Cuando piensas en submarinos convencionales, piensas en baterías y motores diesel. Sin embargo, eso podría cambiar completamente. El a...
Cuando piensas en submarinos convencionales, piensas en baterías y motores diesel. Sin embargo, eso podría cambiar completamente. El arquitecto naval Sven Los de Nevesbu presentó un nuevo concepto: el submarino eléctrico. Sin motores diesel. ¿Una revolución submarina?
Después de 112 años de submarinos holandeses, eso suena familiar. En lo que respecta a los submarinos convencionales, un Motor diésel pertenece tanto a un submarino como a las baterías.
Pero no todos lo piensan así. El arquitecto naval Sven Los (Nevesbu) presentó recientemente un nuevo concepto: el submarino eléctrico. Sin diesels El impacto es enorme.
El Moray 1800 sin diesel. En este submarino, se han colocado tantas baterías de litio como sea posible. (Imagen: Nevesbu)
Desde los primeros días de los submarinos modernos, hace unos 120 años, los submarinos convencionales navegan con baterías que pueden recargarse a bordo en cualquier momento con la ayuda de generadores que funcionan a combustible.
A pesar de todos los desarrollos tecnológicos, ese concepto apenas ha cambiado. Sí, gracias al mástil de snorkel, un submarino también puede permanecer bajo el agua durante la carga y la propulsión independiente del aire (AIP) ha creado una nueva pequeña revolución.
Con AIP, además de los generadores y baterías diesel, los submarinos pueden permanecer bajo el agua durante más tiempo.
Posiblemente el siguiente paso tenga mucho más impacto.
Si se retiran los motores diesel de los submarinos y se colocan muchas más baterías, Sven Los dice que esto brinda un diseño más simple, menos mantenimiento, menos personal, menos posibilidades de detección y menores costos (en la compra y la operación).
Dependiendo del tamaño del submarino, a bordo de un clásico submarino diesel-eléctrico como el de la clase Walrus, hay de dos a cuatro generadores diésel más sistemas relacionados, como un mástil de snorkel, espacio para combustible, un sistema de escape de gases y muchos ductos que conectan el conjunto.
Esto ocupa espacio y requiere mantenimiento tanto en el mar como en tierra. Además, ciertas partes, como las válvulas, son sensibles.
Los generadores diésel y el mástil de snorkel también proporcionan un mayor riesgo de incendio y fugas. Así también, hay un montón de personal técnico en un submarino para estos sistemas.
Por ejemplo, en los submarinos Clase Zwaardvis era el 50% del total.
Los sistemas generadores diésel son, literalmente y figurativamente, una pesada carga en el diseño y eso es necesario. Pero probablemente no en el futuro.
Sven Los se graduó de Nevesbu.
Desde entonces trabaja como arquitecto naval. (Foto: Nevesbu)
Investigación
Jaime Karremann de Marineschepen.nl habló con Sven Los en la oficina del IV-Group, donde la firma de ingeniería marítima Nevesbu forma parte desde 2004. Nevesbu fue fundada en 1934 como la Asociación Holandesa de Oficinas de Construcción Naval y, junto con la marina, realizó los diseños de varios cruceros, destructores, fragatas y submarinos. Nevesbu participó en el diseño de todos los submarinos holandeses de posguerra: los submarinos de tres cilindros, los submarinos de la clase Swordfish y Walrus y los submarinos de la clase Hai Lung de Taiwán. Nevesbu también ha contribuido a varios diseños extranjeros y al programa de conservación de la clase Walrus. Como hija del RDM, también diseñó el submarino de exportación Moray.
Sin embargo, la agencia también está constantemente investigando oportunidades para innovaciones. Cuando Sven Los comenzó su proyecto de graduación en Nevesbu en 2017, se le asignó la tarea de realizar investigaciones en submarinos totalmente eléctricos.
Los: Había un graduado que había hecho un muy buen modelo de un sistema de propulsión de un submarino. Se comparó diferentes configuraciones, tales como diesel eléctrico con las baterías de plomo y diesel eléctrico con baterías de iones de litio."Hubo grandes mejoras con la tecnología que estaba disponible en ese momento que la gente de Nevesbu comenzó a pensar en un 100% de navegación eléctrica".
Los: también se centraron en la tecnología de este momento. Los submarinos actuales todavía usan baterías de plomo-ácido, pero los teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y automóviles eléctricos usan baterías de litio.
Los: "Las baterías de litio han experimentado un enorme desarrollo en los últimos años.
La ventaja es que tienen una enorme densidad de energía, lo que la hace completamente realista para la navegación eléctrica ".
Pronto resultó que los beneficios podían ser enormes, pero para hacer un mapa del impacto exacto, simularon el concepto en un modelo de propulsión y se hicieron la pregunta: "¿Qué puedes hacer con un submarino eléctrico y puede ser interesante para ciertas marinas?"
Hasta principios de 2000, RDM intentó y las diferentes versiones (1100, 1400 y 1800) se ofrecieron en vano a Indonesia, Pakistán y Egipto, entre otros. Este anuncio data de 2001. (Imagen: RDM)
Unico
Aunque la investigación de Los parece razonable, es bastante singular. En cualquier caso, nada se ha publicado al respecto. En junio, Los presento sus resultados de investigación durante el simposio submarino UDT en Glasgow."Por lo que sé, fue la primera vez que se publicó algo al respecto en una conferencia, d la UDT.
Había mucho interés en mi presentación, había gente de pie. Y después también tuve muchos preguntas ". Las reacciones fueron muy positivas. "Todos estaban entusiasmados, especialmente porque es una forma de pensar muy diferente. A menudo se piensa en diesel-eléctrico o nuclear. Fue una revelación. Muchas personas vieron que los submarinos totalmente eléctricos pueden tener muchos beneficios ".
"Todos reconocen que este concepto es una opción para el futuro, y que sea implementable, las opiniones están divididas, la tecnología de la batería es bastante joven y la capacidad no es suficiente. Por ahora puede que no sea realista". Pero ahora hay que trabajar en eso dentro de veinte años, y si se ve cuánto ha mejorado la capacidad de las baterías en los últimos diez años, puedo ver un diseño realista ".
El Moray 1800 se colocó en De Telegraaf el 22 de abril de 1989, pero luego en rojo las partes principales que se eliminaron o cambiaron. La mayor ganancia se puede obtener al reemplazar los diesel (izquierda) con baterías. Las baterías de plomo-ácido existentes (en la parte inferior) son reemplazadas por baterías de litio. (Fuente: Delpher / De Telegraaf, adaptación: Jaime Karremann / Marineschepen.nl)
E-Moray 1800
El diseño de Los se basa en un antiguo diseño de Nevesbu: el Moray. Este submarino fue desarrollado por Nevesbu en la década de 1980 para poder exportar por el RDM, ya que para muchos países el submarino de la clase Walrus era demasiado grande y complejo y el gobierno holandés no quería reemplazar la clase del pez espada.E-Moray 1800 (de aproximadamente 1800 toneladas, similar al Scorpène francés, el Tipo 212 alemán y el A26 sueco) un submarino completamente eléctrico.
"Debido a que Nevesbu ha diseñado el Moray, hay mucha información al respecto. He leído la documentación y ajustado el diseño para poder colocar tantas baterías como sea posible. No hice el submarino más pequeño, pero utilicé el espacio de una manera diferente. Las dimensiones del barco se han mantenido constantes para que pueda hacer una comparación ".
El resultado es un Moray-1800 eléctrico sin cuarto de máquinas, mástil de corte, tanques de combustible, líneas de combustible y todo tipo de otros equipos. El alojamiento se ha movido hacia atrás y se han agregado muchas baterías.
Un mes bajo el agua
Los: "Un submarino diesel-eléctrico puede permanecer bajo el agua durante unos días y luego cubrir 300 millas náuticas. La versión eléctrica puede permanecer bajo el agua durante 25 a 30 días y navegar 2.500 millas náuticas bajo el agua ".Lo que eso significa es que el submarino eléctrico puede navegar bajo el agua bajo la ronda completa del Mar Báltico. La variante eléctrica la compara en la descripción general con una variante diésel-eléctrica tan pronto como comienza a olfatear o navegar por encima del agua y comienza su motor diésel.
"Entonces, un bote diesel-eléctrico tiene cuatro a cinco veces el rango". Sin embargo, la pregunta es si es necesario que muchas marinas naveguen lejos.
"Escuchamos de las armadas que sus submarinos tienen que poder navegar ciertas distancias, pero por qué, a menudo no han pensado en eso.
Al principio, debes preguntarte qué quieres hacer con un submarino de este tipo. Los barcos suecos, por ejemplo, navegan en el mar Báltico principalmente bajo el agua y he oído que esos barcos están a corta distancia ".
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| En alta mar, esto será cosa del pasado. (Foto: Jaime Karremann / Marineschepen.nl) |
No hay razón para navegar en superficie
Naturalmente, el progreso tecnológico ha perdido un poco de nostalgia. Los tránsitos sobre el agua en un clima hermoso o en mares agitados donde las olas golpean el puente en el puente, los diésel recortados ... se encuentran en gran parte sobre un submarino eléctrico."Por supuesto, puede navegar por encima del agua, porque el motor le pide lo mismo, pero si tiene un bote de este tipo, entonces no tiene ninguna ventaja de flotar sobre la superficie. Generalmente es mucho más alto, especialmente en velocidad, es más barato porque no tiene una resistencia a las olas, por lo que si tiene un bote de este tipo, creo que estará en el agua lo antes posible y seguro. para navegar sobre la superficie, solo en emergencias o para una barbacoa ".
Bajo el agua para navegar, el área de patrulla se ha convertido en el estándar en el caso de un submarino eléctrico y, por lo tanto, también asegura que lo detecten con menos rapidez. Para el caso, Marineschepen.nl ha entendido previamente que las marinas en el Mar Báltico ya no navegan por encima de su área de patrulla.
Sin embargo, la larga navegación submarina también tiene un impacto en la calidad del aire, que se está deteriorando rápidamente. "Se pueden encontrar otras soluciones para eliminar los desperdicios y refrescar el aire, que ya se está investigando, y hay que buscar en los submarinos con AIP o los submarinos nucleares que permanecen bajo el agua durante mucho tiempo". Sólo la mayor diferencia con los submarinos nucleares es que tienen mucha energía a su disposición, donde puede sacar oxígeno del agua, y preferiría pensar en un tanque de oxígeno líquido ".
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| Un submarino que hace snorkel corre el riesgo de ser descubierto por radiación de calor, ruido (de los motores diesel) o porque uno de los mástiles está salpicado a simple vista o por un radar. (Foto: NIMH) |
Submarino sigiloso
Los submarinos diesel-eléctricos regularmente tienen que recargar sus baterías. La opción mas sigilosa para hacerlo es navegar a la profundidad del periscopio, sacar el mástil de snorkel fuera del agua y arrancar los motores diésel. Pero, un submarino que hace snorkel puede detectarse de varias maneras: los motores diesel hacen mucho ruido, el submarino navega justo debajo de la superficie del agua y se puede ver en agua clara a simple vista o con sensores magnéticos, los motores diesel. Produce mucho calor, y los mástiles se pueden ver por radar.Un submarino que no tiene que hacer snorkel tiene una gran ventaja, como hemos visto con los submarinos nucleares. Pero hay más, Los descubrió: "Para empezar, un submarino eléctrico no tiene las firmas extremas de snorkel, y además no tiene combustible a bordo, por lo que necesita menos válvulas y bombas". Estas válvulas y las bombas producen ruido cuando se usa combustible de un tanque y el peso de la embarcación debe corregirse. Por lo tanto, el submarino eléctrico también es más silencioso cuando está sumergido que un submarino diesel-eléctrico.
En el secreto más profundo
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Menos trabajo, menos mantenimiento, menos personal, menos reclutamiento, menos costos
La mitad de la tripulación de submarinos diesel-eléctricos son técnicos, y la mayoría está involucrada con la propulsión. La eliminación de los motores diesel da como resultado una enorme reducción de personal. Originalmente, se planeó que el Moray 1800 necesitaría 34 miembros de la tripulación. Sven Los: “Se reducirá la cantidad de personas necesarias para mantener y controlar los sistemas técnicos. No hay necesidad de vigilancia en la sala de máquinas, no hay un mástil que pueda absorber agua accidentalmente. Con menos sistemas, hay menos posibilidades de que las cosas se rompan. Especialmente si también sustituye los sistemas hidráulicos por eléctricos. Eso significa una enorme reducción en los sistemas hidráulicos y tuberías. De esa manera, puedes dejar de lado muchos sistemas mecánicos. Se necesita menos energía y hay menos trabajo por hacer. No es necesario el mantenimiento de las baterías de litio. Incluso podría no hacer ningún mantenimiento. Lo único que aún requiere mantenimiento son las bombas pequeñas ".
"Espero que sea posible reducir el tamaño de la tripulación, dependiendo de los requisitos y la automatización a bordo, de 18 a 20 personas". Esto obviamente ahorra costos (salario, capacitación, etc.) y el departamento de reclutamiento no lo hace. Se han esforzado por reclutar técnicos.
Los motores diésel ocupan mucho espacio, requieren personal y mantenimiento. (Foto: Jaime Karremann / Marineschepen.nl)
Menos tripulación; ¿Riesgo en caso de incendio?
La reducción continua del número de miembros de la tripulación es obviamente interesante para limitar los costos, pero ¿no es más peligroso en caso de incendio? Sven Los no lo cree. "A menudo escucho que la reducción de la tripulación es un riesgo cuando se produce un incendio en un submarino, pero se elimina un gran riesgo al eliminar el grupo electrógeno diesel. La mayoría de los incendios comienzan allí: hace calor, hay piezas giratorias, aceite, gases de escape. El compartimiento de la batería es mucho más manejable y estos también son compartimentos que puede apagar. Además, en caso de incendio en el compartimiento de la batería, no enviaría personas para extinguirlo. ”
Oryu japon
Japón confia en baterías de litio para submarinos. JS Oryu que lanzó a principios de octubre de 2018. Para este submarino, Japón ha cambiado el motor Stirling (AIP) de Saab Kockums por baterías de litio. El sub todavía tiene motores diesel. (Foto: Marina japonesa)
Seguridad de las baterías de litio.
Durante su investigación, Lo primero que investigó fueron las tecnologías de batería disponibles y observó cuál sería la mejor aplicación para los submarinos. Las baterías de litio resultaron ser las mejores.Las ventajas de las baterías de litio en comparación con las de las baterías de plomo-ácido son, por ejemplo, que las baterías de litio son mucho más pequeñas. Un submarino con baterías de litio también puede navegar más tiempo.
Las baterías de litio, sin embargo, son conocidas por su riesgo de incendio. Hay muchas historias sobre la explosión de baterías de teléfonos inteligentes o la quema de autos eléctricos. "Eso es un riesgo", reconoce Los, "pero también se aplica a las baterías de plomo-ácido, que producen gas de hidrógeno durante la carga o descarga. Eso significa que existe el riesgo de una explosión, que no es el caso de las baterías de litio. Esas baterías podrían incendiarse. El inconveniente es que estas baterías son pequeñas y están instaladas en paquetes, por lo que si una batería se incendia, podría haber una reacción en cadena. ”
Sin embargo, muchos de los incidentes relacionados con las baterías de litio implican baterías baratas de diseño deficiente. Los grandes fabricantes de baterías, como Panasonic y Kokam, están trabajando con baterías especiales para submarinos y prestan mucha atención a los mecanismos de seguridad de estas baterías. Los: “Estas medidas de seguridad ya están integradas a nivel celular. También están desarrollando células que son resistentes a fuentes de calor externas y evitan una reacción en cadena. Además, otras celdas pueden apagarse y enfriarse automáticamente tan pronto como la batería se sobrecargue ".
Por lo tanto, el efecto del fuego en una batería se vuelve mínimo, porque hay muchas células, explica Los. No hay necesidad de una copia de seguridad por separado según él, porque "todos son copias de seguridad". Si las baterías están dañadas por el fuego o algo más, hay suficiente capacidad de repuesto.
Y el choque? Los requisitos de choque en los submarinos son estrictos. Eso no debería ser un problema según Los. “Si deja caer su teléfono, su pantalla podría romperse, pero la batería seguirá funcionando. Además, algunos fabricantes dicen que cumplen con los estándares de choque para submarinos de ciertas armadas ".
Cargando en el mar
Un submarino eléctrico no puede cargar sus propias baterías. La recarga se debe hacer en el puerto, pero eso se puede hacer en muy poco tiempo, dice Los. Las baterías de su concepto submarino se pueden cargar en 16 horas, a su máxima velocidad.
El submarino ni siquiera tiene que ir a su puerto de origen o una base naval. La recarga es posible en casi todas partes. “Necesita un cierto voltaje y la conexión debe ser adecuada, pero es relativamente simple. Todos los puertos principales tienen conexión a tierra y el submarino debe diseñarse de manera que las baterías se puedan recargar en un puerto civil. Esto puede llevar un poco más de tiempo, pero no afecta directamente la preparación del submarino. ”
En la opinión del investigador, también es posible pedir un generador diesel y recargar las baterías de esa manera.
Eso ya proporciona más flexibilidad, pero Nevesbu ha seguido pensando fuera de la caja en busca de soluciones. "También hemos hablado sobre la carga a través de un barco de soporte. El submarino puede navegar junto a un barco de reabastecimiento que utiliza sus motores diesel para transferir energía. No sé si alguna armada podría estar interesada, pero ciertamente es posible. "Muchos países tienen buques de apoyo submarinos, por lo que el concepto de carga en el mar podría ser relativamente fácil de aplicar para ellos.
La búsqueda de Nevesbu de más soluciones no terminó con la carga en el mar. "Se puede proponer todo tipo de ideas futuristas, como estaciones de carga sumergidas o un parque eólico flotante con puntos de conexión para submarinos. Pero eso es más estilo 007 ”, admite Los. "Técnicamente podría ser posible, pero si es realista, es otra cosa".
¿Para quien?
De vuelta a la realidad. La técnica aún no está lista para ser aplicada a los submarinos utilizados para operaciones a miles de millas náuticas desde su hogar. En opinión de Los, los submarinos eléctricos son especialmente adecuados para países que ahora desean operar cerca de casa con submarinos más pequeños. Países como Alemania, Suecia, pero también Grecia, Singapur e Indonesia, por ejemplo.Sin embargo, hay otro mercado interesante: los países que sí quieren submarinos, pero los encuentran demasiado caros y / o demasiado complejos. No solo pueden comprar estos submarinos, sino también diseñarlos y construirlos ellos mismos.
Aunque el concepto es sobre la propulsión, los submarinos eléctricos son más fáciles de diseñar y mucho más baratos de construir. “El número de tuberías en un submarino es enorme. Un submarino eléctrico tiene muchos menos sistemas para integrar; Casi no quedan tanques, menos tuberías y penetraciones de presión en el casco. Las penetraciones del casco a presión aumentan la complejidad durante la fase de construcción, ya que debilitan la construcción. El mástil de snorkel y el sistema para los gases de escape también son bastante complejos, y ya no los necesita. Si la cantidad de sistemas se reduce, tendrá menos interfaces y, por lo tanto, la posibilidad de que las cosas salgan mal. Además, las baterías de litio no necesitan refrigeración y no deben diseñarse ni construirse, solo necesita más cables ”.
"Por lo tanto, el uso de submarinos eléctricos es fácil, se necesita menos mantenimiento y hay menos cosas que se pueden descomponer en el mar, especialmente si se comparan con barcos que tienen la misma resistencia sumergida, por ejemplo, submarinos AIP. Un sistema AIP integrado solo es adecuado para técnicos especializados y no hay muchos de ellos. Especialmente los países que son nuevos en submarinos tienen problemas debido a un conocimiento y experiencia insuficientes ".
Sven Los espera que los submarinos eléctricos sean más baratos, ya que necesitan menos mantenimiento. Como resultado, también estarán disponibles más a menudo. “Las tuberías, el mástil de aspiración, el sistema de gases de escape y los sistemas auxiliares se tomarán más tiempo durante el mantenimiento. No soy un experto en mantenimiento de submarinos, pero alguien en Nevesbu, que está familiarizado con la clase Walrus, dijo que los costos de mantenimiento se reducirían en un 50% ".
¿Podrían estos tipos de submarinos en el futuro también ser interesantes para los países que operan a miles de millas de su puerto de origen con los submarinos convencionales? ¿Como Canadá, los Países Bajos y Australia? Los: “Depende del desarrollo de la capacidad de la batería. La década pasada, la capacidad de la batería ha mejorado en un 60%. Si agrega otro 60% en la próxima década, se abrirán muchas posibilidades. Pero aún así, mucho tiene que suceder antes de que la densidad de energía de las baterías se acerque incluso a la densidad de energía del diesel. Si quieren un submarino convencional para cruzar el océano, no creo que sea un submarino de batería solamente. Supongo que en ese caso se necesita AIP. ”
Es por eso que Nevesbu está actualmente investigando un concepto de baterías y AIP.
¿Los submarinos eléctricos causarán una revolución dentro del mundo submarino? Es probable, pero como es habitual, no solo depende del desarrollo tecnológico, sino también del valor de los almirantes para avanzar en esa dirección.
Este artículo fue publicado en Marineschepen.nl en holandés. Traductor Google.
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