Un camino a la residencia

Por Elaine Maslin4 marzo 2020
(Foto: Olav Bruset)
(Foto: Olav Bruset)

Los últimos 12 meses han visto un concepto imaginado desde hace mucho tiempo en el campo residente submarino que finalmente lo ha convertido en algo corriente. La idea ahora aparece en las conversaciones de los directores de tecnología en los principales eventos de la industria, en lugar de ser el foco de un evento secundario submarino más pequeño. ¿Pero el camino por delante estará lleno de baches?

Si bien las nuevas tecnologías de drones residentes submarinos ahora se están probando, demostrando y otorgando los primeros contratos, aún no está claro cuál será el futuro comercial real.

La idea es atractiva; tener robots submarinos con base permanente, lo que reduce la necesidad de personas y embarcaciones caras en alta mar y las emisiones que esto implica. De acuerdo con Oceaneering, las emisiones anuales de CO2 de un buque de vehículo submarino (ROV) operado de forma remota son de aproximadamente 25,500 toneladas métricas. Dejar uno de sus E-ROV en una misión temporal reduciría eso a 3.600 toneladas métricas. El uso de un vehículo desplegado permanentemente, como su vehículo Freedom, lo reduciría a 500 toneladas métricas. También es quizás inevitable ya que los ejecutivos buscan oportunidades en sus negocios para modernizarse y lograr eficiencias a través de la digitalización, la automatización y las operaciones remotas. Para Equinor, esto es un facilitador para fábricas submarinas. Para otros, ya es hora de que los ROV entren en el siglo XXI. El CTO de TechnipFMC, Justin Rounce, por ejemplo, le dijo a Offshore Europe que la tecnología ROV no ha cambiado en décadas. Es hora de comenzar a usar tecnologías como la visión por computadora en este campo, dice.

Se han hecho pasos. El control remoto de los sistemas ROV ya se está realizando. i-tech 7, una compañía Subsea 7, tiene centros de control en Noruega y el Reino Unido, al igual que otras compañías como Fugro, Oceaneering e IKM Subsea.

Los vendedores también han hecho grandes avances en el desarrollo de nuevos sistemas de vehículos para lo que parece un mercado hambriento. El año pasado, la firma de robótica eléctrica submarina Saab Seaeye demostró que su vehículo submarino autónomo (AUV) Sabertooth realizaba una carga inductiva y una comunicación en la estación de acoplamiento submarino (SDS) de Equinor, algo que el operador noruego espera que ayude a fomentar la adopción de esta tecnología, permitiendo a los proveedores concentrarse en el desarrollo del vehículo, si todos aceptan usar el mismo diseño de acoplamiento (Equinor ha estado trabajando con el Subsea Wireless Group, es decir, SWiG y Deepstar, en los estándares inalámbricos y mecánicos para estos).

La estandarización podría abrir la posibilidad de proporcionar un servicio Uber AUV (o robótica submarina a pedido). Pål Atle Solheimsnes, Asesor Principal de Intervención Submarina, Buceo y Reparación de Tuberías, dijo a Offshore Europe: “El plan con el UiD (drone de intervención submarina) es que debería ser un servicio de Uber. Queremos compartir con otras licencias, 1, 2, 3, que dan servicio a un área completa. Solo tenemos que probarlos primero y poner la estación de acoplamiento en su lugar y luego ofreceremos ese servicio. Eso es parte del gran plan ". John Brian de Chevron hizo un comentario similar en el mismo evento. “¿Qué pasa con UiD Uber? En toda la cuenca, ¿las empresas invierten en robots residentes que todos pueden usar en su aplicación y ver cuáles están disponibles?

Entonces, ¿qué se ha hecho? Se necesita mucho trabajo para tener robots para el servicio submarino permanente. La firma estadounidense de servicios y tecnología submarina Oceaneering ha estado trabajando en su vehículo Freedom, una versión a escala que se ha utilizado para el desarrollo intensivo de software en Noruega y luego también se demostró que realiza el acoplamiento en la SDS, utilizando acústica, marcadores visuales y visión artificial, y el campo magnético de un conector inductivo para conectarse a la placa de acoplamiento. Se esperan pruebas en alta mar de un vehículo a gran escala en un proyecto de inspección de tuberías del Reino Unido este año antes de que entre en operación comercial. Mientras tanto, Saipem, ha estado trabajando duro en su serie de vehículos HyDrone, uno de los cuales se implementará en el campo Njord de Equinor bajo un contrato comercial este año. Otra empresa, Subsea 7, tiene su vehículo de inspección autónoma (AIV), que ha realizado una inspección estructurada de un árbol submarino en "modo autónomo completo", habiendo navegado allí por su cuenta.

Gran parte de esta actividad, pero no toda, ha sido impulsada por Equinor, que pagó por la construcción de SDS, con una instalada en un sitio de prueba fuera de Trondheim, una en el campo Åsgard, para probar una versión atada de otro concepto: Eelume, construida por una empresa con sede en Trondheim, y la tercera utilizada por Saipem para las pruebas antes de su despliegue. Se entiende que la empresa está buscando tener siete en el proyecto de expansión de Snorre para instalar drones residentes. Rune Aase, vicepresidente de Equinor, dijo en un evento de demostración de drones, organizado por Stinger AS, una firma especializada en tecnología submarina, en Noruega el año pasado, que se están considerando otros campos para UiD, incluidos Johan Sverdrup, Johan Castberg y Bay du Nord. "Luego están todos los campos marrones que deberían ser apoyados por algunos drones y tenemos que investigar cómo vamos a hacer eso".

(Imagen: Eelume)

Para que esto suceda, la infraestructura debe estar en su lugar, como redes de energía, para recargar vehículos, y los equipos submarinos deben ser amigables con los vehículos. Mirando hacia el futuro, a un mundo donde diferentes vehículos de proveedores pueden atracar en diferentes estaciones de acoplamiento, ¿cómo se gestionará cómo se conectan a diferentes redes de datos y control? Esto es algo que Jan Christian Torvestad, de Equinor, ha estado considerando.

“Si tengo un teléfono celular con suscripción noruega, aún puedo viajar a Estados Unidos y usarlo, incluso si el servicio no es un proveedor, tenemos acuerdos. Con una estación de acoplamiento estandarizada, puedo obtener energía y comunicación, y luego un proveedor de servicios asegurándome de que si un dron de acoplamiento en una estación de acoplamiento Equinor está conectado a la sala de control correcta ”, dice. “Si va a una estación de acoplamiento de Shell, ¿obtendrá la misma sala de control? Es necesario tener en cuenta el servicio de TI y la arquitectura en segundo plano. Es parte del rompecabezas. Podría ser un equivalente de una tarjeta SIM, demostrando quién se conecta, y luego un flujo dinámico de datos a donde necesita ir; la nube, sala de control, operador, etc. "

¿Cómo prioriza el ancho de banda y garantiza la seguridad de los datos? ¿Cómo funciona esto comercialmente? Incluso puede haber tarifas para que un vehículo atraque y cobre en diferentes estaciones de acoplamiento, sugiere. Responda estas preguntas y "entonces puede tener el Uber AUV y una alta utilización porque puede cambiar de una misión a otra y entre compañías", dice Torvestad. "Imagínense si tenemos un número suficiente de operadores, uno de los NCS (que usan drones) donde obtenemos una masa crítica y gestionamos la estandarización mecánica, eléctrica y en TI". Eso supone que todos estén felices de aceptar las mismas estaciones de acoplamiento estandarizadas.

Una estación de acoplamiento submarina de 'estándar abierto' (Imagen: Blue Logic)

Incluso entonces, ¿funcionarán los modelos comerciales? El éxito de este concepto podría dar lugar a algunos cambios significativos en la forma en que se realizan las operaciones submarinas. "Estamos al borde de algunos cambios realmente importantes en nuestra industria", dijo Stephen Gray, CEO de la firma de servicios de ROV con sede en el Reino Unido ROVOP, durante la conferencia de Robótica Submarina del Reino Unido en Aberdeen. Gray sugiere que el cambio reflejará un cambio que ya sucedió en otras industrias, como las telecomunicaciones (piense en los teléfonos móviles y lo que le sucedió a Nokia cuando Apple salió de la nada).

Lo que deja más preguntas. Jim Jamieson, Gerente de Desarrollo de Estrategia y Tecnología i-Tech 7, comentó en el evento Underwater Robotics que, con una automatización cada vez mayor, quién corre el riesgo de cualquier daño causado por estos vehículos y cuándo necesita, o no, un humano en el ¿lazo? Steffan Lindsø, Director de Tecnología Emergente, Europa, en Oceaneering, dijo en el mismo evento: "No es el desarrollo tecnológico el que se está quedando atrás, es el desarrollo comercial para explotarlo. La lucha es encontrar valor comercial ". Algunos campos pueden no ser lo suficientemente densos para que un sistema residente tenga sentido. Pero, cuando miras los mapas de campos en un área, hay densidad, pero los campos son manejados por muchos operadores diferentes, dice. "Esto tendría mucho sentido si se compartiera con todos", dice. Para inspeccionar la densa infraestructura de parques eólicos en alta mar, también podría tener sentido, dice. Pero, "la mentalidad necesita cambiar sobre cómo hacer las cosas y los factores de costos".

También hay otros enfoques que podrían adoptarse. Si bien Rounce deseaba promover el avance de los vehículos submarinos, su compañía también ha estado integrando la robótica, o más específicamente la mecatrónica, en la infraestructura submarina. En agosto de 2018, TechnipFMC, que se hizo cargo del fabricante de manipuladores y ROV Schilling Robotics mediante la adquisición de FMC Technologies en 2017, instaló un colector robótico compacto en un colector de gas alterno de cuatro ranuras en Brasil. Posteriormente se instaló un brazo robótico. Puede operar 30 válvulas (que de lo contrario cada una necesitaría un actuador) y puede hacer 30,000 ciclos, dice Rounce. El brazo robótico se operó durante cuatro o cinco meses sin problemas y luego se recuperó para medir el impacto de un despliegue a largo plazo en un entorno submarino. Debía reinstalarse más adelante en 2019. También se está instalando un segundo distribuidor. "Creo que solo estamos rascando la superficie de oportunidades en estas áreas", dice Rounce.

Eso abriría otra versión del tema de la robótica residente. Aún no se ha visto qué concepto, incluso la cantidad de sistemas residentes, vehículos e incluso estaciones de acoplamiento. Si bien Equinor ha promovido su visión, otros operadores no han sido tan vocales. El riesgo es que salgan con requisitos diferentes y que ningún vehículo cumpla con los requisitos de un solo operador. Lo que limitaría el mercado. "Sería interesante ver en 10 años si alguien tenía razón", dice Lindsø. En efecto.

(Foto: Transmark Subsea)

Hacer conexiones
El Transmark Subsea de Noruega, que compró WiSub con sede en Bergen el año pasado, desarrolló el conector de alimentación y comunicación sin clavija Torden de 3kW, con un estilo de transductor plano, para usar en vehículos residentes o estaciones de acoplamiento UiD. Su desarrollo, que incluye cierta tolerancia a la brecha, se inició bajo un proyecto conjunto de la industria que involucra a Equinor y fabricantes de vehículos residentes. Se considera que 3kW satisfacen las necesidades de los vehículos residentes, incluso cuando se trabaja con sistemas de alimentación DCFO (sistemas de cable de comunicaciones de fibra óptica y CC combinados que Equinor ha estado analizando).

La firma también cuenta con el sistema Fonn, un sistema de 250 W, y Maelstrom, a 1,000 W. El año pasado, antes de ser adquirido, WiSub y Transmark entregaron el producto a Equinor para sus estaciones de acoplamiento. La compañía espera ganar el contrato para construir siete estaciones de acoplamiento para el proyecto de expansión planificado de Snorre.

(Foto: SMD)

Pensando fuera de la caja
Todos los sistemas eléctricos están comenzando a liberar a las empresas de los factores de forma estrictos tradicionales que tradicionalmente toman los ROV. Con un arnés modular más flexible, los vehículos se pueden construir a partir de bloques de construcción estandarizados.

Saab Seaeye ha estado haciendo ruidos en esta dirección, utilizando la inteligencia que ha estado desarrollando para el Sabertooth para nuevos vehículos eléctricos.

Otra empresa que busca ingresar al espacio de vehículos residentes es SMD. El año pasado lanzó su Quantum EV ROV. Si bien el Quantum EV ROV fue noticia, lo que SMD lanzó fue un conjunto de tecnologías, en lugar de un solo ROV, basado en un marco eléctrico abierto para cualquier forma de vehículo que se requiera y que pueda adaptarse para una variedad de operaciones con o sin ataduras.

Mark Collins, Director de Tecnologías Remotas y Autónomas de SMD, dijo que cuatro años de trabajo se han dedicado al diseño, que estará disponible como producto en 2020, pero que también se utilizará como un arnés para otros sistemas de factor de forma, como los AUV. por su modularidad

Key se estaba volviendo totalmente eléctrico, utilizando un sistema de propulsión eléctrica de CC de 25kW diseñado internamente, para hacerlo más respetuoso con el medio ambiente pero también más eficiente en energía, en comparación con los sistemas alimentados hidráulicamente, dice Collins. Esto incluye un nuevo propulsor, basado en una caja de engranajes magnética cerrada con solo dos partes móviles, y un nuevo sistema de transmisión HV DC. Eso significa que se pueden usar umbilicales de menor diámetro y hasta 6,000 metros, proporcionando energía a un sistema de CC principal de anillo de 680 voltios, que permite sistemas plug and play.

Ha sido diseñado para operar con o sin atadura con una batería como sistema residente o desplegado desde embarcaciones tripuladas o no tripuladas. Y, el diseño tiene como objetivo permitir la fácil incorporación de tecnologías futuras, como los desarrollos en inteligencia artificial.

Collins dice que el EV tendrá un 20% más de empuje y un 50% menos de piezas móviles, en comparación con los sistemas hidráulicos. También es un 20% más compacto y un 20% más liviano, por lo que se puede operar desde embarcaciones más pequeñas. Se ha desarrollado una unidad de potencia hidráulica para utilizar herramientas hidráulicas, hasta que se desarrollen herramientas totalmente eléctricas, utilizando los nuevos motores de propulsión de CC y las nuevas unidades de control hidráulico. Cuando vengan herramientas eléctricas, podrán almacenarse en el vehículo en el espacio liberado quitando el sistema hidráulico, en lugar de tener que agregar patines.

"La tecnología es una familia de bloques de construcción industrializados para máquinas submarinas", dice Collins. “Estos son escalables y se pueden unir para formar diferentes máquinas. Creamos un ROV de clase de trabajo utilizando la tecnología para el lanzamiento inicial, pero eso es porque es familiar. Podríamos haber creado fácilmente un avión no tripulado de intervención submarina u otro tipo de vehículo ".

(Imagen: Teledyne)

Sobrecarga submarina
Teledyne ha desarrollado un "Supercharger submarino" basado en celdas de combustible para proporcionar energía remota para vehículos residentes submarinos, o cualquier otra cosa que necesite energía en el fondo marino. La compañía ha estado fabricando celdas de combustible durante años, y aunque puede fabricar muchos tipos diferentes para la gran cantidad de vehículos submarinos, la compañía pensó que también sería bueno tener uno que muchos vehículos puedan usar, Dr. Thomas Valdez, Teledyne , Gerente de Ingeniería Química, dijo en una reunión de la Sociedad de Tecnología Submarina en Aberdeen. "La mayoría de los clientes no quieren un sistema de superficie, quieren dejar el vehículo y tener un sistema al que pueda ir y cobrar", dijo Valdez. Estas tecnologías, los vehículos residentes, todavía son bastante incipientes, por lo que Teledyne analizó otras aplicaciones, como donde los sistemas submarinos podrían necesitar energía adicional, donde hay necesidades de energía para inyección o refuerzo o problemas relacionados con los umbilicales fallidos, dijo Valdez.

Valdez es un electroquímico que ha trabajado en el espacio durante los últimos 25 años, en sistemas de energía como el generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG) que está en Mars Rovers. Pero, aunque los RTG funcionan bien en el espacio, requieren el uso de plutonio. Entonces, para submarino, Teledyne se centró en una celda de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM), una tecnología que otros también han desarrollado para su uso con vehículos submarinos no tripulados más grandes.

En una celda de combustible PEM, se alimenta hidrógeno y oxígeno a un electrolito de membrana de polímero y electrodos a base de platino para generar energía con calor y agua como subproducto. "La tecnología existe desde la década de 1950, pero ha sido costosa, por lo que no se quitó", dice Valdez. "Está comenzando a suceder con grandes sistemas, como los trenes, pero no con el transporte personal". Una variación de esta tecnología es una celda de combustible del reactor impulsado por eyector (EDR). Esto no tiene partes móviles, sino que utiliza un cambio en la presión de la celda de combustible, durante el proceso de producción de energía, para permitir la circulación del reactivo y la eliminación del agua derivada del agua. Una versión submarina capaz de proporcionar una salida de 8 kWhr viene incluida en un recipiente a presión con un sistema de expulsión de agua, el único componente nuevo para uso submarino, ya que necesita trabajar a 5 psig. La unidad, que fue la última en Stavanger (donde Teledyne espera encontrar pruebas) pesa 1.2 toneladas e incorpora conectores de mate húmedo Teledyne y un módem acústico Teledyne Benthos. Valdez dijo que las unidades, que proporcionan más de 1 MWhr de potencia, dentro del tamaño de un contenedor ISO de 20 pies, son intercambiables en caliente, para repostar hasta 30 veces cada una antes de que necesiten ser reconstruidas; en lugar de reabastecerlos de combustible bajo el agua, simplemente se pueden intercambiar. La unidad de prueba ha sido sometida a pruebas de vibración, modo de falla total y análisis de efectos, en -20 a 70 grados C, y pruebas simuladas a 1,000 ma 1,500 psi. El siguiente paso de Teledyne sería calificar hasta 1,000 y potencialmente 2,000 metros.

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