O AIP FC2G do Naval Group está pronto para navegar

Por Luca Peruzzi

O recente anúncio da conquista de outro grande marco no amadurecimento do seu sistema de propulsão independente do ar (AIP) FC2G (AFC) de nova geração, destacou uma outra inovação tecnológica em seu processo de desenvolvimento e qualificação.

“O novo FC2G está pronto para navegar hoje e está sendo proposto no mercado internacional”, confirmou à EDR On-Line Anthony Covarrubias, do Departamento de Marketing do Naval Group, depois de anunciar que o sistema alcançou 18 dias de patrulha em condições operacionais representativas na instalações do Grupo em Nantes-Indret, perto de Nantes.

“O AIP FC2G precisava de uma década de pesquisa, desenvolvimento e teste, mas agora está ‘pronto para navegar’”, observou ele à EDR On-Line. O Naval Group desenvolveu o que o grupo francês reivindica como o primeiro AIP baseado em reforma de combustível no mundo. Estudando e trabalhando nas diferentes soluções relacionadas ao AIP e com base nos desafios e trabalhos anteriores realizados com o sistema MESMA, o AIP de primeira geração desenvolvido pelo Naval Group, o grupo de construtores navais escolheu a tecnologia para produzir hidrogênio a bordo usando reforma de combustível com base em óleo diesel.

“Para atender a todas as necessidades operacionais e logísticas do processo de reforma, a seleção do combustível adequado foi o grande desafio. Foram utilizados cinco critérios, levando em consideração a segurança e o desempenho: segurança no armazenamento, energia e densidade de hidrogênio no combustível selecionado, complexidade da produção de hidrogênio, volume de integração e disponibilidade”.

Após uma longa análise, considerando vários padrões de teste e segurança, pareceu que o óleo diesel era a opção mais adequada, pois “possui o ponto de ignição mais alto, diminuindo o risco de incêndio (segurança), é o combustível menos tóxico para o motor e de  exposição da tripulação (segurança) e é fácil de manusear em termos de procedimentos de carga e descarga a bordo (segurança/logística). Além disso, possui melhor resposta energética e densidade de hidrogênio (desempenho) e disponibilidade mundial com altos padrões de pureza (logística/operacional), entre os principais benefícios ”, afirmou Anthony Covarrubias.

O Naval Group trabalha no sistema há quase uma década e investiu muito no desenvolvimento dessa capacidade e tecnologias relacionadas com testes extensivos em um demonstrador de terra em grande escala em Nantes-Indret, que até agora registrou mais de 6.000 horas – o equivalente dos seis anos de um ciclo operacional de submarino – incluindo testes replicando uma variedade de cenários e perfis de missões operacionais e mais de 70 patentes.

Em seu projeto final, o AIP FC2G é embalado em um módulo como uma seção de casco dedicada com cerca de 8 metros de comprimento e adequada para submarinos de construção nova ou programas de atualização de meia-vida. O design pode ser adaptado a qualquer casco com pelo menos 6 metros de diâmetro, incluindo o Scorpène SSK do Naval Group, sem comprometer as capacidades de mergulho do submarino ou a discrição acústica. O FC2G AIP pode ser adaptado e está sendo estudado para cascos maiores (diâmetro) típicos de grandes submarinos oceânicos de potência convencional. “O AIP FC2G AIP está sendo oferecido hoje para os submarinos de propulsão convencional do Naval Group”, explicou o representante do Naval Group.

“É importante considerar que essa nova geração de AIP é como outra fonte comum de energia para um submarino. Em combinação com as baterias, o AIP FC2G será capaz de realizar a guerra submarina sempre complexa e desafiadora em uma mentalidade completamente diferente ”, continuou ele.

O AIP FC2G vem em um módulo dividido em duas seções, os módulos de Oxigênio e Energia. O primeiro acomoda o armazenamento de oxigênio líquido que alimenta tanto o sistema AIP quanto a regeneração da atmosfera submarina, enquanto o segundo contém os quatro elementos principais do módulo AIP FC2G: o reformador, o reator de troca, a membrana de purificação e as células de combustível PEM (Proton Exchange Membrane).

Todos os componentes são integrados em uma seção dedicada com montagem elástica e berços suspensos para evitar qualquer impacto na assinatura acústica.

O módulo AIP FC2G também inclui uma passagem de passeio lateral do pessoal que fornece acesso a outros compartimentos do submarino, bem como ao próprio módulo para atividades de manutenção. O Naval Group também está trabalhando e estudando soluções para reduzir o diâmetro do módulo instalando o módulo de oxigênio na posição horizontal, em vez da vertical, como na configuração atual, para inserir o módulo AIP FC2G em submarinos de casco de menor diâmetro.

“O processo de produção de hidrogênio se baseia em três etapas principais: alimentado com óleo diesel de tanques de combustível do submarino, oxigênio (do módulo FC2G de armazenamento de oxigênio) e vapor, este último reciclado no processo, o reformador converte essa mistura em uma mistura sintética rica em gás contendo hidrogênio, dióxido de carbono e monóxido de carbono mais água na fase de vapor.

O gás residual do processo é expelido para o mar, onde se dissolve instantaneamente, preservando assim a discrição acústica do submarino. O gás sintético passa então para o “Shift Reactor”, onde o vapor aciona a reação “Water-gas Shift”, que realiza a conversão de monóxido de carbono, gerando hidrogênio, dióxido de carbono e água.

Conseqüentemente, aumenta o teor de hidrogênio do gás sintético ao máximo disponível, juntamente com a eliminação quase completa do monóxido de carbono”, explicou, acrescentando que o reator de troca é caracterizado por alta compactação e eficiência térmica.

No passo seguinte, utilizando propriedades únicas de ligas especiais, a membrana extrai hidrogênio do gás sintético para alimentar as células de combustível com hidrogênio ultrapuro, sem a necessidade de armazenamento. Assim, o hidrogênio é produzido a bordo e sob demanda para ser usado para produzir energia através das células de combustível. “O sistema é particularmente silencioso e contribui para a discrição do submarino”, destacou Marc Quemeneur, especialista em AIP do Naval Group.

As células de combustível são baseadas em tecnologias industriais e adaptadas para aplicação submarina “por um parceiro do Naval Group”, que permanece não revelado. Para melhorar a durabilidade e o custo, as células de combustível são alimentadas com o hidrogênio produzido a bordo e com o ar, o que permite o uso de tecnologias padrão “Air Proton Exchange Membrane Fuels Cells”. Para isso, as células de combustível são equipadas com um “loop de ar” carregado inicialmente com ar, que é uma mistura de cerca de 78% de nitrogênio e 21% de oxigênio.

Enquanto as Células de Combustível funcionam, o oxigênio é consumido na produção de eletricidade, sendo o nitrogênio expelido no lado oposto do circuito de ar. Este último é então reciclado e misturado com oxigênio proveniente do armazenamento submarino, de modo a recriar o ar que é injetado nas células de combustível, este sistema de reciclagem evitando a necessidade de armazenamento de nitrogênio.

A última conquista do passo de conquista do AIP FC2G foi alcançada em março passado, mas foi anunciada apenas recentemente. “Realizamos um teste de longo prazo com um verdadeiro perfil operacional de submarino, o que nos permitiu confirmar uma duração submersa de até três semanas, a otimização do ciclo de manutenção e o desempenho de nossos principais componentes”, disse o Naval Group em declaração divulgada à imprensa.

“A patrulha de 18 dias foi realizada nas instalações do demonstrador em terra de Nantes-Indret em condições operacionais representativas, incluindo a provisão AIP FC2G de produção elétrica contínua a partir da reforma do óleo diesel, alta pressão ambiental (compatível com a imersão máxima do submarino) perto das condições ambientais submarinas e requisitos de segurança, conectados a baterias submarinas e controlados por apenas um operador, uma vez que estarão a bordo operando o Sistema Integrado de Gerenciamento de Plataforma (IPMS) ”, explicou Anthony Covarrubias-Castro.

O mesmo teste de longo prazo também forneceu a demonstração bem-sucedida de novas tecnologias aplicadas ao AIP FC2G. “Conseguimos reduzir a assinatura geral do sistema graças à melhoria da eficiência de recuperação de hidrogênio (acima de 99%) e testes de bombas silenciosas. Demonstramos a capacidade de permitir várias partidas e paradas por patrulha, de acordo com as missões típicas dos submarinos. Também alcançamos uma redução nas atividades de manutenção, graças à melhoria da resistência do sistema de reforma de catalisadores e óleo diesel.

Finalmente introduzimos células de combustível aprimoradas (compacidade, manutenção fácil, baixo consumo de combustível) com uma vida útil aumentada graças a uma pureza de mais de 99.999% do hidrogênio produzido (melhor do que qualquer solução de armazenamento de hidrogênio)”, disse o Naval Group. “Além disso, estudos de industrialização confirmam que o AIP do Naval Group pode ser integrado independentemente do modelo de SSK. Testes adicionais serão realizados ao longo de 2019”, explicou Marc Quemeneur.

FONTE: EDR On-Line