Un propulsor submarino es una configuración de hélices marinas y un motor hidráulico o eléctrico integrado o montado en un robot submarino como dispositivo de propulsión. Estos le dan al robot movimiento y maniobrabilidad contra la resistencia al agua de mar. La principal diferencia entre los propulsores submarinos y los propulsores marinos es la capacidad de trabajar bajo una gran presión de agua, en algún momento hasta la profundidad total del océano.
Tipos de propulsores submarinos
Hay tres tipos generales de dispositivos de empuje: el propulsor lateral o propulsor de túnel, que consiste en una hélice instalada en un túnel transversal; un propulsor de chorro que consiste en una bomba que aspira desde la quilla y descarga a ambos lados; y propulsor azimutal, que se puede girar 360 °
Los propulsores submarinos se pueden dividir en dos grupos principales, propulsores hidráulicos y propulsores eléctricos. Los propulsores eléctricos se utilizan principalmente en robots submarinos que funcionan con baterías, como AUV , submarinos y ROV eléctricos. Los propulsores hidráulicos se utilizan principalmente en ROV hidráulicos de clase de trabajo. La tecnología de los propulsores hidráulicos es más antigua que la eléctrica, son más resistentes y su relación peso-empuje es más alta que la de los propulsores eléctricos, pero los problemas de mantenimiento y tuberías causan cierta insatisfacción con los usuarios. [ cita requerida ] Gracias al desarrollo de motores eléctricos PMSM (conocer erróneamente el motor de CC sin escobillas en el mercado), los propulsores eléctricos [ aclaración necesaria ] se están volviendo más populares en productos de nuevo diseño. Las relaciones peso-empuje son más altas para los propulsores hidráulicos que para los propulsores eléctricos, pero después de tener en cuenta los componentes hidráulicos requeridos, incluidas válvulas, unidades de potencia hidráulica, juntas de tuberías, etc., los sistemas de propulsores hidráulicos resultan más pesados que los propulsores eléctricos. [ cita requerida ] Los primeros modelos de propulsores eléctricos tenían algunos problemas de confiabilidad con los controladores electrónicos, pero los desarrollos electrónicos de potencia los han hecho más resistentes, y algunos modelos se pueden encontrar en el mercado con más de diez años de vida útil y muchos años de garantía. [ cita requerida ]
Propulsores submarinos eléctricos
Los componentes principales de un propulsor eléctrico son:
- Motor eléctrico: el motor eléctrico es el componente principal de los propulsores eléctricos y acciona la hélice. Los propulsores submarinos modernos suelen utilizar motores síncronos de imanes permanentes sin escobillas ( PMSM ). [ cita requerida ] En algunos propulsores de baja calidad se utilizan motores de CC sin escobillas. La ganancia es menor precio y la penalización es menor eficiencia. [ cita requerida ] En la mayoría de los diseños modernos, los motores PMSM sin marco (producidos principalmente por Kollmorgen ) [ cita requerida ] se utilizan para reducir el peso y aumentar la eficiencia térmica. Esto mejora la relación potencia-peso, pero la penalización es un mayor costo de ensamblaje. [ cita requerida ] Copenhagen Subsea, con sede en Dinamarca, produce propulsores de anillo eléctricos, donde la energía se aplica en el perímetro y los componentes del motor están integrados con un conducto. [1]
- Caja de cambios: para hacer coincidir el par de la hélice con el par del motor, algunos fabricantes utilizan una caja de cambios. La mayoría de las veces, para reducir el peso y el volumen del propulsor, los engranajes se montan directamente dentro de la carcasa del propulsor, que se utiliza como carcasa de la caja de cambios. [ cita requerida ] De esta manera se reduce el peso, pero las reparaciones se vuelven difíciles ya que las piezas de repuesto no se pueden encontrar en el mercado normal. [ cita requerida ]
- Accionamiento directo: en algunos diseños modernos que utilizan motores PMSM, la relación entre el par motor y su diámetro es tan alta que el motor puede girar la hélice sin una caja de cambios. En los propulsores subacuáticos de transmisión directa, los motores son más pesados que los utilizados en los propulsores con engranajes, pero la falta de una caja de cambios lo compensa. Los propulsores de transmisión directa tienen mayor confiabilidad, menos ruido y mayor eficiencia, pero los precios son más altos que los propulsores con engranajes. [ cita requerida ]
- Controlador de motor y electrónica: los motores sin escobillas necesitan algunos componentes electrónicos para conmutar [ aclaración necesaria ] y controlar su velocidad. En las primeras versiones, los controladores no eran confiables y esto provocó la insatisfacción del usuario en comparación con los propulsores hidráulicos altamente confiables. Más recientemente, los desarrollos en la tecnología electrónica de potencia han hecho que el controlador de motor sea más eficiente y confiable, barato y pequeño, para ser instalado directamente en el extremo del motor. En los diseños modernos, los controladores de motor pueden no solo controlar las RPM de la hélice, sino también controlar la fuerza de empuje en aplicaciones que necesitan un control estricto de su posicionamiento. [ cita requerida ]
- Ejes y estanqueidad: Mantener la hélice en el lugar adecuado y hacerla fiable en caso de impacto con elementos externos como peces o redes de pesca es una de las principales preocupaciones en todo tipo de propulsores. Se han informado muchas fallas debido a este problema. [ cita requerida ] Algunos fabricantes intentan resolverlo utilizando acoplamientos magnéticos y evitando totalmente el sellado rotatorio. Esto mejora la confiabilidad del sellado y el eje, pero pierden eficiencia debido a la capacidad limitada de transferencia de par del acoplamiento magnético y resuelven este problema utilizando una hélice de alta velocidad y bajo par. [ cita requerida ] En la mayoría de los modelos, la eficiencia es tan baja como el 25%, que es muy baja para los propulsores submarinos. [ cita requerida ] Los cojinetes magnéticos [ aclaración necesaria ] requieren que la hélice gire en las superficies exteriores de la carcasa usando una capa de agua como lubricante, lo que puede reducir considerablemente la vida útil del cojinete en agua contaminada. Algunos otros fabricantes utilizan cojinetes cónicos y un sistema de sellado múltiple para redundancia. En este diseño, si el sello principal (generalmente un sello de cerámica [ cita requerida ] ) falla, los otros sellos mantienen el motor seguro y el propulsor puede continuar funcionando. [ cita requerida ]
- Hélice : la hélice es el componente que convierte la rotación en empuje. La selección de la hélice correcta tiene una influencia considerable en el rendimiento de un propulsor. La línea de carga hidrodinámica de cada aplicación necesita una hélice combinada para lograr la máxima eficiencia, pero hay una falta de variación de hélice estándar disponible en el mercado y, por lo tanto, es imposible pedir el propulsor con la hélice de mejor eficiencia. [ cita requerida ] Algunas empresas diseñarán y desarrollarán hélices personalizadas, pero sus precios son realmente altos. [ cita requerida ] Otras empresas intentan ofrecer muchas hélices como opciones y permiten que el usuario seleccione la mejor utilizando las tablas de rendimiento de sus propulsores.
- Boquilla : Las boquillas se utilizan con propulsores de baja velocidad y carga pesada. La mayoría de los ROV tienen este tipo de cargas hidrodinámicas. En los robots de carga ligera de alta velocidad, como AUV, UUV y submarinos, generalmente los propulsores no tienen boquilla.
- Protectores de la hélice: las hélices pueden dañarse por el impacto de peces u otros objetos, pero pueden vibrar si el flujo hacia las palas no es uniforme. El diseño de la protección de la hélice puede afectar el flujo de la hélice y, en consecuencia, el rendimiento. Algunos fabricantes dejan el diseño de la protección de la hélice al usuario, pero una solución más eficiente es integrar la función con los puntales de soporte de la boquilla. [ cita requerida ]
- Carcasa: las carcasas de los propulsores generalmente deben ser resistentes a la corrosión del agua de mar. Hay dos versiones comunes de shells; Aluminio anodizado duro y acero inoxidable grado 316. [ cita requerida ] El acero es más pesado, más caro y más resistente. El aluminio es más ligero y económico.
- Conector eléctrico: Los conectores eléctricos son un componente importante de los propulsores submarinos. Existe una amplia gama de componentes confiables disponibles de terceros proveedores. [2]
Actuación
Muchos parámetros afectan considerablemente a los propulsores submarinos. Bajo el mar, la energía se vuelve más valiosa ya que es difícil transferirla (ROV) o almacenarla (AUV, UUV, Submarino), entonces es muy importante tener la máxima eficiencia. El controlador del motor, el motor eléctrico, el eje, el sellado, la hélice, la boquilla y la geometría exterior del propulsor y la superficie afectan la eficiencia.
- Hacer coincidir la carga de la hélice con el par del motor: uno de los problemas de diseño más difíciles de los propulsores submarinos es hacer coincidir la línea de carga de la hélice con la línea de alimentación del motor. Si no sucede, la eficiencia general del propulsor caerá muy por debajo del máximo o solo se utilizará un pequeño porcentaje de la potencia del motor. [ cita requerida ]
- Uso de la hélice adecuada: el diámetro, la relación de paso y el tipo de la hélice [ aclaración necesaria ] son muy importantes para obtener el máximo rendimiento. Se debe realizar mucha investigación e ingeniería antes del pedido final del propulsor para tener la elección correcta.
- Uso de motor y controlador de distorsión armónica total (THD) baja: los motores PMSM tienen algunos problemas de eficiencia con THD. Los motores y controladores de baja THD están disponibles en el mercado ( Kolmorgen ) pero sus precios son considerablemente más altos que los de los motores de menor eficiencia. Solo propulsores de alta tecnología en el mercado que utilizan este tipo de motor y controlador ( Lian Innovative ). [ cita requerida ]
- Carcasa del propulsor aerodinámico: la fabricación de un cuerpo y un mango aerodinámicos tiene efectos considerables en la eficiencia, y la fabricación de las curvas en este tipo de geometría es costosa. [ cita requerida ]
Ver también
Referencias
- ^ Personal. "Fiabilidad primero" . Página de inicio . Copenhague Subsea A / S . Consultado el 20 de diciembre de 2016 .
- ^ Personal. "Soluciones de sistemas y conectores submarinos" . Página de inicio . Seacon . Consultado el 29 de diciembre de 2016 .
enlaces externos
- Avanzado propulsor subacuático eléctrico , Lian innovador es el fabricante de una gama de propulsores subacuáticos.
- Society for Underwater Technology , SUT es una organización de personas interesadas en la tecnología subacuática.
- Innerspace Thrusters , Innerspace diseña y fabrica motores y propulsores submarinos.