Sistema de Posicionamiento Dinámico en la Industria Offshore Oil & Gas - Eadic

Sistema de Posicionamiento Dinámico en la Industria Offshore Oil & Gas

Introducción al Sistema de Posicionamiento Dinámico

 

Este artículo pretende una breve introducción al Sistema de Posicionamiento Dinámico – DPS, y va dirigida a profesionales interesados en conocer e incursionar en el mundo offshore.

Proporciona una descripción general del DPS que justifica su utilización ante las solicitudes metoceánicas que enfrentan los sistemas de plataformas y embarcaciones offshore en su diaria operación.

Se recomienda al lector que esta información se utilice como guía de referencia y complemento para más lecturas relacionadas al Sistema de Posicionamiento Dinámico – DPS.

Sistema de Posicionamiento Dinámico (DPS)

 

El Sistema de Posicionamiento Dinámico (DPS) de estructuras flotantes en el campo offshore Oil & Gas, es una técnica que utiliza la más avanzada tecnología para ubicar y/o navegar confiablemente una estructura flotante en una posición o ruta fija en el océano.

Puede definirse DPS como un medio para mantener una estructura flotante en una posición relativamente fija con respecto al fondo del océano, sin usar anclas y que utiliza dispositivos propulsores controlados por entradas de instrumentos sonoros en el fondo del mar, navegación por satélite o por otros medios, de acuerdo como lo indica Jon Holvik.

El DPS utiliza en tiempo real un control por ordenador y de forma automática (ver Figura 1) con la finalidad de contrarrestar el efecto de las fuerzas del medioambiente oceánico, y las que se produzcan por la operación y/o navegación para la actividad de la unidad flotante.

En este contexto cuando se indica “unidad flotante”, está referido a unidades como: plataformas y barcos offshore.

Sistema de posicionamiento dinámico (DPS)
Sistema de posicionamiento dinámico (DPS) en un drill-ship. Fuente: https://www.researchgate.net

El oleaje, mareas, corrientes marinas y el viento son los factores que causan los mayores movimientos de la unidad flotante y por ende estos elementos medioambientales forman parte de los grandes retos a controlar por medio del sistema de posicionamiento dinámico (DPS) sumado al control que se debe tener operativamente sobre la unidad flotante para así conseguir la mayor estabilidad y el control por ejemplo de una plataforma semisumergible o un barco del tipo “Floating Production Storage and Offloading” conocidos como FPSO.

Es de resaltar que el sistema DPS para el caso de ubicar en un punto fijo en el océano a una estructura flotante, representa un sistema alternativo al sistema de “mooring wire rope” el cual utiliza los conocidos anclajes por cables y cadenas. Dependiendo de las “condiciones metoceánicas”, en algunos casos ambos sistemas se utilizan en paralelo. Las condiciones metoceánicas se refieren a las condiciones combinadas de viento, olas y clima que se encuentran en el océano.

 

Fuerzas básicas y movimiento

 

Como se mencionó en líneas anteriores, un sistema de embarcación o plataforma flotante en su diaria operación está sujeta a fuerzas del viento, olas y corrientes marinas, así como de las fuerzas generado por el sistema de propulsión, así como, las que se generan por efecto de las operaciones que son propias del objeto para la cual fue diseñada, como por ejemplo perforación, producción, dragado de canales fluviales, transporte de hidrocarburos energéticos, entre otros.

Estos movimientos producto de las fuerzas metoceánicas sobre las unidades flotantes generan fuerzas que a su vez producen velocidades que permiten identificar cambios de posición sobre la unidad flotante.

En términos generales la velocidad y la dirección del viento se miden por los sensores del viento. El DPS calcula la desviación entre la posición medida de la unidad flotante y la posición requerida, y luego calcula las fuerzas que los propulsores direccionales (conocidos como marine thrusters) (ver Figura 2), deben producir para que la desviación sea tan pequeña como posible y así proporcionar una ubicación fija de la unidad flotante.

Los propulsores para aplicaciones en alta mar han sido desarrollados específicamente para la maniobrabilidad y la estabilidad de plataformas semisumergibles y buques de perforación como sistema principal de propulsión para mejorar las operaciones de posicionamiento dinámico, así como para contrarrestar también el par de la unidad de propulsión de la perforación, es decir fuerzas producidas por la operación y/o actividad propia de la unidad flotante.

Sistema de posicionamiento dinámico (DPS)
Propulsores o thrusters en una unidad flotante. Fuente: https://www.pleugerindustries.com

El sistema controla el movimiento de la unidad flotante en tres grados horizontales de libertad (surge, sway, yaw) que se pueden interpretar como movimientos laterales, longitudinales y de cabeceo como se indica en la Figura.

Offshore Oil & Gas.
Movimientos en una unidad flotante y fuerzas básicas. Fuente: Basics of Dynamic Positioning. Jon Holvik

El corazón del DPS son las computadoras desde donde el sistema calcula las fuerzas del viento, las olas y la corriente de agua que actúan sobre la unidad flotante y el empuje requerido para contrarrestarlos.

Tipos de thrusters o propulsores

 

Los propulsores o thrusters pertenecen a un mundo propio de amplio campo donde los avances tecnológicos son de gran investigación, y cuyo objetivo común es la maniobrabilidad para unidades flotantes offshore, muy utilizados en plataformas flotantes (SEMISUB), drill-ship, vehículos de trabajo y buques de suministro entre otros.

Como se podrá intuir, los thrusters deben sin duda ser fieles a su principal función de otorgar la capacidad de propulsión y maniobra para controlar los principales movimientos de la unidad flotante en los tres grados horizontales de libertad ya mencionados.

Cuando menos, se estima que se requieren una cantidad de 3 (tres) thrusters para poder establecer una correcta propulsión para un sistema DPS. A esta cantidad habrá que añadir más unidades para buscar tener redundancia y así lograr mayor confiablidad del sistema y ante ambientes marinos muy exigentes.

Generalmente 3 (tres) tipos de thrusters son los más convencionales que se pueden identificar en las unidades flotantes, estos son:

 

Tipo Hélice o timón convencional.

 

Siendo el tipo más conocido, la unidad flotante puede estar propulsada por una combinación de hélice-timón la cual puede ser de hélice simple (single screw), o doble hélice (twin screw) (ver Figura 4).

Sistema de Posicionamiento Dinámico, DPS
Figura 4. Timón convencional de hélice simple (izquierda) y doble hélice (derecha). Fuentes: https://www.centramar.es y https://industrianavalgallega.blogspot.com

Los timones se encuentran conectados directamente e integrados con el DPS y son utilizados como un equipo de maniobra de la unidad flotante. Con una configuración de doble hélice, los propulsores pueden operar independientemente, o en modo “tira-empuja”.

Propulsores de túnel.

 

Generalmente como todo tipo de hélices, estas pueden ser de paso fijo o variable, pero siempre se encuentran alineadas de babor a estribor.

Su eficacia se ve afectada por diferentes factores, por ejemplo, demasiado cabeceo de la unidad flotante, puede llegar a producir efectos como cavitación en las hélices.

Figura 5. Timón o propulsor de túnel. Fuente: https://www.nauticexpo.es

Se ha logrado identificar que si el diseño del túnel cuanto más corto es más eficiente es la hélice en su conjunto (ver Figura 5).

 

Propulsores azimutales.

 

Generalmente en drill-ship (buques perforadores) o en plataformas semisumergibles (SEMISUB) todos los propulsores existentes son de tipo azimutal (ver Figura 6).

Los thrusters o propulsores azimutales son una opción muy adoptada y popular en la industria, sin embargo, su instalación y mantenimiento es más complejo que el sistema de propulsión convencional hélice-timón y en algunos casos puede llegar a ser un problema.

Figura 6. Timón o propulsores azimutales. Fuentes: https://es.fountom.com y https://www.centramar.es

Algunos diseños de propulsor azimutal son retráctiles. Ello significa que pueden replegarse dentro del casco de la unidad flotante, ya sea de manera vertical directamente o pivotando 90º sobre el casco, hull.

Conclusiones

  • Como se ha podido identificar, los Sistemas de Posicionamiento Dinámico – DPS. Requieren primordialmente de la disposición de un sistema de información de entrada o sistema de referencia fiable, ya que puede resultar  difícil  de controlar. Cualquier variable metoceánica si no se tiene la capacidad de hacer mediciones correctas y precisas.
  • Como todo sistema diseñado con componentes electrónicos y de computación, debe ser actualizado constantemente ya que podrá en algún momento presentar fallas y limitaciones.  Que deberán ser corregidas en nuevas actualizaciones de software o de componentes hardware entre los cuales inclusive componentes mecánicos con perfiles fluido-dinámicos. Los mismos no escapan, como las propias hélices.

Autor: Alberto Guerrero Parra, Ing. Mecánico, Tecnologías Offshore & Fracking.

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