¿Qué magnitud pueden alcanzar las fuerzas de arrastre en un izado submarino?

Significativa: en el ejemplo resuelto de esta página, una placa de 15 × 10 m a una velocidad máxima de heave de 1.57 m/s experimenta aproximadamente 216 kN ≈ 22 t de arrastre. Como el arrastre crece con el cuadrado de la velocidad, reducir a la mitad la velocidad relativa reduce la fuerza a una cuarta parte, que es lo que hace la compensación de heave.

¿Qué es la masa añadida y qué magnitud tiene?

Es el agua circundante que una carga útil debe acelerar consigo misma. En el ejemplo de la página, una placa de 20 × 10 m en olas de 8 segundos adquiere una fuerza inercial de unas 98 t, además del peso estático. Cerca del fondo marino aumenta por confinamiento.

¿Cómo protege la compensación de heave un izado submarino?

Reduce la velocidad relativa y la aceleración entre el gancho y la carga útil, disminuyendo el arrastre proporcional al cuadrado de la velocidad y la fuerza de masa añadida impulsada por aceleración, y mantiene tenso el cable para evitar eventos de cable flojo y snap load. Para izados pesados y de aguas profundas, el compensador pasivo dimensionado para este servicio es CYGNUS; RIGEL y ANTARES cubren los casos estándar y adaptativos.

Estructura submarina suspendida del cable de la grúa que desciende por la columna de agua al atardecer

Izado submarino

Bajo el agua, esta eleva con usted — y contra usted: flotabilidad, impacto, arrastre y masa añadida.

Izados submarinos

Q: ¿Por qué un izado submarino es más difícil que un izado en aire?

Porque el agua actúa de cuatro maneras: la flotabilidad cambia el peso efectivo y varía rápidamente en la superficie, el impacto ocurre al entrar en el agua, el arrastre se opone al movimiento con el cuadrado de la velocidad y la masa añadida hace que la carga útil sea efectivamente más pesada al acelerar. Cada fase del izado tiene una fuerza dominante distinta.

Q: ¿Qué fuerza domina la zona de salpicadura?

El impacto y la flotabilidad que cambia rápidamente, junto con la velocidad de las partículas de ola. La zona de salpicadura combina lo peor de cada régimen en unos pocos metros de recorrido, por lo que dimensiona el compensador con más frecuencia que cualquier otra fase.

Por Peter Wang, COO · diciembre de 2025

Aplicación práctica: Para la aplicación práctica de este tema, consulte RIGEL Basic PHC y estudios y análisis de ingeniería.

Los izados submarinos se encuentran entre las operaciones offshore más complejas y requieren una planificación cuidadosa para considerar las fuerzas hidrodinámicas que actúan sobre la carga útil al moverse por el agua. Los dos efectos más significativos son el arrastre y la masa añadida, que aumentan el peso efectivo y las cargas dinámicas sobre la grúa y los equipos de izado.

Comprender estas fuerzas es fundamental para seleccionar el compensador de heave para izado submarino adecuado y garantizar que la grúa tenga capacidad suficiente para la operación.

¿Cómo afecta el arrastre a un izado submarino?

El arrastre en un izado submarino es similar al arrastre de un automóvil por la resistencia del aire y varía con el cuadrado de la velocidad. La magnitud de la fuerza de arrastre depende del área perpendicular al movimiento y del coeficiente de arrastre. Sin embargo, a diferencia de un automóvil, el fluido es agua y no aire, con una densidad de masa 1000 veces mayor, otro factor de la fuerza de arrastre.

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

Donde $C_D$ es el coeficiente de arrastre (más información en DNV RP-N103; se muestran algunos ejemplos a continuación) y $\dot z$ es la velocidad vertical de la carga útil.

Forma	$C_D$	$A_{\perp}$	Notas
Esfera	$C_D = 0.5$	$A_{\perp} = \pi r^2$
Cilindro horizontal	$C_D = 1.2$	$A_{\perp} = 2 r L$
Cilindro vertical	$\frac{L}{2r}=0.5 \Rightarrow C_D=1.1$ $\frac{L}{2r}=1 \Rightarrow C_D=0.9$ $\frac{L}{2r}=2 \Rightarrow C_D=0.9$ $\frac{L}{2r}=4 \Rightarrow C_D=0.9$ $\frac{L}{2r}=8 \Rightarrow C_D=1.0$	$A_{\perp} = \pi r^2$
Cubo	$C_D = 1.05$	$A_{\perp} = a^2$	Cara normal al flujo.
Cono	$C_D = 0.50$	$A_{\perp} = \pi r^2$	Punta alineada con el flujo; depende del ángulo del cono.
Placa rectangular	$C_D = 1.1+0.02 (\frac{L}{W}+\frac{W}{L})$	$A_{\perp} = L W$	Normal al flujo.

Veamos un ejemplo práctico. Suponga que está izando una carga útil con forma de placa rectangular de longitud 15 m y anchura 10 m. El periodo del oleaje es de 8 segundos y la altura de ola es de 4 m; suponga olas sinusoidales. ¿Qué magnitud tendrá la fuerza?

Primero, determinemos la velocidad máxima; el movimiento de ola viene dado por

z = \zeta \cos(\omega t)

Por tanto, obtenemos la velocidad máxima hallando el máximo de la derivada:

\dot{z}_{\text{max}} = \zeta \, \omega

Dado que $\omega = \frac{2 \pi}{T_p}$ obtenemos una velocidad máxima de 1.57 m/s.

Podemos calcular el coeficiente de arrastre como:
$C_D = 1.1 + 0.02 \left( \frac{15}{10} + \frac{10}{15} \right) = 1.14$

Nuestra área de arrastre es:

A_\perp = 10 \cdot 15 = 150 \,\mathrm{m^2}

Podemos calcular la fuerza máxima de arrastre, que es:

F_D = \tfrac{1}{2}\cdot 1025\cdot 1.14 \cdot 150\cdot 1.57^2 \approx 216\,\mathrm{kN} \approx 22\,\mathrm{t}

Figura 1 — Arrastre sobre la placa de ejemplo (C_D = 1.14, A⊥ = 150 m²). El arrastre crece con el cuadrado de la velocidad: a la velocidad máxima de heave del ejemplo, ζω = 1.57 m/s, alcanza ≈22 t. Reducir a la mitad la velocidad relativa —lo que hace la compensación de heave— reduce la fuerza de arrastre a una cuarta parte.

¿Cómo afecta la masa añadida a un izado submarino?

La masa añadida en un izado submarino es muy importante, ya que puede causar una inercia adicional considerable y, a su vez, grandes fuerzas dinámicas. Se debe a que, cuando una carga útil oscila en el agua por el movimiento de heave, también debe acelerar el agua circundante y matemáticamente viene dada por:

$m_A = \rho_w C_A V_R$

Donde $C_A$ es el coeficiente de masa añadida (puede consultarse en DNV RP-N103; algunos ejemplos a continuación) y $V_R$ es el volumen de referencia.

Forma	$C_A$	$V_R$	Notas
Esfera	$C_A = 0.5$	$V_R = \frac{4}{3}\pi r^3$	Constante en todas las direcciones.
Cilindro	$\frac{L}{2r}=1.25 \Rightarrow C_A=0.62$ $\frac{L}{2r}=2.5 \Rightarrow C_A=0.78$ $\frac{L}{2r}=5 \Rightarrow C_A=0.90$ $\frac{L}{2r}=9 \Rightarrow C_A=0.96$ $\frac{L}{2r}=\infty \Rightarrow C_A=1.00$	$V_R = \pi r^2 L$	Movimiento vertical a lo largo del eje del cilindro en fluido infinito.
Placa rectangular	$\frac{L}{W}=1 \Rightarrow C_A=0.58$ $\frac{L}{W}=2 \Rightarrow C_A=0.76$ $\frac{L}{W}=4 \Rightarrow C_A=0.87$ $\frac{L}{W}=8 \Rightarrow C_A=0.93$ $\frac{L}{W}=\infty \Rightarrow C_A=1.00$	$V_R = \frac{\pi}{4}W^2 L$	Movimiento normal a la superficie.
Disco circular	$C_A = \frac{2}{\pi}$	$V_R = \frac{4\pi}{3} r^3$	Movimiento normal a la superficie.
Prisma cuadrado	$\frac{L}{W}=1 \Rightarrow C_A=0.68$ $\frac{L}{W}=2 \Rightarrow C_A=0.36$ $\frac{L}{W}=4 \Rightarrow C_A=0.19$ $\frac{L}{W}=10 \Rightarrow C_A=0.08$	$V_R = W^2 L$	Cuerpo prismático con base cuadrada.

Veamos otro ejemplo práctico. Suponga que está izando una carga útil con forma de placa rectangular de longitud 20 m y anchura 10 m. El periodo del oleaje es de 8 segundos y la altura de ola es de 4 m; suponga olas sinusoidales. ¿Qué magnitud tendrá la fuerza debida a la masa añadida?

Debemos hallar la aceleración máxima (derivada de la velocidad, como se muestra en el ejemplo de arrastre), dada por:

\ddot{z}_{\text{max}} = \zeta \, \omega^2

Por tanto, la aceleración máxima es:

\ddot{z}_{\text{max}}=2 \cdot \left(\frac{2\pi}{8}\right)^2 = 1.23 \,\mathrm{m/s^2}

A continuación, el coeficiente de masa añadida es 0.36 y nuestro volumen de referencia es 2000 metros cúbicos. Podemos calcular la fuerza mediante:

F=m a=1025 \cdot 0.36 \cdot 2000 \cdot 1.23=98 \mathrm{t}

Tenga en cuenta que, en izados submarinos próximos al fondo marino, la masa añadida puede aumentar debido al confinamiento.

De cubierta a fondo marino, en una sola maniobra

Un descenso continuo: el compensador se bloquea en cubierta, se desbloquea justo sobre la superficie y cambia de modo de gas al sumergirse la carga — rígido en la zona de salpicadura, suave para una deposición controlada.

1En cubierta — aparejado y despegado; el compensador bloqueado → 2Zona de salpicadura — por la borda a través de la zona de oleaje; impacto y snap load verificados → 3Descenso — a través de la banda de resonancia de heave; aumentan el arrastre y la masa añadida → 4Aterrizaje — deposición suave sobre la reacción del suelo

Compensación pasiva adaptativa de heave ANTARES, de cubierta a fondo marino — simulada en CONSTELLATION. Para la pantalla completa de ventana operativa H_s×T_p de un izado como este, consulte análisis de operabilidad.

Las cuatro fuerzas, una tabla

El arrastre y la masa añadida son las dos calculadas arriba — la flotabilidad y el impacto completan el panorama, y cada fase del izado tiene un factor dominante distinto:

Fuerza	Escala con	Cuándo domina	Efecto en el izado
Flotabilidad	Volumen desplazado (ρ_wVg)	Desde la entrada al agua; varía rápidamente al cruzar la superficie	El peso efectivo disminuye y fluctúa — riesgo de cable flojo
Impacto	Velocidad de impacto al entrar en el agua	Zona de salpicadura	Picos de carga breves e intensos en la carga útil y los aparejos
Arrastre	Velocidad al cuadrado (½ρ_wC_DA_⊥v²)	Descenso sumergido a través de oleaje y corriente	≈ 22 t sobre la placa de ejemplo a la velocidad máxima de heave
Masa añadida	Aceleración (ρ_wC_AV_R × a)	Cualquier oscilación; aumenta cerca del fondo marino (confinamiento)	≈ 98 t de fuerza inercial adicional en el ejemplo anterior

La zona de salpicadura combina impacto, flotabilidad de cambio rápido y velocidad de partículas de ola en unos pocos metros de recorrido — consulte cruce de la zona de salpicadura y la referencia metodológica DNV-RP-N103.

Fuerzas de esta magnitud — una fuerza inercial de ≈98 t sobre el peso estático — son la razón por la que los izados submarinos pesados se realizan con un compensador pasivo dimensionado para el caso. Reduce la velocidad y la aceleración relativas (colapsando el arrastre v² y la fuerza de masa añadida) y mantiene el cable tensado para que no pueda desarrollarse el ciclo de aflojamiento–tirón. Para la banda de cargas pesadas y aguas profundas, ese compensador es CYGNUS (12.5–10 000 t); RIGEL y ANTARES cubren los casos estándar y adaptativo.

Velocidad de aterrizaje: el último medio metro

El impacto en el contacto con el fondo escala con la velocidad — y sin compensación esa velocidad la determina el heave del buque, que nadie controla. Un aterrizaje brusco o con rebote conlleva el riesgo de:

Daños en equipos — superficies de precisión y sellos en colectores, árboles submarinos y estructuras de plantilla Daños estructurales — los mudmats se pandean o sobrepenetran bajo el impacto Fallo de alineación — un rebote en el contacto deja la carga fuera de posición para las conexiones posteriores

Un aterrizaje compensado elimina la componente de heave (la carga desciende a la velocidad del cabrestante, no a la del cabrestante más el heave) y aumenta el amortiguamiento para la aproximación final, convirtiendo el contacto con el fondo en una deceleración controlada — típicamente 0.1–0.5 m/s, fijada por el operador y en gran medida independiente del estado de la mar:

1Aproximación — descienda hasta unos pocos metros por encima del fondo marino con compensación normal → 2Descenso final — amortiguamiento aumentado, el cabrestante liberando cable a velocidad controlada → 3Contacto — contacto a 0.1–0.5 m/s; el heave residual se absorbe para que la carga no rebote → 4Deposición — la tensión del cable se libera gradualmente; el compensador evita las cargas de tirón a medida que el fondo marino asume el peso

El amortiguamiento ajustable es la característica clave para el trabajo de aterrizaje: ANTARES añade un muelle de gas adaptativo y bloqueo del vástago para mantener la carga segura tras la deposición; cuando debe fijarse una velocidad de descenso exacta, un sistema activo proporciona ese control. La física de la relación de movimiento que hay detrás de los aterrizajes suaves se deduce en fundamentos de la compensación pasiva de heave.

Efectos de la profundidad en el compensador

Las cuatro fuerzas anteriores actúan sobre la carga útil. Otros tres efectos actúan sobre el propio compensador a medida que desciende — cada uno desplazando la unidad de su punto de trabajo — y un cuarto se mantiene a raya mediante la disciplina de ingeniería:

Efecto	Efecto en el compensador	La solución
Flotabilidad	El peso neto de la carga útil disminuye en el agua → la posición de equilibrio se desplaza hacia dentro, en el peor caso hasta la retracción total	Adaptativo: se reduce la presión de gas, se recentra el equilibrio — y, como ventaja adicional, un periodo natural más largo
Temperatura	≈ 1% de la presión de gas por cada 3 °C de enfriamiento — aproximadamente el 5% de la carrera — se pierde rápidamente al atravesar la termoclina	Adaptativo: el gas de alta presión a bordo la recupera
Presión del agua	≈ 1 bar por cada 10 m de profundidad actúa sobre el área del vástago y lo empuja hacia dentro — un izado de 250 t con un vástago de 180 mm a 1,000 m experimenta ≈ 26 t, desplazando el equilibrio desde la mitad de la carrera hasta ≈⅙ de la carrera	Adaptativo: la presión se reduce con la profundidad
Fugas	Entrada de agua — históricamente desde pérdida de rendimiento hasta corrosión o explosiones	Diseño + pruebas + mantenimiento: sellos dobles, pruebas de presión externa en la FAT, compartimentación, reemplazo programado de sellos

Los tres primeros son problemas de equilibrio que una unidad adaptativa corrige sobre la marcha; el cuarto es disciplina de ingeniería.

¿Cuánto influye la temperatura?

Aproximadamente el 1% de la presión de gas por cada 3 °C de enfriamiento — en torno al 5% de la carrera — y la mayor parte ocurre rápidamente al atravesar la termoclina. Las unidades adaptativas inyectan gas de alta presión a bordo para mantener la presión.

¿Qué efecto tiene la presión de profundidad en el compensador?

Aproximadamente 1 bar por cada 10 m actúa sobre el área del vástago y lo empuja hacia dentro. Ejemplo: un izado de 250 t con un vástago de 180 mm a 1,000 m adquiere ≈ 26 t de fuerza de retracción, desplazando el equilibrio desde la mitad de la carrera hasta aproximadamente un sexto. El ajuste adaptativo de presión elimina ese desplazamiento.

¿Cómo se evita la entrada de agua en el compensador?

Sellos dobles en dos superficies de sellado diferentes en todos los volúmenes, pruebas de presión externa en la FAT, compartimentación para contener cualquier fuga, pruebas de sello posterior aptas para offshore en el mantenimiento regular, reemplazo programado de sellos — y opciones de redundancia para trabajos de misión crítica.

¿Por qué elegir un compensador adaptativo para trabajo profundo?

Porque la flotabilidad, el enfriamiento y la presión de profundidad desplazan todos el punto de trabajo, y una unidad adaptativa corrige los tres automáticamente — manteniéndose centrada y suave a lo largo de toda la columna de agua en lugar de alejarse de su punto de diseño.

Izado submarino — preguntas frecuentes

¿Por qué un izado submarino es más difícil que un izado en aire?

El agua se resiste de cuatro maneras: la flotabilidad cambia el peso efectivo, el impacto golpea en la entrada al agua, el arrastre se opone con el cuadrado de la velocidad, y la masa añadida hace que la carga útil sea efectivamente más pesada cada vez que acelera. Cada fase tiene una fuerza dominante distinta.

¿Qué magnitud puede alcanzar el arrastre?

En el ejemplo resuelto anterior, una placa de 15 × 10 m a una velocidad máxima de heave de 1.57 m/s experimenta ≈ 216 kN ≈ 22 t. El arrastre crece con v² — reduzca a la mitad la velocidad relativa y la fuerza cae a una cuarta parte.

¿Qué es la masa añadida en la práctica?

El agua que la carga útil debe acelerar junto consigo misma. El ejemplo de la placa de 20 × 10 m adquiere ≈ 98 t de fuerza inercial en olas de 8 segundos — y el efecto aumenta cerca del fondo marino por confinamiento, lo que importa durante el aterrizaje.

¿Qué fuerza domina la zona de salpicadura?

El impacto más la flotabilidad de variación rápida, sobre la velocidad de las partículas de ola — la peor combinación de todo el izado, concentrada en unos pocos metros. Dimensiona el compensador con más frecuencia que cualquier otra fase.

¿Cómo protege la compensación de heave el izado?

Reduciendo la velocidad y la aceleración relativas entre el gancho y la carga útil — colapsando tanto el arrastre v² como la fuerza de masa añadida impulsada por la aceleración — y manteniendo la tensión en el cable para que no puedan producirse eventos de aflojamiento–tirón. En cuanto a productos: CYGNUS para cargas pesadas/aguas profundas, RIGEL para casos pasivos estándar, ANTARES cuando compensa el control automático de amortiguamiento.

¿Trabaja en un izado que necesita esto?

Dimensionamos los compensadores frente al arrastre, la masa añadida y las cargas de tirón — envíe el caso de izado submarino para recibir un producto recomendado y sus dimensiones (para izados pesados, normalmente el compensador pasivo de heave CYGNUS).