Compensación Activa de Heave
Por Tord Martinsen, CEO · Octubre 2025
La compensación activa de heave (AHC) es un método para reducir el movimiento vertical de una carga suspendida de una grúa o cabrestante durante operaciones offshore. A diferencia de la compensación pasiva de heave, que depende de sistemas mecánicos de resorte-amortiguador, la compensación activa de heave utiliza actuadores hidráulicos o eléctricos controlados por sensores y algoritmos para contrarrestar activamente el movimiento inducido por las olas.
Los sistemas AHC se utilizan comúnmente en construcción submarina, tendido de tuberías, despliegue de ROV, perforación en aguas profundas y operaciones de izado pesado en condiciones marítimas adversas.
¿Cómo funciona la compensación activa de heave?
Un compensador activo de heave consta al menos de:
- Un actuador, que puede ser lineal (por ej. cilindro) o rotativo (por ej. cabrestante), con medición de posición.
- Una unidad de referencia de movimiento (MRU), que puede colocarse en el AHC en el caso de un AHC inline o en el buque en el caso de un AHC integrado.
- Alguna forma de manipulación de la posición del actuador, lo suficientemente rápida para seguir el movimiento del buque (por ej. motor hidráulico).
Cuando se activa el modo de compensación activa de heave, el sistema de control mantiene la carga estacionaria vista desde un marco de referencia fijo, contrarrestando activamente el movimiento de las olas mediante el actuador.
La compensación activa de heave puede alcanzar eficiencias superiores al 90%. Los compensadores activos de heave generalmente funcionan mejor para períodos de ola más largos.
Los principales tipos de AHC
Existen muchos tipos de compensadores activos de heave, aquí se presentan algunos de los principales:
- AHC rotativo eléctrico, generalmente más adecuado para cargas más ligeras.
- AHC rotativo hidráulico, para cargas pesadas.
- AHC de polea en cubierta, para retrofitting.
- AHC inline topside, para tareas básicas de AHC en superficie.
- AHC inline submarino, combina AHC con muchas de las propiedades de un PHC adaptativo.
Compensación Activa vs Pasiva de Heave
| Característica | Activa (AHC) | Pasiva (PHC) |
|---|---|---|
| Fuente de energía | Requiere energía externa (HPU) | Autónomo (resorte de gas) |
| Precisión | Muy alta (>95%) | Buena (70-90%) |
| Complejidad | Alta | Baja |
| Costo | Mayor | Menor |
| Ideal para | Posicionamiento preciso, tendido de tuberías | Zona de splash, aterrizajes submarinos |
Para muchas operaciones de izado offshore, la compensación pasiva de heave ofrece un rendimiento suficiente a menor costo y complejidad. Norwegian Dynamics se especializa en compensadores pasivos de heave avanzados que alcanzan niveles de rendimiento cercanos a los sistemas AHC.
¿Cuánta energía se consume?
Un ejemplo sencillo: se compensan 100 t en aire para un movimiento sinusoidal con amplitud de 1 m y período de 10 s. Supongamos que el AHC es un AHC inline con las siguientes propiedades:
- Relación gas-aceite de 10:1 y carrera de 4 m.
- Eficiencia de los componentes del AHC del 90%.
- 50% de regeneración de energía.
Para un AHC inline, la carga se mantiene en la posición central mediante presión pasiva de gas. Se desplaza de la posición central mediante el motor hidráulico. Por lo tanto, nuestro consumo de energía será:
En la primera área roja necesitamos añadir energía para extender el cilindro, luego dejamos que el cilindro se retraiga y regenere energía hasta alcanzar la carrera media donde necesitamos añadir energía para retraer más, finalmente regeneramos energía dejando que el cilindro se extienda hasta la posición central. Se puede demostrar que la fuerza que el sistema AHC debe proporcionar es:
Como S sigue el movimiento sinusoidal, podemos reescribir como:
F = m g \left[ \left( \frac{S_\mathrm{max}(R – 0.5)}{S_\mathrm{max}(R – 0.5) – \zeta\cos{\omega t}} \right)^{\gamma} – 1 \right]Nuestra integral puede entonces escribirse como:
Debido a la simetría podemos integrar así:
W = \int_{0}^{10\,\mathrm{h}}
\left|
m g
\left[
\left(
\frac{S_\mathrm{max}(R – 0.5)}
{S_\mathrm{max}(R – 0.5) – \zeta\cos{(\omega t)}}
\right)^{\gamma}
– 1
\right]
\, \zeta \omega \sin{(\omega t)}
\right|
\, dt
Y finalmente ajustamos para las eficiencias y obtenemos:
W = \int_{0}^{10\,\mathrm{h}}
\left|
m g
\left[
\left(
\frac{S_{\mathrm{max}}(R – 0.5)}
{S_{\mathrm{max}}(R – 0.5) – \zeta \cos(\omega t)}
\right)^{\gamma}
– 1
\right]
\, \zeta \omega \sin(\omega t)
\right|
\, dt \cdot \frac{(1-\eta_{\mathrm{regen}})}{\eta_{\mathrm{AHC}}}
\
Mediante integración numérica encontramos que esto es 207 MJ o 57 kWh.
Entonces, como podemos ver, incluso para una carga pesada compensada durante un período significativo de tiempo, la capacidad de batería requerida no es muy grande, comparable a una batería de vehículo eléctrico.
Para cálculos más precisos que incluyan fricción, pérdidas hidráulicas, modelos de eficiencia más precisos para bombas/motores/batería, ecuación de estado precisa, etc., por favor contacte a Norwegian Dynamics.
Cuándo elegir AHC vs PHC
Elija compensación activa de heave cuando:
- Se requiere una precisión de compensación muy alta (>95%)
- La operación implica posicionamiento submarino preciso
- Se necesita compensación continua durante períodos prolongados
- El buque ya dispone de una HPU
Elija compensación pasiva de heave cuando:
- La principal preocupación es el cruce de la zona de splash
- El costo y la simplicidad son prioridad
- El compensador necesita ser autónomo
- La absorción de impactos es el requisito principal
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