Tres semanas de inmersión para el S-80 “Plus” gracias al AIP

Un hito en el programa de desarrollo del submarino S-80 para la Armada española fue la firma de Navantia con Abengoa del contrato que la convierte en tecnólogo y suministrador principal del sistema de propulsión independiente del aire AIP (Air Independent Propulsion) del programa.

El sistema de propulsión independiente del aire permitirá recargar las baterías durante la inmersión, por lo que el S-80 Plus podrá operar hasta tres semanas sin salir a la superficie. Este dato es relevante si tenemos en cuenta que hasta finales del año pasado se afirmaba de forma más conservadora que esta autonomía sería de quince días o más.

Recordemos que antes de concluir 2019, durante el acto de cierre del casco resistente del S-81 Isaac Peral, el director del astillero y del Programa S-80 Plus, Agustín Álvarez Blanco, nos informó de que estaba previsto que en enero los dos candidatos a proveer el AIP (Abengoa y Técnicas Reunidas) superarían la Revisión Crítica de Diseño, o CDR (Critical Design Review), y que en febrero se elegiría el contratista.

A fínales de ese mes se anunció la elección de Abengoa para diseñar,  fabricar e integrar varios elementos del AIP, en concreto el SPB (Sistema Procesador de Bioetanol), el SAP (Sistema de Adecuación de Potencia) y el Sistema de Control del AIP (SCAIP). Además, Abengoa se encargará de la integración del SPC (Sistema de Pilas de Combustible) y del SECO2 (Sistema de Eliminación de CO2) para garantizar las prestaciones, funcionalidad y operatividad requeridas por la Armada. El SECO2 ha sido diseñado por la española Bionet junto a Navantia y se encarga de mezclar el gas con agua salada evitando la presencia de burbujas para mantener baja la firma acústica. 

Esta elección supone un hito para la actividad de defensa de Abengoa y de su programa de hidrógeno, en el que trabaja desde hace más de quince años, muchos de ellos junto al Ministerio de Defensa y a Navantia. Para la Armada supone contar con unas capacidades tácticas y de discreción no existentes en la actualidad, lo que coloca al S-80 Plus como un referente en su sector.

Además, para el fabricante supone la posibilidad de ofertar un sumergible con una avanzada tecnología que le posicionará con ventaja en el mercado de exportación. De hecho, Navantia está ofreciendo un diseño derivado del S-80 Plus a la Armada de India, que en el marco del programa P75(I) busca adquirir 6 unidades que serían construidas en el país con asistencia de un tecnólogo extranjero. Navantia se refiere al AIP como BEST (Bio-Ethanol Stealth Technology), considerándolo un sistema de tercera generación frente a los motores Stirling y a los que emplean hidrógeno almacenado en el submarino.

Cómo funciona el AIP

Para su propulsión, el submarino emplea un motor eléctrico de imanes fijos MEP (Motor Eléctrico Principal) de Gamesa Electric, que es alimentado por las cámaras de baterías que a su vez 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.

Foto: El sistema AIP BEST (Navantia)

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. Este reformador permitirá tres semanas de navegación en inmersión sin tener que salir a la superficie, dar snorkel ni arrancar los generadores diesel, lo que alertaría de su presencia.

Dado lo avanzado de la fabricación de los primeros submarinos, el primero que dispondrá de esta tecnología será el S-83 Cosme García, donde embarcará en julio de 2021; seguido del S-84 Mateo García de los Reyes. Los 2 primeros de la serie, el S-81 Isaac Peral y el S-82 Narciso Monturiol, dispondrán de las necesarias preinstalaciones para recibir su AIP como un retrofit durante su primera parada técnica de mantenimiento o gran carena, para lo que se ha habilitado una escotilla al efecto, que evitará actuar sobre el casco del buque.

Actualmente, tras superar el citado hito del cierre de casco, el Isaac Peral se encuentra en la Nave de Armamento de Submarinos, estando prevista la flotadura para finales de este año, la realización de las pruebas en 2021 y la entrega a la Armada en 2022.

Una célula 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. En febrero, tras la publicación del Plan Anual de Contratación del Ministerio de Defensa, descubríamos 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.

foto: Esquema del reformador de bioetanol (captura v+¡deo Navantia)

La Dirección General de Armamento y Material (DGAM) le dio el nombre de Medusa 300 y una financiación de 1 millón de euros bajo el formato de contrato negociado sin publicidad para una eventual Fase I, que será la del escalado, análisis de alternativas, desarrollo y evaluación funcional de un prototipo de 5 kW. En la Fase 2 se acometerá el desarrollo y evaluación de prototipos de 50 kW (previsiblemente de varios oferentes) y en la 3 se realizará el desarrollo y evaluación del SPC prototipo de 300 kW.

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. El año pasado 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 María Navarro)