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Posicionamiento dinámico

El buque de apoyo costa afuera Toisa Perseus con, al fondo, el buque de perforación de aguas profundas de quinta generación Discoverer Enterprise , sobre el campo petrolífero Thunder Horse . Ambos están equipados con sistemas DP.

El posicionamiento dinámico ( DP ) es un sistema controlado por computadora para mantener automáticamente la posición y el rumbo de una embarcación mediante el uso de sus propias hélices y propulsores. Los sensores de referencia de posición, combinados con sensores de viento, sensores de movimiento y girocompás , proporcionan información a la computadora sobre la posición de la embarcación y la magnitud y dirección de las fuerzas ambientales que afectan su posición. Ejemplos de tipos de embarcaciones que emplean DP incluyen barcos y unidades móviles de perforación en alta mar (MODU) semisumergibles , embarcaciones de investigación oceanográfica, buques tendidos de cables y cruceros .

El programa de computadora contiene un modelo matemático de la embarcación que incluye información relacionada con el viento y la resistencia actual de la embarcación y la ubicación de los propulsores. Este conocimiento, combinado con la información del sensor, permite a la computadora calcular el ángulo de dirección requerido y la potencia del propulsor para cada propulsor. Esto permite operaciones en el mar donde el amarre o fondeo no es factible debido a aguas profundas, congestión en el fondo del mar (tuberías, plantillas) u otros problemas.

El posicionamiento dinámico puede ser absoluto en el sentido de que la posición está fijada en un punto fijo sobre el fondo, o relativo a un objeto en movimiento como otro barco o un vehículo submarino. También se puede colocar el barco en un ángulo favorable hacia el viento, las olas y la corriente, lo que se denomina veleta.

El posicionamiento dinámico se utiliza en gran parte de la industria petrolera costa afuera, por ejemplo en el Mar del Norte , el Golfo Pérsico , el Golfo de México , África Occidental y frente a la costa de Brasil . Actualmente hay más de 1800 barcos DP. [1]

Historia

El posicionamiento dinámico comenzó en la década de 1960 para la perforación en alta mar . Al avanzar la perforación hacia aguas cada vez más profundas, las barcazas autoelevables ya no se podían utilizar y fondear en aguas profundas no era económico.

Como parte del Proyecto Mohole , en 1961 se equipó al buque perforador Cuss 1 con cuatro hélices orientables. El proyecto Mohole intentaba perforar hasta Moho , lo que requería una solución para la perforación en aguas profundas. Fue posible mantener el barco en posición sobre un pozo frente a La Jolla , California, a una profundidad de 948 metros.

Después de esto, frente a la costa de Guadalupe , México, se perforaron cinco pozos, el más profundo a 183 m (601 pies) debajo del fondo del mar en 3,500 m (11,700 pies) de agua, manteniendo una posición dentro de un radio de 180 metros. La posición del barco se determinó mediante radares que van desde boyas y sonares que van desde balizas submarinas.

Mientras que el Cuss 1 se mantenía en posición manualmente, ese mismo año Shell lanzó el barco de perforación Eureka , que tenía un sistema de control analógico interconectado con un cable tenso, lo que lo convirtió en el primer barco de DP verdadero. [2]

Si bien los primeros barcos DP tenían controladores analógicos y carecían de redundancia, desde entonces se han realizado grandes mejoras. Además, hoy en día el DP no sólo se utiliza en la industria petrolera, sino también en otros tipos de barcos. Además, DP ya no se limita a mantener una posición fija. Una de las posibilidades es navegar por un rumbo exacto, útil para tendido de cables , tendido de tuberías, levantamientos y otras tareas.

Comparación entre opciones de mantenimiento de posición

Otros métodos para mantener la posición son el uso de un anclaje extendido y el uso de una barcaza autoelevable. Todos tienen sus propias ventajas y desventajas.

Aunque todos los métodos tienen sus propias ventajas, el posicionamiento dinámico ha hecho posibles muchas operaciones que antes no eran factibles.

Los costos están cayendo debido a tecnologías más nuevas y más baratas, y las ventajas son cada vez más convincentes a medida que el trabajo en alta mar ingresa a aguas cada vez más profundas y se respeta más el medio ambiente (el coral). Con las operaciones de contenedores, los puertos atestados pueden volverse más eficientes mediante técnicas de atraque más rápidas y precisas. Las operaciones de cruceros se benefician de un atraque más rápido y de "amarres" no anclados frente a playas o puertos inaccesibles.

Aplicaciones

SBX en marcha

Las aplicaciones importantes incluyen:

Alcance

Se puede considerar que un barco tiene seis grados de libertad en su movimiento, es decir, puede moverse en cualquiera de los seis ejes.

Tres de ellos implican traducción :

y los otros tres de rotación :

El posicionamiento dinámico se ocupa principalmente del control del barco en el plano horizontal , es decir, en los tres ejes: oleaje, balanceo y guiñada.

Requisitos

Un barco que se va a utilizar para DP requiere:

Para la mayoría de las aplicaciones, los sistemas de referencia de posición y los elementos de empuje deben considerarse cuidadosamente al diseñar un barco DP. En particular, para un buen control de la posición en condiciones meteorológicas adversas, la capacidad de empuje del barco en tres ejes debe ser adecuada.

Mantener una posición fija es particularmente difícil en condiciones polares porque las fuerzas del hielo pueden cambiar rápidamente. La detección y mitigación del hielo a bordo de barcos no está suficientemente desarrollada para predecir estas fuerzas, pero puede ser preferible a los sensores colocados por helicóptero . [3]

Sistemas de posicionamiento

Existen varios medios para determinar la posición de un barco en el mar. La mayoría de los métodos tradicionales utilizados para la navegación de barcos no son lo suficientemente precisos para algunos requisitos modernos. Por esa razón, durante las últimas décadas se han desarrollado varios sistemas de posicionamiento . Los productores de sistemas DP son: Marine Technologies LLC, Kongsberg Maritime , Navis Engineering Oy, GE , DCNS , Wärtsilä (ex L-3), MT-div. Chouest, [ revise la ortografía ] Rolls-Royce plc , Praxis Automation Technology, Brunvoll AS. El término ancla digital se ha utilizado para describir tales sistemas de posicionamiento dinámico. [4] . Las aplicaciones y disponibilidad dependen del tipo de trabajo y profundidad del agua. Los sistemas de referencia de posición (PRS) y sistemas de medición de posición (PME) más comunes son:

Satélite GPS en órbita
Cable ligeramente tenso en el HOS Achiever

Sistemas de rumbo

Los métodos más avanzados son:

Otros sensores

Además de la posición y el rumbo, otras variables se introducen en el sistema DP a través de sensores :

Sistemas de control

Diagrama de bloques del sistema de control.

Al principio se utilizaban controladores PID y hoy en día todavía se utilizan en los sistemas DP más simples. Pero los controladores modernos utilizan un modelo matemático del barco que se basa en una descripción hidrodinámica y aerodinámica de algunas de las características del barco, como la masa y la resistencia . Por supuesto, este modelo no es del todo correcto. La posición y el rumbo del barco se introducen en el sistema y se comparan con la predicción realizada por el modelo. Esta diferencia se utiliza para actualizar el modelo mediante la técnica de filtrado de Kalman . Por esta razón, el modelo también cuenta con información de los sensores de viento y retroalimentación de los propulsores. Este método permite incluso no recibir información de ningún PRS durante algún tiempo, dependiendo de la calidad del modelo y del clima. Este proceso se conoce como navegación a estima .

La exactitud y precisión de los diferentes PRS no es la misma. Mientras que un DGPS tiene una alta exactitud y precisión, un USBL puede tener una precisión mucho menor. Por este motivo, las ERP están ponderadas. Según la varianza , un PRS recibe una ponderación entre 0 y 1.

Sistemas de potencia y propulsión.

Gigante del Mar del Norte

Para mantener la posición se utilizan propulsores azimutales (eléctricos, L-drive o Z-drive ) , propulsores de proa , propulsores de popa, chorros de agua , timones y hélices . Los buques de DP suelen ser al menos parcialmente diésel-eléctricos , ya que esto permite una configuración más flexible y son más capaces de manejar los grandes cambios en la demanda de energía, típicos de las operaciones de DP. Estas fluctuaciones pueden ser adecuadas para el funcionamiento híbrido . Un buque de suministro de plataforma propulsado por GNL comenzó a operar en 2016 con una batería de 653 kWh/1600 kW que actúa como reserva giratoria durante DP2, ahorrando entre un 15 y un 30 % de combustible. [11] El Gigante del Mar del Norte de 154 metros ha combinado 3 fuentes de alimentación, cuadros de distribución y baterías de 2 MWh para funcionar en DP3 utilizando un solo motor, [12] [13] manteniendo la carga del motor entre el 60% y el 80%. [14]

La configuración depende de la clase DP del barco. Un barco de Clase 1 puede ser relativamente simple, mientras que el sistema de un barco de Clase 3 es bastante complejo. En los barcos de Clase 2 y 3, todas las computadoras y sistemas de referencia deben recibir alimentación a través de un UPS .

Requisitos de clase de la Organización Marítima Internacional

Con base en la publicación 645 de la OMI (Organización Marítima Internacional) [15], las Sociedades de Clasificación han emitido reglas para Buques con Posicionamiento Dinámico descritos como Clase 1, Clase 2 y Clase 3.

Las Sociedades de Clasificación tienen sus propias notaciones de Clase:

Las reglas DNV 2011 Pt6 Ch7 introdujeron la serie de clasificación "DPS" para competir con la serie ABS "DPS".

Directrices de la Autoridad Marítima de Noruega

Mientras que la OMI deja la decisión de qué clase se aplica a qué tipo de operación al operador del buque DP y a su cliente, la Autoridad Marítima de Noruega (NMA) ha especificado qué clase debe usarse con respecto al riesgo de una operación. En las Directrices y Notas de la NMA No. 28, anexo A se definen cuatro clases:

En base a esto se especifica el tipo de buque para cada operación:

Falla

La pérdida de posición, también conocida como escorrentía, puede ser una amenaza para las operaciones seguras y el medio ambiente, incluida la posible pérdida de vidas, lesiones, daños a la propiedad o al medio ambiente y pérdida de reputación y tiempo. Los registros de incidentes indican que incluso las embarcaciones con sistemas de posicionamiento dinámico redundantes están sujetas a pérdidas ocasionales de posición, que pueden deberse a errores humanos, fallas de procedimiento, fallas del sistema de posicionamiento dinámico o un mal diseño. [dieciséis]

La falla del posicionamiento dinámico da como resultado una incapacidad para mantener la posición o el control del rumbo, y puede ser una desviación causada por un empuje insuficiente o una desviación causada por un empuje inadecuado. [dieciséis]

Alarma de posicionamiento dinámico y respuesta de descentramiento para buzos de campana

La respuesta básica con una campana cerrada es similar a una campana húmeda, pero después de guardar los umbilicales, la escotilla se sellará para que se pueda retener la presión interna. La campana se recuperará lo más rápido posible en una alerta roja y podrá recuperarse si hay dudas de que una alerta amarilla será rebajada. [19]

Redundancia

La redundancia es la capacidad de soportar, estando en modo DP, la pérdida del equipo que está en línea, sin perder posición ni rumbo. Un único fallo puede ser, entre otros:

Para determinadas operaciones no se requiere redundancia. Por ejemplo, si un barco de reconocimiento pierde su capacidad de DP, normalmente no hay riesgo de daños o lesiones. Estas operaciones se realizarán normalmente en la Clase 1.

Para otras operaciones, como bucear y levantar objetos pesados, existe riesgo de daños o lesiones. Dependiendo del riesgo, la operación se realiza en Clase 2 o 3. Esto significa que se deben seleccionar al menos tres sistemas de referencia de posición. Esto permite el principio de la lógica de votación, por lo que se puede encontrar el PRS fallido. Por esta razón, también hay tres computadoras de control DP, tres girocompás, tres MRU y tres sensores de viento en los barcos de Clase 3. Si se produce una sola falla que ponga en peligro la redundancia, es decir, falla de un propulsor, generador o PRS, y esto no puede resolverse de inmediato, la operación debe abandonarse lo más rápido posible.

Para tener suficiente redundancia, deben estar en línea suficientes generadores y propulsores para que la falla de uno de ellos no resulte en una pérdida de posición. Esto queda a criterio del operador de DP. Para las Clases 2 y 3, se debe incorporar un Análisis de Consecuencias al sistema para ayudar al DPO en este proceso.

La redundancia de un buque con PD debe juzgarse mediante un estudio de análisis modal de fallas y efectos (FMEA) y demostrarse mediante pruebas de FMEA. [20] Además de eso, se realizan pruebas anuales y normalmente las pruebas de funcionamiento de DP se completan antes de cada proyecto.

operador DP

El operador DP (DPO) juzga si hay suficiente redundancia disponible en un momento dado de la operación. La OMI emitió la circular MSC/Circ.738 (Directrices para la formación de operadores de sistemas de posicionamiento dinámico (DP)) el 24 de junio de 1996. Esto se refiere a IMCA (Asociación Internacional de Contratistas Marinos) M 117 [21] como estándar aceptable.

Para calificar como operador de DP se debe seguir el siguiente camino:

  1. un curso de iniciación al PD + examen en línea
  2. un mínimo de 60 días de familiarización con el PD en el mar
  3. un curso avanzado del PD + examen en línea
  4. un mínimo de 60 días de guardia en un barco DP
  5. una declaración de idoneidad del capitán de un buque DP

Cuando la guardia se realice en un buque Clase 1 DP, se expedirá un certificado limitado; de lo contrario se emitirá un certificado completo.

El plan de formación y certificación del PD está a cargo del Nautical Institute (NI). Las NI emiten libros de registro a los alumnos, acreditan los centros de formación y controlan la emisión de certificaciones.

Con cada vez más buques DP y con crecientes demandas de mano de obra, la posición de DPO está ganando cada vez más importancia. Este panorama cambiante llevó a la creación de la Asociación Internacional de Operadores de Posicionamiento Dinámico (IDPOA) en 2009. www.dpoperators.org

La membresía de IDPOA está compuesta por DPO certificados que califican para una beca (fDPO), mientras que los miembros (mDPO) son aquellos con experiencia en PD o que ya pueden estar trabajando dentro del esquema de certificación de PD.

Asociación Internacional de Contratistas Marinos

La Asociación Internacional de Contratistas Marinos se formó en abril de 1995 a partir de la fusión de la Asociación de Propietarios de Buques de Posicionamiento Dinámico, fundada en 1990, y la Asociación Internacional de Contratistas de Buceo en Alta Mar, fundada en 1972. [22]

Si bien comenzó con la recopilación y análisis de incidentes de DP, [23] desde entonces ha producido publicaciones sobre diferentes temas para mejorar los estándares de los sistemas de DP. También trabaja con la OMI y otros organismos reguladores.

Comité de posicionamiento dinámico de la Sociedad de Tecnología Marina

La misión del Comité de Posicionamiento Dinámico (DP) de la Marine Technology Society es facilitar operaciones de DP sin incidentes mediante el intercambio de conocimientos. Este comité de voluntarios dedicados ofrece valor a la comunidad DP de propietarios de embarcaciones, operadores, sociedades de clase marina, ingenieros y reguladores a través de una conferencia anual de DP, talleres temáticos y un amplio conjunto de documentos de orientación que cubren la filosofía de diseño de DP, las operaciones de DP y el desarrollo profesional de Personal de DP. Además, un conjunto cada vez mayor de documentos únicos llamados TECHOP abordan temas específicos de gran interés e impacto. Los artículos de la conferencia están disponibles para que el público los descargue, lo que proporciona la fuente única más completa de artículos técnicos de la industria de DP disponible en cualquier lugar.

Los documentos de orientación de DP publicados por el Comité de DP de MTS están diseñados para difundir el conocimiento, los métodos y las herramientas únicas para ayudar a la comunidad de DP a lograr operaciones de DP sin incidentes. Los documentos se pueden descargar gratuitamente desde el sitio web del Comité http://dynamic-positioning.com

Ver también

Referencias

  1. ^ "¿Qué es el posicionamiento dinámico?". El Instituto Náutico. Archivado desde el original el 25 de enero de 2013 . Consultado el 24 de enero de 2013 .
  2. ^ ab Introducción al posicionamiento dinámico Archivado el 26 de junio de 2010 en Wayback Machine.
  3. ^ Wolden, Grete (febrero de 2017). "Forskning: Dynamisk Posisjonering for Arktis: Systemet skal muliggjøre kompliserte operasjoner i is og ekstremvær". Teknisk Ukeblad . Consultado el 2 de febrero de 2017 .
  4. ^ "Anuncio de Mercury Marine" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 22 de mayo de 2015 . Consultado el 22 de mayo de 2015 .
  5. ^ "IMCA M 141, Directrices sobre el uso de DGPS como referencia de posición en sistemas de control DP". Londres: Asociación Internacional de Contratistas Marítimos. Octubre de 1997.
  6. ^ "El sistema Veripos DP se puede instalar con varios sistemas de aumento, así como con soporte GLONASS, pueden desactivar cualquier satélite o servicio mediante correcciones Ultra recibidas a través de enlaces Spotbeam o Inmarsat". Archivado desde el original el 25 de mayo de 2006.
  7. ^ "IMCA M 151, Principios básicos y uso de sistemas de referencia de posición hidroacústica en el entorno marino". Londres: Asociación Internacional de Contratistas Marítimos.
  8. ^ "IMCA M 170, una revisión de los sistemas de posicionamiento láser marinos".
  9. ^ "IMCA M 174, una revisión del sistema de posicionamiento Artemis Mk V". Londres: Asociación Internacional de Contratistas Marítimos.
  10. ^ "Sistema de posicionamiento relativo RADius". Grupo Konsberg. 15 de agosto de 2011.
  11. ^ Stensvold, Tore (11 de octubre de 2016). "Første i verden: Her skal batterier erstatte motor i kritiske situasjoner". Teknisk Ukeblad . Teknisk Ukeblad Media AS . Consultado el 11 de octubre de 2016 .
  12. ^ Stensvold, Tore (14 de marzo de 2018). "Et av verdens mest avanserte skip er bygget om: Sparer 30 prosent drivstoff med batteri". Tu.no (en noruego). Teknisk Ukeblad . Consultado el 31 de marzo de 2019 .
  13. ^ "The Motorship | Impulso gigante de batería para el transporte marítimo del Mar del Norte". www.motorship.com . Consultado el 31 de marzo de 2019 .
  14. ^ Førde, Thomas (31 de mayo de 2019). "Estos fartøyet saver penger y kutter CO2 con avansert batterisystem" . Tu.no (en noruego). Teknisk Ukeblad .
  15. ^ "OMI MSC/Circ.645, Directrices para embarcaciones con sistemas de posicionamiento dinámico" (PDF) . 6 de junio de 1994. Archivado desde el original (PDF) el 10 de junio de 2007.
  16. ^ abc Castro, Alexander (13-14 de octubre de 2015). Simulacros de emergencia de DP (PDF) . Jornada de Posicionamiento Dinámico. Houston: Sociedad de Tecnología Marina.
  17. ^ Administrador de CADC (31 de octubre de 2012). "Escorrentía de embarcación posicionada dinámicamente / ruptura del umbilical de Bell Diver". Asociación Canadiense de Contratistas de Buceo . Consultado el 29 de noviembre de 2018 .
  18. ^ ab Orientación para supervisores de buceo IMCA D 022, cap. 11 Buceo con aire suministrado en superficie, secc. 8 Planes de emergencia y contingencia
  19. ^ Orientación para supervisores de buceo IMCA D 022, cap. 13 Buceo con campana cerrada, secc. 10 planes de emergencia y contingencia
  20. ^ "IMCA M 166, Directrices sobre análisis de efectos y modos de falla (FMEA)". Londres: Asociación Internacional de Contratistas Marítimos.
  21. ^ "IMCA M 117, La formación y experiencia del personal clave de DP". Londres: Asociación Internacional de Contratistas Marítimos.
  22. ^ "Posicionamiento dinámico: una breve historia de IMCA" (PDF) . Londres: Asociación Internacional de Contratistas Marítimos. Archivado desde el original (PDF) el 11 de marzo de 2006.
  23. ^ "IMCA M 181, Análisis de la estación que mantiene datos de incidentes 1994-2003". Londres: Asociación Internacional de Contratistas Marítimos.

Fuentes

enlaces externos