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Posicionamiento dinámico

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

El posicionamiento dinámico ( PD ) es un sistema controlado por computadora que mantiene automáticamente la posición y el rumbo de un buque 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 del buque y la magnitud y dirección de las fuerzas ambientales que afectan su posición. Entre los tipos de buques que emplean PD se incluyen los barcos y las unidades móviles de perforación marina semisumergibles (MODU), los buques de investigación oceanográfica, los barcos tendidores de cables y los cruceros .

El programa informático contiene un modelo matemático del buque que incluye información relativa a la resistencia del viento y de la corriente del buque y la ubicación de los propulsores. Este conocimiento, combinado con la información de los sensores, permite al ordenador calcular el ángulo de dirección necesario y la potencia de cada propulsor. Esto permite realizar operaciones en el mar en las que el amarre o el fondeo no son factibles debido a aguas profundas, congestión en el fondo marino (tuberías, plantillas) u otros problemas.

El posicionamiento dinámico puede ser absoluto, es decir, la posición se fija en un punto fijo sobre el fondo, o relativo a un objeto en movimiento, como otro barco o un vehículo submarino. También se puede posicionar el barco en un ángulo favorable respecto del viento, las olas y la corriente, lo que se denomina "veleta".

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

Historia

El posicionamiento dinámico comenzó en la década de 1960 para la perforación en alta mar . Como la perforación se dirigía a aguas cada vez más profundas, las barcazas autoelevables ya no podían utilizarse y el anclaje en aguas profundas no era económico.

Como parte del Proyecto Mohole , en 1961 se equiparon cuatro hélices orientables el buque de perforación Cuss 1. El proyecto Mohole intentaba perforar hasta el Moho , lo que requería una solución para la perforación en aguas profundas. Fue posible mantener el buque 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) por debajo del fondo marino en 3.500 m (11.700 pies) de agua, mientras se mantenía una posición dentro de un radio de 180 metros. La posición del barco se determinó mediante un radar que se conectaba a boyas y un sonar que se conectaba a balizas submarinas.

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

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

Comparación entre opciones de mantenimiento de posición

Otros métodos para mantener la posición son el uso de un ancla desenrollada y el uso de una barcaza autoelevable. Todos ellos 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 disminuyendo debido a tecnologías más nuevas y más baratas, y las ventajas se están volviendo más convincentes a medida que el trabajo en alta mar se adentra en aguas cada vez más profundas y se le da más respeto al medio ambiente (los corales). Con las operaciones de contenedores, los puertos abarrotados pueden volverse más eficientes mediante técnicas de atraque más rápidas y precisas. Las operaciones de cruceros se benefician de atraques más rápidos y "amarres" sin anclas 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 trasladarse y girar sobre tres ejes perpendiculares.

Tres de ellos implican traducción :

y las otras tres rotaciones :

El posicionamiento dinámico se ocupa principalmente del control del barco en el plano horizontal , es decir, la traslación a lo largo de los dos ejes horizontales (oleaje y balanceo) y la rotación en el eje vertical (guiñada).

Requisitos

Un barco que se vaya 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 buque DP. En particular, para un buen control de la posición en condiciones meteorológicas adversas, la capacidad de empuje del buque 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 desde los barcos no está lo suficientemente desarrollada como para predecir estas fuerzas, pero puede ser preferible a los sensores colocados desde helicópteros . [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, se han desarrollado varios sistemas de posicionamiento durante las últimas décadas. Los productores de sistemas DP son: Marine Technologies LLC, Kongsberg Maritime , Navis Engineering Oy, GE , SIREHNA, Wärtsilä (ex L-3), MT-div. Chouest, [ verificar ortografía ] Rolls-Royce plc , Praxis Automation Technology, Brunvoll AS. El término ancla digital se ha utilizado para describir estos sistemas de posicionamiento dinámico. [4] Las aplicaciones y la disponibilidad dependen del tipo de trabajo y la profundidad del agua. Los sistemas de referencia de posición (PRS) y los sistemas de medición de posición (PME) más comunes son:

Satélite GPS en órbita
Cable tenso ligero en el HOS Achiever

Sistemas de rumbo

Los métodos más avanzados son:

Otros sensores

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

Sistemas de control

Diagrama de bloques del sistema de control

En un principio se utilizaban controladores PID y hoy en día se siguen utilizando en los sistemas DP más sencillos. Pero los controladores modernos utilizan un modelo matemático del barco que se basa en una descripción hidrodinámica y aerodinámica relativa a 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 este motivo, el modelo también tiene información de los sensores de viento y retroalimentación de los propulsores. Este método permite incluso no tener información de ningún PRS durante algún tiempo, dependiendo de la calidad del modelo y del tiempo. 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, los PRS están ponderados. En función de la varianza, un PRS recibe un peso 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 DP suelen ser al menos parcialmente diésel-eléctricos , ya que esto permite una configuración más flexible y es más capaz de manejar los grandes cambios en la demanda de energía, típicos de las operaciones DP. Estas fluctuaciones pueden ser adecuadas para la operación híbrida . 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 North Sea Giant de 154 metros ha combinado 3 grupos electrógenos, cuadros de distribución y 2 baterías de MWh para operar en DP3 utilizando solo un motor, [12] [13] manteniendo la carga del motor entre el 60 % y el 80 %. [14]

La configuración depende de la clase DP del buque. Un buque de clase 1 puede ser relativamente sencillo, mientras que el sistema de un buque de clase 3 es bastante complejo. En los buques de clase 2 y 3, todos los ordenadores y sistemas de referencia deben alimentarse mediante un SAI .

Requisitos de clase de la Organización Marítima Internacional

Basándose en la publicación 645 de la OMI (Organización Marítima Internacional) [15], las Sociedades de Clasificación han emitido reglas para los Buques de 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 "DPS" de ABS.

Directrices de la Autoridad Marítima de Noruega

Mientras que la OMI deja al operador del buque DP y a su cliente la decisión de qué clase se aplica a qué tipo de operación, la Autoridad Marítima Noruega (NMA) ha especificado qué clase se debe utilizar en relación con el riesgo de una operación. En las Directrices y Notas N.º 28 de la NMA, Anexo A, se definen cuatro clases:

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

Falla

La pérdida de posición, también conocida como pérdida de posición, puede representar una amenaza para la seguridad de las operaciones 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 los buques con sistemas de posicionamiento dinámico redundantes están sujetos a pérdidas ocasionales de posición, que pueden deberse a errores humanos, fallas de procedimiento, fallas del sistema de posicionamiento dinámico o mal diseño. [16]

Una falla en el 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. [16]

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

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

Redundancia

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

En determinadas operaciones no se requiere redundancia. Por ejemplo, si un buque de reconocimiento pierde su capacidad de DP, normalmente no hay riesgo de daños ni lesiones. Estas operaciones se realizarán normalmente en la clase 1.

En el caso de otras operaciones, como el buceo o el levantamiento de cargas pesadas, existe el riesgo de sufrir daños o lesiones. Según el riesgo, la operación se realiza en la clase 2 o 3. Esto significa que se deben seleccionar al menos tres sistemas de referencia de posición. Esto permite el principio de lógica de votación, de modo que se pueda encontrar el PRS que falla. Por este motivo, también hay tres computadoras de control DP, tres girocompases, tres MRU y tres sensores de viento en los buques de la clase 3. Si ocurre un solo fallo que ponga en peligro la redundancia, es decir, el fallo de un propulsor, un generador o un PRS, y esto no se puede resolver de inmediato, la operación debe abandonarse lo antes posible.

Para tener suficiente redundancia, deben estar en funcionamiento suficientes generadores y propulsores para que la falla de uno de ellos no provoque 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 en el sistema para ayudar al DPO en este proceso.

La redundancia de un buque DP debe evaluarse mediante un estudio de análisis de modos de falla y efectos (FMEA) y comprobarse mediante ensayos FMEA. [20] Además de eso, se realizan ensayos anuales y normalmente se completan pruebas de función DP antes de cada proyecto.

Operador DP

El operador del sistema de posicionamiento dinámico (DP) 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. En ella se hace referencia a la norma M 117 [21] de la IMCA (Asociación Internacional de Contratistas Marítimos) como estándar aceptable.

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

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

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

El programa de formación y certificación de DP está a cargo del Instituto Náutico (NI). El NI emite cuadernos de bitácora para los alumnos, acredita los centros de formación y controla la emisión de certificaciones.

Con cada vez más buques de DP y con una demanda de personal cada vez mayor, el puesto de DPO está adquiriendo 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 formada por DPO certificados que califican para la beca (fDPO), mientras que los miembros (mDPO) son aquellos con experiencia en DP o que ya pueden estar trabajando dentro del esquema de certificación de DP.

Asociación Internacional de Contratistas Marítimos

La Asociación Internacional de Contratistas Marítimos 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 Sociedad de Tecnología Marina es facilitar operaciones de DP sin incidentes mediante el intercambio de conocimientos. Este comité de voluntarios dedicados ofrece valor a la comunidad de DP de propietarios de buques, operadores, Sociedades de Clasificación Marina, ingenieros y reguladores a través de una Conferencia de DP anual, talleres temáticos y un amplio conjunto de Documentos de Orientación que cubren la Filosofía de Diseño de DP, Operaciones de DP y Desarrollo Profesional del Personal de DP. Además, un conjunto cada vez mayor de documentos únicos llamados TECHOP abordan temas específicos de gran interés e impacto. Los documentos de la conferencia están disponibles para su descarga por parte del público, lo que proporciona la fuente única más completa de documentos técnicos de la industria de DP disponible en cualquier lugar.

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

Véase también

Referencias

  1. ^ "¿Qué es el posicionamiento dinámico?". The Nautical Institute. 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 de DP". Londres: Asociación Internacional de Contratistas Marítimos. Octubre de 1997.
  6. ^ "El sistema Veripos DP puede instalarse con varios sistemas de aumentación, así como con soporte GLONASS, y puede 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 marino".
  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 | Un gran impulso a las baterías para el transporte marítimo en el 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 buques con sistemas de posicionamiento dinámico" (PDF) . 6 de junio de 1994. Archivado desde el original (PDF) el 2007-06-10.
  16. ^ abc Castro, Alexander (13–14 de octubre de 2015). Simulacros de emergencia de DP (PDF) . Conferencia sobre posicionamiento dinámico. Houston: Marine Technology Society.
  17. ^ CADC Admin (31 de octubre de 2012). "Dynamically Positioned Vessel Dren-off / Severance of Bell Diver's Umbilical" (Desbordamiento de un buque posicionado dinámicamente/ruptura del cordón umbilical de un buzo de campana). 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 desde la 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 modos de fallo y efectos (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 datos de incidentes de mantenimiento de posición 1994-2003". Londres: Asociación Internacional de Contratistas Marítimos.

Fuentes

Enlaces externos