cada 40

minutos y el observador debiacutea permanecer casi estaacutetico para poder obtener

informacioacuten adecuada

Posteriormente en esa misma deacutecada y gracias al desarrollo de los relojes atoacutemicos se

disentildeoacute una constelacioacuten de sateacutelites portando cada uno de ellos uno de estos relojes y

estando todos sincronizados con base en una referencia de tiempo determinado


21

En 1973 se combinaron los programas de la Armada y el de la Fuerza Aeacuterea de los

Estados Unidos (este uacuteltimo consistente en una teacutecnica de transmisioacuten codificada que

proveiacutea datos precisos usando una sentildeal modulada con un coacutedigo de PRN (Pseudo-

Random Noise ruido pseudo-aleatorio) en lo que se conocioacute como Navigation

Technology Program (programa de tecnologiacutea de navegacioacuten) posteriormente

renombrado como NAVSTAR GPS

Entre 1978 y 1985 se desarrollaron y lanzaron once sateacutelites prototipo experimentales

NAVSTAR a los que siguieron otras generaciones de sateacutelites hasta completar la

constelacioacuten actual a la que se declaroacute con laquocapacidad operacional inicialraquo en

diciembre de 1993 y con laquocapacidad operacional totalraquo en abril de 1995

En 2009 este paiacutes ofrecioacute el servicio normalizado de determinacioacuten de la posicioacuten para

apoyar las necesidades de la OACI y eacutesta aceptoacute el ofrecimiento

2233- El receptor GPS

La situacioacuten de los sateacutelites puede ser determinada de antemano por el receptor con la

informacioacuten del llamado almanaque (un conjunto de valores con 5 elementos

orbitales) paraacutemetros que son transmitidos por los propios sateacutelites La coleccioacuten de

los almanaques de toda la constelacioacuten se completa cada 12-20 minutos y se guarda en

el receptor GPS

La informacioacuten que es uacutetil al receptor GPS para determinar su posicioacuten se llama

efemeacuterides En este caso cada sateacutelite emite sus propias efemeacuterides en la que se

incluye la salud del sateacutelite (si debe o no ser considerado para la toma de la posicioacuten)

su posicioacuten en el espacio su hora atoacutemica informacioacuten doppler etc

El receptor GPS utiliza la informacioacuten enviada por los sateacutelites (hora en la que

emitieron las sentildeales localizacioacuten de los mismos) y trata de sincronizar su reloj interno

con el reloj atoacutemico que poseen los sateacutelites La sincronizacioacuten es un proceso de

prueba y error que en un receptor portaacutetil ocurre una vez cada segundo Una vez

sincronizado el reloj puede determinar su distancia hasta los sateacutelites y usa esa

informacioacuten para calcular su posicioacuten en la tierra

Cada sateacutelite indica que el receptor se encuentra en un punto en la superficie de la

esfera con centro en el propio sateacutelite y de radio la distancia total hasta el receptor

Obteniendo informacioacuten de dos sateacutelites se nos indica que el receptor se encuentra

sobre la circunferencia que resulta cuando se intersecan las dos esferas

Si adquirimos la misma informacioacuten de un tercer sateacutelite notamos que la nueva esfera

soacutelo corta la circunferencia anterior en dos puntos Uno de ellos se puede descartar

porque ofrece una posicioacuten absurda (por fuera del globo terraacutequeo sobre los


22

sateacutelites) De esta manera ya tendriacuteamos la posicioacuten en 3D Sin embargo dado que el

reloj que incorporan los receptores GPS no estaacute sincronizado con los relojes atoacutemicos

de los sateacutelites GPS los dos puntos determinados no son precisos

Teniendo informacioacuten de un cuarto sateacutelite eliminamos el inconveniente de la falta de

sincronizacioacuten entre los relojes de los receptores GPS y los relojes de los sateacutelites Y es

en este momento cuando el receptor GPS puede determinar una posicioacuten 3D exacta

(latitud longitud y altitud) Al no estar sincronizados los relojes entre el receptor y los

sateacutelites la interseccioacuten de las cuatro esferas con centro en estos sateacutelites es un

pequentildeo volumen en vez de ser un punto La correccioacuten consiste en ajustar la hora del

receptor de tal forma que este volumen se transforme en un punto

Debido al caraacutecter militar del sistema GPS el Departamento de Defensa de los EE UU

se reservaba la posibilidad de incluir un cierto grado de error aleatorio que podiacutea

variar de los 15 a los 100 m La llamada disponibilidad selectiva (SA) fue eliminada el 2

de mayo de 2000 Aunque actualmente no aplique tal error inducido la precisioacuten

intriacutenseca del sistema GPS depende del nuacutemero de sateacutelites visibles en un momento y

posicioacuten determinados

Con un elevado nuacutemero de sateacutelites siendo captados (7 8 oacute 9 sateacutelites) y si eacutestos

tienen una geometriacutea adecuada (estaacuten dispersos) pueden obtenerse precisiones

inferiores a 25 metros en el 95 del tiempo Si se activa el sistema DGPS llamado SBAS

(WAAS-EGNOS-MSAS) la precisioacuten mejora siendo inferior a un metro en el 97 de los

casos Estos sistemas SBAS no se aplican en Sudameacuterica ya que esa zona no cuenta

con este tipo de sateacutelites geoestacionarios

El DGPS (Differential GPS) o GPS diferencial es un sistema que proporciona a los

receptores de GPS correcciones de los datos recibidos de los sateacutelites GPS con el fin de

proporcionar una mayor precisioacuten en la posicioacuten calculada Se concibioacute

fundamentalmente debido la introduccioacuten de la disponibilidad selectiva (SA)

El fundamento radica en el hecho de que los errores producidos por el sistema GPS

afectan por igual (o de forma muy similar) a los receptores situados proacuteximos entre siacute

Los errores estaacuten fuertemente correlacionados en los receptores proacuteximos

Un receptor GPS fijo en tierra (referencia) que conoce exactamente su posicioacuten

basaacutendose en otras teacutecnicas recibe la posicioacuten dada por el sistema GPS y puede

calcular los errores producidos por el sistema GPS comparaacutendola con la suya conocida

de antemano Este receptor transmite la correccioacuten de errores a los receptores

proacuteximos a eacutel y asiacute estos pueden a su vez corregir tambieacuten los errores producidos por

el sistema dentro del aacuterea de cobertura de transmisioacuten de sentildeales del equipo GPS de

referencia

En suma la estructura DGPS quedariacutea de la siguiente manera


23

Estacioacuten monitorizada (referencia) que conoce su posicioacuten con una precisioacuten

muy alta Esta estacioacuten estaacute compuesta por Un receptor GPS

Un microprocesador para calcular los errores del sistema GPS y para generar la

estructura del mensaje que se enviacutea a los receptores

Transmisor para establecer un enlace de datos unidireccional hacia los

receptores de los usuarios finales

Equipo de usuario compuesto por un receptor DGPS (GPS + receptor del enlace

de datos desde la estacioacuten monitorizada)

Existen varias formas de obtener las correcciones DGPS Las maacutes usadas son

Recibidas por radio a traveacutes de alguacuten canal preparado para ello como el RDS

en una emisora de FM

Descargadas de Internet o con una conexioacuten inalaacutembrica

Proporcionadas por alguacuten sistema de sateacutelites disentildeado para tal efecto En

Estados Unidos existe el WAAS en Europa el EGNOS y en Japoacuten el MSAS todos

compatibles entre siacute

En los mensajes que se enviacutean a los receptores proacuteximos se pueden incluir dos tipos de

correcciones

Una correccioacuten directamente aplicada a la posicioacuten Esto tiene el inconveniente

de que tanto el usuario como la estacioacuten monitora deberaacuten emplear los

mismos sateacutelites pues las correcciones se basan en esos mismos sateacutelites

Una correccioacuten aplicada a las pseudodistancias de cada uno de los sateacutelites

visibles En este caso el usuario podraacute hacer la correccioacuten con los 4 sateacutelites de

mejor relacioacuten sentildeal-ruido (SN) Esta correccioacuten es maacutes flexible

El error producido por la disponibilidad selectiva (SA) variacutea incluso maacutes raacutepido que la

velocidad de transmisioacuten de los datos Por ello junto con el mensaje que se enviacutea de

correcciones tambieacuten se enviacutea el tiempo de validez de las correcciones y sus

tendencias Por tanto el receptor deberaacute hacer alguacuten tipo de interpolacioacuten para

corregir los errores producidos

Si se deseara incrementar el aacuterea de cobertura de correcciones DGPS y al mismo

tiempo minimizar el nuacutemero de receptores de referencia fijos seraacute necesario modelar

las variaciones espaciales y temporales de los errores En tal caso estariacuteamos hablando

del GPS diferencial de aacuterea amplia

Con el DGPS se pueden corregir en parte los errores debidos a


24

Disponibilidad selectiva (eliminada a partir del antildeo 2000)

Propagacioacuten por la ionosfera - troposfera

Errores en la posicioacuten del sateacutelite (efemeacuterides)

Errores producidos por problemas en el reloj del sateacutelite

Para que las correcciones DGPS sean vaacutelidas el receptor tiene que estar relativamente

cerca de alguna estacioacuten DGPS generalmente a menos de 1000 km Las precisiones

que manejan los receptores diferenciales son centimeacutetricas por lo que pueden ser

utilizados en ingenieriacutea

A pesar de su moderna tecnologiacutea el GPS esconde una gran carencia en realidad es

incapaz de medir rumbos Ciertamente todos los equipos GPS ofrecen el rumbo al que

se navega y de hecho nos basamos en su valor (contrastado a veces con el

girocompaacutes) para realizar las anotaciones en el libro bitaacutecora pero la realidad es que

este equipo simplemente es capaz de saber en queacute direccioacuten nos hemos movido es

decir determina el rumbo que aparece en pantalla calculando el rumbo seguido desde

una posicioacuten anterior a la actual Por ese motivo es incapaz de dar un rumbo correcto

cuando el buque no se mueve y de hecho podemos observar coacutemo va dando valores

aleatorios en base a los miacutenimos movimientos del buque ya sea en su atraque o en el

fondeo

Existen otros proyectos similares patrocinados por otros paiacuteses o consorcios La

antigua Unioacuten Sovieacutetica construyoacute un sistema similar llamado GLONASS ahora

gestionado por la Federacioacuten Rusa Actualmente la Unioacuten Europea estaacute desarrollando

su propio sistema de posicionamiento por sateacutelite denominado Galileo que parece

que sigue su curso a pesar de la profunda crisis econoacutemica

A su vez la Repuacuteblica Popular China estaacute implementando su propio sistema de

navegacioacuten el denominado Beidou que contaraacute con entre 12 y 14 sateacutelites entre 2011

y 2015 Para 2020 ya plenamente operativo deberaacute contar con 30 sateacutelites De

momento (abril 2011) ya tienen 8 en oacuterbita

No obstante en el fondo se basan en una tecnologiacutea similar por lo que no considero

necesario profundizar en ellos a efectos del presente trabajo

2234- Carencias del GPS

El GPS sin duda es hoy en diacutea el elemento del cual maacutes nos fiamos los marinos y de

hecho suele ser en muchos casos el que aporta el dato del rumbo a los demaacutes equipos

del puente (AIS ECDIS Sonar Sonda o Piloto automaacutetico) pero tal como ya se ha

comentado tiene el grave inconveniente de ser incapaz de cumplir este cometido

cuando el buque no navega haciendo que todos los equipos se vuelvan ldquolocosrdquo


25

En algunos casos no tiene la menor importancia Todos los que tenemos experiencia

en navegacioacuten habremos podido ver coacutemo estando atracados en puerto el AIS ndashpor

citar uno de los equipos que se alimentan del rumbo aportado por el GPS- parece que

cobre vida propia y emita rumbos aleatorios que obviamente no se corresponde con

la realidad Si nuestro buque es un portacontenedores esto no tiene la menor

importancia y los demaacutes marinos sabraacuten interpretar correctamente esos aparentes

cambios de rumbo de nuestro buque en sus respectivas pantallas de AIS

En otros por el contrario suponen la diferencia entre el eacutexito y el fracaso Es el caso

por ejemplo de un buque cerquero

Todos los patrones de pesca sabemos que la pesca se mueve a contracorriente Asiacute

pues a la hora de cercar un banco de sardinas no seraacute lo mismo hacerlo dejando la

parte abierta del arte a un lado que al otro

En muchos casos el lance se inicia desde la situacioacuten de buque parado o a la deriva

Si iniciamos el lance en la siguiente situacioacuten

El resultado final seraacute este


26

Es decir que el banco de peces se saldraacute por la parte auacuten abierta del arte antes de que

podamos completar el ciacuterculo o antes de virar la corredera

Para evitar esto necesitamos por un lado conocer la direccioacuten de la corriente

informacioacuten que podemos obtener a partir de un correntiacutemetro y por otro lado

necesitamos saber la orientacioacuten exacta de nuestro buque para iniciar el lance en la

direccioacuten correcta para lo cual no nos sirve de nada el GPS

Como veremos maacutes adelante con la informacioacuten proporcionada por el corrientiacutemetro

y el compaacutes satelitario podemos iniciar el lance en la direccioacuten correcta


27

Y el resultado seraacute bastante maacutes satisfactorio

Existen muchos otros tipos de buque que necesitan saber con exactitud cual es su

orientacioacuten incluso cuando estaacuten parados como por ejemplo

Cableros

Remolcadores

Buques de suministro a plataformas

Y queda claro que el GPS no sirve para este propoacutesito al menos en su concepcioacuten

original

224- El Compaacutes fluxgate El compas fluxgate es un dispositivo electromagneacutetico sencillo que utiliza dos o maacutes

pequentildeas bobinas enrolladas en un nuacutecleo de ferrita por la que se hace circular una

corriente alterna que genera otra corriente secundaria senoidal

La tensioacuten de la corriente secundaria alcanza su valor maacuteximo cuando la bobina estaacute

paralela a las liacuteneas del campo magneacutetico terrestre y su valor es nulo cuando se halla a

90 grados

Para conocer la posicioacuten relativa se hace uso de dos sensores perpendiculares entre siacute

Uno de ellos genera una tensioacuten secundaria equivalente al coseno del aacutengulo que

forman las liacuteneas del campo magneacutetico terrestre con la bobina mientras que el

segundo sensor genera una tensioacuten secundaria en funcioacuten del seno del mismo aacutengulo


28

Siempre es conveniente que el compaacutes disponga de una funcioacuten de alarma que avise al

patroacuten ante guintildeadas superiores a las previstas

El compaacutes electroacutenico no precisa rosa naacuteutica para indicar los rumbos pudiendo no

soacutelo mostrar digitalmente los resultados sino tambieacuten intercambiar informacioacuten con

otros instrumentos

Uno de los sistemas maacutes empleados consta de tres bobinas que forman un triaacutengulo

junto a un nuacutecleo de hierro que al hacer pasar la corriente actuacutea como un

electroimaacuten Dado que el campo magneacutetico del hierro no puede sobrepasar el valor de

saturacioacuten dicho campo tiene un valor maacuteximo cualquiera que sea la intensidad de la

corriente que circule por las bobinas La bobina que capte mayor cantidad del campo

magneacutetico es la que primero quedaraacute saturada El conjunto actuacutea como una vaacutelvula de

flujo de ahiacute el nombre en ingleacutes de ldquofluxgaterdquo con el que se conocen estos compases

Al contrario de lo que sucede con las agujas magneacuteticas las bobinas del fluxgate no

tienen necesidad de orientarse para proporcionar la informacioacuten requerida bastando

para convertir los valores eleacutectricos generados en impulsos que enviados a un display

o instrumento adecuado pueden convertirse en rumbos equivalentes

Los compases electroacutenicos utilizan las mismas liacuteneas de fuerza magneacutetica que los

compases convencionales por lo que se ven afectados por los fenoacutemenos de desviacuteos y

variaciones magneacuteticas si bien pueden separarse el sensor e indicador de rumbo lo

que permite situar el sensor en el lugar de a bordo menos expuesto a perturbaciones e

interferencias

Una buena parte de los modelos existentes en el mercado disponen de un sistema de

compensacioacuten automaacutetico de precisioacuten + 05 grados Para introducir los valores de


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variacioacuten magneacutetica y desviacuteos basta con dar uno o maacutes giros de 360 grados con el

barco para que el mismo aparato registre los errores existentes y los vaya aplicando en

funcioacuten del rumbo seguido De no disponer de esta funcioacuten automaacutetica disponen de

un teclado para introducir manualmente la correccioacuten

Otros modelos de mayor coste utilizan una sentildeal GPS para determinar la ubicacioacuten del

buque y aplicar la declinacioacuten magneacutetica correspondiente a esa zona de navegacioacuten

Este e el caso por ejemplo del modelo PG-500 de Furuno

Sensor fluxgate Pantalla

La compensacioacuten no tiene en cuenta la componente vertical terrestre por lo que es

imprescindible exista una buena estabilidad horizontal del sensor Algunos fluxgate

disponen de suspensiones cardan e incluso llevan los sensores inmersos en aceite

Los equipos fijos suelen disponer de una interfaz NMEA

Basa su funcionamiento en el magnetoacutemetro un dispositivo que sirve para cuantificar

en fuerza o direccioacuten la sentildeal magneacutetica de una muestra Los hay muy sencillos como

la balanza de Gouy o la balanza de Evans que miden el cambio en peso aparente que

se produce en una muestra al aplicar un campo magneacutetico (por el momento magneacutetico

que se induce) y tambieacuten muy sofisticado como los dotados de SQUID que son los

maacutes sensibles actualmente

No son equipos muy utilizados en la naacuteutica ya que al basar su funcionamiento en el

campo magneacutetico terrestre al igual que un compaacutes tradicional se ve afectado por los

mismos problemas que este y adicionalmente requiere una pequentildea fuente de

energiacutea Es decir tiene las mismas desventajas que un compaacutes tradicional y por el

contrario no es capaz de funcionar sin alimentacioacuten eleacutectrica Adicionalmente si

queremos incrementar su precisioacuten lo hemos de conectar a un GPS En otras palabras

puestos a utilizar la tecnologiacutea GPS nos parece mucho maacutes adecuado el Compaacutes

Satelitario


30

225- El compaacutes satelitario Este equipo que es el objeto de este trabajo lo tratamos en profundidad en el

apartado 3 Simplemente adelantar que actualmente es el equipo maacutes preciso para

determinar la direccioacuten de un buque en casi cualquier situacioacuten incluso parado

226- Progresioacuten tecnoloacutegica Algo que sin duda me ha llamado mucho la atencioacuten es el hecho de que actualmente

se siga utilizando en la navegacioacuten mercante equipos basados en una tecnologiacutea que

cuenta con muchos antildeos a sus espaldas No es que reniegue de la bondad de algo

simplemente por el hecho de ser antiguo Lo que es llamativo es que haya sido capaz

de seguir en activo mientras que en otros campos la vida media de una tecnologiacutea es

en ocasiones de apenas una deacutecada

En ese sentido he querido mostrar de forma esquemaacutetica este hecho

Obseacutervese que desde la aparicioacuten del compaacutes naacuteutico hasta el girocompaacutes

transcurrieron 800 antildeos A partir de ahiacute la evolucioacuten fue algo menos lenta y ldquosolordquo

transcurrieron 200 antildeos hasta la aparicioacuten del GPS

Esto nos permite calificar al compaacutes como un prodigio de la supervivencia tecnoloacutegica

maacutexime si lo comparamos con otras tecnologiacuteas como la informaacutetica o la telefoniacutea que

desde sus inicios sigue una curva exponencial


31

En el caso concreto de la informaacutetica podemos situar sus inicios a finales de los antildeos

40 principio de los 50 A la sazoacuten los computadores se construiacutean utilizando

dispositivos electromecaacutenicos como los releacutes y dispositivos electroacutenicos baacutesicos como

las vaacutelvulas termoioacutenicas las resistencias y los condensadores No teniacutean pantalla ni

teclado ni sistema operativo y su programacioacuten se haciacutea a base de tarjetas perforadas

o recableando las conexiones entre sus componentes

Aquellos primeros colosos como el Mark Y o el ENIAC ocupaban toda una sala

pesaban varias toneladas y tardaban una decena de segundos al hacer una divisioacuten En

los uacuteltimos 50 antildeos la ciencia y la tecnologiacutea han hecho posible pasar de esos

dinosaurios a los ordenadores de hoy en diacutea los cuales podemos coger con la palma de

la mano y son capaces de realizar centenares de millones de operaciones por segundo

Este salto ha sido posible gracias al transistor a los circuitos integrados y a los

dispositivos de almacenamiento de datos magneacutetico soacutelidos y oacutepticos

Quizaacutes maacutes cercana al puacuteblico general es el caso de la evolucioacuten de la telefoniacutea que en

su etapa final se ha combinado con la informaacutetica ofreciendo pequentildeos dispositivos

que ademaacutes de elevadas prestaciones de telefoniacutea disponen de una potencia de

caacutelculo extremadamente superior a los primeros ordenadores


32

Sin duda los motivos de esta anormal longevidad del compaacutes se debe a aspectos tales

como

Su simplicidad

Su eficacia

Su nulo consumo energeacutetico

El problema para el compaacutes es que cada diacutea se busca maacutes la automatizacioacuten y los

puentes integrados y a pesar de sus ventajas el compaacutes no es capaz de comunicarse

con los demaacutes elementos electroacutenicos presentes hoy en diacutea en el puente de un buque

y aunque fuese capaz de ello su rumbo no seriacutea el adecuado para alimentarlos



del puente pero tal como ya se ha comentado tiene el grave inconveniente de ser

incapaz de cumplir de forma correcta este cometido cuando el buque no navega

haciendo que todos los equipos se vuelvan ldquolocosrdquo


33


34

3- El compaacutes satelitario

Llegamos finalmente al compaacutes satelitario tambieacuten llamado compaacutes satelital Sin duda

es el dispositivo actual maacutes preciso para determinar los rumbos a pesar de lo cual se

basa en un elemento que por siacute solo no es capaz de ello el GPS

El compaacutes satelital consta de tres antenas GPS en un soacutelido soporte

En principio dos antenas A1(ref) y A2(proa) cada una conectada con un GPS y un

procesador son instaladas en la liacutenea proa-popa del barco Los sistemas GPS en A1 y

A2 calculan las distancias y acimuts al sateacutelite

La diferencia de distancia entre A1 y A2 es Dl + nl donde l es 19 cm y n es hallado

automaacuteticamente durante la etapa de inicializacioacuten


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Una fraccioacuten de longitud de onda portadora Dl es procesada para mediciones

geograacuteficas asiacute se determina el vector A1-A2 esto es el rumbo del barco con relacioacuten

al Norte

En la praacutectica se antildeade al sistema una tercera antena para reducir la influencia del

cabeceo del balanceo y de la guintildeada y se usan 5 sateacutelites para procesar datos 3D (3ordm

sateacutelite) reducir el error de reloj (4ordm sateacutelite) y calcular n en el paso inicial (5ordm

sateacutelite)

Si la sentildeal GPS es bloqueada por alguacuten obstaacuteculo los sensores de relacioacuten giroscoacutepica

de 3 ejes en el procesador sustituyen a los sateacutelites hasta que se restauran las sentildeales

de eacutestos si bien esta es una situacioacuten poco habitual en los buques mercantes


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Los sensores de relacioacuten contribuyen tambieacuten junto con la tercera antena (A3 en la

ilustracioacuten) a atenuar los efectos del cabeceo del balanceo y de la guintildeada en la

determinacioacuten del rumbo

Este compaacutes satelitario puede ser utilizado para una amplia variedad de aplicaciones

que requieren sentildeal de rumbo tales como RadarARPA AIS ECDIS Sonar Sondas

Piloto Automaacutetico etc

Su funcionamiento no se ve afectado ni por la velocidad del barco la latitud el

geomagnetismo etc

El tiempo de respuesta es miacutenimo y el seguimiento es excelente hasta 45ordms (SOLAS

HSC Code requiere como miacutenimo 20ordms)

Suministra informacioacuten de posicioacuten GPS SOG (velocidad sobre el fondo) COG (rumbo

sobre el fondo) y ROT (velocidad de giro)

La SOG calculada mediante el desplazamiento Doppler de las sentildeales satelitarias es

notablemente precisa


37

Asiacute mismo al poder determinar de forma precisa los grados de escora y cabeceo se le

puede dotar de alarmas cuando dichos valores excedan de un determinado valor

Aprobado seguacuten IMO SMC116(73) como un Dispositivo Transmisor de Rumbo (THD)

con precisioacuten de +- 06ordm

Relacioacuten de seguimiento de hasta 45ordms muy por encima de lo exigido por la IMO para

buques raacutepidos (20ordms)

Otra ventaja que seraacute muy apreciada por las navieras es que es un equipo

absolutamente exento de mantenimiento regular anual

31- Componentes

Los componentes de un compaacutes satelitario son

La antena

El receptor de la sentildeal de correccioacuten diferencial

El procesador

La unidad de visualizacioacuten

Vamos a ver cada uno de estos componentes para lo cual utilizaremos la informacioacuten

teacutecnica disponible del modelo SC-110 de Furuno


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311- La antena Como ya se ha comentado previamente se trata de tres receptores GPS montados en

un soporte

Obviamente debe estar instalada en el exterior y sin elementos fiacutesicos que puedan

alterar la sentildeal GPS enviada por los sateacutelites ya sea bloqueaacutendola o generando

reflexiones

Situacioacuten ideal Situacioacuten no ideal


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En caso necesario se puede dotar a la antena de elementos ldquoespanta paacutejarosrdquo

Este seriacutea su ubicacioacuten en el diagrama de conexioacuten

312- El receptor de la sentildeal de correccioacuten diferencial Opcionalmente se puede alimentar al sistema mediante la sentildeal de correccioacuten

diferencial lo que permite incrementar su precisioacuten en la posicioacuten desde los 10m a los

5m


40

En el caso de este equipo de Furuno cabe mencionar que ademaacutes de poder

incrementar la precisioacuten con la sentildeal diferencial se puede configurar para utilizar el

sistema WAAS (Wide Area Augmentation System o Sistema de Aumentacioacuten Basado en

Sateacutelites) desarrollado por Estados Unidos el cual se trata de un complemento para la

red GPS al objeto de proporcionar una mayor precisioacuten y seguridad en las sentildeales

permitiendo una precisioacuten en la posicioacuten menor de dos metros En el fondo funciona

como el GPS diferencial si bien la informacioacuten es transmitida por medio de una

constelacioacuten especiacutefica de 3 sateacutelites y solo funciona en las aacutereas en las que se dispone

de las correspondientes estaciones terrenas (Estados Unidos Alaska Hawaacutei y Puerto

Rico)


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313- El procesador El procesador es el elemento que realiza los caacutelculos necesarios a partir de la

informacioacuten proporcionada por todos los elementos de entrada como los tres GPS la

sentildeal diferencial giroacutescopos etc

Cuando el sistema se arranca por primera vez no tiene en memoria informacioacuten de los

sateacutelites GPS (Almanaque) en estas condiciones tarda aproximadamente 12 minutos

en adquirir el almanaque encontrar el rumbo y presentar laquoOKraquo

El contador de tiempo en la esquina superior izquierda de la pantalla indica el tiempo

transcurrido desde el encendido del equipo si transcurridos 30 minutos no aparece la

indicacioacuten laquoOKraquo la situacioacuten de la antena no es la adecuada no hay cinco sateacutelites laquoa

la vistaraquo o existe alguacuten obstaacuteculo en el camino de las sentildeales

314- La unidad de visualizacioacuten Es el elemento con el cual controlamos el funcionamiento del equipo y en el cual

podemos visualizar la informacioacuten que genera el procesador

Dispone de los siguientes botones para el control del equipo


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Dada la gran variedad de datos disponibles podemos verla agrupada seguacuten diferentes

modos de presentacioacuten


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En el modo gobierno se presenta el rumbo en forma numeacuterica y analoacutegica Tambieacuten se

indican SOG (velocidad con relacioacuten al fondo) y COG (rumbo con relacioacuten al fondo)

En el modo de navegacioacuten se presenta la posicioacuten (en latitud y longitud) el rumbo la

velocidad la fecha la hora y el estado de determinacioacuten de la posicioacuten

El modo rotacioacuten nos permite conocer la direccioacuten y velocidad con la que el buque rota

sobre siacute mismo


44

El modo deriva nos permite conocer los datos de la corriente rumbo e intensidad

horaria para lo cual el equipo debe ser alimentado mediante la informacioacuten

proporcionada por un corrientiacutemetro


45

Asiacute mismo dispone de otras pantallas en las que podemos comprobar el estado del

equipo como por ejemplo la pantalla en la que al igual que en los GPS nos muestra el

estado de la recepcioacuten de las sentildeales de los sateacutelites


46

Como ya vimos al hablar de las carencias del GPS el compaacutes satelitario aporta

informacioacuten real de la orientacioacuten del buque incluso cuando estaacute parado algo que no

es de excesivo intereacutes en muchos buques mercantes pero que siacute lo es en buques

especiacuteficos tales como por ejemplo pesqueros remolcadores o de suministro

En el caso concreto de los pesqueros gracias a la informacioacuten proporcionada por el

corrientiacutemetro y el compaacutes satelitario podemos iniciar el lance en la direccioacuten correcta

es decir contracorriente para que al completar el cerco el banco de peces se

encuentre con la parte cerrada del arte en su direccioacuten de avance (contra corriente)



47

Ya solo falta cerrar el arte virando la jareta y embarcar el pescado mediante el salabar

Otro problema tiacutepico de los buques pesqueros es que tanto las sondas como los

soacutenares se ven afectados cuando se trabaja en condiciones de mar gruesa lo que

provoca que las sondas cambien constantemente la profundidad de un banco de peces

o que el sonar pierda el banco de peces sobre el que se habiacutea dirigido el foco

La mayoriacutea de compases satelitarios son capaces de transmitir a estos equipos los

valores de correccioacuten necesarios para compensar los movimientos verticales del buque

cuando trabaja en condiciones de mar gruesa haciendo que la sonda ofrezca

profundidades respecto de la altura media de las olas y que la sonda sea capaz de

ajustar su aacutengulo de trabajo de forma automaacutetica

El compaacutes satelitario puede ofrecer a los demaacutes equipos la siguiente informacioacuten


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Ademaacutes de sus ventajas tecnoloacutegicas hay otro factor de suma importancia a

considerar Teniendo en cuenta que en muchos buques mercantes se utiliza el

girocompaacutes como elemento fundamental para conocer el rumbo real hemos

considerado interesante comparar los costes entre estos dos equipos

Ademaacutes del desembolso econoacutemico tanto para su compra como para su instalacioacuten y

mantenimiento perioacutedico se ha de tener en cuenta otros factores como por ejemplo

el consumo de ambos equipos siendo de 70 watios en el caso del girocompaacutes frente a

los 15 del compaacutes satelitario Esto supone que el girocompaacutes que es relativamente

voluminoso debe instalarse en un lugar suficientemente ventilado para poder disipar

el calor que genera


49

Ademaacutes debido a su elevado tiempo de puesta en marcha no se suele apagar en las

estancias en puerto maacutexime en la actualidad ya que las estancias se reducen al

miacutenimo posible fieles a la filosofiacutea de que el buque en puerto no genera beneficios

4- Construccioacuten de un prototipo de bajo coste

Volvamos un momento sobre el funcionamiento del GPS Seguacuten comentaacutebamos en el

apartado correspondiente este equipo es incapaz de medir rumbos de forma directa

como lo hace por ejemplo un compaacutes flugate y en su lugar lo que hace es

determinarlo en base a dos situaciones consecutivas de un buque

Dada la cantidad de caacutelculos que es capaz de hacer por segundo es evidente que estas

dos posiciones consecutivas pueden ser muy proacuteximas cuando la velocidad del buque

es baja

Supongamos un buque navegando 2 nudos o su equivalente en metros por segundo

que seriacutea de 1 ms Suponiendo que el GPS es capaz de darnos correctamente el

rumbo en un segundo significa que es capaz de discriminar las miacutenimas diferencias

que habraacute en las coordenadas de dos puntos separados un metro

Bien pues la propuesta del prototipo de Compaacutes Satelitario se basa precisamente en

que bastariacutean dos GPS alienados en la liacutenea de crujiacutea separados uno de otro un metro

Leyendo simultaacuteneamente los valores de ambos GPS podemos determinar mediante

una estima inversa queacute rumbo se ha de seguir para ir desde el GPS de popa al de proa

rumbo que corresponde con la orientacioacuten del buque esteacute parado o no


50

Veamos un caso praacutectico

Suponiendo que la lectura de los dos GPS fuese

Determinamos las diferencias de latitud y longitud

Seguidamente siendo puristas calculamos la latitud media para obtener el

apartamiento

Y finalmente calculamos el rumbo para ir del GPS de popa al de proa

Seguramente habriacutea quien podriacutea considerar poco ortodoxo utilizar el meacutetodo

loxodroacutemico para calcular el rumbo pero teniendo en cuenta que la distancia entre los

dos puntos es de 1 metro es evidente que es perfectamente factible utilizar este

meacutetodo incluso en el caso de situar ambos receptores GPS en los extremos

longitudinales del buque a una distancia siendo generosos de 450 metros que es la

eslora del superpetrolero Knock Nevis

Rizando un poco el rizo auacuten podemos exprimir algo maacutes las propias prestaciones que

nos ofrecen los microprocesadores que contienen todos los equipos GPS para

simplificarnos el trabajo


51

Entre las tiacutepicas funcionalidades del cualquier GPS estaacute como no podiacutea ser menos la

de darnos el rumbo a seguir para ir desde la situacioacuten actual a la de destino En otras

palabras si al GPS de popa le pedimos que nos lleve a la posicioacuten correspondiente al

GPS de proa tendriacuteamos un rumbo que seriacutea la orientacioacuten real del buque

Asiacute pues una forma de simplificar nuestro prototipo es precisamente la expuesta por

lo que el algoritmo se reduce a darle al GPS de popa el punto de destino que

corresponde al GPS de proa tras lo cual solo resta leer el rumbo calculado por el

propio GPS de popa


52

Teniendo en cuenta este enfoque estos son los elementos que vamos a necesitar para

construir nuestro prototipo

Veamos en detalles cada uno de estos elementos


53

41- CPU de LEGO

Para el desarrollo del prototipo utilizaremos diferentes componentes del sistema LEGO

MindStorm tanto por su bajo coste como por su versatilidad LEGO MindStorm es una

plataforma para el aprendizaje de roboacutetica y montaje de robots totalmente

funcionales con los que anteriormente ya habiacutea disentildeado elementos tales como un

radar o un vehiacuteculo capaz de desplazarse en un rumbo determinado

El corazoacuten de este sistema es el denominado ldquoladrillordquo que constituye la unidad

central de proceso dotada de cuatro entradas para diferentes tipos de sensores tres

salidas para diferentes actuadores y un puerto USB para conectarse a un ordenador al

objeto fundamentalmente de cargarle el programa correspondiente

En la parte frontal dispone de una pequentildea pantalla LCD de 100 x 64 piacutexels asiacute como

de cuatro botones que pueden utilizarse para el control de la propia CPU (por ejemplo

navegar entre carpetas y ficheros ejecutar y parar los programas) asiacute como en los

programas como entradas Internamente funciona con un microprocesador ARM7 de

32-bits

ARM es una arquitectura RISC (Reduced Instruction Set Computer Computacioacuten de

Juego de Instrucciones Reducidas) de 32 bits desarrollada por ARM Holdings Fue

llamado Advanced RISC Machine y anteriormente Acorn RISC Machine La arquitectura

ARM es el conjunto de instrucciones de 32 bits maacutes ampliamente utilizado en unidades

producidas Originalmente concebida por Acorn Computers para su uso en

ordenadores personales los primeros productos basados en ARM eran los Acorn

Archimedes lanzados en 1987

La relativa simplicidad de los procesadores ARM los hace ideales para aplicaciones de

baja potencia Como resultado se han convertido en el procesador dominante en el

mercado de la electroacutenica moacutevil e integrada encarnados en microprocesadores y

microcontroladores pequentildeos de bajo consumo y relativamente bajo coste En 2005

alrededor del 98 de los maacutes de mil millones de teleacutefonos moacuteviles vendidos cada antildeo


54

utilizan al menos un procesador ARM Desde 2009 los procesadores ARM son

aproximadamente el 90 de todos los procesadores RISC de 32 bits empotrados y se

utilizan ampliamente en la electroacutenica de consumo incluyendo PDAs tabletas

teleacutefonos moacuteviles videoconsolas de mano calculadoras reproductores digitales de

muacutesica y medios (fotos viacutedeos etc) y perifeacutericos de ordenador como discos duros y

routers

Adicionalmente el ladrillo de LEGO estaacute dotado con 256 Kbytes de memoria FLASH y 64

Kbytes de memoria RAM suficientes para almacenar un programa complejo

Su coste es de unos 190 euros Sin duda seriacutea posible encontrar un procesador

programable de menor coste pero hemos preferido utilizar este por lo mucho que

facilita la conexioacuten de los componentes asiacute como la sencillez con la que se desarrollan

los programas

42- Sensores dGPS de Dexter Industries

Para los sensores y actuadores hay dos posibilidades utilizar directamente los que

proporciona Lego Mindstorms u otra empresa que construya sensores adaptados al

bloque NXT como puede ser HiTechnic Pero tambieacuten se puede utilizar sensores no

adaptados (o externos) los cuales tambieacuten funcionan con el bloque NXT siempre y

cuando se implementen adecuadamente

LEGO no dispone entre sus sensores de un GPS pero por suerte hemos encontrado

una empresa Dexter Technologies cuya actividad se centra exclusivamente en el

disentildeo y fabricacioacuten de sensores compatibles con LEGO MINDSTORMS NXT y entre los

sensores que ofrecen tienen uno que es un GPS diferencial Considero que dado que

el prototipo que vamos a disentildear soacutelo va a proporcionarnos el rumbo (y no la

posicioacuten) no es necesaria la precisioacuten aportada por un GPS diferencial siempre y

cuando el posible error de posicioacuten del GPS no diferencial de popa sea el mismo que el

de proa lo cual queda garantizado por el propio fundamento del GPS diferencial

El fundamento del GPS diferencial radica en el hecho de que los errores producidos

por el sistema GPS afectan por igual (o de forma muy similar) a los receptores

situados proacuteximos entre siacute Los errores estaacuten fuertemente correlacionados en los

receptores proacuteximos

Al ser el uacutenico disponible con un coste de 90 doacutelares (que por alguna extrantildea razoacuten se

vende en Europa al mismo precio en euros) nos tocaraacute desembolsar 180 euros por

una pareja y lo que es peor veacuternoslas con Aduanas uacuteltimamente muy aacutevida de tasas y

recargos por lo que el coste final puede duplicarse


55

Seguacuten la informacioacuten aportada por el propio fabricante ldquoEl GPS de Dexter Industries

GPS es una unidad GPS fabricada para ser utilizada con LEGOreg MINDSTORMSreg NXT El

sensor determina la posicioacuten y calcula datos de navegacioacuten Ofrece por lo tanto la

latitud la longitud la hora la velocidad y el rumbo seguido asiacute como informacioacuten

sobre la distancia y el rumbo para llegar a una situacioacuten determinadardquo

El sensor GPS se conecta a cualquiera de las cuatro entradas disponibles en el ladrillo NXT mediante un cable dotado en sus extremos de conectores RJ (los tiacutepicos de un teleacutefono fijo)

Los datos de salida que ofrece el sensor GPS son

Fecha y hora UTC

Latitud

Longitud

Velocidad en cms

El rumbo (en grados)

Asiacute pues por el mismo coste podriacuteamos leer ademaacutes la velocidad convertirla a nudos y

visualizarla

Por otro lado le podemos pasar al GPS la latitud y longitud de destino (o de punto de

paso) en cuyo caso el GPS calcula la distancia y el rumbo que se debe seguir para ir

hasta eacutel informacioacuten que podemos leer

Estas son las partes del sensor GPS de Dexter Industries


56

El sensor GPS se conecta al ladrillo LEGO a traveacutes de cualquiera de los cuatro puertos

disponibles para sensores A partir de ese momento se activa la unidad e inicia la

buacutesqueda de sentildeales GPS procedentes de los sateacutelites Dependiendo de donde se

encuentre y del horizonte visible la unidad puede tardar maacutes o menos tiempo El

tiempo total de adquisicioacuten de datos depende mucho de la ubicacioacuten de la unidad y de

la disposicioacuten de los sateacutelites visibles En un lugar despejado y sin obstaacuteculos el tiempo

total puede ser de medio minuto Una vez completado este proceso la unidad ya es

capaz de darnos las coordenadas y se enciende el led azul En caso de peacuterdida de la

sentildeal se apaga el led si bien la unidad mantiene la uacuteltima posicioacuten calculada

Si se desconecta la unidad del ladrillo NXT se apaga la unidad y pierde todos sus datos

En la siguiente imagen podemos ver una propuesta de montaje asiacute como la pantalla

del bloque LEGO mostrando los dados proporcionados por el sensor GPS

Tambieacuten se puede observar el cable de conexioacuten La luz azul indica que estaacute recibiendo

correctamente la sentildeal GPS


57

Para poder utilizar el entorno de programacioacuten graacutefico proporcionado por LEGO

necesitamos descargarnos los ldquomoacutedulosrdquo de la paacutegina web del fabricante

Una vez hemos descargado los moacutedulos de control debemos importarles en el

software de LEGO Mindstorms NXT y ha partir de ese momento podemos incluirlos en

nuestro programa como uno maacutes de los sensores

Estas son las ldquoconexionesrdquo disponibles cuando se utiliza el moacutedulo para leer los datos

relativos a la posicioacuten actual

El nuacutemero que aparece en la parte superior derecha corresponde a la puerta del

bloque NXT al que hemos conectado el sensor

Mientras que estas son las ldquoconexionesrdquo disponibles para saber la distancia y rumbo a

seguir para ir a un determinado destino


58

A partir de junio de 2012 este sensor dispondraacute de un nuevo firmware con

funcionalidades antildeadidas

Altitud

Grado de precisioacuten

Nuacutemero de sateacutelites visibles

Para nuestro prototipo no necesitamos estas nuevas funcionalidades

Seguacuten el fabricante la precisioacuten de este sensor es de 3 metros En cualquier caso este

no es un tema relevante para nuestro propoacutesito siempre y cuando los dos sensores

sean capaces de darnos el mismo valor cuando los pongamos juntos En caso negativo

simplemente deberemos tener en cuenta la diferencia para corregir los valores de uno

de ellos

43- Piezas varias de LEGO

De hecho no necesitamos necesariamente una estructura para el prototipo ya que

podemos disponer los sensores GPS en dos soportes y conectarlos al ladrillo pero

obviamente es maacutes esteacutetico hacer alguacuten tipo de estructura que incluso puede ser

relativamente parecida a uno de los compases satelitarios disponibles en el mercado

En nuestro caso hemos pensado al algo de este estilo


59

No obstante es evidente que esta no es una cuestioacuten importante y por lo tanto no

haremos demasiada incidencia

44- El programa

Para el software existe la opcioacuten de utilizar el programa de desarrollo que proporciona

Lego con la plataforma Lego Mindstorms NXT fabricado por LabVIEW Este programa

permite ldquoescribirrdquo nuestro programa en un coacutemodo e intuitivo entorno graacutefico

(LabView lo bautizoacute como lenguaje G en referencia a ldquoGraacuteficordquo) si bien son compilados

cuando se procede a cargarlos en el ladrillo

Ademaacutes del propio programa de desarrollo necesitamos los moacutedulos de software que

nos permitan gestionar los sensores GPS los cuales se pueden descargar de la paacutegina

web de Dexter Industries

Como ya vimos el algoritmo que vamos a plantear es el que nos evita realizar ninguacuten

tipo de caacutelculo pasando al GPS de popa la posicioacuten del GPS de proa como destino y

pedirle seguidamente al GPS de popa cuaacutel es el rumbo a seguir


60

El primer paso antes de escribir el programa seraacute convertir el algoritmo en

pseudocoacutedigo es decir en un conjunto de instrucciones escrito en un lenguaje maacutes o

menos cercano

Seguidamente entramos en el entorno de desarrollo de Lego MindStorms NXT y

creamos nuestro programa


61

En el siguiente graacutefico explicamos cual es la funcioacuten de cada elemento

Y con esto hemos completado nuestro prototipo de un compaacutes satelitario simplificado

Quede claro que este prototipo en modo alguno pretende emular a sus hermanos

mayores ofrecidos por las diferentes marcas comerciales entre otras cosas porque al

no disponer del tercer GPS no es capaz por ejemplo de dar informacioacuten relativa al

balance del buque ni corregir los errores que este movimiento pueda provocar pero

es sin duda una buena forma de hacer maacutes comprensible esta tecnologiacutea y por otro

lado es absolutamente funcional para lograr el objetivo que nos hemos propuestos

que es conocer hacia doacutende mira el buque en cualquier situacioacuten incluso parado


62

5- Costes

Nos queda hablar de la cuestioacuten monetaria Nos ha parecido interesante comparar los

costes del compaacutes satelitario con el girocompaacutes ya que a fin de cuentas es este uacuteltimo

equipo al que maacutes fiabilidad se le otorga en los buques que no disponen de un compaacutes

satelitario

Adicionalmente incluimos en la comparativa el coste de nuestro prototipo ya que a

pesar de que no aporta las mismas funcionalidades que los modelos comerciales si

hace y de forma perfecta lo maacutes fundamental que es darnos la orientacioacuten del buque

(no el rumbo que sigue) y adicionalmente podriacuteamos disponer de la velocidad

respecto del fondo

Es evidente que el girocompaacutes tiene los diacuteas contados En su contra tiene ademaacutes de

su elevado coste de compra su elevado coste de mantenimiento y el hecho de que es

un equipo con muchos componentes mecaacutenicos y como tales sujetos a fallos asiacute

como su elevado consumo y generacioacuten de calor

Por el contrario el compaacutes satelitario tiene un coste sensiblemente inferior y ademaacutes

estaacute praacutecticamente libre de mantenimiento Los problemas que puede presentar son

de hecho los mismos que un GPS Su consumo eleacutectrico es similar a una bombilla

actual de bajo consumo

La inclusioacuten de nuestro humilde prototipo permite evidenciar que a pesar de que el

Compaacutes Satelitario es mucho maacutes econoacutemico que un girocompaacutes auacuten podriacutea ser maacutes

barato y su elevado coste en realidad obedece a la poliacutetica habitual de los

constructores cuando sacan al mercado equipos dotados de ldquonueva tecnologiacuteardquo


63

Debemos tener en cuenta que en nuestro prototipo hemos utilizado una CPU

programable dotada de 4 entradas 3 salidas un conector USB y memoria RAM en

definitiva un elemento mucho maacutes caro que un microprocesador especiacuteficamente

disentildeado para hacer la tarea correspondiente al programa que hemos disentildeado por lo

que el coste auacuten podriacutea ser menor y de hecho un prototipo funcional pero con los

elementos miacutenimos necesarios tendriacutea un coste en torno a los 250 euros


64


65

6- Conclusiones

El compaacutes satelitario en realidad no es si no un conjunto de receptores GPS (o dGPS)

trabajando en equipo

Por lo tanto no se puede considerar como el fruto de una nueva tecnoloacutegica

Lo que siacute es novedoso es la forma en la que se hace uso de dicha tecnologiacutea con la

ventaja de que se trata de tecnologiacutea muy experimentada lo que sin duda le situacutea

actualmente en la cima de los dispositivos electroacutenicos indicadores de rumbo

Como toda ldquonueva tecnologiacuteardquo su coste actual es elevado pero se reduciraacute

draacutesticamente en pocos antildeos

Muy probablemente apareceraacuten equipos de bajo coste para buques en los cuales lo

uacutenico que se requiere es conocer el rumbo (u orientacioacuten) del buque

Sus grandes ventajas sobre el girocompaacutes supondraacuten la desaparicioacuten de este equipo

cuyos costes no han bajado maacutexime en un entorno econoacutemico en el que las navieras

intentan reducir al maacuteximo los costes reduccioacuten que por suerte en este caso no

tendriacutea consecuencias negativas

Dado que para su funcionamiento se requiere alimentacioacuten eleacutectrica es de esperar

que el compaacutes magneacutetico continuacutee siendo un equipo obligatorio a bordo al menos

como equipo alternativo o de fortuna ya que en caso de ausencia absoluta de

corriente es el uacutenico capaz de darnos un rumbo cuanto menos aproximado


66


67

7 Anexos

71- Folleto del girocompaacutes GC85 de Simrad


68


69

72- Folleto del compas satelitario SC-110 de Furuno


70


71


72


73


74

8- Fuentes de informacioacuten

Artiacuteculo ldquoTWO EARLY ARABIC SOURCES ON THEMAGNETIC COMPASSrdquo de Petra G

Schmidl

Journal of Arabic and Islamic Studies (Volume 1) Antildeo 1997 Editado por Joseph

Norment Bell y Petr Zemaacutenek

Libro ldquoNavegacioacuten deportiva y profesionalrdquo Antildeo 2006 Autor y editor Ernesto Martiacutenez

de Carvajal Hedrich

httpdexterindustriescommanualdgps-2 (27-05-2012)

httpwwwfurunocomenindexhtml (28-05-2012)

httpwwwsimradcom (28-05-2012)

httpmindstormslegocomen-usdefaultaspxicmp=COUSFR28MINDSTORMS (28-

05-2012)


2

Iacutendice

1- Introduccioacuten 3

2- Evolucioacuten de los equipos de medicioacuten de rumbo 4

21- Queacute es el rumbo 4

22- Equipos de medicioacuten del rumbo 7

221- El compaacutes magneacutetico 8

222- Bitaacutecora 15

222- El girocompaacutes 16

223- El GPS 19

224- El Compaacutes fluxgate 27


226- Progresioacuten tecnoloacutegica 30


31- Componentes 37

311- La antena 38

312- El receptor de la sentildeal de correccioacuten diferencial 39

313- El procesador 41

314- La unidad de visualizacioacuten 41

4- Construccioacuten de un prototipo de bajo coste 49

41- CPU de LEGO 53

42- Sensores dGPS de Dexter Industries 54

43- Piezas varias de LEGO 58

44- El programa 59

5- Costes 62

6- Conclusiones 65

7 Anexos 67

71- Folleto del girocompaacutes GC85 de Simrad 67

72- Folleto del compas satelitario SC-110 de Furuno 69

8- Fuentes de informacioacuten 74


3









Introduccioacuten




Conclusiones



4









360ordm












Norte







Norte

Norte verdadero



5














Norte de aguja





6




Rumbo verdadero






Rumbo de aguja





7


que han tenido




El girocompaacutes

El GPS




8

















9























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sur

















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Medio Este


Este












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13



















14








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16



















17































18



































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en 1890



















20












2232- Historia

















21


















el receptor GPS



















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referencia



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correcciones


















24


















fondeo



















25

















26










27




Cableros

Remolcadores



original






90 grados






28





otros instrumentos
















interferencias




29


























Satelitario


30


















31



















32


como

Su simplicidad

Su eficacia












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34












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al Norte




sateacutelite)





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geomagnetismo etc








37









31- Componentes


La antena


El procesador





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un soporte



reflexiones



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5m


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Rico)


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sobre siacute mismo


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el calor que genera


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es baja











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apartamiento












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propio GPS de popa


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41- CPU de LEGO














32-bits














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routers






los programas
























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Fecha y hora UTC

Latitud

Longitud

Velocidad en cms



visualizarla






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Altitud








de ellos








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44- El programa













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menos cercano




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5- Costes




satelitario





respecto del fondo














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6- Conclusiones




















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7 Anexos



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Schmidl




de Carvajal Hedrich





05-2012)


3









Introduccioacuten




Conclusiones



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360ordm












Norte







Norte

Norte verdadero



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Norte de aguja





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Rumbo verdadero






Rumbo de aguja





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que han tenido




El girocompaacutes

El GPS




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sur

















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Medio Este


Este












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en 1890



















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2232- Historia

















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el receptor GPS



















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referencia



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correcciones


















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fondeo



















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Cableros

Remolcadores



original






90 grados






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otros instrumentos
















interferencias




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Satelitario


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como

Su simplicidad

Su eficacia












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al Norte




sateacutelite)





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geomagnetismo etc








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31- Componentes


La antena


El procesador





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un soporte



reflexiones



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5m


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Rico)


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sobre siacute mismo


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el calor que genera


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es baja











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apartamiento












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propio GPS de popa


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41- CPU de LEGO














32-bits














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routers






los programas
























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Fecha y hora UTC

Latitud

Longitud

Velocidad en cms



visualizarla






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Altitud








de ellos








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44- El programa













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menos cercano




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5- Costes




satelitario





respecto del fondo














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6- Conclusiones




















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7 Anexos



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de Carvajal Hedrich





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Norte







Norte

Norte verdadero



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Norte de aguja





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Rumbo verdadero






Rumbo de aguja





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que han tenido




El girocompaacutes

El GPS




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sur

















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Medio Este


Este












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2232- Historia

















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el receptor GPS



















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referencia



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correcciones


















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fondeo



















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Cableros

Remolcadores



original






90 grados






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otros instrumentos
















interferencias




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Satelitario


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como

Su simplicidad

Su eficacia












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al Norte




sateacutelite)





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geomagnetismo etc








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31- Componentes


La antena


El procesador





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un soporte



reflexiones



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Rico)


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sobre siacute mismo


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el calor que genera


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es baja











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apartamiento












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propio GPS de popa


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41- CPU de LEGO














32-bits














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routers






los programas
























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Fecha y hora UTC

Latitud

Longitud

Velocidad en cms



visualizarla






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Altitud








de ellos








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44- El programa













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menos cercano




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5- Costes




satelitario





respecto del fondo














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6- Conclusiones




















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7 Anexos



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de Carvajal Hedrich





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Norte de aguja





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Rumbo verdadero






Rumbo de aguja





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que han tenido




El girocompaacutes

El GPS




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Medio Este


Este












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en 1890



















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2232- Historia

















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el receptor GPS



















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referencia



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correcciones


















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fondeo



















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Cableros

Remolcadores



original






90 grados






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otros instrumentos
















interferencias




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Satelitario


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como

Su simplicidad

Su eficacia












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al Norte




sateacutelite)





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geomagnetismo etc








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31- Componentes


La antena


El procesador





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un soporte



reflexiones



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Rico)


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sobre siacute mismo


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el calor que genera


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es baja











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apartamiento












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propio GPS de popa


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41- CPU de LEGO














32-bits














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routers






los programas
























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Fecha y hora UTC

Latitud

Longitud

Velocidad en cms



visualizarla






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Altitud








de ellos








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44- El programa













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menos cercano




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5- Costes




satelitario





respecto del fondo














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6- Conclusiones




















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7 Anexos



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Schmidl




de Carvajal Hedrich





05-2012)


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Rumbo verdadero






Rumbo de aguja





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que han tenido




El girocompaacutes

El GPS




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sur

















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Medio Este


Este












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en 1890



















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2232- Historia

















21


















el receptor GPS



















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referencia



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correcciones


















24


















fondeo



















25

















26










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Cableros

Remolcadores



original






90 grados






28





otros instrumentos
















interferencias




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Satelitario


30


















31



















32


como

Su simplicidad

Su eficacia












33


34












35



al Norte




sateacutelite)





36








geomagnetismo etc








37









31- Componentes


La antena


El procesador





38


un soporte



reflexiones



39





5m


40










Rico)


41















42




43






sobre siacute mismo


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el calor que genera


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es baja











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apartamiento












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propio GPS de popa


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41- CPU de LEGO














32-bits














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54






routers






los programas
























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Fecha y hora UTC

Latitud

Longitud

Velocidad en cms



visualizarla






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Altitud








de ellos








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44- El programa













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menos cercano




61











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5- Costes




satelitario





respecto del fondo














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6- Conclusiones




















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7 Anexos



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Schmidl




de Carvajal Hedrich





05-2012)


21


















el receptor GPS



















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referencia



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correcciones


















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fondeo



















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Cableros

Remolcadores



original






90 grados






28





otros instrumentos
















interferencias




29


























Satelitario


30


















31



















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como

Su simplicidad

Su eficacia












33


34












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al Norte




sateacutelite)





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geomagnetismo etc








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31- Componentes


La antena


El procesador





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un soporte



reflexiones



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5m


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Rico)


41















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sobre siacute mismo


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el calor que genera


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es baja











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propio GPS de popa


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41- CPU de LEGO














32-bits














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routers






los programas
























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Altitud








de ellos








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44- El programa













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menos cercano




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5- Costes




satelitario





respecto del fondo














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6- Conclusiones




















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7 Anexos



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Schmidl




de Carvajal Hedrich





05-2012)


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referencia



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fondeo



















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Cableros

Remolcadores



original






90 grados






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otros instrumentos
















interferencias




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Satelitario


30


















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como

Su simplicidad

Su eficacia












33


34












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al Norte




sateacutelite)





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geomagnetismo etc








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31- Componentes


La antena


El procesador





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un soporte



reflexiones



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5m


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Rico)


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sobre siacute mismo


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el calor que genera


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44- El programa













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menos cercano




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5- Costes




satelitario





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6- Conclusiones




















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7 Anexos



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Schmidl




de Carvajal Hedrich





05-2012)


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fondeo



















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Cableros

Remolcadores



original






90 grados






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otros instrumentos
















interferencias




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Satelitario


30


















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como

Su simplicidad

Su eficacia












33


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al Norte




sateacutelite)





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geomagnetismo etc








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31- Componentes


La antena


El procesador





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un soporte



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Rico)


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sobre siacute mismo


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41- CPU de LEGO














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Altitud








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44- El programa













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5- Costes




satelitario





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6- Conclusiones




















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7 Anexos



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Schmidl




de Carvajal Hedrich





05-2012)


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fondeo



















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Cableros

Remolcadores



original






90 grados






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otros instrumentos
















interferencias




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Satelitario


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como

Su simplicidad

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al Norte




sateacutelite)





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geomagnetismo etc








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31- Componentes


La antena


El procesador





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Schmidl




de Carvajal Hedrich





05-2012)


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Cableros

Remolcadores



original






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otros instrumentos
















interferencias




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Satelitario


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Su simplicidad

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al Norte




sateacutelite)





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geomagnetismo etc








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31- Componentes


La antena


El procesador





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sobre siacute mismo


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el calor que genera


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Schmidl




de Carvajal Hedrich





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Cableros

Remolcadores



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Satelitario


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Su simplicidad

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al Norte




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geomagnetismo etc








37









31- Componentes


La antena


El procesador





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el calor que genera


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Cableros

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original






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Satelitario


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como

Su simplicidad

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al Norte




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geomagnetismo etc








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31- Componentes


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Schmidl




de Carvajal Hedrich





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Satelitario


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como

Su simplicidad

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geomagnetismo etc








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La antena


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propio GPS de popa


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41- CPU de LEGO














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satelitario





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Schmidl




de Carvajal Hedrich





05-2012)

El Compás Satelitario y propuesta de un prototipo de bajo ...

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