La propulsión CODAG en los buques de guerra

La propulsión ha evolucionado desde los sistemas de vela y vapor, a los motores diésel y turbinas modernas, incorporando configuraciones combinadas para optimizar el rendimiento. Las plantas actuales permiten equilibrar eficiencia económica en régimen crucero con alta potencia puntual, minimizando así el impacto en espacio, peso y mantenimiento a bordo.

A diferencia de los buques mercantes, los buques de guerra deben cumplir su misión en cualquier situación, por lo que deben estar preparados para tal objetivo. Por este motivo y con la normativa existente, el diseño de los buques militares busca soluciones que doten a la nave de ciertas características tales como: gran maniobrabilidad, mayor potencia y velocidad que los buques convencionales, y disposición y redundancia que permita mantener la operatividad del buque en condiciones de avería.

La selección de la planta propulsora en una fragata no depende únicamente de la potencia instalada o del consumo de combustible. También influyen características tales como la velocidad máxima, la autonomía, el volumen ocupado, la integración con los sistemas del buque, y la capacidad de respuesta ante situaciones de alta exigencia.

La clase de fragatas españolas F-100 emplea una planta CODOG (Combined Diesel Diesel or Gas), basada en motores diésel para navegación económica, y turbinas de gas para alcanzar altas velocidades. Por su parte la clase F-110 actualmente en construcción, utilizará la planta CODELAG (Combined Diesel Electric and Gas), que combina motores diésel-eléctricos y turbina de gas. Esta solución prioriza el sigilo para la guerra antisubmarina, y la alta velocidad cuando sea necesaria.

La selección de la planta propulsora no solo influye en el rendimiento del buque, sino también en su autonomía, eficiencia energética y capacidad de respuesta en situaciones de combate. En este sentido, los avances tecnológicos han permitido el desarrollo de distintos tipos de sistemas de propulsión, desde los tradicionales motores diésel y turbinas de gas hasta sistemas híbridos y eléctricos que optimizan el consumo de combustible y reducen la firma acústica del buque.

El desafío técnico de los buques modernos radica en alcanzar velocidades de tránsito eficientes sin penalizar la capacidad de alcanzar velocidades máximas elevadas. Mientras que un sistema puramente diésel es altamente eficiente en navegación de patrulla, carece de la potencia específica necesaria para el combate rápido. Por el contrario, una propulsión basada únicamente en turbinas de gas es extremadamente ligera y potente, pero su elevado consumo de combustible a carga parcial limita severamente el radio de acción. La arquitectura naval ha respondido a esta dicotomía mediante el desarrollo de plantas combinadas, que permiten integrar las fortalezas de diferentes fuentes de energía bajo un mismo control centralizado.

El sistema CODAG (Combined Diesel And Gas) emerge como una solución idónea para buques que demandan una velocidad de crucero moderada (18-20 nudos) y una máxima superior (30 nudos o más). Consiste en motores diésel para navegación eficiente y una turbina de gas que se acopla para un impulso (boost) de potencia, transmitida mediante una compleja caja reductora multi velocidad y hélices de paso variable.

Esta configuración destaca en fragatas, corbetas y patrulleros por su flexibilidad: reduce la huella térmica (al priorizar el uso del diésel en modo principal), ofrece redundancia ante averías, y alta capacidad de aceleración. Ejemplos pioneros de este tipo de barcos son las fragatas clase Köln de la Marina alemana (1961), que marcaron el inicio de su uso militar, estableciendo un estándar técnico que ha evolucionado hacia las actuales unidades multipropósito.

El diseño de la planta propulsora de un buque de guerra no responde únicamente a la necesidad de desplazamiento, sino a una compleja optimización de variables operativas.

Una unidad militar debe cumplir con un perfil de misión que abarca desde la patrulla de larga duración, donde la prioridad es la autonomía y la reducción del consumo, hasta el combate o la interceptación, donde se exige una respuesta dinámica inmediata y potencia máxima sostenida.

La planta propulsora debe satisfacer tres requisitos fundamentales:

• Autonomía y eficiencia: capacidad de permanecer en la zona de operaciones durante semanas con un consumo de combustible optimizado.

• Prestaciones de combate: capacidad de alcanzar velocidades punta superiores a los 28-30 nudos, necesarias para maniobras tácticas.

• Fiabilidad y redundancia: capacidad de mantener la propulsión incluso tras fallos parciales en uno de los motores, garantizando la supervivencia del buque.

El comportamiento del buque está determinado por la curva de resistencia al avance, que crece de forma no lineal (potencialmente de manera cuadrática o cúbica) con la velocidad. Esta exigencia impone una barrera insalvable para una propulsión convencional diésel a altas velocidades. Mientras que a velocidades de crucero el rendimiento propulsivo del diésel es insuperable, al aproximarse a la velocidad de diseño del casco, las demandas de potencia aumentan drásticamente, obligando a la integración de turbinas de gas para evitar el sobredimensionamiento de los motores diésel, que serían ineficientes en condiciones de vigilancia.

El sistema CODAG (Combined Diesel And Gas) integra motores diésel para regímenes de crucero y turbinas de gas para altas prestaciones. La característica fundamental de este sistema radica en su capacidad para sumar la potencia de ambos tipos de motores mediante una caja de engranajes combinada.

El principio de funcionamiento se basa en tres modos operativos principales:

• Navegación diésel (crucero): se emplean únicamente los motores diésel, trabajando en su rango óptimo de revoluciones y consumo. Es el modo utilizado en el 80-85% del tiempo operativo del buque.

• Navegación combinada (CODAG): cuando se requiere un incremento de velocidad, la turbina de gas se arranca y se acopla a la línea de ejes. La potencia total instalada es la suma de ambos sistemas, proporcionando un empuje extra necesario para alcanzar la velocidad máxima del buque.

• Redundancia operativa: mediante el uso de cajas de conexión cruzada, es posible que un solo motor diésel mueva ambos ejes propulsores en caso de avería, garantizando la capacidad de gobierno y la seguridad de la plataforma.

Con la propulsión CODAG se disponen dos máquinas para accionar el eje, tanto independientes como conjuntamente, y se opera con motor diésel a baja/media velocidad. De esta manera se permite utilizar toda la potencia instalada de forma simultánea. Una planta combinada tipo CODAG permite aprovechar las ventajas de la planta CODOG y además toda la potencia instalada de forma simultánea.

Los motores diésel actúan como el núcleo del modo crucero, optimizados para un rendimiento constante. Suelen ser motores de 4 tiempos, de velocidad media (500-1500 rpm) o alta (>1500 rpm), seleccionados por su excelente relación potencia-peso. Un motor diésel naval moderno en configuración CODAG opera en su zona de máxima eficiencia entre el 75% y el 85% de su carga nominal.

Entre sus ventajas destaca: bajo consumo de combustible, alta fiabilidad y capacidad de operar en solitario (modo patrulla), lo que reduce la firma infrarroja del buque. Y entre las desventajas: mayor volumen y peso comparado con las turbinas de gas para la misma potencia máxima.

La turbina de gas es la responsable de proporcionar el empuje necesario para las maniobras de alta velocidad. Son máquinas aeroderivadas (adaptadas de propulsores de aviación) caracterizadas por su ligereza y capacidad de arranque rápido. Alcanzan altas revoluciones y temperaturas de gases de escape superiores a los 550°C. El modelo GE LM2500 es el estándar global en fragatas modernas debido a su probada fiabilidad y facilidad de mantenimiento. A diferencia de las versiones aéreas, las turbinas marinas deben incluir un encapsulamiento para reducir drásticamente el ruido.

La caja combinada es, posiblemente, el componente de mayor complejidad técnica en el sistema CODAG. Su función consiste en integrar potencias provenientes de fuentes con velocidades de rotación muy distintas y asegurar que se transmitan a las hélices de forma suave.

El sistema CODAG requiere el uso de hélices de paso controlable para ser efectivo. Al cambiar el ángulo de las palas de la hélice, el buque puede variar su velocidad manteniendo las revoluciones de los motores constantes.

Es vital que durante la transición del modo diésel al modo combinado el sistema de control hidráulico del buque ajuste el paso de la hélice en milisegundos para evitar que el motor diésel sufra un sobreesfuerzo al acoplar la turbina.

La arquitectura de una planta CODAG sigue una lógica de integración en la que la caja reductora central actúa como el ‘cerebro’ mecánico. En una disposición típica de doble eje, en la que cada eje cuenta con su propia línea de propulsión, pero el sistema permite la intercomunicación entre ellas. La potencia del diésel llega al eje mediante acoplamientos hidráulicos que absorben las vibraciones, mientras que la turbina de gas se conecta a través de un embrague de alta velocidad que permite su conexión o desconexión en carga.

El control de este flujo de potencia se realiza mediante un sistema de gestión automatizada (PLC) que monitoriza en tiempo real la demanda de potencia del puente (traducida en pasos de hélice y revoluciones de motor), y el par motor (monitorización de los límites mecánicos para evitar fatiga en los engranajes).

El diseño moderno no se limita a la solución mecánica. Las nuevas tendencias apuntan hacia la ‘Propulsión Eléctrica Integrada (IPAS)’. En este diseño, los motores diésel actúan principalmente como generadores eléctricos que alimentan tanto los servicios del buque como a los motores eléctricos de propulsión. La turbina de gas se reserva para el impulso de alta potencia, transformando el CODAG tradicional en un CODLAG (Combined Diesel-Electric and Gas). Esta evolución permite una gestión mucho más precisa de la carga de los motores, eliminando el consumo ineficiente en condiciones de baja velocidad.

La selección de la planta propulsora no debe abordarse como una decisión única y cerrada, sino como una evaluación flexible de las distintas opciones disponibles, en función del tipo de buque, su perfil operativo y las prioridades del proyecto. Cada tecnología presenta ventajas particulares que pueden resultar más o menos adecuadas según las condiciones específicas de operación, y es precisamente en ese equilibrio donde reside la clave del diseño.

Tras el análisis técnico y operativo realizado, se extraen las siguientes conclusiones fundamentales sobre la aplicación del sistema propulsivo CODAG (Combined Diesel and Gas) en el ámbito naval militar:

• El equilibrio óptimo de la plataforma: el sistema CODAG se ha consolidado como la solución más equilibrada para fragatas y corbetas de desplazamiento medio. Su capacidad para combinar la eficiencia de los motores diésel en regímenes de crucero con la potencia bruta de las turbinas de gas durante maniobras tácticas permite una flexibilidad operativa superior a la de los sistemas propulsivos puramente diésel o puramente basados en turbinas.

• Eficiencia operativa probada: la capacidad de operar aproximadamente el 85% del tiempo útil con un único motor diésel no solo maximiza la autonomía de la unidad, sino que reduce significativamente la huella infrarroja y el coste de ciclo de vida del buque, posicionándolo como una opción económicamente viable frente a configuraciones más costosas de doble turbina (CODOG).

• Complejidad mecánica y mantenimiento: si bien la caja de cambios combinada representa el desafío técnico más importante, los avances en la integración de controles digitales (PLC) y la estandarización de componentes (como el modelo de turbina LM2500) han logrado reducir drásticamente el impacto de esta complejidad, haciendo del CODAG un sistema maduro, fiable y ampliamente adoptado.

• Hacia la sostenibilidad: el futuro de la propulsión combinada no supone el fin del CODAG, sino su evolución. La transición hacia sistemas híbridos (CODLAG) y la compatibilidad de las turbinas con combustibles sintéticos y el hidrógeno, permiten augurar que el sistema seguirá siendo una gran opción durante las próximas décadas, adaptándose a las exigencias de reducción de emisiones, sin renunciar a la superioridad táctica.

En resumen, la elección de un sistema CODAG es una decisión de ingeniería que prioriza la versatilidad táctica y la eficiencia de misión. Para armadas modernas, el CODAG no es solo una planta propulsora, sino un activo estratégico que permite que el buque sea capaz de cumplir con todo el abanico de misiones, desde la vigilancia económica hasta la proyección de fuerza rápida.