Blog de las Fuerzas de Defensa de la República Argentina: Introducción: Propulsión independiente del aire (AIP)

martes, 18 de octubre de 2016

Introducción: Propulsión independiente del aire (AIP)

Propulsión independiente del aire (AIP)

Wikipedia

La propulsión independiente del aire (AIP en inglés) es un término que abarca las tecnologías que permiten un submarino para operar sin la necesidad de subir a la superficie o utilizar un tubo de respiración a la llegada de oxígeno atmosférico. El término generalmente se excluye el uso de la energía nuclear, y describe aumentar o reemplazar el sistema de propulsión diesel-eléctrica de los buques no nucleares. La Marina de los Estados Unidos utiliza el símbolo de la clasificación del casco "SSP" para designar los barcos impulsados por AIP, conservando al mismo tiempo "SS" para el clásico submarinos de ataque diesel-eléctricos [1].

El AIP se suele implementar como una fuente auxiliar. La mayoría de estos sistemas generan electricidad, que a su vez acciona un motor eléctrico para la propulsión o recargar las baterías del barco. El sistema eléctrico del submarino también se utiliza para proporcionar "servicios de hotel", ventilación, iluminación, calefacción, etc, aunque esto consume una pequeña cantidad de energía en comparación a la exigida para la propulsión.

Una de las ventajas de este enfoque es que puede ser adaptado en los actuales cascos de submarinos mediante la inserción de una sección del casco adicional. AIP normalmente no proporciona la resistencia o el poder para sustituir a la propulsión depende de la atmósfera, pero le permite permanecer sumergidos más de un submarino propulsado más convencional. Una planta típica de energía convencionales proporcionará máxima de 3 megavatios, y una fuente AIP alrededor del 10% de eso. Un submarino nuclear tiene una planta de propulsión que es generalmente mucho mayor de 20 megavatios.

Suministro interior del oxígeno

En 1867, Narcís Monturiol i Estarriol desarrollado con éxito una primera forma de propulsión independiente del aire anaeróbica. [2] [3] En 1908 la Marina Imperial de Rusia lanzó el submarino Pochtovy que utilizó un motor de gasolina alimentado con aire comprimido y agotado bajo el agua.
Durante la Segunda Guerra Mundial la empresa alemana Walter experimentó con submarinos que utilizan peróxido de hidrógeno concentrado como su fuente de oxígeno bajo el agua. Estas utilizaban turbinas de vapor, empleando vapor calentado por la quema de combustible diesel en el vapor y la atmósfera de oxígeno creado por la descomposición del peróxido de hidrógeno por un catalizador de potasio permanganato.

Varios barcos experimentales fueron producidos, y uno, U-1407, que fue echado a pique en la final de la guerra, fue rescatado y reanudación del servicio en la Royal Navy como HMS Meteorite. Los británicos construyeron dos modelos mejorados a finales de 1950, el HMS Explorer y HMS Excalibur.

La Unión Soviética también experimentó con la tecnología y un barco experimental fue construido. El peróxido de hidrógeno fue finalmente abandonado, ya que es altamente reactivo en contacto con diversos metales, es volátil, y los submarinos tenían una alta tasa de consumo. Tanto los británicos y los soviéticos, los únicos países que se sabe a experimentar con ella, la abandonaron cuando Estados Unidos desarrolló un reactor nuclear lo suficientemente pequeña para la propulsión de submarinos.

Fue retenido para la propulsión torpedos por los británicos y la Unión Soviética, aunque abandonado a toda prisa por la siguiente tragedia del HMS Sidon. Tanto ésta como la pérdida del submarino Kursk de Rusia se debieron a accidentes con peróxido de hidrógeno propulsión torpedos.

Motores diésel de ciclo cerrado
Esta tecnología utiliza un motor diesel de submarinos que pueden ser operados convencionalmente en la superficie, pero que también puede contar con antioxidantes, normalmente se almacena como el oxígeno líquido, cuando se sumerge. Dado que el metal de un motor se quema en oxígeno puro, el oxígeno es normalmente diluido con escape reciclado de gas. Como no hay gas de escape al arrancar, el argón se utiliza.
Durante la Segunda Guerra Mundial la Kriegsmarine experimentó con este sistema como una alternativa al sistema de peróxido de Walter, incluida una variante del submarino enano Tipo XXVIIB Seehund, el "Klein U-boot". Fue accionado por un motor Diesel de 95 CV del tipo comúnmente utilizado por el Kriegmarine y que estaba disponible en grandes cantidades, de suministro de oxígeno de un tanque en el barco de quilla explotación 1.250 litros a 4 atm (410 kPa). Se considera probable que el barco habría sumergido un máximo de velocidad de 12 nudos (22 km / h; 14 mph) y un alcance de 70 millas (110 km), o 150 millas (240 km) a 7 nudos (13 km / h; 8.1 mph).

El trabajo alemán se amplió posteriormente a la Unión Soviética que invirtió fuertemente en esta tecnología, el desarrollo de los pequeños submarinos 650 toneladas de la clase Quebec de los cuales treinta se construyeron entre 1953 y 1956. Estos tenían tres motores, dos eran diesel convencionales y uno con ciclo cerrado con oxígeno líquido.

En el sistema soviético, llamado un "sistema de propulsión único", el oxígeno se añadió después de los gases de escape se había filtrado a través de un absorbente químico a base de cal. El submarino también podía correr su diesel usando un snorkel. El Quebec tiene tres motores: un diesel de 900 CV 32D en el eje central y dos M-50P 700 CV diesel en los ejes exteriores. Además uno de 100 CV "Creep" motor fue acoplado al eje del centro. La embarcación podría hacerse funcionar a baja velocidad utilizando la línea central diesel solamente. [4]

Debido a que el oxígeno líquido no se puede almacenar por un largo período de tiempo estos barcos no podían operar lejos de una base. También era un sistema peligroso, por lo menos siete submarinos sufrieron explosiones, y una de ellas, M-256, se hundió tras una explosión e incendio. Ellos fueron apodados muchas veces como "encendedores de cigarrillos". El último fue desguazado en la década de 1970.

El antiguo submarino Tipo 205 U1 de la armada alemana estaba equipado con un unidades experimentales de 3000 caballos de fuerza (2,2 MW).

Turbinas de vapor de ciclo cerrado
El sistema MESMA francesa (Módulo d'Energie Sous-Marine Autonomous) está siendo ofrecido por el astillero DCNS francesa. El MESMA está disponible para los submarinos clase Agosta 90B y Scorpène. Es esencialmente una versión modificada de su sistema de propulsión nuclear con calor generado por el etanol y el oxígeno. Una turbina convencional de vapor de las centrales accionado por vapor generado por la combustión de etanol (alcohol de grano) y el oxígeno almacenado a una presión de 60 atmósferas. Esta presión de disparo permite escape de dióxido de carbono que se expulsa por la borda a cualquier profundidad, sin un dispositivo de escape del compresor.

Cada sistema MESMA cuesta alrededor de $ 50-60 millones. Como instalado en el Scorpène, se requiere la adición de una nueva sección casco del submarino de 8,3 metros (27 pies) y 305 toneladas, y los resultados en un submarino capaz de operar durante más de 21 días bajo el agua, dependiendo de variables como la velocidad, etc [ 5] [6]

Un artículo publicado en la revista Undersea Warfare señala que: "aunque MESMA puede proporcionar una mayor potencia de salida que las otras alternativas, su eficacia inherente es la más baja de los cuatro candidatos AIP, y su tasa de consumo de oxígeno es correspondientemente mayor." [7]

Ciclo de Stirling
El constructor sueco Kockums ha construido tres submarinos de la clase Gotland para la Armada sueca que están equipados con un motor Stirling auxiliares que utiliza oxígeno líquido y combustible diesel para los generadores de 75 kilovatios unidad de propulsión o bien cargar las baterías. La resistencia AIP de los 1.500 barcos tonelada es de alrededor de 14 días a cinco nudos (9 km / h).

Kockums también ha entregado a Japón motores Stirling. Los submarinos japoneses todos los nuevos estarán equipados con motores Stirling. El primer submarino, Sōryū, en la clase se puso en marcha el 5 de diciembre de 2007 y fueron entregados a la Armada en marzo de 2009.

Células de combustible
Siemens ha desarrollado una unidad de celda de combustible de 30-50 kilovatios. Nueve de estas unidades se incorporan al submarino de 1.830 toneladas Howaldtswerke Deutsche Werft AG U31, nave inicial para la clase de Tipo 212A de la Marina alemana. Los otros barcos de esta clase y submarinos equipadas con AIP de exportación de HDW (Tipo 209 mod y Tipo 214) utilizar dos módulos de 120 kW, también de Siemens [8].

Submarinos Tipo 212 de propulsión de pila de combustible de la Marina alemana en el dique

Tras el éxito de Howaldtswerke Deutsche Werft AG en sus actividades de exportación, varios constructores han desarrollado su propio combustible de células unidades auxiliares para submarinos, pero a partir de 2008, los astilleros de otros tiene un contrato para un submarino equipado para ello.

Poder Nuclear

Los reactores nucleares se han utilizado de alimentación a los submarinos durante 50 años, siendo la primera USS Nautilus. Los Estados Unidos, Francia, el Reino Unido, Rusia, la República Popular de China y la India son los únicos países que operan submarinos nucleares. Cinco de estos seis países también tienen puestos permanentes en el Consejo de Seguridad de Naciones Unidas y son los únicos países que declararon poseer armas nucleares de acuerdo con la no proliferación nuclear Tratado. India sólo tiene desde 2009 iniciada la construcción completa de su primer submarino nuclear de construcción nacional. La India en el pasado ha alquilado un submarino de propulsión nuclear de Rusia clase Charlie y planea adquirir dos submarinos de la clase Akula utilizados que se utilizaría con fines de formación. Brasil también se conoce a la investigación de propulsión nuclear para uso submarino. Sin embargo, propulsión independiente del aire es un término normalmente utilizado en el contexto de la mejora del rendimiento de los submarinos propulsados convencionalmente.

No obstante, se han sugerencias para un reactor como fuente de alimentación auxiliar, que puede incluirse en la definición normal de AIP. Por ejemplo, ha habido una propuesta para utilizar un pequeño reactor de 200 kilovatios de potencia auxiliar (estilo de una batería "nuclear") para mejorar la capacidad bajo el hielo de los submarinos de Canadá.

Ver también: la propulsión de barcos nucleares

Producción submarinos AIP no nucleares

A partir de 2009, algunas naciones poseen submarinos AIP no nucleares:

el submarino francés-español de la clase Scorpène (1.700 toneladas) (MESMA)
la clase S-80 (2.400 toneladas) de la Armada Española
el Tipo 209-1400mod (1.810 toneladas) alemán (pilas de combustible)
el submarino Tipo 212 (1.830 toneladas) alemán (pilas de combustible) de la Marina alemana y de la Marina italiana
el submarino de la clase Tipo 214 (1.980 toneladas) alemán (pilas de combustible)
el Proyecto 677 Лада (Lada) de Rusia
el Proyecto 1650 Амур (Amur) de Rusia
los submarino de la clase Asashio japoneses (2.750 toneladas) (Stirling AIP) de la Fuerza de Autodefensa Marítima de Japón
el submarino de la clase Sōryū japonés (4.200 toneladas) (Stirling AIP) de la Fuerza de Autodefensa Marítima de Japón
el submarino de la clase sueca Gotland (1.450 toneladas) (Stirling AIP) de la marina sueca
el submarino de la clase Södermanland (1.500 toneladas) (Stirling AIP) de la marina sueca

Suecia va a vender sus otros dos submarinos de la clase Västergötland a la Marina de la República de Singapur después de que hayan sido reacondicionados con sistemas AIP Stirling como los submarinos de la clase Södermanland.
los submarinos chinos de la clase Tipo 041 Yuan (Stirling AIP) de la Armada China

También los constructores navales de varios ofrecer actualizaciones AIP para submarinos existentes:
Nordseewerke alemán (diésel de ciclo cerrado)
Kockums (Stirling) de Suecia, propiedad de la empresa alemana ThyssenKrupp
submarino Agosta 90B de Pakistán hecho con cooperación con Francia
Scorpene francés realizados por compañía francesa DCNS