Cómo elegir el propulsor para ROV adecuado: guía de ingeniería 2026

Un propulsor para ROV no es un motor con una hélice atornillada. Es una frontera de presión que, de paso, produce empuje, y el orden de ingeniería que se deriva de ello es el inverso del de un accionamiento refrigerado por aire: primero se fija el caso de carga del vehículo, después se fija el concepto de sellado y solo entonces se elige la máquina eléctrica que debe encajar dentro de él. Equivocar ese orden no suele dar como resultado un vehículo lento, sino uno inundado.

Esta guía de ingeniería repasa las cinco decisiones que realmente determinan si un propulsor encaja en un vehículo —dimensionamiento de empuje y potencia, estanqueidad y sellado, la especificación del motor BLDC subacuático, el diseño de la hélice y del conducto Kort, y la integración del ESC— y cierra con tres modos de fallo que conviene considerar especialmente en sistemas de propulsores submarinos y con la forma de prevenirlos. Todas las cifras que se citan a continuación proceden de los registros de producto de ToBMS o de la especificación publicada por el fabricante, y todo valor derivado se etiqueta como aritmética sobre esas cifras.

Respuesta rápida

El dimensionamiento de un propulsor para ROV parte de la carga constante más alta que el vehículo debe sostener o vencer —normalmente el mantenimiento de posición frente a la corriente, con el arrastre del cable incluido— y retrocede a través del empuje, la potencia nominal y la corriente de bus hasta un número de unidades y una envolvente de bastidor. La profundidad nominal se decide al mismo tiempo, porque es una propiedad del sistema de sellado y de la carcasa y no puede mejorarse después de la compra. El sellado, el conducto de la hélice y la electrónica de accionamiento vienen después como consecuencias de esas dos decisiones y no como elecciones independientes. Los propulsores incluidos en la aplicación Propulsor para ROV de ToBMS abarcan de 7 a 25 kgf, de 360 a 1315 W y dos clases de profundidad, 0-30 m y 0-350 m, y las cifras de esta guía son las registradas en septiembre de 2026.

Por qué un propulsor para ROV se especifica al revés que un motor refrigerado por aire

Un motor refrigerado por aire se selecciona frente a un requisito de par y velocidad, y la fijación es algo secundario. Un propulsor subacuático lo invierte: el montaje y la frontera de presión los fija la misión, y la máquina eléctrica se elige después para vivir dentro de ellos.

Primero el requisito del vehículo, el componente al final

Las cifras publicadas de un propulsor —empuje, potencia nominal, tensión, masa, envolvente, profundidad— son todas consecuencia de una decisión a nivel de vehículo que ya se ha tomado. Por eso dos unidades de 15 kgf de la misma familia pueden diferir en masa, y por eso un proceso de selección que empieza por el componente tiende a terminar en un vehículo que o bien se queda corto de potencia en los extremos de su envolvente, o bien carga con herrajes de sellado que nunca necesitó.

La presión ambiente es la vía térmica

En el aire, un motor cede calor a una corriente de aire en movimiento que conduce mal pero se desplaza con facilidad. Bajo el agua la situación se invierte: el agua de mar conduce el calor mucho mejor que el aire, pero el motor está separado de ella por una carcasa sellada, un relleno del bobinado y una cámara de aire o de aceite. La consecuencia práctica es que un BLDC subacuático no suele quedar limitado por la temperatura del bobinado tan rápido como un motor de aire comparable, pero sí queda limitado por todo lo que se interpone entre el bobinado y el agua. La carcasa es el disipador, y la carcasa es también la frontera de presión: eso es lo que convierte el sellado y el diseño térmico en una misma conversación.

El empuje a velocidad cero es la cifra de partida de todo cálculo de dimensionamiento

En esta clase de aplicación el empuje se publica como empuje máximo de amarre: la cifra estática producida a velocidad de avance nula. Esa es exactamente la condición que importa para mantener posición, para salir de un lecho de sedimento o para iniciar una maniobra contra un cable, y es el empuje más alto que producirá la unidad. En cuanto el vehículo se mueve, el empuje cae a medida que la hélice ve un flujo entrante creciente. Cualquier comparación entre propulsores —y cualquier cálculo de dimensionamiento— solo tiene sentido en esa misma condición de velocidad cero.

Una sola carcasa aloja motor, accionamiento y hélice

ToBMS registra esta clase de aplicación como propulsores sellados con ESC integrado y accionamiento bidireccional. En la práctica, eso significa que la electrónica de conmutación comparte la frontera de presión con el motor, que la unidad se gobierna por una consigna de empuje o de velocidad en lugar de cablearse fase por fase, y que el sentido de giro se resuelve eléctricamente y no con un mecanismo inversor. También significa que los límites de corriente y térmicos son límites de sistema de la unidad sellada completa, y no límites del motor medidos en banco.

Paso 1: calcular los requisitos de empuje y potencia del ROV

El cálculo de dimensionamiento es la única parte del proceso que puede hacerse antes de tener ningún componente sobre la mesa, y es la que con más frecuencia se hace en la dirección equivocada: desde un propulsor candidato hacia fuera, en lugar de desde el vehículo hacia dentro.

Definir el caso de carga antes de la lista de componentes

Enumere cada condición que el vehículo debe cumplir y, para cada una, anote la fuerza que se le opone: mantener posición frente a una corriente, transitar entre dos puntos, resistir la tracción del cable, mantener la actitud mientras un brazo o una herramienta aplica una reacción, y recuperarse de una hélice enganchada. La mayor de ellas, y no el promedio, fija el requisito de empuje. El perfil de misión importa tanto como el valor de pico, porque un vehículo que mantiene posición durante una hora hace funcionar sus propulsores de forma continua y no en ráfagas de maniobra.

Resistencia al avance por corriente y cable, no por una velocidad objetivo

La demanda de mantenimiento de posición está dominada por dos términos. El primero es la resistencia hidrodinámica del bastidor y de la carga útil, que crece con el cuadrado de la velocidad relativa del agua; el segundo es el arrastre del cable, que aumenta con la longitud del cable, con la corriente y con la catenaria que forma el propio cable. Ambos escalan con el área frontal que presenta el vehículo, y por eso un paquete de instrumentos grande puede cambiar el requisito de empuje más que un cambio de modelo de propulsor. Como la resistencia crece con el cuadrado de la velocidad, el requisito aumenta deprisa en cuanto se sube la corriente de diseño, y una pequeña reducción de la corriente de diseño aporta una reducción desproporcionada de empuje y potencia.

Del empuje total a la potencia nominal y la corriente de bus

Una vez fijado el requisito total de empuje, la potencia nominal se deduce de la banda de eficiencia que la familia alcanza realmente. En las siete unidades incluidas en ToBMS la cifra es coherente: entre unos 18.5 y 23.1 kgf de empuje máximo de amarre por kilovatio de potencia nominal, calculados a partir de los valores publicados de empuje y potencia nominal. Esa coherencia es útil: significa que el presupuesto de potencia puede estimarse solo a partir del requisito de empuje, antes de elegir un modelo, y que cualquier candidato que quede muy fuera de la banda merece una segunda mirada a cómo se citaron sus cifras.

La corriente de bus es entonces aritmética: potencia nominal dividida por la tensión de bus, en el punto de funcionamiento nominal y antes de las pérdidas del cable. Las dos clases de tensión de esta categoría dan idea de la escala: las unidades de 36 V a 360 W y 540 W consumen alrededor de 10 A y 15 A respectivamente, y la familia de 48 V va desde unos 11 A a 520 W hasta unos 27 A a 1315 W. Esas corrientes fijan la capacidad del pasamuros, la sección del cable y, en un vehículo con batería, la sección interna de la carcasa a presión.

Cuántas unidades y con qué disposición

1. Primero los grados de libertad: un vehículo con propulsores horizontales y verticales separados controla seis ejes; menos unidades cambian agilidad por masa, cableado y rutas de fallo.
2. Después el caso de fallo: un vehículo que debe completar una inmersión tras perder un propulsor necesita más unidades de las que sugiere la aritmética de empuje, porque las supervivientes tienen que absorber la parte perdida sin superar sus propios límites.
3. En tercer lugar el margen de redundancia: el empuje sobrante por unidad que queda tras una pérdida única es la medida real de lo recuperable que es el vehículo.
4. El modelo al final: con el número y la disposición ya fijados, el modelo se elige para encajar con la envolvente del bastidor y con el presupuesto de potencia.

Un ejemplo de dimensionamiento con cifras registradas

Tómese un vehículo de inspección de seis propulsores que necesita 40 kgf de empuje máximo de amarre en total, alimentado por un bus de 48 V. Con la banda de eficiencia anterior —nuestra estimación y no una cifra del fabricante— eso requiere unos 1.7 kW a 2.2 kW de potencia nominal de propulsión, lo que en un bus de 48 V supone aproximadamente de 36 A a 45 A en total. Repartido entre seis unidades, el requisito por unidad es de unos 6.7 kgf.

Dos candidatos cumplen ese requisito desde el extremo somero de la gama. El SW7, publicado con un mínimo de 7 kgf a partir de 360 W, lo cumple con un margen estrecho y consume 6 × 360 W = 2.16 kW, el extremo superior de la banda calculada, y con unos 19 kgf por kilovatio se sitúa en la parte favorable de esa banda. El DW10, publicado con 10 kgf a partir de 540 W, cumple el mismo requisito de 6.7 kgf con margen para que trabaje el lazo de control, pero consume 6 × 540 W = 3.24 kW. Elegir la unidad de 350 m cuesta por tanto unos 1.08 kW y unos 840 g de masa de propulsión adicional para el mismo requisito a nivel de vehículo. Son aritmética sobre cifras publicadas, no una recomendación: la decisión pertenece a la profundidad de la misión.

Paso 2: evaluar las tecnologías de estanqueidad y sellado

El sellado es donde se gana o se pierde un propulsor subacuático, porque es el único subsistema que se degrada de forma continua y que falla hacia una pérdida total en lugar de hacia una capacidad reducida.

El eje giratorio es la única unión móvil de la frontera de presión

Un propulsor sellado tiene una sola frontera de presión y un solo movimiento que transmitir a través de ella. Todo lo demás —uniones de la carcasa, entradas de cable, puertos de sensores— puede hacerse estático y, por tanto, sencillo. El eje de la hélice es la excepción, y es la razón por la que la tecnología de sellado del eje, y no la del motor, separa una clase de propulsor de otra.

Sellos estáticos de cara, sellos dinámicos de eje y qué tolera cada uno

Las uniones estáticas se cierran con O-ring de elastómero o juntas en una ranura retenida, y su rendimiento depende de la geometría de la ranura, del acabado superficial y de la compresión, y no del movimiento. El sellado dinámico de un eje giratorio es más difícil: el sello debe retener la presión mientras desliza contra un eje, y las dos familias habituales plantean compromisos distintos. Los retenes labiales y radiales son sencillos y compactos, pero dependen de una fina película de agua como lubricante, por lo que se desgastan y son sensibles al sedimento y al funcionamiento en seco. Los sellos mecánicos de cara hacen girar dos superficies rectificadas una contra otra y toleran mayor presión diferencial y mayor velocidad, a costa de tamaño, tolerancia de alineación y un precio más alto. Un tercer enfoque elimina la unión por completo al transmitir el par magnéticamente a través de una pared fija, lo que suprime el sello dinámico pero limita el par que el diseño puede transmitir.

Compensación de presión, llenado de aceite y qué cambian

Una carcasa sellada rígida a profundidad soporta toda la presión externa como un diferencial a través de sus paredes, lo que obliga a secciones gruesas y tapas pesadas. La compensación de presión llena el hueco con un fluido incompresible y lo comunica con el agua circundante a través de una membrana o vejiga flexible, de modo que el diferencial a través de los sellos y de la carcasa se reduce a casi cero. La ventaja es una carcasa mucho más delgada y ligera y condiciones de trabajo más suaves para los sellos. Los costes son un fluido que tiene que ser compatible con el aislamiento del bobinado y con la electrónica, una membrana que tiene que soportar la misma profundidad que la carcasa y un procedimiento de mantenimiento que hay que seguir al pie de la letra después de cualquier intervención.

Corrosión, metales distintos y ánodos galvánicos

El agua de mar es un electrolito, así que dos metales distintos cualesquiera en contacto con ella forman una celda galvánica y el menos noble se consume. Las consecuencias de diseño son prácticas y no exóticas: las carcasas suelen ser de aleación de aluminio, acero inoxidable o composite polimérico; la tornillería y los ejes se eligen para quedar próximos al metal de la carcasa en la serie galvánica; el contacto metálico entre familias distintas se rompe con arandelas o casquillos aislantes allí donde no puede evitarse; y los ánodos de sacrificio se montan en el conjunto y no en componentes individuales, de modo que el material menos noble de todo el conjunto sea el que se consume de forma deliberada.

Qué promete y qué no promete la profundidad nominal

Una profundidad nominal es una declaración sobre el sistema de sellado y la carcasa, no sobre el motor, y es la única cifra de esta categoría que no puede cambiarse después de la compra. Debe leerse como una envolvente cualificada y no como un valor de rotura: las unidades incluidas en ToBMS se publican como 0-30 m para la familia somera y 0-350 m para la familia profunda, y la distinción es un régimen de diseño, no una tolerancia. Una unidad de 30 m puede operarse a 5 m, pero una unidad de 350 m no es simplemente una unidad de 30 m reforzada: el concepto de sellado, la arquitectura de la carcasa y, en consecuencia, la masa son distintos. Al dimensionar, la envolvente de operación debe compararse con la clasificación dejando margen para el punto más profundo del plan, para una sobreprofundidad ocasional y para el transitorio de presión que acompaña a un lanzamiento o una recuperación dinámicos.

Paso 3: especificaciones del motor BLDC para entornos subacuáticos

Con el caso de carga y la frontera de presión ya fijados, el motor se elige para acoplarse a la hélice y para sobrevivir dentro de la carcasa.

kV y constante de par definen el acoplamiento con la hélice

La constante de velocidad kV y su inversa, la constante de par, describen la misma propiedad de la máquina desde dos direcciones: kV da la velocidad por voltio aplicado, y la constante de par da el par por amperio. Un propulsor subacuático hace girar despacio una hélice relativamente grande, así que quiere una máquina de kV bajo con una constante de par alta: el mismo compromiso que se ve en motores de accionamiento directo y en motores de gimbal. Elegir un motor de kV alto para la misma hélice eleva la corriente para el mismo par, lo que aumenta las pérdidas del cable y del accionamiento, añade calor dentro de una carcasa que no puede evacuarlo con facilidad y acorta la vida del inducido que el dimensionamiento debía proteger. Cuando se ofrece una gama para varios diámetros de hélice, el kV debe bajar a medida que la hélice crece, de modo que el cambio de carga se absorba eléctricamente y no mecánicamente.

Par de retención y posicionamiento a baja velocidad

El par de retención es la ondulación periódica del par producida por la interacción entre los imanes y los dientes del estator. En una hélice que gira libre se manifiesta sobre todo como ruido y como una pequeña penalización de eficiencia a baja velocidad; en un vehículo que mantiene un rumbo preciso con muy poco empuje se manifiesta como un ciclo límite: la consigna del controlador y la ondulación se combaten mutuamente. Las combinaciones de ranuras y polos, la inclinación de los imanes y el conformado del estator son las palancas habituales, y quedan fijadas en la fase de diseño, por lo que el par de retención debe tratarse como un criterio de selección y no como algo que el accionamiento pueda eliminar por ajuste.

Realimentación de posición dentro de una carcasa sellada

Los sensores Hall dan al accionamiento una posición absoluta aproximada y hacen sencillos el arranque fiable y el control a baja velocidad, a costa de un juego de sensores, un mazo de cables y un pasamuros dentro del volumen sellado. La conmutación sin sensores elimina todo eso y se apoya en la estimación de la fuerza contraelectromotriz, que funciona bien a velocidad pero se vuelve la más débil a las velocidades muy bajas en las que un vehículo de mantenimiento de posición pasa buena parte de su tiempo. En la práctica, la elección sigue al ciclo de trabajo: un vehículo que debe producir un empuje suave desde casi velocidad cero se beneficia de la realimentación, mientras que un vehículo que trabaja a velocidad se beneficia del conjunto sellado más sencillo. En cualquier caso, el propio dispositivo de realimentación es un componente dentro de la frontera de presión y está sometido al mismo entorno de corrosión y térmico que el bobinado.

Aislamiento del bobinado, relleno y la carcasa refrigerada por agua que no es opcional

El bobinado soporta su propio calor y el de la carcasa, y la única salida es la conducción. La clase de aislamiento, el relleno del bobinado y la vía térmica desde la ranura hasta la carcasa importan por tanto más de lo que importarían en una máquina refrigerada por aire, y la carcasa que evacúa el calor es al mismo tiempo la pieza que resiste la presión. Por eso un cambio de material o de espesor de pared de la carcasa es también un cambio de selección de motor, además de un cambio mecánico, y por eso la corriente continua admisible debe tomarse del fabricante para el conjunto sellado y no de una curva de motor desnudo.

Qué cifras se publican para esta familia

Los registros de ToBMS para esta clase de aplicación recogen las cifras a nivel de sistema que un diseñador de vehículos necesita en primer lugar: empuje máximo de amarre, potencia nominal, tensión nominal, masa, envolvente y profundidad nominal, y son las cifras que hay detrás de la comparación de Propulsor para ROV más abajo. Cuando un proyecto necesita los datos más profundos de la máquina —kV, resistencia de fase, constante de par, constante de tiempo térmica—, estos proceden de la documentación de producto del propio fabricante para el modelo concreto, y deben tomarse modelo por modelo en lugar de inferirse de la familia. Las cifras de selección y los datos de máquina responden a preguntas distintas, y confundirlos es la vía habitual hacia una hélice mal acoplada.

Paso 4: diseño de la hélice y del conducto Kort

La hélice es donde la entrada eléctrica se convierte en empuje y, en esta clase de aplicación, casi siempre va encerrada en un conducto.

Por qué los propulsores subacuáticos van con conducto

Un conducto, también llamado conducto Kort, es un anillo de perfil aerodinámico alrededor de la hélice. Produce empuje adicional propio a bajas velocidades de avance y mejora el flujo hacia las palas, lo que eleva el empuje máximo de amarre (bollard pull) —el empuje a velocidad cero sobre el que se construye el cálculo de dimensionamiento— para un diámetro de pala y una potencia dados. El compromiso está en el otro extremo de la envolvente: la resistencia propia del conducto crece con la velocidad, así que un propulsor con conducto es más eficiente a baja velocidad y menos eficiente a alta velocidad de tránsito que una hélice libre del mismo diámetro. Para un ROV de mantenimiento de posición es un compromiso favorable; para un AUV de estudio de largo alcance que navega de forma continua en crucero, no lo es, y por eso tanto los propulsores con conducto como las hélices libres siguen existiendo en el campo.

Geometría del conducto: hueco, cuerda y el compromiso frente a la velocidad máxima

El perfil interior del conducto, su cuerda respecto a la cuerda de la pala y el juego en la punta entre la punta de la pala y el interior del conducto gobiernan cuánta sustentación del conducto llega al flujo como empuje útil. El juego en la punta es el más sensible de los tres: si es demasiado grande, el vórtice de punta se fuga por el hueco y se pierde la contribución del conducto, además de añadir ruido; si es demasiado pequeño, el conjunto se vuelve intolerante a los residuos, al crecimiento térmico y a la variación de fabricación. La cuerda del conducto fija el equilibrio entre empuje a baja velocidad y resistencia a alta velocidad, de modo que la misma hélice en dos conductos distintos son dos propulsores distintos. Nada de esto puede reajustarse en una unidad sellada en campo, y esa es una de las razones por las que la envolvente de montaje —el diámetro y la longitud registrados del conjunto— pertenece a la especificación junto con el empuje y la potencia.

Número de palas, paso y perfiles bidireccionales

Como estas unidades son bidireccionales, el perfil de la pala tiene que funcionar con el flujo que llega desde cualquiera de los dos lados. Los perfiles simétricos o casi simétricos lo consiguen con una pequeña penalización de eficiencia máxima respecto a un perfil curvado optimizado para un solo sentido, que es el compromiso aceptado para un vehículo que necesita empuje inverso para frenar y para salir de un espacio confinado. El número de palas cambia suavidad por resistencia y peso, y el paso es la elección más influyente de todas: un paso grande favorece la marcha a alta velocidad y un paso fino favorece el empuje de amarre, exactamente igual que en cualquier hélice. La cifra publicada de empuje máximo de amarre es el resultado de las tres decisiones, y por eso una cifra de empuje debe leerse como un resultado de sistema y no como un valor nominal de motor.

Cavitación, profundidad y los límites de una curva de empuje

La cavitación se produce donde la presión local sobre la superficie de la pala cae por debajo de la presión de vapor del agua, y destruye el empuje además de erosionar la pala. Dos variables gobiernan la proximidad de un propulsor a esa condición: la carga de la pala, que aumenta con el empuje por unidad de área de pala, y la presión ambiente, que aumenta con la profundidad. La consecuencia merece decirse de forma explícita para el trabajo con ROV: un propulsor con conducto tolera mejor la cavitación a 300 m que a 3 m, porque la presión circundante suprime las cavidades de vapor que una marcha en aguas someras a la misma potencia permitiría formar. También significa que una curva de empuje medida en un tanque cerca de la superficie no es automáticamente una descripción conservadora de la misma unidad a profundidad: la medición somera es el caso más difícil, y es el caso que debería cualificarse para el trabajo de inspección en aguas someras, donde el vehículo opera a pleno empuje en unos pocos metros de agua.

Paso 5: integración de los controladores electrónicos de velocidad (ESC)

En esta clase de aplicación el accionamiento no es una caja aparte. Está dentro de la frontera de presión, lo que cambia tanto lo que puede hacer como lo que significan sus límites.

Por qué el accionamiento va dentro de la frontera de presión en esta familia

ToBMS registra esta clase de aplicación como propulsores sellados con ESC integrado y accionamiento bidireccional, lo que sitúa la electrónica de conmutación en la misma carcasa que el motor y elimina la necesidad de un pasamuros independiente, de un recinto sellado aparte y de un cableado de fases que tenga que cruzar la frontera. El lado del vehículo en la interfaz pasa a ser un par de potencia y un enlace de consigna en lugar de tres conductores de fase y un mazo de sensores de posición. La consecuencia de diseño es que el accionamiento tiene que sobrevivir al mismo entorno térmico y de presión que el bobinado, y que los límites de corriente y térmicos de la unidad describen el conjunto completo.

Conmutación a baja velocidad y en ambos sentidos

La estrategia de conmutación es una decisión de sistema, no un detalle del accionamiento. La conmutación con sensores da al controlador una referencia de posición a velocidad cero, lo que hace alcanzable un empuje suave desde el reposo y predecible el par de arranque. La estimación sin sensores depende de la fuerza contraelectromotriz y, por tanto, de la velocidad, así que una unidad sin sensores a la que se pide mantener un empuje muy bajo contra una corriente opera en la región donde su estimación es más débil. El funcionamiento bidireccional añade un segundo requisito: la inversión tiene que hacerse con rampa y no por conmutación, porque una hélice y una columna de agua arrastrada representan una inercia grande y una consigna escalón se encontrará con un pico de corriente. Ambos comportamientos pertenecen a los criterios de aceptación del vehículo, no a la ficha técnica del propulsor.

Limitación de corriente, reducción térmica y comportamiento en bloqueo

La pregunta de protección más habitual es qué ocurre cuando la hélice deja de girar: un cable enganchado alrededor del cubo, algas o un bloque de sedimento. Un BLDC bloqueado se comporta como una resistencia de valor bajo, así que la corriente la limita el accionamiento y no la carga, y la respuesta del accionamiento decide si la unidad sobrevive. Un comportamiento útil es un límite de corriente programable que reduzca rápidamente, un modelo térmico que reduzca la corriente continua a medida que la carcasa se calienta y un fallo notificado sobre el que el sistema de control del vehículo pueda actuar, normalmente invirtiendo brevemente para despejar la obstrucción en lugar de empujar más. Un accionamiento que restablece la salida completa tras cada bloqueo, sin reducción y sin telemetría, convierte una obstrucción recuperable en un bobinado fundido.

Interfaz de control, telemetría y ruido del cable

Una vez que el accionamiento está dentro de la carcasa sellada, las únicas señales que cruzan la frontera viajan por el cable umbilical, y los cables largos en agua de mar son un entorno eléctricamente ruidoso. La señalización diferencial, el aislamiento galvánico y un esquema de tramado robusto en el enlace de consigna importan más que el ancho de banda bruto, y la lógica pull-up o push-pull gobernada a lo largo de metros de cable es una fuente habitual de fallos intermitentes que solo aparecen a profundidad y solo con cables largos. La telemetría es la otra mitad: la consigna de empuje, la corriente de bus, la temperatura y el estado de fallo son los valores que permiten a un operador distinguir una hélice enganchada de un pasamuros que falla durante una inmersión, y no después.

Las 3 causas principales de fallo en los propulsores para ROV (y cómo evitarlas)

Los fallos en servicio se concentran en tres puntos. Ninguno de ellos es un fallo del motor, y eso es lo que conviene llevarse a una revisión de especificación.

1. Entrada de agua por el retén del eje

Un sello dinámico es la única pieza de desgaste de la frontera de presión, y se degrada en proporción al sedimento, la arena y los residuos en suspensión con los que trabaja el vehículo. El síntoma suele ser gradual —aumento de la fuga de aislamiento, después conmutación errática y por último una unidad muerta—, lo que hace fácil atribuirlo a la electrónica.

• Ajustar el concepto de sellado al entorno de trabajo y no solo a la profundidad; un puerto abrasivo y cargado de sedimento castiga más un retén labial que una columna de agua profunda y limpia.
• Proteger el sello de la propia corriente de residuos de la hélice y mantener los ánodos de sacrificio cerca del eje y de los herrajes del sello, para que la carcasa del sello no sea el metal que se corroe.
• Inspeccionar y renovar los sellos dinámicos según un intervalo fijado por las horas de funcionamiento en sedimento y no por el tiempo de calendario, y considerar cada apertura de la carcasa como un motivo para sustituirlos.
• Registrar la resistencia de aislamiento como parte de una comprobación previa a la inmersión, para que la tendencia de degradación sea visible antes de que el fallo se convierta en una inundación.

2. Enganche, bloqueo y límite de corriente alcanzado

Las hélices en el agua recogen cosas: cable, sedal de pesca, algas, sedimento removido por los propios propulsores. Una hélice enganchada se bloquea, el accionamiento entrega su límite de corriente a un rotor casi parado y el bobinado se calienta sin flujo de aire y sin flujo de agua sobre la carcasa, porque el vehículo ya no se mueve.

• Fijar un límite de corriente del accionamiento que el conjunto sellado pueda mantener indefinidamente, y exigir una reducción automática en lugar de un disparo enclavado.
• Incluir una inversión breve en la respuesta estándar ante una obstrucción; una unidad bidireccional suele poder despejar su propio cubo sin salir a superficie.
• Mantener informado al sistema de control del vehículo del fallo, para que el empuje pueda redistribuirse a las unidades restantes en lugar de mantenerse en la bloqueada.
• Diseñar la disposición de los propulsores de modo que las unidades no soplen sedimento directamente hacia los conductos de las demás en espacios confinados: la fuente de enganche suele ser el propulsor vecino.

3. Fallos de conectores y entradas de cable

El pasamuros es el segundo cruce de la frontera de presión en un propulsor sellado y, en vehículos con cable, es donde coinciden a la vez la carga mecánica, el agua y los metales distintos. La tracción del cable aplicada a un conector, un pasamuros mal asentado y un conector húmedo acoplado en campo son las tres causas más frecuentes.

• Aliviar la tracción del cable en el bastidor, de modo que ninguna tensión llegue al pasamuros ni al cuerpo del conector.
• Mantener el número de pasamuros tan bajo como permita la arquitectura; cada pasaje añadido es otra interfaz de sellado y otro par galvánico.
• Elegir conectores de acoplamiento húmedo solo donde el acoplamiento en el agua sea realmente necesario; un conector de acoplamiento seco protegido por un latiguillo con alivio de tracción es más fiable cuando el vehículo siempre se recupera antes de intervenir.
• Comprobar la profundidad y la corriente nominales del propio conector frente al peor caso del vehículo, y no frente al punto de funcionamiento típico del propulsor.

Los siete propulsores para ROV listados en ToBMS, como un único conjunto de especificaciones

La tabla recoge las unidades incluidas actualmente en la aplicación Propulsor para ROV, ordenadas por empuje máximo de amarre publicado. El empuje es la cifra máxima de amarre, la potencia es la cifra nominal a la tensión de bus indicada y la envolvente es el diámetro y la longitud registrados de la carcasa.

Empuje máximo de amarre medido a velocidad de avance nula, potencia nominal a la tensión de bus indicada, profundidad nominal, envolvente y masa según lo publicado por el fabricante. Las cifras de empuje de la serie SW se publican como mínimos y no como valores exactos, y por eso aparecen con el prefijo "≥".

Leídas como un solo conjunto, las siete unidades describen una escalera de empuje de 7 a 25 kgf atravesada por dos clases de profundidad. El empuje por unidad de masa sube con el tamaño —unos 10.0 kgf/kg en el SW7 de 700 g, unos 11.9 kgf/kg en el DW10 y el DW15, y unos 14.0 kgf/kg en el DW25 de 1790 g— porque una carcasa más grande soporta su estructura resistente a la presión y su conducto con más eficiencia que una pequeña. Para un bastidor con una envolvente de montaje fija, ese gradiente es el argumento a favor de la unidad más grande que la estructura pueda admitir, siempre que el presupuesto de potencia y el caso de fallo lo permitan.

El empuje por kilovatio es la curva más plana y la cifra de planificación más útil: las siete unidades se sitúan entre 18.5 y 23.1 kgf por kilovatio, todas calculadas a partir de los valores publicados de empuje y potencia nominal. Dos unidades comparten el mismo bus de 36 V con tamaños distintos —el SW7 a 360 W y el DW10 a 540 W— y cinco comparten 48 V, de 520 W a 1315 W. Como la banda de eficiencia es estrecha, el presupuesto de potencia de un vehículo puede estimarse a partir de su requisito de empuje antes de seleccionar ningún modelo, y la elección entre familias se reduce entonces a profundidad, envolvente y masa, en lugar de a la búsqueda de una unidad más eficiente.

Las dos clases de profundidad no son un orden de tamaño. La familia SW va de 7 a 17 kgf con 700 a 1350 g, y la familia DW de 10 a 25 kgf con 840 a 1790 g, de modo que las familias se solapan en casi todo el rango de empuje y la diferencia a un empuje dado es la masa que cuesta el régimen de sellado más profundo. Entre el DW10 y el SW7 el solapamiento es directo: con un empuje comparable, la unidad de 350 m pesa más y consume más potencia para el mismo trabajo. Si eso merece la pena pagarlo depende enteramente de si la misión supera alguna vez los 30 m, una pregunta que, como expone el apartado de sellado anterior, ha de responderse antes de dibujar el bastidor y no después.

Qué aporta cada familia a nivel de vehículo

Ambas familias están registradas como unidades selladas con ESC integrado y accionamiento bidireccional, así que la diferencia entre ellas es el régimen de presión y todo lo que se deriva de él.

Las tres de 30 m: de 700 g a 1350 g

La familia somera es la opción más ligera para cualquier empuje dado y cubre las clases de vehículo que nunca salen de la parte alta de la columna de agua: trabajo en tanque y canal, inspección de puertos y ríos, acuicultura y estudio en aguas someras. El SW7 es el punto de entrada, con un mínimo publicado de 7 kgf a partir de 360 W en un bus de 36 V y una carcasa de Ø100 × 125.5 mm y 700 g; su consumo de corriente moderado mantiene sencillos los requisitos de pasamuros y cable en un micro-ROV cuyo cable puede ser la carga eléctrica dominante. El SW12 pasa a un bus de 48 V con un mínimo publicado de 12 kgf a partir de 520 W en una unidad de Ø130.6 × 151.5 mm y 1180 g, que es el escalón de tensión que hace viables cables más largos. El SW17 es la unidad de aguas someras más grande, con un mínimo publicado de 17 kgf a partir de 870 W, en el mismo diámetro de 130.6 mm pero 12 mm más larga y 170 g más pesada que el SW12: el punto en el que la rigidez del bastidor y los herrajes de montaje pasan a formar parte de la decisión del propulsor.

Las cuatro de 350 m: de 840 g a 1790 g

La familia profunda soporta el régimen de presión que exigen el trabajo de inspección, estudio e intervención en alta mar, y su miembro más ligero es el que cambia la forma de la especificación de un vehículo pequeño. El DW10 entrega 10 kgf a partir de 540 W en una carcasa de Ø100 × 148 mm y 840 g: una clasificación de 350 m con aproximadamente la masa y el diámetro de la unidad somera de 7 kgf, a cambio de 180 W y un consumo de corriente mayor en el bus de 36 V. El DW15 y el DW20 cubren la parte media de la gama con 15 kgf y 20 kgf a partir de 750 W y 910 W respectivamente, en carcasas de Ø130.6 × 174.5 mm y Ø152 × 182 mm. El DW25 corona el conjunto con 25 kgf a partir de 1315 W en una unidad de Ø152 × 191 mm y 1790 g, y es el que tiene la relación empuje-masa más alta del grupo, en torno a 14.0 kgf/kg. El fabricante publicó para él un vídeo de presentación específico, incluido a continuación.

Dónde se solapan las dos familias en empuje

El solapamiento es la parte de la gama donde la decisión de ingeniería ocurre de verdad. Con unos 10 kgf, la elección es entre una unidad profunda de 36 V y una unidad somera de 36 V que difieren sobre todo en masa y corriente; de 12 a 17 kgf, la familia somera compite en masa con unidades profundas de empuje similar; y por encima de 17 kgf, la familia profunda es la única opción de este conjunto. Leído junto al ejemplo de dimensionamiento del Paso 1, la regla práctica es que la familia la elige la profundidad de la misión y el modelo el requisito de empuje: invertir ese orden produce o bien masa de sellado sobrante, o bien una envolvente de operación que hay que respetar durante toda la vida del vehículo.

Dónde acaban trabajando estos propulsores

Cada unidad de esta clase de aplicación está asociada en ToBMS a la misma aplicación, lo que refleja lo específico de la tarea: la aplicación Propulsor para ROV abarca vehículos para los que la propulsión es la restricción principal de diseño y no un accesorio.

Vehículos de inspección y observación

Los vehículos de clase inspección mantienen posición frente a una corriente mientras un operador estudia una estructura, un casco o una tubería, lo que significa que sus propulsores funcionan de forma continua y no en ráfagas de maniobra. El ciclo de trabajo continuo es lo que convierte la vía térmica a través de la carcasa en la restricción determinante, y es el ciclo en el que la banda de eficiencia más importa: una unidad que produce más empuje por kilovatio deja más potencia disponible para iluminación, cámaras y sensores.

Vehículos de clase trabajo e intervención

El trabajo de intervención añade una carga de reacción que no tiene nada que ver con el flujo de agua: un manipulador que empuja contra una estructura empuja el vehículo hacia atrás, y el conjunto de propulsores tiene que mantener la actitud mientras lo hace. Ese requisito se cubre con margen de empuje distribuido entre más unidades y no con unidades más grandes, y es ahí donde el caso de fallo de la decisión de disposición se convierte en el término dominante. La clase de profundidad se decide aquí: el trabajo de intervención en alta mar es la razón de que exista la familia de 350 m, y la masa adicional por unidad es el precio de ese régimen.

AUV, híbridos y plataformas con batería

Un vehículo que lleva su propia batería tiene que llevarla dentro de una carcasa apta para presión, lo que convierte la arquitectura de tensión en una decisión de masa además de eléctrica: un bus más alto consume menos corriente para una potencia dada, lo que significa conductores más finos dentro de la carcasa y un pasamuros más pequeño. Las unidades de 48 V de este conjunto cubren de 520 W a 1315 W, así que un vehículo con batería y una disposición de varias unidades suele diseñarse en torno a ese bus. Cuando el mismo vehículo funciona además con cable durante largos periodos de mantenimiento de posición, la arquitectura con conducto y bidireccional de estas unidades sirve para ambos modos sin cambiar el hardware.

Trabajo en aguas someras y en tanque

El trabajo en piscina, canal, puerto y río es donde la familia somera es la respuesta correcta y no un compromiso, y es también el régimen en el que el comportamiento frente a la cavitación merece atención por un motivo distinto: la presión ambiente es mínima en los primeros metros, así que una hélice con conducto a plena potencia cerca de la superficie opera en el punto más próximo a su límite de cavitación. Eso convierte el servicio somero en un caso más difícil de cualificar que uno profundo, y es un argumento para conservar margen de empuje en el extremo somero de la envolvente en lugar de gastar todo el presupuesto en capacidad de mantenimiento de posición a profundidad.

Preguntas frecuentes

Recursos oficiales

CubeMars publica documentación de producto que abarca las gamas de propulsores SW y DW, reunida en la sección Recursos de la plataforma, y cada modelo tiene una página de producto oficial con su especificación completa, su curva de rendimiento y su plano de montaje: la gama de propulsores subacuáticos es el punto de entrada. El fabricante sigue siendo la fuente de referencia para las curvas de empuje, las especificaciones de sellado, la cualificación en presión y la configuración del accionamiento; ToBMS mantiene la capa de descubrimiento con capacidad de búsqueda y comparación.

A dónde ir después

La contrapartida a nivel de componente de esta guía es Propulsores submarinos: empuje, potencia y profundidad nominal, que toma las siete unidades de la categoría Propulsores submarinos modelo por modelo y compara sus cifras publicadas entre sí. Esta guía parte de un nivel más externo, del caso de carga y del régimen de presión del vehículo, y llega a las mismas siete unidades por una ruta distinta, algo útil cuando la pregunta es qué necesita el vehículo y no qué modelo es más grande, y cuando la preselección tiene que salir de la aplicación Propulsor para ROV y no de una sola familia de modelos.

Para preseleccionar en lugar de investigar, las herramientas de la plataforma funcionan en secuencia: filtrar candidatos por empuje, tensión, masa y profundidad en Selección y después enfrentarlos entre sí en Comparar productos. Cuando se necesita la misma arquitectura sellada para una unión giratoria en lugar de para propulsión, la categoría Actuadores robóticos cubre esa gama.

La versión breve: fijar primero el caso de carga y el régimen de presión, porque ninguno de los dos puede cambiarse después de dibujar el bastidor; convertir el requisito de empuje en potencia y corriente usando la banda de 18.5 a 23.1 kgf por kilovatio; y dejar después que la envolvente, la masa y el caso de fallo elijan entre las familias de 30 m y 350 m y entre los modelos que hay dentro de ellas. El sellado, el conducto y la electrónica de accionamiento son consecuencias de esas tres decisiones, no elecciones independientes, y los tres modos de fallo que dominan en el campo están todos en la frontera de presión, que es exactamente donde debería terminar una revisión de especificación.