Anteriormente, la Marina había planeado instalar módulos AIP en los últimos dos de los seis submarinos Sorpene cuando salieron de la línea de producción. Sin embargo, no pudo realizarse debido a retrasos en el desarrollo.
El sistema local de propulsión independiente del aire (AIP) para mejorar la autonomía de los submarinos convencionales que está desarrollando la Organización de Investigación y Desarrollo de Defensa (DRDO) alcanzó un hito el mes pasado con la operación exitosa de un prototipo terrestre. Se prevé que todos los submarinos Scorpene de la Armada de la India estén equipados con un módulo AIP a su debido tiempo.
“La operación del prototipo con base en tierra diseñada para las dimensiones de un submarino fue presenciada por el Jefe del Almirante del Personal Naval Karambir Singh en compañía del Secretario, Departamento de Defensa de I + D y Presidente DRDO Dr. G. Satheesh Reddy en el Laboratorio de Investigación de Materiales Navales, Ambernath ”, dijo el DRDO en un comunicado.
Un módulo AIP permite que los submarinos convencionales permanezcan sumergidos por más tiempo.
"El AIP basado en celdas de combustible tiene méritos en el rendimiento en comparación con otras tecnologías", dijo el comunicado y agregó que el programa DRDO para construir un sistema AIP basado en celdas de combustible para los submarinos navales indios había "cruzado varios hitos en la madurez tecnológica".
Anteriormente, la Marina había planeado instalar módulos AIP en los últimos dos de los seis submarinos Sorpene cuando salieron de la línea de producción. Sin embargo, no pudo realizarse debido a retrasos en el desarrollo. Ahora, la Armada está elaborando planes para instalarlos en todos los submarinos Scorpene a medida que avanzan para su primer reacondicionamiento.
El Dr. Reddy aseguró que se harán todos los esfuerzos para cumplir con los estándares de desempeño y los plazos del programa para que la incorporación de DRDO AIP en submarinos operativos se pueda lograr según el cronograma de la Marina, agregó el DRDO.
El plan anterior de instalar el AIP de NMRL en los dos últimos Scorpenes se abandono ya que el fabricante del equipo original (OEM) de la Clase Scorpene, el Grupo Naval de Francia, una vez conocido como DCNS, no consideró que el enchufe AIP de NMRL estuviera lo suficientemente maduro. Como tal, varias partes interesadas consideran que ahora es demasiado tarde para instalar el AIP en los dos últimos Scorpenes que también se encuentran en una etapa avanzada de construcción.
Sin embargo, IN ha decidido que, aunque el proceso de instalación del AIP durante el reacondicionamiento implicará abrir el casco de sus unidades Scorpene, todavía valdría la pena, dado que el AIP de NMRL cuenta con características atractivas. De hecho, NMRL cree que su solución AIP basada en células de combustible de ácido fosfórico (PAFC) está un paso por delante de lo que la Armada del Ejército Popular de Liberación ha obtenido de Suecia en forma de un AIP basado en el ciclo Stirling para sus submarinos. Sea como fuere, la solución AIP basada en PAFC de 250 kilovatios (kW) de NMRL que permite hasta 14 días de resistencia bajo el agua para un submarino que funciona únicamente con la energía suministrada por este sistema. La figura 1 a continuación muestra el esquema general detrás del sistema AIP de NMRL.
Generación de hidrógeno a bordo.
Si bien se basa en un tipo comprobado de tecnología de celdas de combustible, es decir, PAFC, el sistema AIP de NMRL, sin embargo, incorpora un conjunto de innovaciones que lo convierten en un sistema bastante contemporáneo. Por un lado, el paquete AIP de NMRL tiene una planta de generación de hidrógeno a bordo, que produce hidrógeno 'in situ' a diferencia de muchas otras configuraciones de AIP donde el hidrógeno para una misión debe llevarse a bordo. Además, la producción de hidrógeno a bordo en el AIP de NMRL no requiere ningún tipo de combustión. El AIP de NMRL suministra hidrógeno 'in situ' haciendo reaccionar el borohidruro de sodio 'rico' en hidrógeno, que se transporta a bordo, con agua, para generar hidrógeno y metaborato de sodio (ver Fig. 1, arriba). Las ventajas de este tipo de 'hidrólisis de borohidruro' (BH) para generar hidrógeno frente a otras formas de generación de hidrógeno a bordo se dan a continuación en la figura 2. El proceso BH de NMRL genera una cantidad considerable de hidrógeno sin implicar la liberación de efluentes gaseosos que se suman al ruido del sistema y pueden comprometer el sigilo submarino. Además, las plantas de BH también tienen una larga vida operativa.
Innovación PAFC
Ahora el hidrógeno generado por BH se envía a la planta de energía principal del sistema AIP, que está formado por pilas de PAFC, que por supuesto utilizan ácido fosfórico como electrolito. Los electrodos del diseño PAFC de NMRL están hechos de platino / carbono unido con PTFE. El soporte del electrodo está en forma de papel carbón y el carburo de silicio sirve como soporte electrolítico. Un diseño y proceso típico de PAFC se representa en la Fig. 3 a continuación
Fig. 3: Diseño y operación típica de PAFC. Fuente: NMRL
La tecnología PAFC básica es en realidad la tecnología FC de grado comercial más antigua que se usa actualmente. Sin embargo, la tecnología ha visto mejoras constantes a lo largo de los años y conserva ciertas ventajas sobre otros tipos de FC. PAFC tiene una vida útil mucho más larga que cualquier otro tipo de FC comercialmente viable y tiene una tolerancia mucho mejor a las impurezas en los reactivos utilizados, incluso en comparación con las células de combustible de membrana de electrolito de polímero (PEMFC). Naturalmente, PAFC también tiene sus desventajas en comparación con los PEMFC y los tipos de FC más contemporáneos. Las temperaturas de funcionamiento de PAFC generalmente son más altas en comparación con PEMFC y la relación potencia / peso general es menor. En la Fig. 4 a continuación se ofrece una comparación de PAFC con respecto a otros tipos de FC.
Fig. 4: Comparación de PAFC con otros tipos de FC. Fuente: NMRL
De todos modos, la tecnología PAFC ha evolucionado para convertirse en una opción bastante útil para el suministro de energía fuera de la red terrestre. Lo que NMRL ha hecho es desarrollar aún más los conocimientos básicos relacionados con PAFC para crear pilas de PAFC autóctonas que sean lo suficientemente resistentes y compactas como para ser adecuadas para aplicaciones marinas subacuáticas con los márgenes de seguridad relevantes. Un desafío típico con los PAFC es la necesidad de manejar su electrolito ácido corrosivo mientras se mantiene la concentración del mismo. Esto requiere el desarrollo de materiales especiales resistentes a la corrosión y la ingeniería detallada de componentes, los cuales se han logrado de manera local en NMRL. De hecho, NMRL ha registrado una serie de patentes de innovación en su camino hacia el desarrollo de pilas de PAFC autóctonas relacionadas con los catalizadores utilizados, selladores, matriz de soporte de ácido, papel de carbón, etc. También se ha avanzado mucho en los sistemas de gestión del ácido. Obviamente, el objetivo del desarrollo ha sido reducir los costos, ya que los materiales especiales utilizados en un PAFC no son exactamente baratos. Por ejemplo, NMRL ha desarrollado materiales de placa de distribución de gas de grafito de bajo costo para usar en sus pilas de PAFC. NMRL también ha experimentado con geles microporosos a base de siloxano especiales que mejoran la retención de agua para evitar la pérdida de vida útil que sufren los PAFC que tienen que sufrir paradas / arranques frecuentes. El PAFC de NMRL también opera a una temperatura más baja que los PAFC de generaciones anteriores, aparentemente. Esto, por supuesto, ayuda a reducir la carga de energía parasitaria del sistema AIP por debajo de la de un sistema basado en PAFC heredado, con el beneficio concurrente de una mayor producción neta disponible para fines de propulsión.
Producción indígena
Es importante destacar que el desarrollo de NMRL de pilas de PAFC indígenas se ha realizado en estrecha cooperación con la industria india. De hecho, los PAFC desarrollados por NMRL son los primeros ejemplos de industrialización exitosa de cualquier tipo de FC en la India. NMRL ha transferido la tecnología PAFC a Thermax Ltd, Pune, que comenzó la producción con el suministro de veinticuatro unidades PAFC de 3 kW para uso cautivo en NMRL a través de un acuerdo de recompra. De acuerdo con CSIR, la instalación de Thermax cuenta con todos los módulos de subfabricación para fabricar electrodos a partir de materias primas básicas, ensamblarlos en forma de pilas de celdas de combustible y realizar pruebas elaboradas de cada pila para cumplir con los estrictos requisitos de control de calidad de NMRL necesarios para establecimientos de defensa ».
NMRL y Thermax ahora se han graduado para la producción de la pila de PAFC de grado marino N11 de 11.5 kW que se muestra a continuación que tiene una estructura resistente de capullo y ha pasado las pruebas de choque y vibración que uno puede experimentar durante las operaciones intensas bajo el agua. Estas pilas PAFC conectadas en paralelo / en serie se pueden usar para niveles de generación de energía de hasta 500 kW, lo que subraya la modularidad de la solución AIP de NMRL que también se puede usar en submarinos que no sean Scorpene.
Fig. 5: El N11, una pila PAFC de 11.5 kW desarrollada para la solución AIP de NMRL. Fuente: NMRL
Además, la arquitectura modular de NMRL se califica sobre un sistema compuesto, ya que incluso si uno de los módulos falla, el sistema de control para las pilas PAFC puede reconfigurar las unidades operativas restantes para continuar suministrando potencia de salida, aunque a un cuántico reducido. Naturalmente, esto aumenta la capacidad de supervivencia del sistema, que es de suma importancia cuando se utiliza para impulsar un submarino sigilosamente.
Para el Scorpene y más allá
El prototipo actual de AIP que se está probando en NMRL se ha optimizado para la forma y el ajuste del casco de Scorpene (consulte la Fig. 6 a continuación), aunque los módulos que se ajustan a otras dimensiones del casco también se pueden diseñar.
Fig. 6: Enchufe AIP de NMRL para los submarinos Scorpene Class de la Armada india. Fuente: NMRL
Este AIP cumple con el estándar típico de que su longitud debe ser inferior al 10 por ciento del casco para el que está destinado y es un tapón cilíndrico que es neutralmente flotante y probablemente pesa menos de 300 toneladas. Obviamente, el AIP de NMRL no tiene maquinaria rotativa pesada y NMRL confía en que el módulo 'mantenga un silencio relativo y conserve sus características de sigilo' en todo el sobre de la plataforma.
Como tal, el desarrollo de un sistema AIP indígena por DRDO y su industrialización nacional completa es un hito importante en el desarrollo de la tecnología FC en la India. Además del programa Scorpene, cualquier diseño submarino diesel-eléctrico elegido para la construcción en virtud del Proyecto-75I también es probable que reciba la solución AIP de NMRL.
Fuentes:
Saurav Jha es el editor en jefe de Delhi Defense Review. Síguelo en twitter @ SJha1618.
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