Buque de construcción offshore para izado pesado en la hora azul, descendiendo una estructura submarina sobre un único cable de grúa tensado a través de la superficie del mar

CENTRO DE CONOCIMIENTO / IZADO SUBMARINO

Izados submarinos

Comprenda las fuerzas del agua desde cubierta hasta el lecho marino.

Por Peter Wang, COO · Diciembre de 2025 · Revisado en agosto de 2026 · 15 min de lectura

EMPIECE POR LOS FACTORES DE CARGA

Cuatro fuerzas que hay que mantener separadas.

La flotabilidad, el slamming, el arrastre y la masa añadida afectan al izado de formas distintas. Más de una puede actuar durante una fase; su respuesta combinada requiere el modelo de izado.

Flotabilidad

Escala con: Volumen desplazado (ρ_wVg)
Dónde considerarla: Desde la entrada al agua; varía rápido al cruzar la superficie
Efecto / ejemplo publicado: El peso efectivo cae y fluctúa — riesgo de cable destensado

Slamming

Escala con: Velocidad de impacto en la entrada al agua
Dónde considerarla: Zona de salpicadura
Efecto / ejemplo publicado: Picos de carga breves e intensos en la carga útil y el aparejo

Arrastre

Escala con: Velocidad al cuadrado (½ρ_wC_DA_⊥v²)
Dónde considerarla: Descenso sumergido a través de olas y corriente
Efecto / ejemplo publicado: ≈ 22 t sobre la placa de ejemplo a la velocidad relativa prescrita

Masa añadida

Escala con: Aceleración (ρ_wC_AV_R × a)
Dónde considerarla: Cualquier oscilación; crece cerca del lecho marino (confinamiento)
Efecto / ejemplo publicado: ≈ 93 t (908 kN) de fuerza inercial adicional en el ejemplo del prisma independiente más abajo

La zona de salpicadura acumula slamming, flotabilidad de cambio rápido y velocidad de partícula de ola en pocos metros de recorrido — vea cruce de la zona de salpicadura y la referencia de método DNV-RP-N103.

LOS EJEMPLOS RESUELTOS PUBLICADOS

Dos cuerpos. Dos cálculos independientes.

Los ejemplos dan a las fuerzas una sensación de escala. No describen dos fuerzas sobre la misma carga útil.

A / ARRASTRE

Placa rectangular de 15 × 10 m

Velocidad relativa prescrita normal a la placa

Velocidad: 1.57 m/s
Área proyectada: 150 m²
Coeficiente de arrastre: 1.14

≈216 kN≈22 toneladas-fuerza

Lea el cálculo de arrastre →

B / FUERZA DE MASA AÑADIDA

Prisma cuadrado de 10 × 10 × 20 m

Aceleración prescrita a lo largo del eje largo del prisma

Aceleración: 1.23 m/s²
Volumen de referencia: 2,000 m³
Coeficiente de masa añadida: 0.36

≈908 kN≈93 toneladas-fuerza

Lea el cálculo de masa añadida →

No sume estos dos resultados.

Usan cuerpos distintos. Para un movimiento sinusoidal, los picos de velocidad y de aceleración también están separados un cuarto de periodo. El pico combinado de un izado real proviene de la respuesta acoplada en el dominio del tiempo.

Qué asumen estas cifras de cribado

Ambos ejemplos resueltos de esta página son cálculos de cribado. Están aquí para dar a las fuerzas un tamaño, no para producir una carga de diseño. En concreto:

La velocidad relativa se prescribe, no se deriva. Ambos ejemplos toman el movimiento directamente de una sinusoide de la altura y el periodo indicados (ζω para la velocidad, ζω² para la aceleración). Un izado real obtiene el movimiento relativo carga-agua del modelo acoplado: RAO del buque, respuesta en la punta de grúa, comando del winche, dinámica del cable, estado del compensador y la cinemática de partículas propia del agua.
El arrastre y la masa añadida no alcanzan su pico en el mismo instante. En una sinusoide, el pico de velocidad y el pico de aceleración están separados un cuarto de periodo, por lo que el arrastre de ≈22 t y la fuerza de masa añadida de ≈93 t pueden no sumarse simplemente para obtener una carga pico. La carga combinada es un resultado en el dominio del tiempo.
Dos cuerpos distintos. El ejemplo de arrastre es una placa rectangular de 15 × 10 m; el ejemplo de masa añadida es un prisma cuadrado de 10 × 10 × 20 m. Cada uno se eligió para coincidir con una fila de la tabla de coeficientes de la que procede, por lo que las dos cifras de fuerza no son dos fuerzas sobre una misma carga útil.
Los coeficientes son valores de fluido infinito. Los valores de la tabla de DNV-RP-N103 no incluyen corrección para la superficie libre ni para la proximidad del lecho marino. Cerca del lecho marino, la masa añadida aumenta por confinamiento, que es exactamente donde ocurre el asentamiento.
La flotabilidad y el slamming quedan excluidos de ambos. Se cubren en la vista general de las cuatro fuerzas anterior; en la zona de salpicadura suelen predominar.

Para un izado que debe planificarse, estas son las entradas que un cribado de CONSTELLATION sustituye por valores específicos del caso — vea el caso modelado resuelto para lo que una ejecución totalmente especificada indica sobre sí misma.

A continuación, la guía técnica completa, con las tablas de coeficientes originales, las ecuaciones, la secuencia operativa y las referencias de apoyo.

Los izados submarinos están entre las operaciones offshore más complejas, y requieren una planificación cuidadosa para tener en cuenta las fuerzas hidrodinámicas que actúan sobre la carga útil mientras se mueve por el agua. Los dos efectos más significativos son el arrastre y la masa añadida, que aumentan las cargas dinámicas sobre la grúa y el equipo de izado: el arrastre crece con la velocidad, la masa añadida con la aceleración.

Comprender estas fuerzas es fundamental para seleccionar el compensador de heave 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 coche por la resistencia del aire, y varía con el cuadrado de la velocidad — la velocidad de la carga útil a través del agua que la rodea, no su velocidad respecto al lecho marino. La magnitud de la fuerza de arrastre depende del área perpendicular al movimiento y del coeficiente de arrastre (que de nuevo conocemos por los coches, que compiten por tener siempre coeficientes de arrastre más bajos para aumentar la autonomía). La diferencia principal respecto a un coche es que el fluido es agua en lugar de aire, y el agua es unas 1,000 veces más densa, lo cual es otro factor en 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; algunos ejemplos se muestran a continuación) y $\dot z$ es la velocidad vertical de la carga útil relativa al agua que la rodea. El movimiento de la grúa y del winche, junto con la velocidad de partícula propia del agua, contribuyen a ella; el ejemplo resuelto siguiente prescribe esa velocidad relativa como entrada de cribado en lugar de derivarla de un modelo de respuesta del buque.

Coeficientes de arrastre por forma — DNV-RP-N103 tabla de referencia

Coeficientes de arrastre y áreas proyectadas por forma, para cálculos de arrastre de izados submarinos.
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.

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

Primero, calculemos la velocidad pico; el movimiento de la ola viene dado por

z = \zeta \cos(\omega t)

Así, encontramos la velocidad pico hallando el máximo de la derivada, que es:

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

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

Podemos entonces 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 entonces calcular la fuerza de arrastre máxima, 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 pico de heave del ejemplo, ζω = 1.57 m/s, alcanza ≈22 t. Como la ley es cuadrática, reducir a la mitad la velocidad relativa reduce el arrastre a una cuarta parte. Cuánto de esa reducción entrega realmente un compensador en un izado dado es resultado del modelo acoplado, no una propiedad fija de la unidad.

¿Cómo afecta la masa añadida a un izado submarino?

La masa añadida en un izado submarino es muy importante porque puede causar una gran inercia adicional, lo que a su vez puede causar grandes fuerzas dinámicas. Proviene del hecho de que, cuando una carga útil oscila en el agua debido al 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 (se puede encontrar en DNV RP-N103; algunos ejemplos a continuación) y $V_R$ es el volumen de referencia.

Coeficientes de masa añadida por forma — DNV-RP-N103 tabla de referencia

Coeficientes de masa añadida y volúmenes de referencia por forma, para cálculos de masa añadida de izados submarinos.
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 de base cuadrada.

Hagamos otro ejemplo práctico. Suponga que está izando una carga útil con forma de prisma cuadrado — una caja de 10 m × 10 m, de 20 m de longitud, que se mueve a lo largo de su eje largo. El periodo de ola 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?

Necesitamos hallar la aceleración máxima (derivada de la velocidad, como se mostró en el ejemplo de arrastre), que viene dada por:

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

Así, la aceleración máxima es:

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

Leyendo la fila Prisma cuadrado anterior en L/W = 2 se obtiene un coeficiente de masa añadida de 0.36, y su volumen de referencia V_R = W²L = 10² × 20 = 2000 m³. Podemos entonces calcular la fuerza usando:

F = m_A\,\ddot z_{\text{max}} = 1025 \cdot 0.36 \cdot 2000 \cdot 1.23 \approx 908\,\mathrm{kN} \approx 93\,\mathrm{t}

Tenga en cuenta que, para izados submarinos cerca del lecho marino, la masa añadida puede aumentar debido al confinamiento.

De cubierta al lecho marino, en una sola pasada

Un descenso continuo: el compensador está bloqueado en cubierta, se desbloquea justo antes de la superficie y luego cambia de modo de gas a medida que la carga se sumerge — rígido durante la salpicadura, blando para un asentamiento complaciente.

1En cubierta — aparejado e izado desde cubierta; compensador bloqueado → 2Zona de salpicadura — al agua a través de la zona de olas; se comprueban el slamming y la carga de impacto → 3Descenso — soltar cable alarga el sistema suspendido y desplaza su periodo natural; el arrastre y la masa añadida siguen el movimiento relativo local → 4Asentamiento — asentamiento suave sobre la reacción del suelo

ANTARES, compensación pasiva adaptativa de heave, de cubierta al lecho marino — simulada en CONSTELLATION. Para la pantalla H_s×T_p de ventana operativa de un izado como este, vea cribado de operabilidad.

Fuerzas de esta magnitud, una fuerza inercial de ≈93 t sobre el peso estático, son la razón por la que los izados submarinos pesados funcionan con un compensador pasivo dimensionado para el caso. Una unidad correctamente dimensionada reduce la parte del movimiento de grúa en la velocidad y aceleración relativas de la carga útil, lo que reduce tanto el arrastre en v² como la fuerza de masa añadida; el movimiento de partícula propio del agua permanece. Si la tensión mínima se mantiene positiva (es decir, si el destensado-impacto queda realmente descartado) se comprueba en el modelo acoplado del caso, no se asume. Para la banda pesada y de aguas profundas, ese compensador es CYGNUS (12.5–10 000 t); RIGEL y ANTARES cubren los casos estándar y adaptativo.

Velocidad de asentamiento: el último medio metro

La energía de contacto escala con el cuadrado de la velocidad de aproximación, y la fuerza de contacto pico depende de cuánta de esa energía absorben el suelo y la estructura — la distancia de deceleración, la rigidez de contacto, el amortiguamiento y la respuesta del suelo intervienen todos. Sin compensación, la velocidad de aproximación arrastra el heave del buque sobre la tasa del winche. Un asentamiento duro o con rebote arriesga:

Daño al equipo — superficies de precisión y sellos en manifolds, árboles de válvulas y plantillas Daño estructural — las mudmats se pandean o penetran en exceso bajo el impacto Fallo de alineación — un rebote en la toma de contacto deja la carga fuera de posición para las conexiones posteriores

Un asentamiento compensado atenúa la componente de heave; la carga sigue la tasa del winche mucho más de cerca de lo que sigue al buque. Aumentar el amortiguamiento para la aproximación final convierte la toma de contacto en una deceleración controlada. ND criba los asentamientos frente a una velocidad de contacto de 0.5 m/s, el límite de aceptación que aplicamos conforme a DNV-RP-N103. La compensación pasiva atenúa el movimiento del buque en lugar de eliminarlo, por lo que la velocidad realmente alcanzada sigue dependiendo del estado de mar y se confirma por caso frente al comando del winche, la respuesta del buque y el estado del compensador:

1Aproximación — descenso hasta unos metros sobre el lecho marino bajo compensación normal → 2Descenso final — amortiguamiento aumentado, winche soltando cable a una tasa controlada → 3Toma de contacto — contacto a 0.1–0.5 m/s; el heave residual se absorbe para que la carga no rebote → 4Asiento — la tensión del cable se libera gradualmente; el compensador evita cargas de impacto mientras el lecho marino asume el peso

El amortiguamiento ajustable es la característica clave para el trabajo de asentamiento: ANTARES añade un resorte de gas adaptativo y bloqueo de vástago para mantener la carga segura tras el asiento; donde deba ajustarse una velocidad de descenso exacta, un sistema activo proporciona ese control. La física de la relación de movimiento detrás de los asentamientos suaves se deriva en fundamentos de la compensación pasiva de heave.

Qué le hace la profundidad al compensador

Las cuatro fuerzas anteriores actúan sobre la carga útil. Tres efectos más 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 disciplina de ingeniería:

Efectos de la profundidad y la temperatura sobre un compensador pasivo de heave — qué le hace cada uno al compensador y cómo se resuelve.
Efecto	Qué le hace al compensador	La respuesta
Flotabilidad	El peso neto de la carga útil cae en el agua → la posición de equilibrio se desplaza hacia dentro, en el peor caso hasta la retracción completa	Adaptativo: presión de gas reducida, equilibrio recentrado — y un periodo natural más largo como beneficio adicional
Temperatura	La presión de gas cae con el enfriamiento durante el descenso; el coste en carrera depende del volumen de gas, la precarga y el perfil de descenso, y la mayor parte llega rápido al atravesar la termoclina	Adaptativo: el gas de alta presión a bordo la restablece
Presión del agua	≈ 1 bar cada 10 m de profundidad actúa sobre el área del vástago y empuja el vástago hacia dentro — un izado de 250 t con un vástago de 180 mm a 1,000 m ve ≈ 26 t, desplazando el equilibrio de la mitad de la carrera a ≈⅙ de la carrera	Adaptativo: presión ajustada a la baja 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 el FAT, compartimentación, sustitución programada de sellos

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

¿Cuánto importa la temperatura?

La presión de gas cae con el enfriamiento durante el descenso; el coste en carrera depende del volumen de gas, la precarga y el perfil de descenso, y la mayor parte del cambio llega rápido al atravesar la termoclina. Las unidades adaptativas inyectan gas de alta presión a bordo para mantener la presión.

¿Qué le hace la presión de profundidad al compensador?

Aproximadamente 1 bar cada 10 m actúa sobre el área del vástago y empuja el vástago 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 de la mitad de la carrera a aproximadamente un sexto. El ajuste de presión adaptativo elimina ese desplazamiento.

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

Sellos dobles en dos superficies de sellado distintas en todos los volúmenes, pruebas de presión externa en el FAT, compartimentación para contener cualquier fuga, pruebas de contrasello aptas para offshore en el mantenimiento regular, sustitución programada de sellos — y opciones de redundancia para trabajo de misión crítica.

¿Por qué elegir un compensador adaptativo para trabajo en profundidad?

Porque la flotabilidad, el enfriamiento y la presión de profundidad desplazan todos el punto de trabajo, y una unidad adaptativa corrige los tres automáticamente — permaneciendo centrada y blanda 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 responde de cuatro formas: la flotabilidad cambia el peso efectivo, el slamming golpea en la entrada al agua, el arrastre resiste 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 pueden alcanzar las fuerzas de arrastre en un izado submarino?

En el ejemplo resuelto anterior, una placa de 15 × 10 m a una velocidad pico de heave de 1.57 m/s alcanza ≈ 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 y qué magnitud tiene?

El agua que la carga útil debe acelerar consigo misma. El ejemplo del prisma cuadrado de 10 × 10 × 20 m adquiere ≈ 93 t de fuerza inercial en olas de 8 segundos — y el efecto crece cerca del lecho marino por confinamiento, lo cual importa durante el asentamiento.

¿Qué fuerza domina la zona de salpicadura?

El slamming, más la flotabilidad que varía rápidamente, sobre la velocidad de partícula de ola — la peor combinación de todo el izado, concentrada en pocos metros. Es la fase que dimensiona el compensador con más frecuencia que cualquier otra.

¿Cómo protege la compensación de heave un izado submarino?

Reduciendo la velocidad y la aceleración relativas entre el gancho y la carga útil (lo que reduce tanto el arrastre en v² como la fuerza de masa añadida impulsada por la aceleración), y manteniendo la tensión en el cable para que no se desarrollen eventos de destensado-impacto. En cuanto a producto: CYGNUS para pesado/aguas profundas, RIGEL para casos pasivos estándar, ANTARES cuando el control de amortiguamiento automático compensa.

¿Calculando los números de un izado submarino?

Dimensionamos compensadores frente al arrastre, la masa añadida y la carga de impacto — envíe el caso de izado submarino para un producto y dimensiones recomendados (para izados pesados, normalmente el compensador pasivo de heave CYGNUS).