Una de las características principales de los submarinos es su furtividad y esta pasa por permanecer sin ser detectado el mayor tiempo posible bajo el agua, de ahí que los sistemas de propulsión y gestión energética sean vitales en este tipo de plataformas como el nuevo S-81.
En fechas recientes, cuando asistimos a la última prueba del S-81 “Isaac Peral”, el jefe de producción del astillero de Navantia en Cartagena, Ignacio Núñez afirmó que este submarino podría hacer “diez veces” lo que se podía hacer hasta ahora con los submarinos de la Armada. Cuando el sistema de propulsión independiente del aire (AIP) diseñado para ellos esté plenamente operativo, podrán estar hasta tres semanas bajo el agua.
El complejo sistema de propulsión
El sistema de propulsión está formado por un motor eléctrico síncrono de imanes permanentes (MEP) de 3.500 kW. de Cantarey Reinosa (ahora Gamesa Electric), situado en la sección 1, alimentado por 3 generadores diésel-eléctricos MTU con 1.200 kW. de potencia cada uno, fabricados por Navantia en Cartagena; y 2 grupos de 180 baterías de Exide Technologies distribuidas en las secciones 2 y 5 y que suman 240 ton. de peso.
Otras 60 pesa el depósito de oxígeno líquido de Air Liquide, que se encarga de combinarse con el hidrógeno generado por el reformador de bioetanol del AIP, cuyo funcionamiento analizamos luego. Los generadores alimentan el MEP y cargan las baterías en superficie, mientras que en inmersión puede usar la electricidad de las baterías o generarla desde el AIP.
Otra empresa española, Bionet, es responsable del sistema de dilución de los gases generados por el AIP en agua de mar para eliminar las burbujas y mantener silencioso el sumergible. Fluidmecánica ha aportado gran número de sistemas de diseño y construcción propios, empezando por las unidades hidráulicas que controlan la posición de los hidroplanos que determinan la profundidad (a través del sistema de gobierno, responsabilidad de Avio Aero), los bloques de apertura y cierre de válvulas de refrigeración mediante agua de mar, los que controlan la apertura y cierre de las válvulas del casco seco para el sistema de eliminación de gases, una planta de engrase centralizado para la lubricación de diferentes componentes y otras para el envío de aceite hidráulico, la unidad de potencia hidráulica, el conducto que permite la salida de los gases de escape de los motores diésel o un equipo para la limpieza interior de los circuitos hidráulicos (flushing).
El sistema de propulsión AIP
Los submarinos convencionales -no nucleares- se ven obligados a navegar en cotas próximas a la superficie transcurridos un número determinado de horas para recargar sus baterías empleando sus motores diésel en una operación de toma de aire de la atmósfera que se conoce como snorkel, donde son fácilmente detectables por el enemigo y especialmente vulnerables.
A grandes rasgos, el sistema de propulsión independiente de la atmósfera (AIP) permitirá obtener energía eléctrica con el submarino en cualquier profundidad. Eso reducirá su necesidad de salir a cota periscópica, donde es más fácilmente detectable. El AIP está basado en un sistema de pila de combustible donde el H2 y el O2 se combinan para producir energía y H2O. Este sistema permitirá al S-80 permanecer mucho más tiempo en inmersión profunda, lo que mejora su discreción, principal atributo de un submarino.
Precisamente el pasado mes de septiembre se alcanzó otro hito que habilita el embarque del AIP a bordo del submarino S-83 de Navantia, que, como estaba previsto, será el primero que presente esta nueva capacidad de serie S-80. Los dos primeros submarinos que se entregarán a la Armada, el “Isaac Peral” (S-81) y el “Narciso Monturiol” (S-82) cuentan con un diseño preparado para poder integrar esta tecnología a bordo durante su primera gran carena.
Navantia realizó con éxito las pruebas de aceptación en fábrica del sistema BEST (Bio-Ethanol Stealth Technology) para los submarinos S-80, en una nave de pruebas única en el mundo. Las instalaciones de prueba construidas en el Astillero de Cartagena para este fin poseen capacidades únicas en el mercado de defensa, como la simulación de la cota de operación del barco y su velocidad de avance en inmersión o la posibilidad de prueba de la sección completa del submarino que integra el sistema -con sus 12 metros de eslora y unas 400 toneladas de peso- antes de su unión al casco resistente.
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El sistema AIP BEST (Navantia)
La novedosa tecnología empleada en el sistema AIP BEST se basa en pilas de combustible y se enmarca en los sistemas denominados de tercera generación, es decir, aquellos que emplean para su funcionamiento hidrógeno producido a bordo a partir de un combustible -bioetanol, en este caso- en lugar de hidrógeno puro almacenado. Esta evolución permite a los submarinos españoles disponer de mayor cantidad de energía embarcada, pudiendo navegar hasta tres semanas en inmersión con firmas comparables a las de la navegación eléctrica pura con baterías.
Disponer de esta tecnología adaptada a las exigentes necesidades de una plataforma submarina en los plazos establecidos ha supuesto un reto para el Programa S-80. Para garantizar su éxito, el Ministerio de Defensa decidió encargar el desarrollo del procesador de bioetanol, unos de los elementos más complejos del sistema, a dos empresas españolas en paralelo: Abengoa Innovación y Técnicas Reunidas. Ambas empresas demostraron una gran capacidad tecnológica al cumplir satisfactoriamente con todos los hitos, requisitos y plazos establecidos por el programa.
Tras un riguroso proceso de toma de decisión, donde se analizaron todos los factores técnicos y programáticos, el Ministerio de Defensa seleccionó en 2020 el sistema de Abengoa como la solución óptima a incorporar en los submarinos de la Clase S-80. En agosto de 2020 Navantia y Abengoa firmaron un contrato que convertía a esta última en tecnólogo y suministrador principal del sistema de propulsión independiente del aire AIP del programa.
Cómo funciona el AIP
Las cámaras de baterías se recargan empleando un módulo de potencia de célula de combustible FCPM (Fuel Cell Power Module) de 300 kW, suministrado por la estadounidense UTC Aerospace Systems (ahora Collins Aerospace). Para que este módulo genere electricidad es necesario que se produzca en su interior una reacción electroquímica a partir de una corriente rica en hidrógeno y un oxidante que es oxígeno en estado gaseoso. Para ello, y esta es la principal novedad del programa, el S-80 Plus contará con un sistema de producción de hidrógeno a bordo, a diferencia de otras soluciones.
El núcleo de esta tecnología es el llamado procesador o reformador, que se encarga de generar la corriente rica en hidrógeno a partir de etanol o, en el caso español, bioetanol. El Ministerio de Defensa apostó por el bioetanol por la capacidad nacional para producirlo y por la disponibilidad de las materias vegetales ricas en azúcares, almidón o celulosa de los que se obtiene y no depender así de la producción internacional de etanol.
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Esquema del reformador de bioetanol (captura vídeo Navantia)
Una pila de combustible nacional
El programa S-80 Plus incluye un elevado componente tecnológico español, pero, debido a la falta de una pila de combustible nacional, Navantia encargó a la entonces UTC el equipo que recibió en 2011. Defensa tiene en marcha un programa de I+D destinado al desarrollo de una pila de combustible compatible con el sistema de propulsión independiente del aire (AIP) para el submarino S-80 Plus de la Armada española. Este equipo deberá estar listo en seis años, por lo que podría contemplarse la instalación en el tercer y cuarto submarino de la serie, cuyas entregas están previstas en 2026 y 2027.
Y es que en este tiempo la tecnología ha evolucionado considerablemente, ofreciendo mayor rendimiento, un precio más bajo, menor sensibilidad a las impurezas del hidrógeno y una mayor vida útil. Además, el fabricante original ha cambiado de manos en repetidas ocasiones, en concreto, UTC Aerospace Systems se formó en 2012, pero en 2018 el grupo matriz United Technologies completó la adquisición de Rockwell Collins, convirtiéndose UTC Aerospace Systems en Collins Aerospace. United Technoogies, vendió su unidad de negocio de células de combustible, UTC Power, a la también estadounidense ClearEdge Power, integrada a su vez desde 2014 en Doosan Fuell Cell del grupo surcoreano Doosan Group.
Por eso Defensa habría considerado de interés potenciar el desarrollo nacional de uno de los escasos componentes del sistema de propulsión que no está siendo puesto a punto en España, deseándose un esquema empresarial nacional que permita la producción y suministro de las pilas durante la vida operativa de los sumergibles. (José Mª Navarro García)
