¿Cuáles son los componentes principales de un compensador pasivo de heave?

Tres: un resorte de gas de nitrógeno que soporta el peso de la carga útil, un cilindro hidráulico cuyo aceite fluye por orificios controlados y válvulas de amortiguamiento que restringen el flujo para disipar la energía del oleaje.

¿Qué eficiencia tiene la compensación pasiva de heave?

Depende de la rigidez del resorte, el ajuste del amortiguamiento, la longitud de carrera y la adecuación a la carga útil. La relación de movimiento entre la carga útil y el gancho puede estimarse a partir del periodo del oleaje, la relación gas-aceite, la carrera y las propiedades de la carga útil — un PHC bien dimensionado transmite solo una fracción del movimiento del gancho, y el objetivo de diseño es mantener el periodo natural del sistema muy por encima de los periodos del oleaje de la operación.

¿Cuándo es un compensador pasivo la elección adecuada frente a uno activo?

Cuando el trabajo consiste en absorber el movimiento inducido por el oleaje durante pasos por la zona de salpicadura, aterrizajes submarinos, tensionado o recuperación: los sistemas pasivos no necesitan alimentación externa, tienen menos modos de fallo y su rendimiento es predecible a partir de la física. Los sistemas activos se reservan para casos en los que el movimiento residual debe llevarse activamente hacia cero.

¿Qué compensador de Norwegian Dynamics se adapta a cada izado?

RIGEL es la unidad pasiva básica (55–1,000 t) para tareas sencillas de zona de salpicadura y compensación; ANTARES incorpora control automático de amortiguamiento y capacidad de izado ágil (30–4,000 t) para izados exigentes de varias fases; CYGNUS cubre izados pesados y en aguas profundas desde 12.5 hasta 10,000 t.

Compensador pasivo de heave RIGEL suspendido verticalmente en línea en el cable de la grúa mientras la carga útil atraviesa la zona de salpicadura al atardecer

Compensación pasiva de heave

Un resorte de gas y un amortiguador entre el gancho y la carga — sin alimentación externa.

Fundamentos de la compensación pasiva de heave

Por Tord Martinsen, director ejecutivo · octubre de 2025

Aplicación práctica: Para una aplicación práctica de este tema, consulte RIGEL PHC básico and ANTARES PHC adaptativo.

La compensación pasiva de heave (PHC) es una técnica empleada en operaciones offshore para reducir el movimiento vertical transferido desde el gancho de una grúa a una carga útil suspendida. Funciona sin alimentación externa mediante un sistema de resorte de gas y amortiguador hidráulico que absorbe el movimiento inducido por el oleaje.

Cuando una embarcación sube y baja con las olas, el gancho de la grúa la sigue. Sin compensación, la carga útil experimenta el mismo movimiento, lo que genera cargas dinámicas peligrosas durante los pasos por la zona de salpicadura, los aterrizajes submarinos y otras operaciones críticas. Un compensador pasivo de heave actúa como amortiguador y absorbe gran parte de este movimiento.

¿Compara sistemas? Compare los compensadores pasivos de heave — RIGEL, CYGNUS y ANTARES — rangos de capacidad, control de amortiguamiento y cómo se dimensiona cada uno conforme a DNV-RP-N202.

¿Cómo funciona un compensador pasivo de heave?

Un PHC consta de tres componentes principales:

Resorte de gas — el gas nitrógeno a presión proporciona una fuerza elástica que soporta el peso de la carga útil
Cilindro hidráulico — contiene aceite que fluye por orificios controlados
Válvulas de amortiguamiento — restringen el flujo de aceite para proporcionar amortiguamiento y disipar la energía del oleaje

Aplicaciones principales

Pasos por la zona de salpicadura — reducen las cargas dinámicas cuando la carga útil atraviesa la zona de oleaje
Aterrizajes submarinos — controlan la velocidad de aterrizaje para una colocación precisa
Prevención de la resonancia — previene la amplificación del movimiento en determinados periodos del oleaje
Tensionado — mantiene una tensión constante en cables metálicos o risers
Absorción de impactos — protege la carga útil y la grúa de cargas de impacto

Factores de rendimiento del PHC

La eficiencia de un compensador pasivo de heave depende de la rigidez (constante elástica), el ajuste del amortiguamiento, la longitud de carrera y la adecuación al peso de la carga útil.

¿Cómo funciona la compensación pasiva de heave para reducir la velocidad de aterrizaje?

Heave significa movimiento vertical; en nuestro contexto, el movimiento vertical del gancho de la grúa causado por las olas. La compensación pasiva de heave puede entenderse como un sistema masa-resorte-amortiguador cuyo objetivo es reducir el movimiento inducido por el oleaje por debajo del compensador. El siguiente esquema simplificado ilustra nuestro caso:

Figura 1 — El modelo simplificado en el que se basa la derivación. El gancho de la grúa impone ζ cos(ωt); el PHC aporta rigidez k (se desprecia el amortiguamiento, según la lista de supuestos siguiente); la carga útil sumergida, de masa m, densidad ρ y sección transversal A⊥, soporta el peso mg, la flotación F_B y la masa añadida m_A en agua de densidad ρ_w. El sentido positivo de z es hacia abajo.

El movimiento del gancho de la grúa sigue la sinusoide dada por $\zeta \cos(\omega t)$ , el PHC tiene rigidez $k$ , el agua tiene densidad de masa $\rho_w$ , mientras que la carga útil tiene las propiedades básicas $\rho, m, A_\perp$ , correspondientes respectivamente a la densidad de masa, la masa y el área perpendicular al movimiento de heave de la carga útil.

Dado que en este ejemplo suponemos que la carga útil está sumergida, es importante tener en cuenta la flotación, la resistencia hidrodinámica y la masa añadida que afectan a la carga útil. Estos tres efectos pueden mejorar el rendimiento del PHC.

Masa añadida

m_A = \rho_w C_A V_R

Donde $C_A$ es el coeficiente de masa añadida (puede encontrarse en DNV RP-N103) y $V_R$ es el volumen de referencia.

Resistencia hidrodinámica

F_D = \tfrac{1}{2}\rho_w C_D A_\perp \dot z |\dot z|

Donde $C_D$ es el coeficiente de resistencia y $\dot z$ es la velocidad vertical de la carga útil.

Flotación

F_B = \rho_w V g

Donde $V$ es el volumen desplazado de la carga útil y $g$ es la aceleración de la gravedad.

Resorte de gas del PHC

Podemos definir una rigidez media del resorte de gas del PHC como la diferencia de fuerza entre la carrera de equilibrio y la carrera completa, dividida por el cambio de carrera:

k = \frac{p_1 A_0 – p_0 A_0}{\Delta S}

Donde $p_0$ es la presión de equilibrio y $A_0$ es el área del pistón del PHC.

Supongamos lo siguiente:

La longitud total de carrera es $S$ , y estamos a media carrera durante el equilibrio.
Usamos la ley de los gases ideales con compresión adiabática para calcular el cambio de presión.
La fuerza de equilibrio debe ser igual a la fuerza de gravedad menos la flotación.

A partir de estos supuestos, obtenemos:

k = \frac{(\rho – \rho_w) \, V \, g}{0.5 \, S} \left[ \left( \frac{V_{\mathrm{eq}}}{V_{\mathrm{eq}} – 0.5 \, A_0 \, S} \right)^\gamma – 1 \right]

$\gamma$ es el exponente adiabático.

Podemos suponer además que el volumen de equilibrio se define como:

V_{\mathrm{eq}} = (R – 0.5) \, A_0 \, S

Donde $R$ es la relación gas-aceite, que típicamente se sitúa en el intervalo 2–12 para un PHC. Un valor mayor de $R$ corresponde a un resorte más blando.

Obtenemos entonces la siguiente expresión para la rigidez del PHC $k$ :

k = \frac{2 (\rho – \rho_w) \, V \, g}{S} \left[ \left( \frac{R – 0.5}{R – 1} \right)^\gamma – 1 \right]

Que podemos reescribir como:

k = \frac{2 \, m \, g}{S} \left( 1 – \frac{\rho_w}{\rho} \right) \left[ \left( \frac{R – 0.5}{R – 1} \right)^\gamma – 1 \right]

Restricción de flujo hidráulico del PHC

El flujo de fluido a través de una restricción se expresa normalmente como:

Q = A_f \, \alpha \, \sqrt{\frac{2 \, \Delta p}{\rho}}

Donde:

$Q$ es el caudal volumétrico del fluido,
$A_f$ es el área de flujo más pequeña,
$\alpha$ es el coeficiente de pérdida de presión, y
$\Delta p$ es la pérdida de presión.

Tomando esto como base, podemos determinar la fuerza debida a la restricción hidráulica:

F_h = A_0 \, \Delta p = A_0 \, \frac{\rho}{2} \left( \frac{A_0 \, \dot{S}}{A_f \, \alpha} \right)^2

Tenga en cuenta también que el signo de la fuerza hidráulica dependerá de la extensión o retracción del vástago.
Además, puede tener una magnitud diferente si hay válvulas de retención.

La dificultad de esta ecuación es conocer $\alpha$ , que no es fácil de calcular.
Debe determinarse mediante CFD o mediciones y también puede depender de muchas variables.

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Fricción de sellos del PHC

La fricción de sellos es un tema muy complejo. Depende de muchos factores, como:

Presión del fluido
Pretensión del elemento elástico
Material del sello
Velocidad del pistón o del vástago
Rugosidad superficial
Tipo de fluido
Anchura del sello
Configuración del sello

Es demasiado complejo abordar los detalles en esta breve introducción.

Ecuación diferencial

Apliquemos ahora lo anterior con los siguientes supuestos:

Se ignora la fricción de sellos (en realidad puede ser significativa).
Se ignora la restricción hidráulica (normalmente puede ser baja si el diseño del PHC es bueno).
Se ignora la resistencia hidrodinámica (para un PHC de alto rendimiento este supuesto es válido).
Se ignoran la rigidez y el amortiguamiento del aparejo/cable metálico.
Se ignora la hidrodinámica del PHC.
Se ignora el peso propio del PHC.

Una solución numérica más precisa con todo incluido (y una ecuación de estado más precisa para la presión del gas) está disponible en Norwegian Dynamics.

Podemos aplicar la segunda ley de Newton a la masa de la carga útil para determinar cómo se mueve respecto al gancho de la grúa.
Supongamos que el sentido positivo es hacia abajo:

(m + m_A) \, \ddot z = m g – F_B – k \, [ z + z_0 + \zeta \cos(\omega t) ]

Esto tiene una solución en régimen permanente dada por:

z(t) = \frac{k \, \zeta}{(m + m_A)\, \omega^2 – k} \, \cos(\omega t)

Lo que queremos conocer es la relación entre el movimiento de la carga útil y el movimiento del gancho.

\frac{z(t)}{\zeta \, \cos(\omega t)} = \frac{k}{(m + m_A)\, \omega^2 – k}

Podemos entonces cambiar $\omega$ por $\frac{2 \pi}{T_P}$ , donde $T_P$ es el periodo del oleaje, y sustituir $k$ por la expresión anterior:

\frac{z(t)}{\zeta \cos\!\left(\frac{2\pi t}{T_p}\right)} = \frac{1}{ \displaystyle \underbrace{\left(\frac{m+m_A}{m}\right)}_{\text{Masa añadida}} \underbrace{\frac{\rho}{\rho-\rho_w}}_{\text{Flotación}} \underbrace{\frac{2\pi^2}{g\,T_p^2}}_{\text{Periodo de ola}} \underbrace{\frac{S}{\left[\left(\frac{R-0.5}{R-1}\right)^{\gamma}-1\right]}}_{\text{PHC}} -1 }

A partir de esta relación podemos definir la eficiencia de la compensación pasiva de heave. Si la relación es 0, la eficiencia es 100%; si el valor absoluto es mayor que 1, significa que habrá resonancia. La calculadora siguiente puede utilizarse como indicador aproximado del rendimiento de la compensación pasiva de heave.

Figura 2 — La relación de movimiento trazada a partir de la expresión anterior, utilizando la carga útil predeterminada de la calculadora (m = 100 t, m_A = 20 t, ρ = 7 850 kg/m³, S = 4.5 m) para tres relaciones gas-aceite R. Por debajo de 1.0, el PHC aísla la carga útil; en T_n entra en resonancia. El modelo no tiene amortiguamiento — el amortiguamiento real del PHC limita el pico resonante. El objetivo de diseño es evidente: un resorte más blando (R mayor, carrera más larga) desplaza T_n muy por encima de los periodos del oleaje en los que opera.

Calculadora de eficiencia de compensación pasiva de heave

Masa de la carga útil m (toneladas):

Masa añadida mₐ (toneladas):

Densidad de la carga útil ρ (kg/m³):

Periodo del oleaje Tₚ (s):

Longitud de carrera S (m):

Relación gas-aceite R:

También podemos definir el periodo natural del PHC como:

T_n = \pi \sqrt{ \frac{m + m_A}{m} \, \frac{\rho}{\rho – \rho_w} \, \frac{2S}{\,g\!\left(\left(\dfrac{R – 0.5}{R – 1}\right)^{\!\gamma} – 1\right)} }

Ejemplo resuelto: interpretación de la relación de movimiento

Tomemos un caso como el de la calculadora: una carga útil de acero de 100 t (ρ = 7 850 kg/m³) con 20 t de masa añadida, en un PHC con 6 m de carrera y relación gas-aceite R = 12, en olas con periodo T_p = 8 s (γ = 1.4):

Blandura del resorte. El término del resorte de gas ((R − 0.5)/(R − 1))^γ − 1 ≈ 0.064 — un R alto y una carrera larga hacen que el resorte sea blando.
Periodo natural. T_n ≈ 16 s, cómodamente por encima de las olas de 8 s — el sistema opera en su rango de aislamiento.
Relación de movimiento. La expresión anterior da ≈ 0.33: la carga útil recibe aproximadamente un tercio del movimiento del gancho — se elimina cerca de dos tercios del movimiento inducido por el oleaje.

El modelo de forma cerrada no tiene amortiguamiento y es conservador cerca de la resonancia — el amortiguamiento real limita el pico y añade cierta transmisión en el rango de aislamiento. Para el dimensionamiento, la solución numérica completa (estado del gas, amortiguamiento, resistencia hidrodinámica, aparejo) es la que ejecuta un estudio de CONSTELLATION runs.

Amortiguamiento: qué tipo y cuánto

El resorte de gas almacena la energía — el amortiguador decide a dónde va. Sin amortiguamiento, el compensador es un sistema masa-resorte que oscilaría a su periodo natural tras cada perturbación. Al desplazarse el pistón, el aceite pasa forzado por orificios o válvulas de control y la resistencia al flujo convierte la energía cinética en calor: una fuerza que aumenta con la velocidad y limita la resonance, estabiliza los transitorios y proporciona control de la velocidad de descenso para el aterrizaje.

Tipo de amortiguamiento	Característica	Dónde se encuentra
Lineal	Fuerza ∝ velocidad	Fácil de modelar — poco frecuente en equipos reales
Cuadrático	Fuerza ∝ velocidad²	El comportamiento natural del flujo por orificio — intenso a velocidad, suave cuando es lento
Variable	Orificios ajustables / válvulas proporcionales	Amortiguamiento modificado por fase operativa — la vía adaptativa

DEMASIADO POCOResuena peligrosamente — los transitorios siguen oscilando

EN EL RANGO≈ 5 – 15% of critical para descenso normal — máxima eficiencia con seguridad frente a resonancia; se aumenta temporalmente para la zona de salpicadura y el aterrizaje

DEMASIADOEl sistema se vuelve rígido — transmite el movimiento de la embarcación y disminuye la eficiencia

Amortiguamiento variable en la práctica: ANTARES ajusta automáticamente su nivel entre fases de izado; RIGEL y CYGNUS se ajustan manualmente en cubierta.

Otros usos submarinos

Las unidades de compensación pasiva de heave también pueden aportar otros beneficios a las instalaciones submarinas:

Capacidad de mantener la tensión del cable metálico durante toda la fase de aterrizaje, lo que evita escoras repentinas de la embarcación.
Mitigación de cargas máximas en caso de volver a izar la carga útil.
Proporcionan tensionado durante la recuperación submarina para evitar sobrecargas cuando está fijada al fondo marino.

Elegir el PHC adecuado

Norwegian Dynamics ofrece tres líneas de productos de compensadores pasivos de heave:

ANTARES PHC adaptativo — compensador pasivo adaptativo de heave avanzado con control automático de amortiguamiento, múltiples modos operativos y clasificación de profundidad hasta 3000m. Ideal para operaciones que requieren alto rendimiento y flexibilidad.
RIGEL PHC básico — compensador pasivo de heave sencillo, fiable y de bajo coste. Ideal para pasos sencillos por la zona de salpicadura y tareas básicas de compensación.
CYGNUS PHC — compensador pasivo de heave para izados pesados y en aguas profundas, con capacidades de 12.5 a 10,000 toneladas. Ideal para grandes estructuras submarinas y aterrizajes en aguas profundas.

→ ¿Necesita ayuda para seleccionar? Consulte nuestra Guía de selección de compensadores de heave o contacte con nuestros ingenieros.

RIGEL, ANTARES o CYGNUS — de un vistazo

	RIGEL	ANTARES	CYGNUS
Tipo	Pasivo	Pasivo adaptativo	Pasivo
Amortiguamiento	Manual, ajustado en cubierta	Control automático de amortiguamiento	Manual, ajustado en cubierta
Rango de SWL	55 – 1 000 t	30 – 4 000 t	12.5 – 10 000 t
Carrera	1.0 – 6.0 m	2.5 – 8.0 m	1.0 – 6.0 m
Alimentación	Sin alimentación externa	Batería — sin umbilical	Batería — sin umbilical
Destaca por	Unidad más sencilla y ligera	Capacidad de izado ágil	Rango de capacidad para cargas pesadas / aguas profundas
Certificación	Diseñado y clasificado · DNV-ST-0378 (aprobación de tipo DNV en curso)	Diseñado y clasificado · DNV-ST-0378	Diseñado y clasificado · DNV-ST-0378
Ideal para	Pasos sencillos por la zona de salpicadura y compensación básica	Izados exigentes de varias fases que requieren amortiguamiento automático	Izados submarinos pesados y en aguas profundas

Orientación inicial — la guía de compensación pasiva frente a activa de heave aborda la elección paso a paso.

Lecturas relacionadas

Compensación pasiva de heave — preguntas frecuentes

¿Qué es la compensación pasiva de heave?

Una forma de reducir el movimiento vertical transferido desde el gancho de la grúa a la carga útil, sin alimentación externa: un resorte de gas de nitrógeno soporta el peso, mientras que el amortiguamiento hidráulico disipa la energía del oleaje.

¿Cuáles son los componentes principales?

Un resorte de gas (nitrógeno a presión), un cilindro hidráulico con aceite que fluye por orificios controlados y válvulas de amortiguamiento que restringen el flujo para disipar energía.

¿Qué eficiencia tiene?

Un PHC bien dimensionado transmite solo una fracción del movimiento del gancho — en el ejemplo resuelto anterior, aproximadamente un tercio a T_p = 8 s. El objetivo de diseño es mantener el periodo natural del sistema muy por encima de los periodos del oleaje de la operación; la calculadora de esta página ofrece una primera indicación.

Pasiva o activa — ¿cómo elijo?

La pasiva destaca por su sencillez, fiabilidad y ausencia de alimentación externa en trabajos de zona de salpicadura, aterrizaje, tensionado y recuperación; la activa se reserva para casos en los que el movimiento residual debe llevarse activamente hacia cero. La comparación entre activa y pasiva explica las ventajas e inconvenientes.

¿Qué compensador se adapta a cada izado?

RIGEL para compensación pasiva sencilla; ANTARES cuando importan el control automático de amortiguamiento o el izado ágil; CYGNUS para izados pesados y en aguas profundas de hasta 10 000 t. La tabla anterior los compara línea por línea.

¿Trabaja en un izado que necesita esto?

Dimensionamos los PHC según el rango operativo — Hs, Tp, carga útil y profundidad de agua. Envíe el caso y le responderemos con un producto recomendado.