Mida la ola, contrarréstela — y conozca su coste energético.
Compensación activa de heave
Por Tord Martinsen, CEO · octubre de 2025
Aplicación práctica: Para la aplicación práctica de este tema, consulte ANTARES PHC adaptativo y los estudios y análisis de ingeniería.
La compensación activa de heave (AHC) es un método para reducir el movimiento vertical de una carga útil suspendida de una grúa o cabrestante durante operaciones offshore. A diferencia de la compensación pasiva de heave, que se basa en sistemas mecánicos de resorte-amortiguador, la compensación activa de heave utiliza actuadores hidráulicos o eléctricos accionados, controlados por sensores y algoritmos, para contrarrestar activamente el movimiento inducido por el oleaje.
Los sistemas AHC se utilizan habitualmente en construcción submarina, tendido de tuberías, despliegue de ROV, perforación en aguas profundas y operaciones de izado pesado en estados de la mar exigentes.
¿Cómo funciona la compensación activa de heave?
Un compensador activo de heave consta, como mínimo, de:
- Un actuador, que puede ser lineal (p. ej., un cilindro) o rotativo (p. ej., un cabrestante), con medición de posición.
- Una unidad de referencia de movimiento (MRU), que puede situarse en el AHC en el caso de un AHC en línea o en la embarcación en el caso de un AHC integrado.
- Algún medio de ajuste de la posición del actuador, suficientemente rápido para seguir el movimiento de la embarcación (p. ej., un motor hidráulico).
Cuando se activa el modo de compensación activa de heave, el sistema de control mantiene inmóvil la carga útil respecto a 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 suelen funcionar mejor con periodos del oleaje más largos.
Los principales tipos de AHC
Existen muchos tipos de compensadores activos de heave; estos son algunos de los principales:
- AHC rotativo eléctrico, normalmente más adecuado para cargas útiles ligeras.
- AHC rotativo hidráulico, para cargas útiles pesadas.
- AHC de polea en cubierta, para reequipamientos.
- AHC en línea de superficie, para tareas básicas de AHC en superficie.
- AHC en línea submarino, combina AHC con muchas de las propiedades de un PHC adaptativo.
| Tipo de AHC | Clase de carga útil | Aplicación |
|---|---|---|
| Rotativo eléctrico (cabrestante) | Cargas útiles ligeras | Instalaciones rápidas y limpias sin hidráulica |
| Rotativo hidráulico (cabrestante) | Cargas útiles pesadas | Compensación continua de alta fuerza |
| Polea en cubierta | Sistemas de grúa existentes | Reequipamiento de AHC sin sustituir el cabrestante |
| En línea de superficie | General | Tareas básicas de AHC por encima del gancho |
| En línea submarino | General / submarino | Control activo y muchas propiedades de PHC adaptativo en una unidad |
La arquitectura en línea es la opción rentable para la mayoría de los casos — el resorte de gas soporta la carga; el actuador solo la guía.
Compensación activa frente a pasiva de heave
| Característica | Activa (AHC) | Pasiva (PHC) |
|---|---|---|
| Fuente de energía | Normalmente alimentación externa (HPU) — VEGA de ND (en desarrollo) funciona con batería, sin umbilical | Autónomo (resorte de gas) |
| Precisión | Muy alta (>95%) | Buena (70-90%) |
| Complejidad | Alta | Baja |
| Coste | Mayor | Menor |
| Ideal para | Posicionamiento preciso, tendido de tuberías | Zona de salpicadura, aterrizajes submarinos |
Para muchas operaciones de izado offshore, la compensación pasiva de heave ofrece un rendimiento suficiente con menor coste y complejidad. Norwegian Dynamics se especializa en compensadores pasivos de heave avanzados que alcanzan niveles de rendimiento próximos a los sistemas AHC.
¿Cuánta energía se consume?
Un ejemplo sencillo: se compensan 100t en aire para un movimiento sinusoidal con amplitud de 1 m y periodo de 10 s. Suponga que el AHC es un AHC en línea con las siguientes propiedades:
- Relación de gas a aceite de 10:1 y carrera de 4 m.
- Eficiencia de los componentes AHC del 90%.
- 50 % de regeneración de energía.
En un AHC en línea, la carga útil se mantiene en posición media mediante presión pasiva de gas. El motor hidráulico la desplaza desde la posición media. Por tanto, nuestro consumo de energía será:
En la primera zona roja debemos añadir energía para extender el cilindro; después dejamos que el cilindro se retraiga y regenere energía hasta llegar a media carrera, donde debemos añadir energía para retraerlo más. Por último, regeneramos energía dejando que el cilindro se extienda hasta la posición media. Puede demostrarse que la fuerza que debe proporcionar el sistema AHC es:
Puesto que S sigue el movimiento sinusoidal, podemos reescribirlo 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 escribirse entonces como:
Por simetría, podemos integrar de este modo:
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, por último, ajustamos por 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 obtenemos 207 MJ o 57 kWh.
Como vemos, incluso para una carga útil pesada compensada durante un periodo considerable, la capacidad de batería necesaria no es muy grande, comparable a la de una batería de vehículo eléctrico.
Para cálculos más precisos que incluyan fricción, pérdidas hidráulicas, modelos de eficiencia más exactos para bomba/motores/batería, ecuación de estado precisa, etc., contacte con Norwegian Dynamics.
El balance energético, en tres líneas
- El caso. Carga útil de 100 t compensada en aire, ζ sinusoidal = 1 m con T = 10 s; AHC en línea con R = 10, S = 4 m; eficiencia de componentes del 90%, regeneración del 50%.
- La física. El resorte de gas mantiene la carga útil a media carrera; el motor solo añade energía durante la mitad de cada ciclo y la regenera durante la otra mitad — potencia máxima del actuador ≈ 12 kW.
- La respuesta. Diez horas de compensación continua ≈ 207 MJ = 57 kWh — un paquete de la clase de una batería de vehículo eléctrico. Por eso es viable una unidad activa alimentada por batería y sin umbilical.
Valores de la integración anterior; la fricción, las pérdidas hidráulicas y los modelos completos de eficiencia de bomba/motor/batería los afinan — ese modelo completo forma parte de un estudio CONSTELLATION.
Cuándo elegir AHC frente a PHC
Elija compensación activa de heave cuando:
- Se requiera una precisión de compensación muy alta (>95%)
- La operación implique posicionamiento submarino preciso
- Se necesite compensación continua durante periodos prolongados
- La embarcación ya disponga de una HPU
Elija compensación pasiva de heave cuando:
- La principal preocupación sean los cruces de la zona de salpicadura
- El coste y la simplicidad sean prioritarios
- El compensador deba ser autónomo
- La absorción de impactos sea el requisito principal
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Más información
Compensación activa de heave — preguntas frecuentes
¿Qué es la compensación activa de heave?
¿De qué consta un AHC?
¿Qué eficiencia tiene?
¿Cuánta energía utiliza?
Activa o pasiva — ¿cuál necesito?
¿Trabaja en un izado que necesita esto?
AHC rara vez es la respuesta adecuada por sí sola; normalmente se combina con amortiguamiento pasivo. Indíquenos sus requisitos de precisión, estado de la mar y limitaciones de energía, y le propondremos la arquitectura adecuada.