1. Introducción
Las válvulas son elementos críticos dentro de un buque, de cuyo correcto funcionamiento depende la integridad de la plataforma y sus sistemas básicos de manejo y habitabilidad, como los sistemas de lastre, achique, contraincendios, combustible o ventilación, entre otros.
Entre otros factores, el aumento general de la automatización de procesos a bordo, la reducción de coste de los equipos electrónicos, o la aparición de productos específicos enfocados al sector han provocado que el porcentaje de válvulas motorizadas haya aumentado notablemente en las últimas décadas.
Derivado de lo anterior, la responsabilidad de los sistemas de válvulas motorizadas es cada vez mayor, los contratos asociados son cada vez más cuantiosos, y la complejidad en la integración ha aumentado notablemente. Todo ello ha llevado a que, durante los últimos años, haya habido un cambio en la metodología de gestión de estos equipos durante el proceso de construcción de un buque.
De manera general, las válvulas motorizadas no solían tratarse como un paquete diferenciado, sino que se adquirían los componentes de forma independiente por parte del astillero, siendo el encargado del diseño, integración y posterior puesta en funcionamiento. El proceso de integración era sencillo y de un alcance limitado, debido a la poca cantidad de equipos y la poca información transmitida por cada uno. Los proveedores de los equipos tenían una baja implicación en el proceso constructivo, al no tener una responsabilidad clara sobre el funcionamiento coral de sus equipos.
Actualmente suele entenderse el sistema de válvulas motorizadas como un elemento principal dentro de los procesos de diseño y adquisición de los componentes del buque. Su diseño comienza pronto, habitualmente en la etapa de ingeniería funcional, y el proceso de compra suele iniciarse en las etapas tempranas de construcción. Es habitual que el proveedor de este sistema esté involucrado desde las etapas iniciales de diseño (en mayor o menor medida, según la complejidad del buque), y su presencia sea una constante de inicio a fin de la construcción, siendo habitualmente el encargado de la puesta en funcionamiento de los equipos.
Este sistema hace necesario que las empresas proveedoras de estos equipos sean capaces de gestionar proyectos medianamente complejos, dispongan de una solvencia técnica suficiente para participar en diversas etapas de diseño y producción y, en general, den un paso adelante en la prestación de servicios al astillero.
2. Componentes de un sistema de válvulas motorizadas
Un sistema de válvulas motorizadas se compone, generalmente, de:
- Válvulas
- Actuadores para válvulas
- Sistema de monitorización y control
Válvulas
Inicialmente, las válvulas que se comenzaron a motorizar eran aquellas de servicios críticos, como tomas de mar o de colectores contra incendios, y que tradicionalmente eran válvulas de globo o compuerta con asientos metálicos, que resultan costosas de motorizar y son relativamente grandes.
Actualmente, la mayoría de las válvulas motorizadas en un buque son de mariposa con cierre mediante elastómero envolvente, debido a su bajo costo, facilidad de operación y buen rendimiento en la mayoría de escenarios. Estas son también las más extendidas entre las válvulas manuales del buque, lo que hace que, en la mayoría de los casos, el astillero busque estandarizar fabricantes entre las manuales y las motorizadas.
El creciente enfoque de los astilleros hacia el sostenimiento y el ciclo de vida de los buques hace que la estandarización y comunalidad de componentes y fabricantes sean fundamentales en el proceso de compras.
Actuadores
Dado que la automatización de válvulas en el sector naval no está tan extendida como en otros sectores (tales como oil&gas, químico o petroquímico, donde un gran porcentaje de las válvulas están motorizadas), hasta hace relativamente poco no había una gran variedad de actuadores en el mercado enfocados al uso en buques o ambientes marinos.
Ante esta situación, la tendencia ha sido emplear actuadores diseñados para otras aplicaciones y adaptarlos para su uso a bordo, resultando en dos caminos distintos, alejados el uno del otro y con un difícil término medio: por un lado, el uso de actuadores de grandes tamaños y pesos elevados allí donde los requisitos son más altos, con funcionalidades en ocasiones sobredimensionadas y costos generalmente altos; por otro lado, el uso de actuadores de bajas prestaciones, poca robustez y costes muy bajos, no diseñados para soportar la agresividad del ambiente marino.
Ante esta creciente necesidad, en los últimos años ha habido un crecimiento notable en la cantidad de fabricantes de actuadores que han desarrollado líneas de producto específicas para el sector naval. Estos modelos suelen ser reducidos en tamaño, con unas funcionalidades de control concretas enfocadas hacia un buque, y con un coste generalmente ajustado a las prestaciones necesarias en cada proyecto. Incluso hay fabricantes con gamas concretas enfocadas a buques militares, con certificaciones específicas frente a normas de choque, vibraciones o compatibilidad electromagnética.
Sistema de monitorización y control
En lo relativo a la monitorización y control remoto de estas válvulas, hay diferentes factores que influyen en el aumento de uso de equipos dedicados exclusivamente a esta tarea, convirtiendo los sistemas de válvulas motorizadas en subsistemas para el propio IAS, o sistema de integración y automatización del buque.
Inicialmente, las válvulas motorizadas se integraban directamente al IAS del buque mediante controles diseñados por el propio astillero o integrándolas en sistemas de control de otros equipos (como cuadros arrancadores de bombas, etc.). El trato era similar al de cualquier elemento de instrumentación del buque, sin una diferenciación específica. La cantidad de señales a manipular era reducida, y los controles bastante rudimentarios (generalmente lógicas eléctricas mediante relés, etc.).
Por un lado, el aumento de la cantidad de válvulas motorizadas a bordo resulta directamente en que la cantidad de información que se debe de integrar es cada vez mayor. Al mismo tiempo, la evolución de la electrónica de los actuadores hace que cada vez sean capaces de proporcionar una mayor cantidad de información, tanto de operación como de diagnóstico. Esto se traduce en una mayor cantidad de datos hacia el usuario, de modo que se aumenta notablemente la cantidad de señales que se integran en los sistemas de control de plataforma del buque. Un sistema de válvulas motorizadas eléctricas en un buque puede conllevar la integración de hasta 20.000 señales en el IAS. Tal cantidad de señales provoca que se apueste por la instalación de un subsistema integrador, que facilite la incorporación de todos los datos en el IAS.
Otro punto a tener cuenta es que, durante los últimos años, ha habido una evolución en la normativa marina que obliga a una mayor sofisticación en el control de ciertos equipos y sistemas a bordo. Entre los sistemas incluidos se encuentran los servicios de lastre y achique, dentro de los cuales son críticas las válvulas motorizadas. Como ejemplo de ello están las regulaciones SOLAS ll-2 21, ll-2 22, ll-2 23 and ll-1 8, introducidas en MSC.1/Circ.1369 (22 junio 2010) y colectivamente referidas como ‘Safe Return to Port (SRtP) Regulations’. Estas regulaciones aplican a buques de pasajeros construidos desde el 01 de julio de 2010 y que tengan un mínimo de 120m de eslora y 3 niveles verticales, y en ellas se establece que ciertos sistemas críticos para la navegabilidad y estabilidad del buque deben seguir operativos tras un incendio o inundación, con el objetivo de lograr un retorno seguro a puerto empleando medios propios. Las sociedades de clasificación han emitido sus guías para la adaptación e implementación de esta normativa, como por ejemplo la DNVGL-CG-0004 del DNV-GL, o NR 598 DT R01 E del Bureau Veritas. Dentro de estas regulaciones se expone la necesidad de un doble control de las válvulas motorizadas, lo cual orienta claramente hacia la necesidad de disponer de sistemas de control de cierta sofisticación.
Al mismo tiempo, y por razones diversas de sobra conocidas, se pone cada vez más énfasis en la ciber-seguridad de los equipos a bordo, de modo que se minimicen los riesgos de comprometer la seguridad del buque debido a un ciberataque sobre los sistemas de gestión. Esto se evidencia en circulares de la OMI como MSC.1/Circ.1526 (1 junio 2016) o MSC-FAL.1/Circ.3/Rev.1 (14 junio 2021), y diversas recomendaciones y adaptaciones que realizan las sociedades de clasificación. Dado que las válvulas motorizadas manejan servicios críticos para la supervivencia del buque, los sistemas de automatización que las manejan no están exentos de incluir mecanismos de seguridad que limiten al máximo estas amenazas.
Dado que el IAS es un objetivo claro para cualquier posible ciber-ataque, una estrategia seguida cada vez más a menudo es, de nuevo, la segmentación en subsistemas. De este modo, ante un posible ciberataque general que inhabilite o limite el control desde este sistema, se pueden aislar los subsistemas sanos y manipularlos de forma independiente. Este aspecto también potencia el uso de sistemas de control dedicados a las válvulas motorizadas.
Como resultado de todo lo anterior, se evidencia la necesidad de un control de las válvulas más complejo, sofisticado, robusto y seguro, dando como resultado la aparición de soluciones comerciales específicas para el sector naval, algo que no era habitual anteriormente.
3. Futuro cercano de los sistemas de válvulas motorizadas
Los niveles de automatización del buque cada vez son más altos, llegando incluso a existir proyectos de desarrollo de buques totalmente autónomos (la IMO incluso ha publicado directrices preliminares sobre ensayos de estos buques, entre otras en la publicación MSC.1/Circ.1604 del 14 junio de 2019). Se prevé, por lo tanto, que el nivel de automatización de las válvulas también siga aumentando gradualmente, a ritmo similar al de los últimos años. Las propias sociedades de clasificación están ampliando y revisando los requisitos sobre las válvulas motorizadas, los actuadores de los diversos tipos (todavía hay discrepancia entre las SSCC sobre los requisitos específicos a aplicar a los actuadores eléctricos, por ejemplo) y los sistemas de control asociados.
La inclusión de nuevas tecnologías (como el gemelo digital o la fabricación aditiva) y nuevos requerimientos, especialmente en materia de seguridad (incluyendo la ciberseguridad de los sistemas), tendrán un papel importante en la construcción naval y, por lo tanto, en estos sistemas.
En este marco, cobran especial importancia las compañías como la nuestra, Fernández Jove, que sean capaces de ofrecer soluciones end-to-end, integrando (o fabricando, incluso) los diferentes componentes que conforman un sistema de válvulas motorizadas.
