ONVIENE empezar definiendo qu es un buque conpropulsin elctrica totalmente integrada; pues bien, es unsistema de propulsin en el que los disel-generadores y/oturbo-generadores suministran potencia elctrica para elsistema de propulsin y para el sistema de distribucinelctrica del buque, y en el que tanto el eje de propulsin

como el timn son sustituidos por un mecanismo denominado POD.En la historia de la propulsin de buques hay unos hitos que supusieron

unos saltos cualitativamente trascendentales; uno de ellos fue el POD. Es tanreciente estamos hablando de 15 aos que todava no se encontr la pala-

LA INNOVADORA PROPULSINDEL LHD juAN cArLos I

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Juan de Dios CASTRO CORTINAJefe de Energa y Propulsin del LHD juan carlos I

TEMaSPROFESIOnalES

(EOF)

bra en castellano que traduzcafielmente esta voz inglesa(propulsin AZIPOD-AzimuthingPodded Drive).

Los POD son unidadessumergidas que contienen unmotor elctrico, cuyo eje estunido directamente a la hliceo hlices, y que pueden girarlibremente 360 segn un ejevertical, por lo que haceninnecesario el timn y elservomotor.

El motor elctrico, locali-zado dentro de la cpsula, secontrola con un convertidorde frecuencia, con el mximopar posible en una u otradireccin, tambin a bajasvelocidades sobre un rangotpico de velocidad de 0 a 180rpm.

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Buque con propulsin idntica a la del LHD juan carlos I.

Comparacin dimetro tctico POD-buque propulsinconvencional.

El sistema de propulsin POD tiene ms ventajas que otros sistemasconvencionales de propulsin disponibles hoy en da:

Permite elegir el lugar de instalacin de los grupos generadores, utili-zando espacios mucho ms reducidos.

Excelentes rasgos de funcionamiento dinmico y caractersticas demaniobrabilidad.

Dando avante con ambos POD, el sentido de giro de las hlices de babor esdextrgiro y el de las de estribor levgiro.

Por otra parte, con los POD se mejora la eficiencia hidrodinmica en tornoa un 10 por 100. Esta circunstancia es debida a la eliminacin del timn, loque supone una reduccin importante en la superficie mojada, causante de laResistencia Viscosa (Reynolds), afectando en un porcentaje alto a la Resisten-cia Total del buque cuando ste navegue a velocidad econmica, puesto queen velocidad mxima operativa tendr mayor importancia la Resistencia porFormacin de Olas (Froude).

Decir tambin que las hli-ces de cada POD son diferen-tes entre s y tambin diferen-tes con las del grupo de la otrabanda. Dentro de cada POD,las hlices de proa producenun efecto de traccin y las depopa un efecto de empuje,contando tambin con unaaleta intermedia entre ellaspara mejorar la entrada delflujo de agua en cada hlice.Por tanto, se producen menosturbulencias y menos posibili-dades de cavitacin.

La integracin hidrodin-mica del flujo de agua entre elcasco del buque y los POD,especialmente en el LHD concasco plano para operacionesde dique, resulta un proceso de clculos tericos de extremada dificultad.

Una vez hecho el estudio, para optimizar la entrada del flujo de agua en elPOD se instala en la mayora de los casos una pieza estructural soldada alcasco denominada Head-box.

Tambin cabe pensar que las vibraciones sern muy inferiores a las de unbuque de propulsin convencional, y por tanto habr menos ruido al carecer

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Eficiencia hidrodinmica y rendimiento POD.

de largas lneas de ejes, timones, impulsadores transversales de popa, hlicesde paso controlable y cajas reductoras.

Ventajas de los POD

Se ha elegido la opcin (Siemens-Schottel) de dos hlices fijas porPOD, pues el empuje que soporta cada hlice se reduce a la mitad y lacarga soportada por cada pala es menor al reducirse el empuje quesoporta, disminuyendo la posibilidad de cavitacin y el par torsor.

Reduccin de la duracin de las maniobras en las entradas y salidas depuerto y del nmero de remolcadores de apoyo.

El empuje conseguido con los POD es muy superior al de otrospropulsores de la misma potencia, reduciendo sta a la necesaria paralas maniobras.

La flexibilidad operativa le permite un menor consumo de combusti-ble, reducir los costes de mantenimiento preventivo, menor cantidadde emisiones al exterior y una redundancia adecuada con menospotencia instalada, ya que las fluctuaciones de potencia son distribui-das entre los distintos disel/turbina instalados. Se eliminan las tareas

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Head-box LHD.

de alineacin de ejes de propulsin, flexiones, cojinetes de bocina,etctera.

Una de las posibilidades que ofrece este sistema es la implementacinde un sistema de control por joystick y de un sistema de posiciona-miento dinmico. Este sistema recibira las rdenes del operador y,segn las seales recibidas de los diferentes sensores (GPS, correde-ra, anemmetros), manejara convenientemente los propulsoresPOD y las hlices empujadoras de proa para maniobrar el barco de laforma deseada, permitiendo movimientos de traslacin pura, rotacinpura o ambos simultneamente. Esta opcin no est previsto imple-mentarla.

Despus de esta extensa lista de ventajas de los POD respecto de un buquede propulsin convencional, tambin hay que hacer especial mencin a ciertasexigencias de los POD:

Transmisin de esfuerzos a la estructura del buque al carecer dechumacera de empuje.

El gran esfuerzo que debe soportar el cojinete de azimut del POD. La estanqueidad del motor elctrico al encontrarse totalmente sumergi-

do en el agua. Los repuestos de gran seguridad del sistema POD son extremadamente

caros. Al llevar instaladas cuatro hlices, con sus tres palas cada una,

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El LHD durante el montaje de las hlices.

se necesitara un mnimo decuatro palas diferentes comorepuesto de gran seguridadante una avera o varada acci-dental.

La instalacin elctrica de6,6 kW tambin requiere noslo cumplir estrictamente lasnormas de seguridad de equi-pos con tensin, sino que cual-quier descuido y/o accidentelleva parejo bajas personalescon toda certeza, adems deincendios/explosiones de gran-des proporciones. En contrapo-sicin, hay que decir que lainstalacin de alta tensin delbuque tiene tal cmulo de

seguridad y enclavamientos que impide maniobras errneas. Todas las manio-bras de equipos con tensin requieren un vestuario nuevo hasta ahora en unbuque de nuestra Armada, como son las prtigas, cascos, guantes y botasespeciales adaptadas a esa tensin.

El manejo de esta tensin nica en la Armada requiere unos conocimientosespecficos y de una acreditacin especial: el ms experto electricista de laArmada no podr tocar los elementos que trabajan con esta alta tensin sinun curso o una acreditacin previa, que paso a enumerar:

Disponer de un ttulo universitario cuyo plan de estudios cubra lasmaterias objeto del reglamento sobre condiciones tcnicas y garant-as de seguridad en lneas elctricas de alta tensin.

Disponer de un ttulo de formacin profesional o de un certificado deprofesionalidad incluido en el catlogo Nacional de cualificacionesProfesionales, cuyo mbito competencial coincida con las materiasobjeto del reglamento sobre condiciones tcnicas y garantas deseguridad en lneas elctricas de alta tensin.

Tener reconocida una competencia profesional adquirida por experien-cia laboral, de acuerdo con lo estipulado en el Real Decreto1224/2009, de 17 de julio, de reconocimiento de las competenciasprofesionales adquiridas por experiencia laboral y/o formacin, en lasmaterias objeto del reglamento sobre condiciones tcnicas y garant-as de seguridad en lneas elctricas de alta tensin.

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Comparativa del Empuje Transversal a baja potencia.

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En el caso de experiencia laboral. Justificar al menos tres aos, conun mnimo de 2.000 horas trabajadas en total, en los ltimos 10aos transcurridos. Para las unidades de competencia de nivel I (1)se requerirn dos aos de experiencia laboral con un mnimo de1.200 horas trabajadas en total.

En el caso de formacin. Justificar al menos 300 horas, en los lti-mos 10 aos transcurridos. Para las unidades de competencia denivel I se requerirn al menos 200 horas.

En los casos en los que los mdulos formativos asociados a la unidad decompetencia que se pretende acreditar contemplen una duracin inferior, sedebern acreditar las horas establecidas en dichos mdulos.

La distribucin de energa de 6.600 voltios del buque se lleva a cabo concableado de aproximadamente nueve centmetros de dimetro, es deci, de ungrosor fuera de lo habitual hasta ahora para nuestro personal embarcado. Estoscables se encuentran instalados por todo el buque sobre todo en camarotes ysollados de la tercera cubierta como por muchos troncos de acceso, ya que

(1) Nivel I: competencia en un conjunto reducido de actividades de trabajo relativamentesimples correspondientes a procesos normalizados, siendo los conocimientos tericos y lascapacidades prcticas a aplicar limitados.

Izquierda: cmara mquinas POD LHD. Derecha: alimentacin elctrica al motor sumergido.

tiene que dar tensin tanto a los POD como a los empujadores de proa y a lostransformadores reductores de 6.600/440 voltios; es un cable de un color rojocaracterstico y se encuentra perfectamente aislado y apantallado, pudiendotocarse sin ninguna reserva.

Al ser, como hemos dicho anteriormente, un buque todo elctrico, se esti-ma un consumo en operaciones superior a los 25 MW, consumos muy eleva-dos en comparacin a otros buques de nuestra Armada.

La planta de generacin elctrica se compone de dos disel generadores yuna turbina de gas, que accionan unos alternadores que permiten obtener unatensin de 6.600 voltios.

Para la distribucin de la energa la planta est constituida por dos cuadrosprincipales de 6.600 V interconectados, uno de ellos alimentado desde losgrupos disel generadores de 7.450 kW/6.600 V y el otro desde un grupogenerador de 19.160 kW/6.600 V accionado por una turbina de gas.

Existe tambin un cuadro de emergencia de 440 V alimentado por ungrupo disel generador de 1200 kW.

Desde los cuadros principales de 6.600 V se alimentan directamente losdos motores propulsores (POD), dos empujadores de proa y ocho transforma-dores de 6.600/440 V que alimentan a seis centros de distribucin de 440 V.

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Esquema bsico planta elctrica LHD.

Dispone de dos estaciones de tomas de tierra, una de cuatro cables y otrade cinco cables de 400 A/440 V cada uno (total 3.600 A).

En cuanto al diseo, en la fase de proyecto de detalle y construccin se hatomado un margen de reserva del 7 por 100 y un margen de futuro crecimien-to del 20 por 100. Este aspecto es realmente interesante pensando en losconsumos elctricos de nuevas integraciones de sistemas, por ejemplo delsistema de combate.

El sistema de control de la propulsin (SSP) del LHD ha sido instalado porlas empresas Schottel el POD propiamente dicho y Siemens, todos losperifricos necesarios para constituir un sistema independiente del resto desistemas del buque.

El SSP se encuentra enlazado con el SICP (Sistema Integrado de Controlde Plataforma) del que hablaremos posteriormente. El sistema de control de lapropulsin slo se puede controlar a travs de sus propios perifricos, tanto elpuente de gobierno, CCC (Cmara de Control Central), CCS (Cmara deControl Secundaria) y compartimentos POD. An as, se puede supervisardesde las consolas del SICP.

Modos bsicos de funcionamiento del ssP

La operacin de los propulsores POD se puede hacer en modo indivi-dual o en modo tndem, segn se quiera controlar cada unidad PODindividualmente o se quieran controlar las dos unidades POD simult-neamente.

Por otro lado, dependiendo de las condiciones de la navegacin o delestado del sistema, se definen dos modos de operacin: normal y deemergencia:

Modos Estandarizados (standard Modes):

Modo Navegacin (sea Mode). Modo Maniobra (Harbour Mode).

Modos Excepcionales (Excepcional Modes):

Modo Corto-Circuito (short-circuit Mode). Modo Potencia Reducida (reduced Power Mode). Modo Fuga de Agua (Water Leakage Mode). Modo Parada de Emergencia (crash stop Mode).

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Decir que la maniobra de crash-stop (maniobra de atrs toda) para pararel buque se puede hacer de dos maneras. La primera, mucho ms rpida yrecomendada por Siemens-Schottel, consistente en invertir los POD (marca-cin 180), y la segunda, invirtiendo el sentido de giro de los motores (palan-cas atrs toda y marcacin 0).

Por otra parte, el sistema de control de la planta elctrica es tambin unsistema independiente del SICP, pero se ha diseado para poder controlarlo ysupervisarlo tanto desde su propio sistema independiente como a travs de lasconsolas del SICP.

El SICP consiste en una red informtica redundante encargada de monito-rizar la propulsin y de controlar y monitorizar la planta elctrica y auxiliares,tales como el trasiego de combustible, el lastre, mantenimiento de estabilidad,manejo de cargas, arranque y paradas de generadores, etctera.

Trabaja con ms de 50.000 seales, lo que puede dar una idea somera de lacomplejidad de su mantenimiento. Es un sistema desarrollado por NavantiaSistemas de Control en Cartagena, utilizado como SCADA (Sistema de

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Modos de funcionamiento bsicos del LHD.

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Comparacin crash-stop con/sin inversin de los POD.

Esquema bsico de un buque con POD ABB.(El LHD slo lleva dos disel-generadores, un turbo-generador, cuatro convertidores de

frecuencia y dos hlices por cada POD Siemens-Schottel).

Control y Adquisicin de Datos), aplicacin informtica Complex, que atravs de mmicos permite presentar datos sobre un sistema y controlarlo.

Este sistema slo lo instalan los buques hidrogrficos Malaspina, as comolas nuevas construcciones LHD juan carlos I, BAC cantabria y la quintafragata F 105 cristbal coln. La simbologa de las pantallas representativasde los distintos sistemas de propulsin, electricidad y auxiliares ha sufrido uncambio drstico (posibilidades de representacin no contempladas hasta lafecha), de manera que cualquier operador de los SICP anteriores a estosbuques no conocer lo que aparece delante de sus ojos.

Todo ello crear un problema de adaptacin de los operadores de SICPdurante los embarques, desembarques y comisiones de servicio, con la necesi-dad de realizar un curso previo, curso que empez a impartir la Escuela deEspecialidades Antonio de Escao despus de asistir a los cursos de dota-cin de quilla del LHD.

Tambin conviene destacar que el SICP del LHD carece de la funcin deAdiestrador dentro de la aplicacin, a diferencia de las fragatas F 100, Patio,etctera. El sistema de control de la planta elctrica se puede manejar desdelos cuadros principales, desde consolas a pie de cada cuadro principal (PMA)y desde las consolas del SICP.

Continuando con las caractersticas novedosas, el buque cuenta con lasprimeras aletas estabilizadores retrctiles (una por banda) en nuestra Armada

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Esquema bsico del SSP. Sistema control planta elctrica y el SOCP del LHD.Color rosa/azul: SSP. Color verde: planta elctrica. Color rojo/amarillo: SICP.

sobresalen 5 metros del casco y hay que prestar especial atencin aretraerlas antes de entrar en puerto (cuando la velocidad se reduce a cinconudos, las aletas se repliegan solas, siempre y cuando el puente no haya pulsa-do el botn de inhibicin).

Estas aletas slo compensan el balance y no la cabezada, a diferencia delPrncipe de Asturias, que tiene cuatro aletas estabilizadoras no retrctiles ycompensa ambas variables, importantes para las operaciones areas.

Tambin decir que las aletas se pueden desplegar/plegar a cualquier velo-cidad.

Especial mencin a la turbina de gas, turbina LM2500 marinizada, que nonavalizada, es decir, que consta de componentes comerciales cuyo ciclo devida crtica cambia respecto de las turbinas de la misma serie que conocemos;es la primera turbina utilizada como generador en nuestra Armada que requie-re una formacin especial para los operadores y mantenedores.

El personal implicado no slo ha realizado el curso de mantenedor de laturbina LM2500 (curso UVICOA y presencial en la Escuela de Especialidades

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Pruebas FAT de las aletas LHD por la empresa italiana Ficantieri.

Fundamentales Antonio de Escao), sino uno especfico con las diferen-cias caractersticas de esta turbina, denominada CM2500. Enumerar slolas ms significativas: arrancador hidrulico, control de combustible electr-nico, medio de extincin primario de contra incendios por agua nebulizada,refrigeracin del aceite lubricante con agua dulce, existencia de un mduloauxiliar de la turbina con los sistemas de arranque hidrulico, sistema deacondicionamiento de aceite de lubricacin de la turbina y sistema de lavadode la turbina, extraccin de aire del mdulo forzada (carece de reductor degases de escape), as como ausencia de un tanque de combustible de emer-gencia (normalmente JP-5).

Tambin consta de dos tipos de arranque aunque ambos ms lentos que elresto de turbinas que conocemos. Por ltimo, la turbina contempla dos tiposde lavado, uno de los cuales, el llamado on Line se realiza con la turbinaarrancada.

Conclusiones

La Armada espaola ha apostado por tecnologa punta, eligiendo unsistema innovador de propulsin SSP (siemens schottel Propulsor)por sus prestaciones y menor peso.

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LHD juan carlos I.

Se trata de un sistema moderno, del que se desarrollan estudios conti-nuos de mejora.

Buque totalmente elctrico que consume bastante menos combustibleque otro convencional de nuestra Armada que tuviera la mitad de sudesplazamiento.

En contraprestacin, los repuestos de estos sistemas SSP son aprecia-blemente ms caros que los sistemas convencionales.

Por ltimo, decir que podra estar hablando de este buque y de sus innova-ciones durante das, lo cual es imposible como es obvio; por ello he hecho unesfuerzo de sntesis al alcance de cualquier lector. Espero que haya sido de suagrado.

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