TKMS ofrece sistema AIP de cuarta generación para sus submarinos

– Celda de combustible FC4G
– Breve explicación de los sistemas AIP que ofrece la industria

maquina-de-combate.com – El fabricante alemán ThyssenKrupp Marine Systems (TKMS) ha agregado un nuevo sistema de propulsión independiente de aire (AIP) a la lista de equipos que ofrece para los clientes que adquieran sus capaces submarinos de ataque.

Empleando su conocida tecnología de celdas de combustible, TKMS ha desarrollado una cuarta generación del sistema que permite prolongar la permanencia en inmersión de un submarino de motorización diésel eléctrica, sistema que denomina FC4G, un acrónimo para Fuel Cell Fourth Generation o Celda de Combustible de Cuarta Generación. TKMS señala que es una mejora a un sistema comprobado.

El ejecutivo en jefe de TKMS, Rolf Wirtz, señaló que sus clientes vienen utilizando los sistemas de celdas de combustible de la compañía desde hace 15 años. «Con esta cuarta generación, estamos haciendo de algo excelente, aún mejor. Este es el siguiente gran paso con significativas mejoras en disponibilidad, redundancia y furtividad,» agregó Wirtz. Para el ejecutivo, con el nuevo sistema AIP están estableciendo nuevos estándares.

TKMS ha diseñado al FC4G con principios de modularidad y gran disponibilidad operativa, con redundancia de componentes para obtener máximo desempeño de manera sostenida. En cuanto al almacenamiento de hidrógeno (H2) se continúa utilizando el sistema de cilindros de hidruros metálicos (combinación de iones del hidrógeno con un metal, por ejemplo el Hidrurio de Litio), mismo sistema empleado en generaciones anteriores, el cual TKMS considera seguro.

Los cilindros no contienen componentes activos, reduciendo así fallas al mínimo al preservar el hidrógeno en la malla cristalina del hidruro metálico. TKMS señala que el hidrógeno es alimentado en su forma más pura por lo que no se requiere de conversiones químicas, manteniendo en niveles altos la eficiencia del sistema.

Los sistemas reformadores, indica TKMS, crean dióxido de carbono (CO2) desde un combustible líquido como el diésel y otros productos residuales como el sulfuro que debe ser disuelto en el agua marítima circundante mediante la activación de bombas eléctricas. Lo mismo aplica para sistemas AIP basados en otros principios como los motores Stirling, diésel de circuito cerrado o turbinas a vapor de circuito cerrado.

En el caso del F4CG el único producto residual es agua pura, la cual es almacenada a bordo para compensación de peso (lastre). Asimismo, el hidrógeno puede ser obtenido en cualquier país que tenga industria química y si no es así, se puede producir de fuentes de energía limpia al dividir agua en hidrógeno y oxígeno.

Actualmente la industria de la Defensa fabrica submarinos AIP con cinco tipos diferentes de sistemas de propulsión independiente al aire:

– Módulo de Energía Submarina Autónoma, Mesma, del fabricante francés Naval Group. Consiste de una turbina de vapor convencional que convierte energía térmica en eléctrica. El sistema almacena oxígeno y etanol por separado y a distancia uno del otro, aunque también puede emplear diésel. La mezcla de etanol y oxígeno en estado gaseoso es quemada por el vapor calentado en una cámara de combustión. Los gases de escape CO2 y H2O son expulsados directamente al mar.

El oxígeno se almacena en estado líquido y es convertido a gas antes de llegar a la cámara de combustión, donde se combina con el etanol y la combinación es quemada por el vapor recalentado. La energía resultante se emplea para mover la turbina que mediante un alternador recarga las baterías del submarino.

El sistema tiene un rendimiento bajo y requiere cantidad de oxígeno y etanol.

– El motor Stirling, de Saab Kockums. Básicamente consiste en el calentamiento y enfriamiento, a volumen constante, de un medio de trabajo que puede ser aire, helio, hidrógeno o un líquido. El calor se genera en una cámara externa de combustión. La variación de temperaturas expande y contrae el medio de trabajo, generando movimiento alternativo de pistones que se transmite a un cigüeñal vía bielas. Rinde más que un motor de combustión interna, es silencioso y genera bajas vibraciones. La combustión es continua, no mediante explosiones controladas, pero se tiene que eliminar el CO2. El medio de trabajo tiene que ser almacenado de manera hermética.

– Los depósitos criogénicos con hidrógeno del astillero ruso Rubin Design Bureau.El sistema almacena oxígeno e hidrógeno en depósitos criogénicos. El almacenamiento de hidrógeno en grandes cantidades es considerado como un riesgo. Para mantener su baja temperatura, los tanques dobles que almacenan hidrógeno requieren de un ciircuito de nitrógeno líquido.

Mediante celdas de combustible, el hidrógeno y oxígeno líquido se emplea para convertir energía química en electricidad y calor.

– El suministro de hidrógeno a partir de hidruros metálicos de TKMS y Siemens. Como hemos mencionado, para reducir riesgos, el sistema API alemán almacena el hidrógeno en la forma de hidruro de metal. Es más confiable pero más caro que el sistema ruso.

Los hidruros tiene además la propiedad de no perder su capacidad de absorber átomos de hidrógeno en su estructura. Los tanques que le almacenan tienen una aleación que absorbe hidrógeno y lo recupera luego mediante calor generado de manera separada.

– El sistema de reformado de bioetanol de Navantia y Hynergreen. Utiliza bioetanol generado de manera amigable con el ambiente. El bioetanol se combina con agua sobre un catalizador para obtener hidrógeno. El producto residual es CO2 que es expulsado al mar a presión. El hidrógeno se suministra a la celda de combustible para la generación de energía. El bioetanol se transforma en hidrógeno y monóxido de carbono en un reformador de vapor.

El monóxido de carbono es reducido mediante la combinación con vapor de agua para obtener aún más hidrógeno y dióxido de carbono que es expulsado al mar.

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