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Venezuela Potencia Naval: Tendrà una flota de 11 submarinos
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<blockquote data-quote="Derruido" data-source="post: 203824" data-attributes="member: 30"><p>Page 4 </p><p>4Para las celdas, el combustible requerido (H2) se puede obtener de dos fuentes: los hidrurosreversibles, de muy bajo rendimiento másico (del orden de 1.8% del hidruro embarcado, en peso) y delmetanol, que es necesario "reformar" con vapor de agua para obtener hidrógeno gaseoso (contaminadocon CO2).En los motores Diesel y Stirling, el combustible más adecuado es el DMFO común (paramotores Stirling preferentemente DMFO desulfurizado), bien conocido y de características muyseguras.Para las turbinas de vapor, que disponen de un quemador, el etanol es el combustible másadecuado por su limpieza de combustión (permite mayor longevidad de las piezas térmicas), aunqueprobablemente puedan admitir, a corto plazo, el DMFO desulfurizado, más seguro y económico.2.5.3. Productos residualesEl uso de las Celdas de “Oxígeno + hidruros” sólo genera agua dulce, que puede servir paraefectuar la compensación de pesos (o ser potabilizada). En las Celdas de “Oxígeno + metanol” espreciso deshacerse del CO2 producido por el reformado del alcohol, como ocurre con lascombustiones.El uso de los combustibles clásicos (DMFO) exige la eliminación a bordo de los desechos de lacombustión o su expulsión al mar (CO2 principalmente, ya que el vapor de agua puede ser fácilmentecondensado y gestionado). La expulsión al mar, lo más recomendado, exige una instalación auxiliarcompleja, compuesta por absorbedores-mezcladores y una serie de bombas de circulación-expulsión delos gases disueltos, (WMS), excepto en el caso de turbinas de alta presión de combustión, (60-70 bar),en las que la expulsión se hace de forma directa al mar. Si la potencia del convertidor es alta, elvolumen de gases a expulsar es, consecuentemente, alto y el ruido eventualmente producido podríanegar uno de los requerimientos AIP más preciado: el silencio.3. Descripción de los submarinos AIP que son más viables y su efecto en la arquitectura delsubmarino.3.1.En cualquiera de los sistemas AIP descritos y dadas las altas autonomías totales exigidas a lossubmarinos (más de 8000 Mn. de autonomía por misión), el almacenamiento de los reactantes AIP(LOX + hidruros/DMFO/alcoholes) exige unos respetables volúmenes adicionales (del orden del 80-100% del volumen del submarino portador) lo que impide o dificulta gravemente (por razoneseconómicas, de efectividad y seguridad principalmente) la materialización de submarinos totalmenteanaeróbicos (denominados MONO-AIP o 100% AIP), es decir, submarinos capaces de navegar aprofundidad durante una misión completa, que suele constar de unos 50 días a velocidades que oscilanentre los 4 y 8 nudos, (la velocidad máxima, 18-20 nudos, que sólo se desarrolla de forma puntual noes accesible en modo AIP).Suponiendo que no se considera el almacenamiento del combustible (utilizando DMFO seocupa relativamente poco espacio), siempre quedará el problema de estiba de los contenedorescriogénicos de LOX.La energía de una misión de un submarino medio, (1400 tns. de desplazamiento) equivale aunos 350-500 MWh., lo que exige, en el mejor de los casos, el almacenamiento de 200-300 toneladasnetas de LOX; a ello habría que añadir la parte proporcional de casco, lastres de flotabilidad, lastresfijos de estabilidad, estanques y cañerías de compensación, etc.Finalmente, y en base a lo antes expuesto, el buque MONO-AIP que pueda cumplir una misiónconvencional total, tal como hoy se considera, es inviable. Ello sin citar la imposibilidad de dar lapotencia máxima requerida por el MEP, por carecerse de convertidores AIP de la adecuada capacidad.3.2.Siendo no viable en la actualidad la construcción de un submarino MONO-AIP de prestacionessimilares a uno convencional y de dimensiones más o menos equiparables, una alternativa es“agregar”, sobre un submarino convencional, una sección conteniendo elementos AIP. Es lo que sedenomina una “Hibridación” AIP-convencional (Hibridación: Inclusión de un pequeño paqueteenergético o sección AIP a bordo de un submarino convencional). El volumen o tamaño de estasección AIP debería suponer sólo un 15-20% del desplazamiento sumergido del submarino portador,con el fin de no deformar en forma exagerada su arquitectura; evidentemente, la energía adicionalprovista por esta sección AIP, sería una fracción pequeña (15%) de la energía total, de misión. El restodebería seguir estando a cargo del DMFO asignado a la planta energética convencional (combustióncon aire atmosférico).Puesto que la energía producida por la planta AIP se agotaría en poco tiempo (10-15 días a bajavelocidad), es necesario mantener la planta original convencional, en toda amplitud y potencia, (en</p><p>--------------------------------------------------------------------------------</p><p>Page 5 </p><p>5realidad habría que aumentarla ligeramente ya que el buque híbrido desplaza más que el convencionalbase). Se podría, no obstante, eliminar una cierta cantidad de combustible convencional.La ventaja más evidente que una hibridación AIP presenta es la de poder disponer de unpaquete de energía, independiente de la atmósfera y del resto de la maquinaria convencional, que sepodría utilizar para la propulsión cuando más conviniese, o que podría cargar (o recargar) las bateríasdel buque convencional, de forma muy discreta (pero sólo durante un limitado período de tiempo).Los inconvenientes que se prevén en la hibridación. serían los siguientes, entre los másimportantes:• Mayor complejidad en la arquitectura general del submarino.• Disminución general de la seguridad a bordo por motivo de la naturaleza de los nuevoscombustibles y oxidantes, y los necesarios sistemas comunicados con el mar.• Complejidad operativa (doble planta energética).• Costo adicional (en la adquisición y operatición).• Instalaciones adecuadas de apoyo en base (AIP)Por lo tanto se puede concluir que la hibridación es un método provisional de acceder a latecnología AIP pura que puede aportar unas autonomías “adicionales” respetables respecto a las quepueden entregar las baterías (unos 13 días, en profundidad frente a los 4 días proporcionados por lasbaterías convencionales); a pesar de que la hibridación es un método económico para reconvertir sinexcesivo coste los submarinos convencionales ya construidos, estimo no es la solución ideal teniendoen cuenta la eficacia general/costo y sólo imperativos muy fuertes podrían impulsar a la adopción desistemas híbridos.3.3.Como alternativas que se pueden contemplar, si la hibridación se descarta como método deaplicación AIP a bordo de los submarinos, están las siguientes:3.3.1. Submarino MONO-AIP-MLEsta alternativa, denominada MONO-AIP-ML, (submarino 100% AIP de movilidad limitada),consiste en la adopción de un submarino AIP en el cual se ha suprimido la casi totalidad de loselementos convencionales típicos: máquinas diesel generadores, batería y parte (o todo) del DMFO, yen sustitución de estos elementos se han instalado convertidores y reactantes AIP de un volumenequivalente, con lo cual el desplazamiento no se ha modificado.La autonomía total resultante (utilizando máquinas Diesel, por ejemplo) es del orden de un 35-40% de la normal en un submarino clásico de 1400 tns., (se vería ligeramente mejorada con el uso deceldas de metanol, ascendiendo al 50% aproximadamente), aunque no se puede alcanzar la velocidadmáxima de 18-20 nudos, sino una moderada (app. 8 nudos), debido a lo pequeño de la potencia de losconvertidores. La construcción de un submarino, 100% AIP exigiría, por consiguiente, lareconsideración de las misiones, la autonomía y todas las prestaciones de un submarino.Pese a que para un país como Chile la autonomía de un submarino 100% AIP no permitiríasatisfacer nuestro RAN (requerimientos de Alto Nivel), a favor de los submarinos de reducidaautonomía y por consiguiente de construcción viable en tecnología AIP, existen los siguientesargumentos:• En países de desarrollo militar medio, con zonas marítimas no superiores a unas 1000 millasnáuticas y sin grandes intereses en ultramar, como ser los países escandinavos, el desplieguenormal de su fuerza submarina no precisa disponer de grandes autonomías. Solamenteconflictos intercontinentales le exigirían en dotar de grandes autonomías de tránsito a susbuques y submarinos• Debido a que la “Baja detectabilidad” de los submarinos se hace cada vez más vital, lossubmarinos 100% AIP son ideales, ya que toda la navegación (tránsito y patrulla) puedeefectuarse en inmersión profunda, y con una discreción muy alta (C.I. cercano a “0”).Para países, mediana o pobremente industrializados, y que operan submarinos, un submarinoAIP presentaría excesivos riesgos logísticos y operativos, por lo que se inclinarían por mantener en suInventario, los submarinos convencionales puros.En resumen, si se mira el uso de los submarinos en una Armada como la nuestra, y sólo en elconcepto de defensa o patrulla costera o semioceánica (hasta 1000 Mn. de la costa), es probable quelos submarinos MONO-AIP desempeñarían una labor eficiente en sustitución de los convencionales,pero para ir más lejos no sería así.En este supuesto la tecnología AIP podría conducir a la realización de submarinos de pequeñotonelaje (300-500 tns.) tripulados por una dotación-reducida (5-8 hombres) y con armamento limitado,pero con capacidad para efectuar misiones específicas, en condiciones ideales de discreción.</p><p>--------------------------------------------------------------------------------</p><p>Page 6 </p><p>6Por ejemplo, un submarino MONO-AIP de unas 300 tns., podría albergar unos 20 MWh deenergía, lo que permitiría una autonomía aproximada de unas 500 hrs. (20 días), a unos 4-6 nudos develocidad, (2000 Mn.), en profundidad y de forma ininterrumpida.3.3.2. Submarino Super-Bat.Esta alternativa consiste en la adopción de un submarino convencional en el cual se hansustituido las baterías clásicas por baterías avanzadas, del tipo LAIS o Na/S. Estas baterías son demucha mayor capacidad que las convencionales, aunque deben estar provistas de aisladores térmicosdebido a que su temperatura de funcionamiento comprende entre los 350º y 500º C. La instalación deestas baterías puede efectuarse bien dentro del mismo “Pozo de las baterías clásicas” las que seeliminan o pueden disponerse en volúmenes adicionales.Las ventajas de esta solución son las siguientes:• Las baterías pueden ser recargadas en la mar.• El buque mantiene su autonomía total (combustible).• La capacidad energética en inmersión se mejora sensiblemente. En el caso de sustituciónbatería convencional por la batería avanzada, guardando el mismo desplazamiento, losresultados serían: la autonomía a baja velocidad se multiplica por 1,55 (mínimo), y a altavelocidad (18-20 nudos) se multiplica por 2,5.Si se agrega un paquete adicional o se integra a bordo una cantidad de baterías avanzadas querepresente un aumento del desplazamiento de 300 tns. (en un submarino de 1400 tns., que pasaría a serde 1700 tns.), además de sustituir las propias baterías convencionales por las avanzadas, resultaría quela autonomía a baja velocidad se multiplicaría por 3,25 y la autonomía a alta velocidad, por 5(aproximadamente).A efectos comparativos, en un submarino híbrido AIP-DCC con sección agregada AIP de 300tns. se obtiene una autonomía en AIP de 384 hrs. (con consumo teórico de 120 kW), a lo cual si lesumamos la autonomía proporcionada por las baterías convencionales del submarino original que esdel orden de 94 hrs., en total serían unas 478 horas.En cambio, utilizando las baterías avanzadas en las mismas condiciones (con sección agregadade 300 tns.) y sustituyendo las baterías convencionales del buque portador, asimismo, por bateríasavanzadas (180 tns.), la autonomía resultante es de unas 315 horas, es decir del orden del 65% de laautonomía AIP-DCC anterior.El mismo cálculo, pero con AIP híbrido a base de celdas de metanol proporcionaría unaautonomía de unas 536 horas, más las 94 horas de batería convencional (630 horas en total). La razónde autonomía con baterías avanzadas respecto a AIP-Pilas + baterías es entonces del orden del 50%aproximadamente.Aunque el sistema a base de baterías avanzadas no es tan bueno en prestaciones de autonomía abaja velocidad como los sistemas AIP típicos, tiene no obstante la enorme ventaja de ser recargable enla mar y permitir asimismo una gran potencia instantánea, muy útil para dar altas velocidades con elMEP. Por consiguiente esta alternativa debería tenerse muy en cuenta si se desean submarinos AIP.4. Factores limitativos de los sistemas AIP embarcados.4.1.De forma general y sin entrar en detalles de la arquitectura, la seguridad, los ruidos generados,etc., pueden presentarse las siguientes cifras orientadoras sobre las energías que pueden proporcionarlos sistemas AIP más viables y efectivos:La energía disponible en un submarino convencional de unas 1400 tns. de desplazamiento es deunos 350 MWh como mínimo, pudiendo considerarse unos 300 MWh. de energía útil si se incluye elrendimiento de carga/descarga de las baterías (85% app.).El peso total de la instalación de generación/almacenamiento de energía que incluye máquinasdiesel, generadores, baterías, combustible y sus auxiliares, es del orden de unas 600 tns. (incluyendocasco, tanques varios, soportes, etc.).Por consiguiente, la razón “Energía útil almacenada/desplazamiento bruto de la instalación” esdel orden del 0,5 MWh/tns.En este cálculo el peso relativo del combustible es muy bajo, por lo que se podría variarsubstancialmente la energía almacenada (MWh) y la autonomía resultante, con una variación muypequeña del peso total de la instalación. Es decir, esa razón es muy sensible al parámetro "peso decombustible". El aire de combustión, atmosférico, al ser de libre disposición y no requeriralmacenamiento a bordo mejora mucho la Razón de energía específica global de un submarinoconvencional.Por el contrario, los sistemas AIP, los cuales deben almacenar forzosamente el oxidante (LOX)más el combustible, que puede ser clásico (DMFO) o puede ser avanzado (hidrógeno), en condiciones</p><p>--------------------------------------------------------------------------------</p><p>Page 7 </p><p>7de estiba muy poco eficaces (a efectos de pesos/volúmenes), el coeficiente de energía específicoglobal resultante es sensiblemente inferior llegando a tomar valores entre 0,17 MWh/tns. (máquinastérmicas) y 0,25 MWh/tns. (celdas de combustible).Por consiguiente, la Capacidad específica global de los sistemas AIP es aún muy baja (30-50%) en comparación con los sistemas convencionales, en los que el peso/volumen del aire consumido,evidentemente, no interviene. Ello asegura, al parecer, la vigencia de los submarinos convencionales.4.2.A las bajas características energéticas inherentes de los sistemas AIP se debe sumar lasconsideraciones derivadas de los siguientes factores:4.2.1. Seguridad:4.2.1.1. En todos los sistemas AIP el oxidante (LOX) debe ser estibado a bordo en forma criogénicauna temperatura de -183º C (90º K) en contenedores adecuados, que deben estar dimensionados einstalados de forma que resistan un cierto grado de choque y que una rotura accidental de los mismosno afecte gravemente la seguridad total del submarino.4.2.1.2. El uso del hidrógeno (Combustible utilizado en las celdas de combustible) se exponeasimismo a graves consecuencias respecto a la seguridad, por lo que su almacenamiento ymanipulación deben ser estudiados con sumo detenimiento. Los recipientes de hidruros o LH2 deberánir forzosamente por el exterior para limitar los daños, si éstos se producen.4.2.1.3. Los alcoholes, por ser muy volátiles e inflamables, aunque mucho menos peligrosos queel hidrógeno, deberán contar con instalaciones muy específicas y poco comunes en los submarinos. Sedebe extremar los cuidados para evitar las consecuencias producidas por derrames a causa de averías,roturas, etc.En resumen, todos estos reactantes, no utilizados hasta ahora en los submarinos, exigen eldesarrollo de nuevas tecnologías de seguridad en las instalaciones y servicios, etc. con el fin deasegurar que un accidente no suponga una inutilización o pérdida de la capacidad operativa de losmismos o ponga al submarino en riesgo.4.2.2. Confiabilidad:En los sistemas termodinámicos, la parte clásica, es decir, el convertidor básico, está bastantedesarrollada, pero al ser máquinas que deben funcionar en circuito cerrado precisan un sistema auxiliarmuy complejo que por consiguiente entrega una limitada confiabilidad operativa.En las celdas de combustible este problema se agudiza debido a su mayor aún complejidadinterna y vulnerabilidad a las duras condiciones que se exigen en los submarinos, (choque, grandesinclinaciones, ambiente salino, etc).Se puede deducir de lo anterior que el riesgo técnico es moderado en los sistemas AIP queutilizan máquinas térmicas y relativamente alto en los que utilizan celdas o pilas de combustible, lascuales además necesitan combustibles basados en el hidrógeno, de difícil manipulación yalmacenamiento.4.2.3. Costo de adquisición:No hay elementos suficientes para estimar con precisión el coste de los sistemas AIP aunque sepuede asumir que para las máquinas AIP termodinámicas (motores Diesel, motores Stirling yturbinas), los costes, una vez recuperadas las inversiones de su desarrollo, serían sólo moderadamentesuperiores a los costes normales de este tipo de máquinas, por utilizar tecnologías ya comunes en laindustria.En las celdas de combustible, los costos específicos serían muy superiores a los anteriores yaque son elementos muy caros; a ello habría que agregar los relativamente altos costes de losrecipientes criogénicos de LOX, los sistemas de expulsión de CO2 al mar, etc.En conclusión, el coste de adquisición de submarino AIP 100% podría fácilmente ser un 30-50% superior al de un submarino convencional del mismo desplazamiento, pero a prestaciones iguales,el desplazamiento requerido es del orden de un 80% superior al del submarino convencional, enresumen el coste efectivo sería del orden 2 a 3 veces superior al de éste.Ello daría lugar al conocido dilema de "Cantidad versus Calidad" que, dicho en otras palabras,equivale a si un submarino AIP (casi 0% de indiscreción) es, o no, más necesario que dos o tressubmarinos convencionales (10-20% de indiscreción) de características operativas equivalentes.4.2.4. Costos operativos:Los costos operativos de los submarinos AIP superan notablemente al de los convencionales.Ignorando los costos de personal, varadas, etc. que serían similares en ambos casos, los debidosa los consumos de los elementos energéticos serían muy diferentes.</p><p>--------------------------------------------------------------------------------</p><p>Page 8 </p><p>8Por ejemplo, en un submarino convencional el consumo típico por misión es de unas 80 tns.de DMFO, (app. 0,4 dólares/kg.). Un submarino MONO-AIP a base de máquinas diesel con la mismaautonomía (si ello fuese viable) consumiría una cantidad equivalente de DMFO más unas 280 tns. deLOX (a 0,5 dólares/kg), lo que significa un coste adicional de US$ 133.000 por misión, o bien US$800.000 al año. Siendo la vida de un submarino de unos 30 años, el incremento de costo a causaexclusivamente del consumo de LOX, sería de US$ 24.000.000, equivalente al 10% del coste de unsubmarino convencional medio (1.400 tns.).De estos simples datos puede deducirse que el coste (de adquisición y/u Operación) de unsubmarino AIP, es un factor limitativo importante.5.Qué esperar a mediano o largo plazo de las tecnologías AIP.A mediano o largo plazo los elementos AIP que pueden ser desarrollados o perfeccionados parasu uso en submarinos son los siguientes:5.1.Convertidores:5.1.1. Los sistemas termodinámicos (motores Diesel, Motores Stirling y Turbinas) que ya hanalcanzado su total madurez evolutiva y por consiguiente no se esperan obtener mejoras sensibles en surendimiento y diseño; sólo resta obtener mejoras en la confiabilidad de los sistemas auxiliares degestión de gases residuales, reciclado, etc.5.1.2. Los sistemas a base de Celdas de combustible de polímero sólido (SPEFC) podrían, en unfuturo, mejorar sensiblemente sus prestaciones generales y sobre todo su fiabilidad operativo alcomenzar a ser elementos de uso común en la industria lo que permitirá asignar substanciales recursosen su perfeccionamiento (mayor vida media, mayor robustez mecánica, mejora de su control, etc.).Asociadas a ellas, los reformadores de metanol, podrían asimismo desarrollarse adecuadamente.5.1.3. A largo plazo, las celdas de electrolito a base de carbonatos fundidos (MCFC) y las de óxidosmetálicos (MOFC) podrían aplicarse con efectividad a los submarinos admitiendo como combustibledirectamente los hidrocarburos, simplificándose el almacenamiento del combustible y aumentando suseguridad, con respecto al metanol e hidruros, aunque todavía sería preciso dotarlos de otros sistemas;no obstante las celdas a base de “oxígeno-hidrógeno” puro son las ideales para los submarinos: sonsilenciosas, de alto rendimiento y no producen gases residuales que haya que expulsar fuera del cascode presión, por lo que son las de más conveniente desarrollo.Se estima que es difícil que puedan aparecer en un plazo medio nuevos convertidores aexcepción de aquellos derivados de las Celdas de combustible o híbridos Celdas-baterías (celdas dealuminio-LOX), los cuales se están desarrollando muy rápidamente con vistas a la propulsión de losautomóviles eléctricos y otros usos industriales. Sin embargo, los sistemas que puedan desarrollarsecon vistas a los automóviles no siempre son de fácil aplicabilidad a los submarinos pues deben seradaptadas a las duras condiciones de entorno que éstos imponen.En resumen, el futuro de la tecnología AIP parece estar en manos de las celdas de combustible,a pesar de los altos costes e inconvenientes actuales.5.2.Reactantes:Un punto crítico de la tecnología AIP es el gran volumen y peso ocupado por los reactantes quese usan en la actualidad. La adopción plena de los sistemas AIP exige una mejora substancial delalmacenamiento de los reactantes utilizados.5.2.1. El oxidante común, el oxígeno, no parece que pueda sustituirse a mediano plazo, además sualmacenamiento criogénico es el más efectivo, en la actualidad.Su potencial sustituto, el agua oxigenada (HTP), sólo será efectiva cuando se obtenganestabilizantes adecuados.5.2.2. Los combustibles típicos (metanol, etanol, parafina, DMFO) van a seguir siendo similares,evidentemente, y sólo se pueden considerar mejoras en el modo de almacenamiento del hidrógeno, oen la obtención del hidrógeno por reformado. El hidrógeno, a pesar de su peligrosidad y los grandesinconvenientes de su estiba (gran volumen específico en el LH2 y gran peso específico en los hidrurosconocidos) se considera como el combustible del futuro por ser potente, limpio, ecológico y abundanteen la naturaleza.5.2.3. Las baterías avanzadas, principalmente las baterías Na/S podrán desempeñar un papelimportante en la industria y en los submarinos. Su potencial de desarrollo es muy grande ya que lasenergías específicas teóricamente alcanzables son mucho más altas que las obtenidas en la actualidad.6. Síntesis de las principales soluciones AIP y su comparación con el sistema convencional.</p><p>--------------------------------------------------------------------------------</p><p>Page 9 </p><p>9Los submarinos convencionales actuales sumergidos a profundidad disponen de unaautonomía relativamente modesta (unas 100 horas a 4 nudos con descarga total de la batería). Durantelos tránsitos deben ascender periódicamente a profundidad de snórkel para recargar baterías, mediantelos grupos Diesel-generadores. La periodicidad es del orden de 1 hora cada 4 a 12 h. de navegación,según la velocidad. Estas limitaciones, por consiguiente, exponen a los submarinos a la detección loque ha impulsado el desarrollo de sistemas energéticos de propulsión de gran capacidad eindependientes de la atmósfera, que permitan así al submarino navegar en sumergida profunda duranteprolongados períodos de tiempo y en condiciones silenciosas, siendo éste el objetivo último de lossistemas anaeróbicos.Las plantas AIP que se consideran más efectivas y aplicables a los submarinos, en la actualidado a corto plazo, son las siguientes:CONVERTIDORREACTANTESCeldas tipo SPELOX + H2 (Hidruros)Celdas tipo SPELOX + H2 (Metanol)Máquinas Diesel.LOX + DMFOMáquinas Stirling.LOX + DMFOTurbina de VaporLOX + EtanolLos sistemas de mayor disponibilidad, menor costo y mayor sencillez operativa son losformados por las Máquinas Diesel, Máquinas Stirling o turbinas de vapor y sus reactantes asociados.El sistema de mayor eficacia en términos de energía específica es el formado por Celdas decombustible alimentadas por metanol, aunque es un sistema que precisa más experimentación.El logro de autonomías en sumergida profunda comparables a las que disponen los submarinosconvencionales en tránsito mixto, exige la inclusión de una cantidad desmesurada de reactantes abordo lo que implica un aumento sensible del desplazamiento (y con ello el costo) y pérdida deseguridad debido a la naturaleza misma de los reactantes utilizados.A pesar de que el costo y la seguridad pueden ser factores limitativos importantes, el puntocrítico aún esta en la relativamente baja energía AIP que es posible almacenar en un submarino de unasdimensiones medias en comparación con una de propulsión convencional de tamaño equivalente yaque en éste el aire de combustión es de libre disposición y el combustible utilizado, DMFO, es de muyfácil estiba y de alto poder energético.En resumen, a dimensiones iguales el submarino AIP dispondría, a lo sumo, de una energíaigual al 50% de la existente en un submarino convencional típico, es decir, su movilidad se reduciría ala mitad.Por consiguiente se podría concluir que al agregar una pequeña planta AIP a un submarinoconvencional permitiría mejorar sus prestaciones. Es lo que se denomina una hibridación; esta acciónpermitiría una autonomía suplementaria de unos 13 a 18 días a baja velocidad (4 nudos) con unaumento del desplazamiento de sólo 15 a 20%.Se podría deducir también que las soluciones híbridas no serían aconsejables ya que, si bienmejoran las prestaciones, incrementan notablemente la complejidad del submarino y su costo.6.1.Como soluciones alternativas a corto plazo se tendrían:6.1.1. La realización de submarinos AIP de movilidad limitada, más sencillos y muy eficaces paraalgunas misiones. Su radio de acción sería de alrededor de 800 Mn, con una capacidad energética del50% de la convencional, pero con una gran ventaja: toda la misión sería en navegación profunda(dificulta la detección por el adversario). La baja movilidad que proporcionan actualmente lastecnologías AIP sugiere construir submarinos específicos para la protección costera o para misionesespeciales, en las que su baja susceptibilidad a ser detectados sea un factor primordial. Ello conduciríaa la creación de submarinos AIP muy pequeños, (300 a 500 tns.) de desplazamientos con unarmamento y una autonomía limitadas, pero muy efectivos en distancias cortas o en zonas de aguasrestringidas (estrechos, entradas a puertos, etc.) o “Shock Points”.6.1.2. La adopción de nuevos tipos de baterías (LAIS, Na/S) que podrían mejorar sensiblemente laautonomía en inmersión de los submarinos convencionales, sin necesidad de cambiar de concepto, ypor consiguiente, con bajo riesgo técnico.</p><p>--------------------------------------------------------------------------------</p><p>Page 10 </p><p>107. Conclusiones.7.1.Las indiscreciones debido a la necesidad de cargar baterías son una importante debilidad de lossubmarinos convencionales; por lo tanto, si se quiere disminuir substancialmente la probabilidad deéstos a ser detectados, no habría más remedio que recurrir a las tecnologías nucleares o AIP (químicas)las cuales permiten al submarino navegar sumergido profundamente durante extensos períodos detiempo. Como el construir submarinos nucleares tiene grandes trabas, políticas y tecnológicas, parauna Armada como la nuestra la alternativa entre ambos sistemas es el AIP.7.2. Es inviable que el buque MONO-AIP pueda cumplir una misión convencional completa, y a ellose le debe sumar la imposibilidad de dar la potencia máxima requerida por el MEP, por carecerse deconvertidores AIP de la adecuada capacidad.7.3. La ventaja más evidente que una hibridación AIP presenta es la de poder disponer de un paquetede energía, independiente de la atmósfera y del resto de la maquinaria convencional, que se podríautilizar para la propulsión cuando más conviniese, o que podría cargar (o recargar) las baterías delbuque convencional, de forma muy discreta, siendo un método para potenciar los submarinosconvencionales ya construidos aunque involucre a mi entender muchos inconvenientes.7.4 Otra posibilidad de AIP está en las Celdas de Combustible, pese a su alto costo e inconvenientestecnológicos actuales; por ejemplo, las celdas a base de “oxígeno-hidrógeno” puro son las ideales paralos submarinos: silenciosas, de alto rendimiento y no producen gases residuales que haya que expulsarfuera del casco de presión., por lo que estimo se privilegiará su desarrollo.7.5. Como conclusión final, y considerando que un submarino AIP en la actualidad presentaríaexcesivos riesgos logísticos y operativos, estimo se debe privilegiar, al menos por ahora, a lossubmarinos convencionales puros y hacer un esfuerzo, a futuro, cuando haya un mayor desarrollo, porlas celdas de combustible de Oxígeno-Hidrógeno.</p><p></p><p>* Teniente 1º, Submarinista.</p></blockquote><p></p>
[QUOTE="Derruido, post: 203824, member: 30"] Page 4 4Para las celdas, el combustible requerido (H2) se puede obtener de dos fuentes: los hidrurosreversibles, de muy bajo rendimiento másico (del orden de 1.8% del hidruro embarcado, en peso) y delmetanol, que es necesario "reformar" con vapor de agua para obtener hidrógeno gaseoso (contaminadocon CO2).En los motores Diesel y Stirling, el combustible más adecuado es el DMFO común (paramotores Stirling preferentemente DMFO desulfurizado), bien conocido y de características muyseguras.Para las turbinas de vapor, que disponen de un quemador, el etanol es el combustible másadecuado por su limpieza de combustión (permite mayor longevidad de las piezas térmicas), aunqueprobablemente puedan admitir, a corto plazo, el DMFO desulfurizado, más seguro y económico.2.5.3. Productos residualesEl uso de las Celdas de “Oxígeno + hidruros” sólo genera agua dulce, que puede servir paraefectuar la compensación de pesos (o ser potabilizada). En las Celdas de “Oxígeno + metanol” espreciso deshacerse del CO2 producido por el reformado del alcohol, como ocurre con lascombustiones.El uso de los combustibles clásicos (DMFO) exige la eliminación a bordo de los desechos de lacombustión o su expulsión al mar (CO2 principalmente, ya que el vapor de agua puede ser fácilmentecondensado y gestionado). La expulsión al mar, lo más recomendado, exige una instalación auxiliarcompleja, compuesta por absorbedores-mezcladores y una serie de bombas de circulación-expulsión delos gases disueltos, (WMS), excepto en el caso de turbinas de alta presión de combustión, (60-70 bar),en las que la expulsión se hace de forma directa al mar. Si la potencia del convertidor es alta, elvolumen de gases a expulsar es, consecuentemente, alto y el ruido eventualmente producido podríanegar uno de los requerimientos AIP más preciado: el silencio.3. Descripción de los submarinos AIP que son más viables y su efecto en la arquitectura delsubmarino.3.1.En cualquiera de los sistemas AIP descritos y dadas las altas autonomías totales exigidas a lossubmarinos (más de 8000 Mn. de autonomía por misión), el almacenamiento de los reactantes AIP(LOX + hidruros/DMFO/alcoholes) exige unos respetables volúmenes adicionales (del orden del 80-100% del volumen del submarino portador) lo que impide o dificulta gravemente (por razoneseconómicas, de efectividad y seguridad principalmente) la materialización de submarinos totalmenteanaeróbicos (denominados MONO-AIP o 100% AIP), es decir, submarinos capaces de navegar aprofundidad durante una misión completa, que suele constar de unos 50 días a velocidades que oscilanentre los 4 y 8 nudos, (la velocidad máxima, 18-20 nudos, que sólo se desarrolla de forma puntual noes accesible en modo AIP).Suponiendo que no se considera el almacenamiento del combustible (utilizando DMFO seocupa relativamente poco espacio), siempre quedará el problema de estiba de los contenedorescriogénicos de LOX.La energía de una misión de un submarino medio, (1400 tns. de desplazamiento) equivale aunos 350-500 MWh., lo que exige, en el mejor de los casos, el almacenamiento de 200-300 toneladasnetas de LOX; a ello habría que añadir la parte proporcional de casco, lastres de flotabilidad, lastresfijos de estabilidad, estanques y cañerías de compensación, etc.Finalmente, y en base a lo antes expuesto, el buque MONO-AIP que pueda cumplir una misiónconvencional total, tal como hoy se considera, es inviable. Ello sin citar la imposibilidad de dar lapotencia máxima requerida por el MEP, por carecerse de convertidores AIP de la adecuada capacidad.3.2.Siendo no viable en la actualidad la construcción de un submarino MONO-AIP de prestacionessimilares a uno convencional y de dimensiones más o menos equiparables, una alternativa es“agregar”, sobre un submarino convencional, una sección conteniendo elementos AIP. Es lo que sedenomina una “Hibridación” AIP-convencional (Hibridación: Inclusión de un pequeño paqueteenergético o sección AIP a bordo de un submarino convencional). El volumen o tamaño de estasección AIP debería suponer sólo un 15-20% del desplazamiento sumergido del submarino portador,con el fin de no deformar en forma exagerada su arquitectura; evidentemente, la energía adicionalprovista por esta sección AIP, sería una fracción pequeña (15%) de la energía total, de misión. El restodebería seguir estando a cargo del DMFO asignado a la planta energética convencional (combustióncon aire atmosférico).Puesto que la energía producida por la planta AIP se agotaría en poco tiempo (10-15 días a bajavelocidad), es necesario mantener la planta original convencional, en toda amplitud y potencia, (en -------------------------------------------------------------------------------- Page 5 5realidad habría que aumentarla ligeramente ya que el buque híbrido desplaza más que el convencionalbase). Se podría, no obstante, eliminar una cierta cantidad de combustible convencional.La ventaja más evidente que una hibridación AIP presenta es la de poder disponer de unpaquete de energía, independiente de la atmósfera y del resto de la maquinaria convencional, que sepodría utilizar para la propulsión cuando más conviniese, o que podría cargar (o recargar) las bateríasdel buque convencional, de forma muy discreta (pero sólo durante un limitado período de tiempo).Los inconvenientes que se prevén en la hibridación. serían los siguientes, entre los másimportantes:• Mayor complejidad en la arquitectura general del submarino.• Disminución general de la seguridad a bordo por motivo de la naturaleza de los nuevoscombustibles y oxidantes, y los necesarios sistemas comunicados con el mar.• Complejidad operativa (doble planta energética).• Costo adicional (en la adquisición y operatición).• Instalaciones adecuadas de apoyo en base (AIP)Por lo tanto se puede concluir que la hibridación es un método provisional de acceder a latecnología AIP pura que puede aportar unas autonomías “adicionales” respetables respecto a las quepueden entregar las baterías (unos 13 días, en profundidad frente a los 4 días proporcionados por lasbaterías convencionales); a pesar de que la hibridación es un método económico para reconvertir sinexcesivo coste los submarinos convencionales ya construidos, estimo no es la solución ideal teniendoen cuenta la eficacia general/costo y sólo imperativos muy fuertes podrían impulsar a la adopción desistemas híbridos.3.3.Como alternativas que se pueden contemplar, si la hibridación se descarta como método deaplicación AIP a bordo de los submarinos, están las siguientes:3.3.1. Submarino MONO-AIP-MLEsta alternativa, denominada MONO-AIP-ML, (submarino 100% AIP de movilidad limitada),consiste en la adopción de un submarino AIP en el cual se ha suprimido la casi totalidad de loselementos convencionales típicos: máquinas diesel generadores, batería y parte (o todo) del DMFO, yen sustitución de estos elementos se han instalado convertidores y reactantes AIP de un volumenequivalente, con lo cual el desplazamiento no se ha modificado.La autonomía total resultante (utilizando máquinas Diesel, por ejemplo) es del orden de un 35-40% de la normal en un submarino clásico de 1400 tns., (se vería ligeramente mejorada con el uso deceldas de metanol, ascendiendo al 50% aproximadamente), aunque no se puede alcanzar la velocidadmáxima de 18-20 nudos, sino una moderada (app. 8 nudos), debido a lo pequeño de la potencia de losconvertidores. La construcción de un submarino, 100% AIP exigiría, por consiguiente, lareconsideración de las misiones, la autonomía y todas las prestaciones de un submarino.Pese a que para un país como Chile la autonomía de un submarino 100% AIP no permitiríasatisfacer nuestro RAN (requerimientos de Alto Nivel), a favor de los submarinos de reducidaautonomía y por consiguiente de construcción viable en tecnología AIP, existen los siguientesargumentos:• En países de desarrollo militar medio, con zonas marítimas no superiores a unas 1000 millasnáuticas y sin grandes intereses en ultramar, como ser los países escandinavos, el desplieguenormal de su fuerza submarina no precisa disponer de grandes autonomías. Solamenteconflictos intercontinentales le exigirían en dotar de grandes autonomías de tránsito a susbuques y submarinos• Debido a que la “Baja detectabilidad” de los submarinos se hace cada vez más vital, lossubmarinos 100% AIP son ideales, ya que toda la navegación (tránsito y patrulla) puedeefectuarse en inmersión profunda, y con una discreción muy alta (C.I. cercano a “0”).Para países, mediana o pobremente industrializados, y que operan submarinos, un submarinoAIP presentaría excesivos riesgos logísticos y operativos, por lo que se inclinarían por mantener en suInventario, los submarinos convencionales puros.En resumen, si se mira el uso de los submarinos en una Armada como la nuestra, y sólo en elconcepto de defensa o patrulla costera o semioceánica (hasta 1000 Mn. de la costa), es probable quelos submarinos MONO-AIP desempeñarían una labor eficiente en sustitución de los convencionales,pero para ir más lejos no sería así.En este supuesto la tecnología AIP podría conducir a la realización de submarinos de pequeñotonelaje (300-500 tns.) tripulados por una dotación-reducida (5-8 hombres) y con armamento limitado,pero con capacidad para efectuar misiones específicas, en condiciones ideales de discreción. -------------------------------------------------------------------------------- Page 6 6Por ejemplo, un submarino MONO-AIP de unas 300 tns., podría albergar unos 20 MWh deenergía, lo que permitiría una autonomía aproximada de unas 500 hrs. (20 días), a unos 4-6 nudos develocidad, (2000 Mn.), en profundidad y de forma ininterrumpida.3.3.2. Submarino Super-Bat.Esta alternativa consiste en la adopción de un submarino convencional en el cual se hansustituido las baterías clásicas por baterías avanzadas, del tipo LAIS o Na/S. Estas baterías son demucha mayor capacidad que las convencionales, aunque deben estar provistas de aisladores térmicosdebido a que su temperatura de funcionamiento comprende entre los 350º y 500º C. La instalación deestas baterías puede efectuarse bien dentro del mismo “Pozo de las baterías clásicas” las que seeliminan o pueden disponerse en volúmenes adicionales.Las ventajas de esta solución son las siguientes:• Las baterías pueden ser recargadas en la mar.• El buque mantiene su autonomía total (combustible).• La capacidad energética en inmersión se mejora sensiblemente. En el caso de sustituciónbatería convencional por la batería avanzada, guardando el mismo desplazamiento, losresultados serían: la autonomía a baja velocidad se multiplica por 1,55 (mínimo), y a altavelocidad (18-20 nudos) se multiplica por 2,5.Si se agrega un paquete adicional o se integra a bordo una cantidad de baterías avanzadas querepresente un aumento del desplazamiento de 300 tns. (en un submarino de 1400 tns., que pasaría a serde 1700 tns.), además de sustituir las propias baterías convencionales por las avanzadas, resultaría quela autonomía a baja velocidad se multiplicaría por 3,25 y la autonomía a alta velocidad, por 5(aproximadamente).A efectos comparativos, en un submarino híbrido AIP-DCC con sección agregada AIP de 300tns. se obtiene una autonomía en AIP de 384 hrs. (con consumo teórico de 120 kW), a lo cual si lesumamos la autonomía proporcionada por las baterías convencionales del submarino original que esdel orden de 94 hrs., en total serían unas 478 horas.En cambio, utilizando las baterías avanzadas en las mismas condiciones (con sección agregadade 300 tns.) y sustituyendo las baterías convencionales del buque portador, asimismo, por bateríasavanzadas (180 tns.), la autonomía resultante es de unas 315 horas, es decir del orden del 65% de laautonomía AIP-DCC anterior.El mismo cálculo, pero con AIP híbrido a base de celdas de metanol proporcionaría unaautonomía de unas 536 horas, más las 94 horas de batería convencional (630 horas en total). La razónde autonomía con baterías avanzadas respecto a AIP-Pilas + baterías es entonces del orden del 50%aproximadamente.Aunque el sistema a base de baterías avanzadas no es tan bueno en prestaciones de autonomía abaja velocidad como los sistemas AIP típicos, tiene no obstante la enorme ventaja de ser recargable enla mar y permitir asimismo una gran potencia instantánea, muy útil para dar altas velocidades con elMEP. Por consiguiente esta alternativa debería tenerse muy en cuenta si se desean submarinos AIP.4. Factores limitativos de los sistemas AIP embarcados.4.1.De forma general y sin entrar en detalles de la arquitectura, la seguridad, los ruidos generados,etc., pueden presentarse las siguientes cifras orientadoras sobre las energías que pueden proporcionarlos sistemas AIP más viables y efectivos:La energía disponible en un submarino convencional de unas 1400 tns. de desplazamiento es deunos 350 MWh como mínimo, pudiendo considerarse unos 300 MWh. de energía útil si se incluye elrendimiento de carga/descarga de las baterías (85% app.).El peso total de la instalación de generación/almacenamiento de energía que incluye máquinasdiesel, generadores, baterías, combustible y sus auxiliares, es del orden de unas 600 tns. (incluyendocasco, tanques varios, soportes, etc.).Por consiguiente, la razón “Energía útil almacenada/desplazamiento bruto de la instalación” esdel orden del 0,5 MWh/tns.En este cálculo el peso relativo del combustible es muy bajo, por lo que se podría variarsubstancialmente la energía almacenada (MWh) y la autonomía resultante, con una variación muypequeña del peso total de la instalación. Es decir, esa razón es muy sensible al parámetro "peso decombustible". El aire de combustión, atmosférico, al ser de libre disposición y no requeriralmacenamiento a bordo mejora mucho la Razón de energía específica global de un submarinoconvencional.Por el contrario, los sistemas AIP, los cuales deben almacenar forzosamente el oxidante (LOX)más el combustible, que puede ser clásico (DMFO) o puede ser avanzado (hidrógeno), en condiciones -------------------------------------------------------------------------------- Page 7 7de estiba muy poco eficaces (a efectos de pesos/volúmenes), el coeficiente de energía específicoglobal resultante es sensiblemente inferior llegando a tomar valores entre 0,17 MWh/tns. (máquinastérmicas) y 0,25 MWh/tns. (celdas de combustible).Por consiguiente, la Capacidad específica global de los sistemas AIP es aún muy baja (30-50%) en comparación con los sistemas convencionales, en los que el peso/volumen del aire consumido,evidentemente, no interviene. Ello asegura, al parecer, la vigencia de los submarinos convencionales.4.2.A las bajas características energéticas inherentes de los sistemas AIP se debe sumar lasconsideraciones derivadas de los siguientes factores:4.2.1. Seguridad:4.2.1.1. En todos los sistemas AIP el oxidante (LOX) debe ser estibado a bordo en forma criogénicauna temperatura de -183º C (90º K) en contenedores adecuados, que deben estar dimensionados einstalados de forma que resistan un cierto grado de choque y que una rotura accidental de los mismosno afecte gravemente la seguridad total del submarino.4.2.1.2. El uso del hidrógeno (Combustible utilizado en las celdas de combustible) se exponeasimismo a graves consecuencias respecto a la seguridad, por lo que su almacenamiento ymanipulación deben ser estudiados con sumo detenimiento. Los recipientes de hidruros o LH2 deberánir forzosamente por el exterior para limitar los daños, si éstos se producen.4.2.1.3. Los alcoholes, por ser muy volátiles e inflamables, aunque mucho menos peligrosos queel hidrógeno, deberán contar con instalaciones muy específicas y poco comunes en los submarinos. Sedebe extremar los cuidados para evitar las consecuencias producidas por derrames a causa de averías,roturas, etc.En resumen, todos estos reactantes, no utilizados hasta ahora en los submarinos, exigen eldesarrollo de nuevas tecnologías de seguridad en las instalaciones y servicios, etc. con el fin deasegurar que un accidente no suponga una inutilización o pérdida de la capacidad operativa de losmismos o ponga al submarino en riesgo.4.2.2. Confiabilidad:En los sistemas termodinámicos, la parte clásica, es decir, el convertidor básico, está bastantedesarrollada, pero al ser máquinas que deben funcionar en circuito cerrado precisan un sistema auxiliarmuy complejo que por consiguiente entrega una limitada confiabilidad operativa.En las celdas de combustible este problema se agudiza debido a su mayor aún complejidadinterna y vulnerabilidad a las duras condiciones que se exigen en los submarinos, (choque, grandesinclinaciones, ambiente salino, etc).Se puede deducir de lo anterior que el riesgo técnico es moderado en los sistemas AIP queutilizan máquinas térmicas y relativamente alto en los que utilizan celdas o pilas de combustible, lascuales además necesitan combustibles basados en el hidrógeno, de difícil manipulación yalmacenamiento.4.2.3. Costo de adquisición:No hay elementos suficientes para estimar con precisión el coste de los sistemas AIP aunque sepuede asumir que para las máquinas AIP termodinámicas (motores Diesel, motores Stirling yturbinas), los costes, una vez recuperadas las inversiones de su desarrollo, serían sólo moderadamentesuperiores a los costes normales de este tipo de máquinas, por utilizar tecnologías ya comunes en laindustria.En las celdas de combustible, los costos específicos serían muy superiores a los anteriores yaque son elementos muy caros; a ello habría que agregar los relativamente altos costes de losrecipientes criogénicos de LOX, los sistemas de expulsión de CO2 al mar, etc.En conclusión, el coste de adquisición de submarino AIP 100% podría fácilmente ser un 30-50% superior al de un submarino convencional del mismo desplazamiento, pero a prestaciones iguales,el desplazamiento requerido es del orden de un 80% superior al del submarino convencional, enresumen el coste efectivo sería del orden 2 a 3 veces superior al de éste.Ello daría lugar al conocido dilema de "Cantidad versus Calidad" que, dicho en otras palabras,equivale a si un submarino AIP (casi 0% de indiscreción) es, o no, más necesario que dos o tressubmarinos convencionales (10-20% de indiscreción) de características operativas equivalentes.4.2.4. Costos operativos:Los costos operativos de los submarinos AIP superan notablemente al de los convencionales.Ignorando los costos de personal, varadas, etc. que serían similares en ambos casos, los debidosa los consumos de los elementos energéticos serían muy diferentes. -------------------------------------------------------------------------------- Page 8 8Por ejemplo, en un submarino convencional el consumo típico por misión es de unas 80 tns.de DMFO, (app. 0,4 dólares/kg.). Un submarino MONO-AIP a base de máquinas diesel con la mismaautonomía (si ello fuese viable) consumiría una cantidad equivalente de DMFO más unas 280 tns. deLOX (a 0,5 dólares/kg), lo que significa un coste adicional de US$ 133.000 por misión, o bien US$800.000 al año. Siendo la vida de un submarino de unos 30 años, el incremento de costo a causaexclusivamente del consumo de LOX, sería de US$ 24.000.000, equivalente al 10% del coste de unsubmarino convencional medio (1.400 tns.).De estos simples datos puede deducirse que el coste (de adquisición y/u Operación) de unsubmarino AIP, es un factor limitativo importante.5.Qué esperar a mediano o largo plazo de las tecnologías AIP.A mediano o largo plazo los elementos AIP que pueden ser desarrollados o perfeccionados parasu uso en submarinos son los siguientes:5.1.Convertidores:5.1.1. Los sistemas termodinámicos (motores Diesel, Motores Stirling y Turbinas) que ya hanalcanzado su total madurez evolutiva y por consiguiente no se esperan obtener mejoras sensibles en surendimiento y diseño; sólo resta obtener mejoras en la confiabilidad de los sistemas auxiliares degestión de gases residuales, reciclado, etc.5.1.2. Los sistemas a base de Celdas de combustible de polímero sólido (SPEFC) podrían, en unfuturo, mejorar sensiblemente sus prestaciones generales y sobre todo su fiabilidad operativo alcomenzar a ser elementos de uso común en la industria lo que permitirá asignar substanciales recursosen su perfeccionamiento (mayor vida media, mayor robustez mecánica, mejora de su control, etc.).Asociadas a ellas, los reformadores de metanol, podrían asimismo desarrollarse adecuadamente.5.1.3. A largo plazo, las celdas de electrolito a base de carbonatos fundidos (MCFC) y las de óxidosmetálicos (MOFC) podrían aplicarse con efectividad a los submarinos admitiendo como combustibledirectamente los hidrocarburos, simplificándose el almacenamiento del combustible y aumentando suseguridad, con respecto al metanol e hidruros, aunque todavía sería preciso dotarlos de otros sistemas;no obstante las celdas a base de “oxígeno-hidrógeno” puro son las ideales para los submarinos: sonsilenciosas, de alto rendimiento y no producen gases residuales que haya que expulsar fuera del cascode presión, por lo que son las de más conveniente desarrollo.Se estima que es difícil que puedan aparecer en un plazo medio nuevos convertidores aexcepción de aquellos derivados de las Celdas de combustible o híbridos Celdas-baterías (celdas dealuminio-LOX), los cuales se están desarrollando muy rápidamente con vistas a la propulsión de losautomóviles eléctricos y otros usos industriales. Sin embargo, los sistemas que puedan desarrollarsecon vistas a los automóviles no siempre son de fácil aplicabilidad a los submarinos pues deben seradaptadas a las duras condiciones de entorno que éstos imponen.En resumen, el futuro de la tecnología AIP parece estar en manos de las celdas de combustible,a pesar de los altos costes e inconvenientes actuales.5.2.Reactantes:Un punto crítico de la tecnología AIP es el gran volumen y peso ocupado por los reactantes quese usan en la actualidad. La adopción plena de los sistemas AIP exige una mejora substancial delalmacenamiento de los reactantes utilizados.5.2.1. El oxidante común, el oxígeno, no parece que pueda sustituirse a mediano plazo, además sualmacenamiento criogénico es el más efectivo, en la actualidad.Su potencial sustituto, el agua oxigenada (HTP), sólo será efectiva cuando se obtenganestabilizantes adecuados.5.2.2. Los combustibles típicos (metanol, etanol, parafina, DMFO) van a seguir siendo similares,evidentemente, y sólo se pueden considerar mejoras en el modo de almacenamiento del hidrógeno, oen la obtención del hidrógeno por reformado. El hidrógeno, a pesar de su peligrosidad y los grandesinconvenientes de su estiba (gran volumen específico en el LH2 y gran peso específico en los hidrurosconocidos) se considera como el combustible del futuro por ser potente, limpio, ecológico y abundanteen la naturaleza.5.2.3. Las baterías avanzadas, principalmente las baterías Na/S podrán desempeñar un papelimportante en la industria y en los submarinos. Su potencial de desarrollo es muy grande ya que lasenergías específicas teóricamente alcanzables son mucho más altas que las obtenidas en la actualidad.6. Síntesis de las principales soluciones AIP y su comparación con el sistema convencional. -------------------------------------------------------------------------------- Page 9 9Los submarinos convencionales actuales sumergidos a profundidad disponen de unaautonomía relativamente modesta (unas 100 horas a 4 nudos con descarga total de la batería). Durantelos tránsitos deben ascender periódicamente a profundidad de snórkel para recargar baterías, mediantelos grupos Diesel-generadores. La periodicidad es del orden de 1 hora cada 4 a 12 h. de navegación,según la velocidad. Estas limitaciones, por consiguiente, exponen a los submarinos a la detección loque ha impulsado el desarrollo de sistemas energéticos de propulsión de gran capacidad eindependientes de la atmósfera, que permitan así al submarino navegar en sumergida profunda duranteprolongados períodos de tiempo y en condiciones silenciosas, siendo éste el objetivo último de lossistemas anaeróbicos.Las plantas AIP que se consideran más efectivas y aplicables a los submarinos, en la actualidado a corto plazo, son las siguientes:CONVERTIDORREACTANTESCeldas tipo SPELOX + H2 (Hidruros)Celdas tipo SPELOX + H2 (Metanol)Máquinas Diesel.LOX + DMFOMáquinas Stirling.LOX + DMFOTurbina de VaporLOX + EtanolLos sistemas de mayor disponibilidad, menor costo y mayor sencillez operativa son losformados por las Máquinas Diesel, Máquinas Stirling o turbinas de vapor y sus reactantes asociados.El sistema de mayor eficacia en términos de energía específica es el formado por Celdas decombustible alimentadas por metanol, aunque es un sistema que precisa más experimentación.El logro de autonomías en sumergida profunda comparables a las que disponen los submarinosconvencionales en tránsito mixto, exige la inclusión de una cantidad desmesurada de reactantes abordo lo que implica un aumento sensible del desplazamiento (y con ello el costo) y pérdida deseguridad debido a la naturaleza misma de los reactantes utilizados.A pesar de que el costo y la seguridad pueden ser factores limitativos importantes, el puntocrítico aún esta en la relativamente baja energía AIP que es posible almacenar en un submarino de unasdimensiones medias en comparación con una de propulsión convencional de tamaño equivalente yaque en éste el aire de combustión es de libre disposición y el combustible utilizado, DMFO, es de muyfácil estiba y de alto poder energético.En resumen, a dimensiones iguales el submarino AIP dispondría, a lo sumo, de una energíaigual al 50% de la existente en un submarino convencional típico, es decir, su movilidad se reduciría ala mitad.Por consiguiente se podría concluir que al agregar una pequeña planta AIP a un submarinoconvencional permitiría mejorar sus prestaciones. Es lo que se denomina una hibridación; esta acciónpermitiría una autonomía suplementaria de unos 13 a 18 días a baja velocidad (4 nudos) con unaumento del desplazamiento de sólo 15 a 20%.Se podría deducir también que las soluciones híbridas no serían aconsejables ya que, si bienmejoran las prestaciones, incrementan notablemente la complejidad del submarino y su costo.6.1.Como soluciones alternativas a corto plazo se tendrían:6.1.1. La realización de submarinos AIP de movilidad limitada, más sencillos y muy eficaces paraalgunas misiones. Su radio de acción sería de alrededor de 800 Mn, con una capacidad energética del50% de la convencional, pero con una gran ventaja: toda la misión sería en navegación profunda(dificulta la detección por el adversario). La baja movilidad que proporcionan actualmente lastecnologías AIP sugiere construir submarinos específicos para la protección costera o para misionesespeciales, en las que su baja susceptibilidad a ser detectados sea un factor primordial. Ello conduciríaa la creación de submarinos AIP muy pequeños, (300 a 500 tns.) de desplazamientos con unarmamento y una autonomía limitadas, pero muy efectivos en distancias cortas o en zonas de aguasrestringidas (estrechos, entradas a puertos, etc.) o “Shock Points”.6.1.2. La adopción de nuevos tipos de baterías (LAIS, Na/S) que podrían mejorar sensiblemente laautonomía en inmersión de los submarinos convencionales, sin necesidad de cambiar de concepto, ypor consiguiente, con bajo riesgo técnico. -------------------------------------------------------------------------------- Page 10 107. Conclusiones.7.1.Las indiscreciones debido a la necesidad de cargar baterías son una importante debilidad de lossubmarinos convencionales; por lo tanto, si se quiere disminuir substancialmente la probabilidad deéstos a ser detectados, no habría más remedio que recurrir a las tecnologías nucleares o AIP (químicas)las cuales permiten al submarino navegar sumergido profundamente durante extensos períodos detiempo. Como el construir submarinos nucleares tiene grandes trabas, políticas y tecnológicas, parauna Armada como la nuestra la alternativa entre ambos sistemas es el AIP.7.2. Es inviable que el buque MONO-AIP pueda cumplir una misión convencional completa, y a ellose le debe sumar la imposibilidad de dar la potencia máxima requerida por el MEP, por carecerse deconvertidores AIP de la adecuada capacidad.7.3. La ventaja más evidente que una hibridación AIP presenta es la de poder disponer de un paquetede energía, independiente de la atmósfera y del resto de la maquinaria convencional, que se podríautilizar para la propulsión cuando más conviniese, o que podría cargar (o recargar) las baterías delbuque convencional, de forma muy discreta, siendo un método para potenciar los submarinosconvencionales ya construidos aunque involucre a mi entender muchos inconvenientes.7.4 Otra posibilidad de AIP está en las Celdas de Combustible, pese a su alto costo e inconvenientestecnológicos actuales; por ejemplo, las celdas a base de “oxígeno-hidrógeno” puro son las ideales paralos submarinos: silenciosas, de alto rendimiento y no producen gases residuales que haya que expulsarfuera del casco de presión., por lo que estimo se privilegiará su desarrollo.7.5. Como conclusión final, y considerando que un submarino AIP en la actualidad presentaríaexcesivos riesgos logísticos y operativos, estimo se debe privilegiar, al menos por ahora, a lossubmarinos convencionales puros y hacer un esfuerzo, a futuro, cuando haya un mayor desarrollo, porlas celdas de combustible de Oxígeno-Hidrógeno. * Teniente 1º, Submarinista. [/QUOTE]
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