Módulo submarino suspendido de un cable de grúa para cargas pesadas, cruzando la zona de salpicadura al anochecer, con agua escurriendo de la estructura

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

Cómo utiliza un compensador pasivo de heave un resorte de gas y amortiguación hidráulica para reducir el movimiento transmitido desde el gancho de la grúa hasta la carga útil, sin alimentación externa. Se explica el interior de la unidad, cómo interpretar la relación de movimiento, las opciones de amortiguación y las diferencias entre RIGEL, ANTARES y CYGNUS.

Por Tord Martinsen, director general · Octubre de 2025 · Revisado en Agosto de 2026 · 15 min de lectura

Aplicación práctica: esta física es la base de nuestra gama pasiva: conozca RIGEL Basic PHC y ANTARES Adaptive PHC.

La compensación pasiva de heave (PHC) es una técnica empleada en operaciones offshore para reducir el movimiento vertical transmitido desde el gancho de una grúa hasta 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 heave.

Cuando un buque sube y baja con el heave, el gancho de la grúa lo acompaña. Sin compensación, la carga útil experimenta el mismo movimiento, lo que genera cargas dinámicas peligrosas durante los cruces de la zona de salpicadura, las tomas de contacto submarinas y otras operaciones críticas. Un compensador pasivo de heave actúa como elemento intermedio y absorbe gran parte de este movimiento.

¿Está comparando sistemas? Compare las bandas de capacidad de los compensadores pasivos de heave (RIGEL, CYGNUS y ANTARES), el control de amortiguación y el dimensionamiento de 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 nitrógeno presurizado proporciona una fuerza elástica que soporta el peso de la carga útil
Cilindro hidráulico — contiene aceite que circula por orificios controlados
Válvulas de amortiguación — restringen el caudal de aceite para aportar amortiguación y disipar la energía del heave

Dentro de la unidad: cilindro y acumulador de gas

Una búsqueda de «cilindro de compensación de heave» muestra solo la mitad de la máquina. El cilindro de trabajo cuelga sometido a tracción en el cable de izado, pero el resorte no está dentro del cilindro. Se encuentra en un acumulador de gas independiente conectado a este:

La unidad cuelga del cable, con el vástago orientado hacia la carga. Por encima del pistón de trabajo, el cilindro está evacuado. Por debajo del pistón, la cámara del lado del vástago está llena de aceite y conectada mediante una restricción de amortiguación al acumulador, donde el nitrógeno se sitúa sobre el aceite. Cuando el gancho y la carga se separan, la unidad se extiende: el aceite del lado del vástago se desplaza a través de la restricción hacia el acumulador, el nitrógeno se comprime y aumenta la tensión del cable; esa curva de presión-volumen es el resorte de gas. La restricción aporta la amortiguación: la energía del heave abandona el sistema en forma de calor en el aceite forzado a atravesarla.

Las diferencias entre las familias se encuentran en el lado de gas del acumulador: ANTARES incorpora una válvula de carga y botellas de gas que permiten reajustar el resorte entre fases de izado; CYGNUS incorpora una válvula de purga para ajustar la referencia. La geometría anterior es común a toda la familia pasiva.

Aplicaciones principales

Cruces de la zona de salpicadura — reducción de las cargas dinámicas al atravesar la carga útil la zona de salpicadura
Tomas de contacto submarinas — control de la velocidad de toma de contacto para un posicionamiento preciso
Prevención de la resonancia — prevención de la amplificación del movimiento en determinados periodos de heave
Gestión de la tensión — reducción de la variación de tensión en un cable o riser tenso dentro de la carrera y el intervalo operativo configurados
Absorción de impactos — protección de la carga útil y la grúa frente a cargas de impacto

Factores de rendimiento del PHC

La eficiencia de un compensador pasivo de heave depende de la rigidez (constante elástica), el ajuste de la amortiguación, la longitud de carrera y la correspondencia con el peso de la carga útil.

Versión resumida

¿Lee esto para elegir una unidad?

A continuación se presenta la derivación, útil si va a dimensionar un compensador. Si está seleccionando equipos, estos son los aspectos que distinguen realmente las tres líneas pasivas.

La más sencilla

Cruces rutinarios de la zona de salpicadura

El caso más directo: una función de compensación, con la amortiguación ajustada en cubierta y sin cambios durante el izado.

SWL: 55 – 1 000 t
Carrera: 1.0 – 6.0 m
Amortiguación: Manual, ajustada en cubierta

Banda de capacidad más amplia

Tomas de contacto pesadas y en aguas profundas

Grandes estructuras submarinas y tomas de contacto profundas, con el intervalo de SWL más amplio de la familia, desde unidades pequeñas hasta los izados de mayor peso.

SWL: 12.5 – 10 000 t
Carrera: 1.0 – 6.0 m
Amortiguación: Manual, ajustada en cubierta

La más adaptable

Izados que cambian durante la operación

Izados submarinos de varias etapas en los que la carga cambia durante la operación, con control automático de la amortiguación y capacidad de izado rápido, alimentados por batería y sin umbilical.

SWL: 30 – 4 000 t
Carrera: 2.5 – 8.0 m
Amortiguación: Automática

Comparación directa, incluidos alimentación y certificación: RIGEL, ANTARES o CYGNUS, de un vistazo. Para adaptar una unidad a una carga útil, una carrera y un estado de mar concretos, utilice el selector de productos.

¿Cómo reduce la compensación pasiva de heave la velocidad de toma de contacto?

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

Figura 1 — Modelo simplificado utilizado en la derivación. El gancho de la grúa impone ζ cos(ωt); el PHC aporta la rigidez k (se omite la amortiguación, según la lista de supuestos siguiente); la carga útil sumergida de masa m, densidad ρ y sección A⊥ está sometida al peso mg, la flotabilidad 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 una rigidez $k$ , el agua tiene una densidad $\rho_w$ , mientras que la carga útil tiene las propiedades básicas $\rho, m, A_\perp$ , respectivamente, para la densidad, la masa y el área de la carga útil perpendicular al movimiento de heave.

Como en este ejemplo suponemos que la carga útil está sumergida, es importante tener en cuenta la flotabilidad, el arrastre y la masa añadida que actúan sobre ella. Estos tres efectos modifican la respuesta de distinta manera (la flotabilidad desplaza la carga de equilibrio, la masa añadida cambia la inercia efectiva y el arrastre disipa energía), y cada uno puede resultar favorable o desfavorable según el caso y la frecuencia.

Masa añadida

m_A = \rho_w C_A V_R

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

Arrastre

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

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

Flotabilidad

F_B = \rho_w V g

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

Resorte de gas del PHC

Podemos definir una rigidez de evaluación para el resorte de gas del PHC, mediante un valor secante: la diferencia de fuerza entre la carrera de equilibrio y la carrera completa, dividida por la variación 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. Un valor secante es una simplificación para la evaluación; la rigidez para pequeños movimientos en el equilibrio es distinta, por lo que todo lo que se deriva a continuación es una estimación lineal equivalente y no una propiedad exacta.

Supongamos lo siguiente:

La longitud total de carrera es $S$ , y en equilibrio estamos a media carrera.
Utilizamos la ley de los gases ideales con compresión adiabática para calcular la variación de presión.
La fuerza de equilibrio debe ser igual a la fuerza de gravedad menos la flotabilidad.

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, determinada por la configuración específica del acumulador y el cilindro. Un valor mayor de $R$ corresponde a un resorte más blando.

Obtenemos entonces la expresión siguiente 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 puede reescribirse 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 del caudal hidráulico del PHC

El caudal de fluido a través de una restricción suele expresarse como:

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

Donde:

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

A partir de esta expresión 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

Téngase también en cuenta que el signo de la fuerza hidráulica dependerá de la extensión o retracción del vástago.
Además, su magnitud puede ser diferente si existen válvulas de retención.

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

—

Fricción de las juntas del PHC

La fricción de las juntas es un fenómeno muy complejo. Depende de numerosos factores, como:

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

Un modelo completo de fricción de juntas queda fuera del alcance de esta introducción; la conclusión práctica es que la fricción varía con todos los factores anteriores.

Ecuación diferencial

Utilicemos ahora lo anterior con los siguientes supuestos:

Se desprecia la fricción de las juntas (en la práctica puede ser significativa).
Aquí se desprecia la restricción hidráulica para mantener el carácter ilustrativo del modelo. En la unidad real, esa restricción constituye la amortiguación diseñada y es precisamente lo que limita el pico de resonancia y controla la respuesta durante la toma de contacto.
Se desprecia el arrastre (para un PHC de alto rendimiento, este supuesto es aceptable).
Se desprecian la rigidez y la amortiguación de los aparejos y del cable de acero.
Se desprecia la hidrodinámica del PHC.
Se desprecia el peso propio del PHC.

Puede obtenerse una solución numérica más precisa que incluye todos los efectos (y una ecuación de estado más precisa para la presión del gas) 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) ]

La solución en régimen permanente es:

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

Queremos conocer 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}

A continuación podemos sustituir $\omega$ por $\frac{2 \pi}{T_P}$ , donde $T_P$ es el periodo de heave, 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{Added mass}}\underbrace{\frac{\rho}{\rho-\rho_w}}_{\text{Buoyancy}}\underbrace{\frac{2\pi^2}{g\,T_p^2}}_{\text{Wave period}}\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 carga útil no se mueve; por debajo de 1, el compensador aísla la carga útil; por encima de 1, el movimiento se amplifica. La resonancia es la condición específica en la que el denominador del modelo no amortiguado se anula; la amplificación cerca de ese periodo es la señal de advertencia. La calculadora siguiente evalúa esa expresión de evaluación no amortiguada y de frecuencia única con la rigidez secante anterior. Está precargada con los valores del ejemplo desarrollado; sustitúyalos por los de su caso. No permite dimensionar una unidad: la amortiguación, el arrastre, los mares irregulares, los límites de carrera y presión, la velocidad de toma de contacto y las cargas estructurales quedan fuera de este modelo y se obtienen mediante una evaluación del izado en CONSTELLATION.

Figura 2 — Magnitud de la relación de movimiento según la expresión anterior, con los datos del ejemplo desarrollado (m = 100 t, m_A = 20 t, ρ = 7 850 kg/m³, ρ_w = 1 030 kg/m³, S = 6 m y γ = 1.4) para relaciones gas-aceite R = 4, 8 y 12. Por debajo de 1.0, el PHC aísla la carga útil; en T_n el modelo no amortiguado entra en resonancia. La amortiguación real limita el pico y los resultados del proyecto dependen de cada caso.

Calculadora de eficiencia de la compensación pasiva de heave

Constantes fijas de evaluación: densidad del agua de mar ρ_w = 1 030 kg/m³, exponente adiabático γ = 1.4 y g = 9.81 m/s².

Masa de la carga útil m (toneladas):

Masa añadida mₐ (toneladas):

Densidad de la carga útil ρ (kg/m³):

Periodo de heave Tₚ (s):

Longitud de carrera S (m):

Relación gas-aceite R:

Introduzca los valores y seleccione Calcular.

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 desarrollado: interpretación de la relación de movimiento

Considere un caso del tipo utilizado en 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 una relación gas-aceite R = 12, con un periodo de heave T_p = 8 s (γ = 1.4):

Flexibilidad del resorte. El término del resorte de gas ((R − 0.5)/(R − 1))^γ − 1 ≈ 0.064 — un R elevado y una carrera larga producen un resorte blando.
Periodo natural. T_n ≈ 16 s, muy por encima del heave de 8 s; el sistema funciona en su intervalo de aislamiento.
Relación de movimiento. La expresión anterior da ≈ 0.33: la carga útil experimenta aproximadamente un tercio del movimiento del gancho; se elimina en torno a dos tercios del movimiento inducido por el heave.

El modelo analítico es no amortiguado y conservador cerca de la resonancia. La amortiguación real limita el pico y añade cierta transmisión en el intervalo de aislamiento. Para el dimensionamiento, un estudio en CONSTELLATION ejecuta la solución numérica completa (estado del gas, amortiguación, arrastre y aparejos).

Amortiguación: tipo y magnitud

El resorte de gas almacena la energía; el amortiguador determina dónde se disipa. Sin amortiguación, el compensador es un sistema resorte-masa que oscilaría a su periodo natural después de cada perturbación. Durante la carrera del pistón, el aceite atraviesa 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 resonancia, estabiliza los transitorios y permite controlar la velocidad de descenso durante la toma de contacto.

Tipos de amortiguación en compensadores pasivos de heave: ley de fuerza característica y aplicaciones.
Tipo de amortiguación	Característica	Aplicación
Lineal	Fuerza ∝ velocidad	Fácil de modelar, poco frecuente en equipos reales
Cuadrática	Fuerza ∝ velocidad²	Comportamiento natural del flujo por orificio: fuerte a alta velocidad y suave a baja velocidad
Variable	Orificios ajustables / válvulas proporcionales	Amortiguación modificada según la fase operativa: la opción adaptativa

INSUFICIENTEResonancia peligrosa; los transitorios continúan oscilando

DENTRO DEL INTERVALO≈ 5 – 15% de la crítica en los modelos de evaluación de ND para descenso normal; se ajusta caso por caso y se aumenta temporalmente en la zona de salpicadura y durante la toma de contacto

EXCESIVAEl sistema se vuelve rígido: se transmite el movimiento del buque y disminuye la eficiencia

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

Otros usos submarinos

Las unidades de compensación pasiva de heave también pueden aportar otras ventajas en instalaciones submarinas:

Capacidad para mantener la tensión del cable durante toda la fase de toma de contacto, lo que evita una escora súbita del buque.
Reducción de las cargas máximas al volver a izar la carga útil.
Aporte de tensión durante la recuperación submarina para evitar sobrecargas cuando el equipo está fijado al lecho marino.

Elección del PHC adecuado

Norwegian Dynamics ofrece tres líneas de compensadores pasivos de heave:

ANTARES PHC adaptativo — compensador pasivo adaptativo de heave avanzado con control automático de la amortiguación, varios modos operativos y clasificación para profundidades de hasta 3000m. Adecuado para operaciones que requieren alto rendimiento y flexibilidad.
RIGEL PHC básico — compensador pasivo de heave sencillo, fiable y económico. Adecuado para cruces directos de 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. Adecuado para grandes estructuras submarinas y tomas de contacto en aguas profundas.

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

RIGEL, ANTARES o CYGNUS, de un vistazo

Comparación de los compensadores pasivos de heave RIGEL, ANTARES y CYGNUS: tipo, amortiguación, intervalo de SWL, carrera, alimentación, ventajas, certificación y uso habitual.
Propiedad	Propiedad	Propiedad	Propiedad
Tipo	Pasivo	Pasivo adaptativo	Pasivo
Amortiguación	Manual, ajustada en cubierta	Control automático de la amortiguación	Manual, ajustada en cubierta
Intervalo 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
Característica destacada	Unidad más sencilla y ligera	Capacidad de izado rápido	Banda de capacidad para cargas pesadas / aguas profundas
Certificación	Diseñado y clasificado · DNV-ST-0378 (homologación de tipo en curso)	Diseñado y clasificado · DNV-ST-0378	Diseñado y clasificado · DNV-ST-0378
Uso recomendado	Cruces directos de la zona de salpicadura y compensación básica	Izados exigentes de varias fases que requieren amortiguación automática	Izados submarinos pesados y en aguas profundas

Como orientación inicial, la guía de compensación pasiva frente a activa de heave explica la elección paso a paso.

Preguntas frecuentes sobre la compensación pasiva de heave

¿Qué es la compensación pasiva de heave?

Es una forma de reducir el movimiento vertical transmitido desde el gancho de la grúa hasta la carga útil, sin alimentación externa: un resorte de gas con nitrógeno soporta el peso, mientras que la amortiguación hidráulica disipa la energía del heave.

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

Un resorte de gas (nitrógeno presurizado), un cilindro hidráulico con aceite que circula por orificios controlados y válvulas de amortiguación que restringen el flujo para disipar energía.

¿Qué eficiencia tiene la compensación pasiva de heave?

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

¿Cuándo conviene elegir un compensador pasivo en lugar de uno activo?

La opción pasiva ofrece sencillez, fiabilidad y ausencia de alimentación externa para trabajos en la zona de salpicadura, toma de contacto, tensado y recuperación; la activa se reserva para casos en los que el movimiento residual debe reducirse hacia cero. La comparación entre compensación activa y pasiva explica las ventajas y limitaciones.

¿Qué compensador de Norwegian Dynamics corresponde a cada izado?

RIGEL para compensación pasiva directa; ANTARES cuando son importantes el control automático de la amortiguación o el izado rápido; CYGNUS para izados pesados y en aguas profundas de hasta 10 000 t. La tabla anterior los compara línea por línea.

¿Está seleccionando un compensador pasivo para su próximo izado?

Dimensionamos los PHC para la ventana operativa: Hs, Tp, carga útil y profundidad de agua. Envíenos los datos del caso y le propondremos un producto.

Envíe los datos de su izado
← Volver al Centro de conocimiento