Motores Diesel. IMO II a la vista. Los desarrollos de MAN para reducir las emisiones de NOx.

Se trata de modificar las características básicas del motor como inyección de combustible, turbocompresión, regulación, timing de válvulas, etc., con el objeto de reducir las emisiones a la atmósfera.

Man Diesel, dentro de su programa I+D, ha conseguido alcanzar una elevada densidad de potencia y una considerable reducción de consumo de combustible y de las emisiones de NOx en los gases de escape, en el diseño de su último motor de cuatro tiempos.

La clave: la aplicación de “métodos primarios” de reducción de emisiones.

Esto consiste en modificar las características básicas del motor (inyección de combustible, turbocompresión, regulación, timing de válvulas, etc.)

Su variación influye en el proceso de combustión y, por lo tanto, en el rendimiento, consumo de combustible y producción de emisiones nocivas de los gases de combustión. Al actuar sobre partes integrantes del motor, no implica ni trabajo extra para el operador ni uso de equipos adicionales u otros consumibles.

Todas las legislaciones sobre reducción de emisiones prestan especial atención a los óxidos de nitrógeno (NOx) formados, en más del 90%, por las elevadas temperaturas que se alcanzan durante la combustión.

El objetivo de Man Diesel es, a través de los métodos primarios, eliminar estas zonas en la cámara de combustión sin incurrir en penalizaciones por elevado consumo de combustible y, si es posible, mejorar la eficiencia del combustible.

En estos últimos años, la adopción de métodos primarios que combinan una temperatura de combustión menor, temperaturas más homogéneas en la cámara de combustión y el enfriamiento del aire de combustión que entra en el cilindro, ha permitido a Man Diesel el desarrollo de motores con emisiones de NOx progresivamente menores.

Para mejorar la mezcla del aire-combustible, las medidas incluyen mejora de la geometría de la corona del pistón, reducción de la formación de vórtices a la entrada de la cámara de combustión, aumento de los ratios de compresión y presiones de inyección, así como mejora del pulverizado del inyector.

Las medidas para reducir las temperaturas de combustión incluyen una revisión del “timing” de la inyección, mejora del enfriamiento del aire de carga y combinación del “timing” de válvulas en ciclo Miller revisado, alta eficiencia y alta presión de turbocompresión.

Según explica la compañía, los puntos clave para lograr estas reducciones de NOx, a las que se unen una mayor potencia y un menor consumo de combustible, han sido las mejoras en la interacción de diversas medidas gracias a un control electrónico avanzado y una mayor intensificación del Ciclo Miller, que ha sido posible con la introducción de la turbosoplante en dos etapas, proporcionando relaciones de presión de hasta 7:1.

El Ciclo Miller supone el cierre temprano de la válvula de admisión haciendo que el aire que entra en el cilindro se dilate y se enfríe y consecuentemente se reduzcan las temperaturas punta durante la combustión.

Sin embargo, un tiempo de admisión más corto podría conducir a que entrase menos aire de combustión en el cilindro, resultando menor potencia y par motor.

Para contrarrestar este efecto, la presión más elevada de la turbsoplante asegura que una cantidad de aire igual, o incluso mayor en el caso del nuevo paquete tecnológico Man Diesel, puede entrar en el cilindro en el menor tiempo disponible.

Durante las pruebas con Ciclo Miller intensivo en condiciones de plena carga y presiones de la turbosoplante de 6.5 hasta 7, Man Diesel ha obtenido reducciones del NOx de más del 30%, reducciones en el consumo de combustible de hasta el 8% y un aumento del 15% en el rendimiento de potencia específica.

Con objetivo de cubrir un amplio abanico de aplicaciones, MAN Diesel está desarrollando dos versiones del ciclo Miller basadas en diferentes paquetes tecnológicos.

Una versión con “timing” fijo de válvulas, turbosoplante de área variable de dos etapas e inyección de combustible tradicional que cubrirá las aplicaciones de generación de energía de carga base o continua.

Y otra versión del ciclo Miller para demandas variables de carga y “timing” de válvulas también variable según la carga, para aquellos consumidores que demanden un elevado rango de potencias, como por ejemplo, aplicaciones de suministro de energía en acerías, generación de energía en centrales diésel y/o propulsión marina; y en las que las presiones del aire son variables y a menudo muy elevadas.

Todo ello se complementa con un sistema de turbocompresión en dos etapas, el sistema “common rail” y un “timing” variable en la inyección de combustible.

Fuente MAN.

Grados de Viscosidad ISO

A través de los años, los usuarios de lubricantes han tratado de designar los grados de viscosidad de los lubricantes empleados en manufactura. Existen grados SAE (Sociedad de Ingenieros Automotrices) para aceites de engranes y de motor (de combustión), grados AGMA (Sociedad Americana de Fabricantes de Engranes) para aceites de engranes, SUS (Segundos Saybolt Universal), cSt (viscosidad cinemática en centistokes), y viscosidad absoluta.

Para confundirnos más, pueden aplicarse dos mediciones de temperatura para la mayoría de ellos, sin mencionar que la viscosidad debe presentarse ya sea a 40°C (104°F) o a 100°C (212°F).

Aun cuando todas estas designaciones han cumplido con propósitos útiles en uno u otro grado, la mayoría de los profesionales de la lubricación se basan y emplean un método como base para la selección de productos.

Para quien es nuevo en el campo de la lubricación, el número de opciones puede parecer confuso, particularmente si el proveedor del lubricante no asocia uno de los sistemas de viscosidad prominentes a la etiqueta del producto.

Para complicar las cosas, los diseñadores de la maquinaria deben definir la viscosidad del lubricante de tal forma que el usuario del equipo comprenda claramente lo que necesita sin tener que solicitar ayuda externa.

Esto indica la necesidad de una designación de viscosidad universalmente aceptada - una que pueda ser empleada por los profesionales de la lubricación, proveedores de lubricante e ingenieros diseñadores de la maquinaria simultáneamente con mínima confusión.

En 1975, la Organización Internacional para la Estandarización (ISO, por sus siglas en inglés), al unísono con la Sociedad Americana para Pruebas de Materiales (ASTM), la Sociedad de Tribólogos e Ingenieros de Lubricación (STLE), el Instituto de Estándares Británicos (BSI) y el Instituto Alemán para la Normatividad (DIN) resolvieron establecer una propuesta que ayude a minimizar la confusión. Esta propuesta se conoce como Grado de Viscosidad de la Organización Internacional de Estandarización, abreviado como ISO VG.

No precisa tener mucho tiempo en este campo para escuchar a alguien decir que la viscosidad es la propiedad física más importante de un fluido al determinar los requerimientos de lubricación. Así que, ¿qué es la viscosidad?

La viscosidad es la medida de la resistencia de un aceite a fluir (esfuerzo de corte) bajo ciertas condiciones. Para simplificar, la viscosidad del aceite representa la medida por la cual el aceite tiende a permanecer en su sitio cuando es empujado (cortado) al mover los componentes mecánicos.

Piense en un esquiador que se desliza sobre el agua. El agua tiene una viscosidad mediad en centistokes de 1. Esta está al fondo de la escala cSt. Podemos ver cuánta agua desplaza un esquiador profesional mientras se desplaza en su trayectoria. Si el esquiador estuviera esquiando en un lago de aceite de engranes SAE 90/ISO 220 y todas las condiciones fueran exactamente iguales, entonces la cantidad de agua salpicada sería considerablemente menor debido a que el fluido resiste a la fuerza de corte del esquí en un grado mucho más alto.

Existen dos puntos de vista de la resistencia a fluir en los cuales están interesados los diseñadores de maquinaria. Uno es la medida de cómo se comporta un fluido ante la presión, como es el caso de una línea hidráulica presurizada. Esta propiedad es llamada viscosidad absoluta (también conocida como viscosidad dinámica) y se mide en centipoises (cP9. La otra consideración es cómo se comporta el fluido ante las fuerzas de la gravedad.

Estos son llamados centistokes, de los cuales ya hablamos. Los dos están relacionados con la densidad relativa del fluido. Para determinar el centipoise de un fluido es necesario multiplicar la viscosidad del fluido por la densidad relativa del fluido, o medirla directamente empleando un viscosímetro. Para los profesionales de la lubricación industrial, el centistoke es la medida que ocupará mayormente nuestra atención.

Por otra parte, al medir la viscosidad en aceites usados, probablemente la peor manera sería hacerlo en unidades absolutas. La medición en centistokes puede distorsionarse debido a que la densidad relativa cambia con la edad, generalmente incrementándola. Es posible que usted exceda los límites de viscosidad absoluta para una máquina, aún cuando la viscosidad cinemática le indique que está bien.

Así que, la viscosidad es la medida de la resistencia de un flujo a fluir.El agua tiene una baja viscosidad de 1cSt y la miel tiene una alta viscosidad, digamos 1,000 cSt. Si una máquina tiene una carga elevada entonces el diseñador de la máquina utilizará un lubricante que se resista a ser desplazado, que podría ser tan pesado como la miel.

Si la máquina opera con alta velocidad, el diseñador de la máquina especificará un lubricante que pueda hacerse a un lado, y regresar inmediatamente. Generalmente, las máquinas tendrán uno u otro; algunas veces los dos al mismo tiempo.

Las viscosidades se definen o asignan utilizando un dispositivo de laboratorio llamado viscosímetro. Para los aceites lubricantes, los viscosímetros tienden a operar más bien por gravedad que por presión. Piense en un viscosímetro cinemático como un largo tubo de vidrio que retiene un cierto volumen de aceite. La medición de la viscosidad del fluido es la cantidad de tiempo que tarda en fluir un volumen determinado de fluido a través del tubo bajo condiciones muy específicas.

Dado que las condiciones son repetibles, ahora es posible medir la cantidad de tiempo que le toma al fluido para fluir a través del tubo, y esta debe ser casi igual cada vez. Esto es similar a la cantidad de tiempo que le toma a un volumen específico de fluido a una temperatura especificada para pasar a través de un embudo. Conforme el fluido se vuelve más espeso – en función del incremento de su resistencia a fluir – entonces le toma progresivamente más tiempo para fluir a través del tubo (embudo).

El agua pasa en un segundo. La misma cantidad de miel tardaría 1000 segundos (hipotéticamente).

Sabemos que si incrementamos y disminuimos la temperatura de un fluido, con frecuencia existe un cambio correlacionado de su resistencia a fluir. El fluido se vuelve más espeso a bajas temperaturas y se adelgaza a altas temperaturas.

Dadas todas esas variables y detalles, varias organizaciones decidieron encontrar una forma de identificar los aceites lubricantes de tal manera que los miembros de dichas organizaciones tuvieran una manera simple y uniforme para comunicarla, educar y finalmente proteger sus intereses.

El propósito del sistema ISO de clasificación de grados de viscosidad es establecer un método para medir la viscosidad para que los proveedores de lubricantes, diseñadores de equipo y los usuarios tengan una base común (estandarizada) para la designación o selección de lubricantes industriales líquidos.

Se analizaron a conciencia diferentes planteamientos antes de que el Comité Técnico de ISO (TC23) concluyera una propuesta lógica y fácil de usar. Hubo que tener en mente algunos importantes criterios desde el inicio, tales como:

· Referenciar los lubricantes a temperatura nominal para sistemas industriales
· Emplear un patrón se ajuste a incertidumbre impuesta por las tolerancias dimensionales de manufactura
· Utilizar un patrón que tenga sensibilidad o repetitividad hacia arriba y abajo de la escala
· Usar un patrón que emplee un reducido número de grados de viscosidad, fácilmente manejable.

La temperatura de referencia para la clasificación debería ser razonablemente cercana al promedio de la experiencia de uso industrial. También debería relacionarse estrechamente a otras temperaturas seleccionadas empleadas para definir propiedades tales como el Índice de Viscosidad (IV), el cual puede ayudar a definir un lubricante.

Un estudio de las temperaturas posibles indicó que 40°C (104°F) era apropiada para las clasificaciones de lubricantes industriales, así como para la definición de las propiedades de los lubricantes. La clasificación de viscosidad ISO consecuentemente está basada en la viscosidad cinemática a 40°C (104°F).

Para que la clasificación pudiera utilizarse en los cálculos de diseño de ingeniería en los que la viscosidad cinemática era sólo uno de los parámetros, fue necesario que el rango de los grados de viscosidad (rango de tolerancia) no excediera de 10 por ciento por arriba y abajo del valor nominal.

Esto representaría un grado de incertidumbre en los cálculos, similar al impuesto por las tolerancias dimensionales de manufactura. Esta limitación, a la par con el requerimiento de que el número de grados de viscosidad no fuera muy extenso, condujo a la adopción de un sistema con separaciones entre los grados de viscosidad.

Esta clasificación define 20 grados de viscosidad en el rango de 2 a 3200 milímetros cuadrados por segundo (1 mm2/s es igual a 1cSt) a 40°C (104°F). Para líquidos base petróleo, esto cubre aproximadamente el rango entre el queroseno y el aceite de cilindros.

Cada grado de viscosidad se designa por el número entero más cercano al punto medio de su viscosidad cinemática en mm2/s a 40°C (104°F), y se permite un rango de +/- 10 por ciento de este valor. En la Tabla 1 se enlistan los 20 grados de viscosidad y los límites apropiados de cada uno.

Tabla 1 - Clasificación de Viscosidad ISO

La clasificación está basada en el principio de que el punto medio (nominal) de la viscosidad cinemática de cada grado de viscosidad debe ser aproximadamente 50 por ciento más grande que el predecesor.

La división de cada década en seis medidas logarítmicas iguales que provee un sistema tal que permite un progresión uniforme de década a década. La serie logarítmica se ha redondeado por razones de simplicidad. Aun así, la máxima desviación para el punto medio de viscosidad de la serie logarítmica es de 2.2 por ciento.

La Tabla 2 reúne los métodos de medición de viscosidad más populares en una sola tabla. Si los profesionales se identifican más con una medida en particular pero quieren ver el rango de viscosidad correspondiente en otra medida, todo lo que tienen que hacer es trazar una línea recta desde la viscosidad de su elección y ver su correlación con los otros tipos de medidas.

Tabla 2 - Clasificación comparativa de viscosidad

Si bien es cierto que algunos grados de viscosidad quedarán fuera en tanto que las compañías adoptan la designación ISO, no es necesario que los usuarios de esos productos dejen de utilizarlos.

Además, no existe intención de ofrecer una definición de calidad de los lubricantes en esta escala. El hecho de que un producto tenga asociado un número ISO VG no tiene nada que ver con sus características de desempeño.

La designación ISO ha estado en proceso de desarrollo desde 1975. El comunicado más reciente se publicó en 1992 (ISO 3448), con una adición en 1993, y contiene 20 gradientes. Esta cubre casi cada tipo de aplicación que los profesionales de la lubricación esperarían encontrar. La comunidad de fabricantes de lubricantes ha aceptado los gradientes recomendados por ISO y ha dedicado apreciable esfuerzo para incluir en esta propuesta sus productos nuevos y viejos.

Es poco probable que todos los que aprendimos sobre los lubricantes de parte de nuestros mentores bajo el toldo de un auto abandonemos el sistema de gradientes SAE. No tenemos que hacerlo. Al menos para los aceites automotrices, esperamos continuar viendo el uso de los valores 10- 20- 30- 40- 50. Es probable, sin embargo, que en el mundo de la lubricación industrial haya más dependencia de ISO en el futuro.

Noria Corporation

Este artículo se publicó originalmente en la revista Machinery Lubrication, ejemplar de julio 2001, bajo el título "ISO Viscosity Grades". Traducción: Roberto Trujillo, Noria Latín América

Registro de buques (Tercera Bandera)

El último barco puesto en servicio por BALEARIA, “Passió Per Formentera” con bandera de Malta me hizo reflexionar sobre por qué los armadores eligen este tipo de registros.

Los costes de los buques suelen clasificarse en los siguientes componentes:

- De capital: amortización contable + costes financieros
- Técnicos: mantenimiento + reparaciones + pertrechos + lubricantes.
- Seguros: casco y máquinas + p&i
- Laborales: salarios + Seg. Social + viajes + vituallas
- Combustible
- Tasas y servicios portuarios
- Impuestos

Una vez que se ha adquirido y financiado un buque determinado, la mayor parte de estos componentes resultan prácticamente fijados por elementos externos al naviero y fuera de su control.

Es el caso de los costes de capital, del combustible y las tasas y servicios portuarios.

En los costes técnicos y de seguros, existe algún posible margen de ahorro, pero en realidad muy pequeño para cualquier armador profesional y responsable.

Aunque haya quien pretenda identificar automáticamente registros abiertos con buques subestándar, lo cierto es que no resulta rentable escatimar en estos ítems; por una parte por su gran incidencia en la conservación del buque y, por otra, la cada vez mayor severidad de los controles de Port State Control. En todo caso, el importe de las mismas no viene determinado por la bandera, sino principalmente por el estilo o política de operación del armador.

Sin embargo, hay dos componentes de los costes de explotación de un buque en los que tiene una incidencia fundamental el marco jurídico al que se encuentra sometido y, por tanto, la bandera que determina el mismo: los fiscales y los laborales.

Dentro de los costes fiscales hay que incluir tanto el impuesto de sociedades, como los que gravan la renta de los tripulantes y las cotizaciones a la Seguridad Social.

La norma general en los registros abiertos es la siguiente:

- No existe un impuesto de sociedades que grave los beneficios empresariales.
En su lugar, la empresa naviera abona una tasa fija, que depende únicamente del tonelaje de arqueo de los buques que opera. Este régimen especial de tributación, conocido como tonnage tax, ha comenzado a ser establecido en algunos países desarrollados sólo a partir de 1997 (con la excepción de Grecia, que disponía de un sistema similar desde hacía muchos años).

- No existe fiscalidad sobre la renta de los tripulantes extranjeros no residentes y no es obligatoria la inscripción de los trabajadores en el sistema de Seguridad Social del país de bandera, aceptándose la cobertura médica y de accidentes mediante un seguro privado.

Por su parte, los costes laborales vienen determinados por una serie de factores:

- Número de tripulantes: Para un buque dado, viene condicionado, entre otros factores, por la aplicación de un régimen de 2 ó 3 guardias. Tanto el Convenio 180 de la OIT como el STCW de la OMI, permiten un régimen de 2 guardias, mientras que algunos países (como España, por ejemplo) siguen exigiendo en todos los casos navegar a 3 guardias. Sólo por este aspecto, a un buque puede
requerírsele hasta 3 tripulantes más, lo que supone alrededor de un 15% adicional de coste laboral.

- Régimen de vacaciones: Es un elemento de enorme importancia, por la necesidad de relevos, incluyendo los viajes, lo que motiva que la plantilla necesaria sea superior al cuadro operativo del buque en un factor multiplicador que es del orden de 1,7 o superior en los registros tradicionales de los países desarrollados, mientras que baja a 1,15 ó 1,20 en los registros abiertos, en los que se aplica con generalidad el contrato por campañas. Dicho de otra forma, sólo por este concepto, los costes laborales bajo los registros tradicionales resultan alrededor de un 45% superiores a los de los registros abiertos.

- Nivel de salarios: Viene determinado principalmente por el nivel de vida imperante en el país de nacionalidad o de residencia del trabajador y, desde el punto de vista jurídico, por las normas aplicables sobre salarios mínimos y por los convenios colectivos o acuerdos similares que resulten de aplicación (por ejemplo, condiciones ITF).

- Nacionalidad: Suelen existir ciertos requerimientos relativos a la nacionalidad del capitán y, a veces, de un cierto porcentaje de oficiales u otros tripulantes, pero, en general, se conceden derogaciones, de forma que es posible emplear tripulantes de cualquier nacionalidad.

Desde el punto de vista de las normas técnicas, los países que ofrecen los principales registros abiertos han ratificado los principales convenios internacionales de la OMI (SOLAS, MARPOL, STCW, etc.) pero no suelen tener normas nacionales en exceso de las mismas.

El control de su cumplimiento se delega, en la inmensa mayoría de los casos, en las Sociedades de Clasificación, de modo que normalmente se evita la duplicidad de inspecciones que con frecuencia se ven obligados a sufrir los buques en los registros tradicionales. La consecuencia es que el nivel de mantenimiento y cumplimiento de las normas de seguridad depende en gran medida de la profesionalidad del armador y de su Sociedad de Clasificación.

Aunque, como se ha indicado anteriormente, un armador responsable no debe esperar obtener una economía sensible bajo los registros abiertos en la partida de mantenimiento y reparaciones, lo cierto es que sí se obtiene en general una flexibilidad de operación sensiblemente mayor.

El valor económico que supone el conjunto de estas ventajas en los costes fiscales y laborales y la mayor flexibilidad en la aplicación de las normas técnicas es muy difícil de cuantificar en términos precisos pues depende de muchos factores.

El mejor ejemplo es la comparación del impuesto de sociedades tradicional (un porcentaje de los beneficios), frente a la tasa fija por tonelaje (tonnage tax). Es evidente que si la empresa no genera beneficios de explotación, es preferible el primero, y viceversa.

No obstante, en términos tanto económicos como de flexibilidad de operación, es indudable que las ventajas de los registros abiertos son muy importantes.

Fuente ANAVE Manuel Carlier de Lavalle
Director General – Asociación de Navieros Españoles (ANAVE)
Profesor Titular de Explotación del Buque – Universidad Politécnica de Madrid

La proa ULSTEIN X-BOW. Un diseño noruego de Ulstein Design

Casi siempre comento sobre innovaciones en los sistemas de propulsión de los barcos, pero hoy quisiera comentar sobre un nuevo diseño de las formas del casco.

El concepto de arco ULSTEIN X-BOW ® fue lanzado en 2005 (proa invertida) por Ulstein Design de Noruega y en ella el desarrollo de la Roda es antagónico con la de los buques convencionales. Con este sistema se reduce el cabeceo del barco, aumenta la velocidad de crucero y la aceleración.

El nuevo diseño revolucionario con la proa invertida ha adquirido interés inmediato de los armadores líderes, y desde entonces ha demostrado importantes beneficios para aplicaciones Off Shore.

El nuevo perfil de proa elimina el efecto del mar contra la proa dando como resultado barcos más seguros ya que están mejor preparados para enfrentar condiciones climáticas extremas y mantener la velocidad, incluso con esas condiciones.

Otras de las ventajas es el ahorro de energía resultando barcos menos contaminantes del medio ambiente. Las experiencias obtenidas demuestran que estos barcos pueden ahorrar entre un 4% y un 7% de combustible cada año, dependiendo de la forma que sean operados.

Pensados originalmente como barcos de apoyo a plataformas de perforación petrolera, hoy ya navegan también buques de prospección sísmica y todavía en proyecto de transporte de containers.

En el año 2005 el diseño de la proa X-BOW recibió el premio “proeza de ingeniería” y en el 2006 el primer barco con este tipo de proa, el Bourbon Orca fue premiado como barco del año por parte de la publicación nórdica Skiprevyen y de Offshore Support Journal.

Bourbon Orca

Pero mejor que las palabras para describirlos serán los siguientes videos

Este video muestra el Bourbon Orca en una tormenta

En este video se compara la navegación con mar gruesa del “Scandi Caledonia”, que navega a 8 nudos, con el “Bourbon Orca”, que navega a 13 nudos

Energía Atómica aplicada a la Propulsión de Barcos Mercantes IV

En el post anterior me referí a la utilización de la energía nuclear en la propulsión de barcos en el Océano Ártico e hice mención al Lenin, al Arktika y al Sevmorput, hoy quisiera mencionar por último al NS Yamal y al NS 50 Let Pobedy ("50 Years of Victory").

NS Yamal

El rompehielos Yamal, fue bautizado así por la península de Yamal y significa el “Fin de la Tierra”. Su puesta en servicio tuvo lugar en 1993.

Eslora: 150 m
Manga: 30 m
Puntal: 55 m
Tripulación: 105
Velocidad máxima 22 nudos.

Reactor: 2 OK-900 PWR cada uno de ellos con 245 elementos de combustible.
El núcleo del reactor mide aproximadamente 1 metro de alto por 1,5 m de diámetro. Su combustible es uranio 235 enriquecido en un 30-40%.
La parada del reactor se puede efectuar en 0,6 segundos.

Cada reactor tiene cuatro generadores de vapor que mueven dos turbinas. Cada turbina de vapor hace girar tres generadores que suministran energía a los motores de propulsión del buque.

Tiene una proa de acero fundido de 48 cm de grosor en su punto más fuerte y es capaz de romper capas de hielo de 2.3 metros de grosor.

NS 50 Let Pobedy

50 Let Pobedy es el nombre del más grande y poderoso rompehielos en servicio en la actualidad y representa en sí un proyecto modernizado de los rompehielos nucleares tipo Arktika; fue construido por Baltic Works en San Petersburgo, Rusia.

El proyecto se inició en octubre de 1989. Su construcción comenzó en 1993, con la idea de que entrara en servicio en 1995 para conmemorar la revolución de 1945, pero se detuvo en 1994 por falta de fondos, reiniciándose su construcción en el 2003. Las obras culminaron a inicios del 2007.

Eslora: 159 mts.
Manga: 30 mts.
Desplazamiento: 25.000 toneladas
Reactores: 2 OK-900 PWR (pressurized water reactors)

Está dotado de un sistema de mando automático digital de nueva generación y de los más modernos medios de protección de su instalación nuclear y una planta de recolección y procesamiento de residuos.

El grosor máximo del hielo que el buque puede navegar a 2 nudos de velocidad es de 2,8 metros.

Turismo Ártico

Desde 1989 los rompehielos nucleares han sido utilizados también como cruceros de turismo, llevando pasajeros hasta el Polo Norte. Cada pasajero paga hasta u$s 25.000.- por cruceros que tardan tres semanas.

El NS Sibit fue usado para los dos primeros en 1989 y 1990; en 1991 y 1992 fueron utilizados los NS Sovjetsky y NS Soyuz. Durante el verano de 1993 se usó el NS Yamal para tres cruceros; este buque tiene una sección separada para los turistas y el NS Ural una cubierta que se modifica para este uso.

En el año 2008 el 50 Let Pobedy fue contratado en tres ocasiones por la empresa Quark Expeditions para realizar expediciones al Polo Norte. El barco puede llevar 128 pasajeros en 64 camarotes de 5 categorías diferentes.

Además de potente, el barco es también muy acogedor y ofrece muchas comodidades. A bordo encontraremos una piscina climatizada, sauna, gimnasio y un auditorio.

Todas las cabinas y suites son exteriores con baño privado, ventanas abatibles, televisión de circuito cerrado, escritorio.

Durante el viaje, la tripulación comenta a los pasajeros, sobre los diferentes tipos de hielo, la navegación en mares helados, la historia de la exploración del Mar Ártico y cómo lo esta afectando el cambio climático.

En la actualidad están en proyecto nuevos rompehielos propulsados por energía nuclear que entrarían en servicio en el año 2015.

En el siguiente link encontraremos un estudio sobre las posibles ventajas de construir grandes buques porta contenedores propulsados por energía nuclear.

www.trb.org/marineboard/fall08/cushing.pdf

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La utilización de la energía nuclear en la propulsión de barcos en el Océano Ártico

La flota de barcos de la compañía Murmansk Shipping Company compuesta por Rompehielos Oceánicos, de la clase Artika, equipados con dos reactores, Rompehielos Fluviales de la clase Taymyr, construidos para navegar en aguas menos profundas y un buque Containero, El Sevmorput, equipados estos últimos con un solo reactor.

Esta flota está logrando mantener abiertas durante todo el año las vías de comunicación marítima entre las poblaciones de Siberia, manteniendo despejados los más de 3.000 Kms. de mar que separan a Murmansk, en el mar de Barents, de Norilsk tras atravesar los mares de Kara, Laptev y de Siberia Oriental.

La ventaja de este tipo de planta comparada con las plantas de propulsión convencionales es la autonomía, que para este tipo de navegación es fundamental. El combustible nuclear que llevan es suficiente para que el buque pueda estar navegando durante dos años sin reabastecimiento de combustible en comparación con los 40 días de un buque propulsado por motores diesel.

Barcos con nombre propio:

NS Lenin

Fue el primer barco de superficie del mundo propulsado por energía nuclear. Botado en diciembre de 1957, puesto en servicio en 1959. Originalmente tenía 3 reactores OK-150 de 90 Megawatios. Tuvo dos accidentes nucleares, el primero en 1965 y el segundo en 1967 en uno de los reactores que fueron cambiados por 2 reactores OK-900 de 171 Megawatios. En 1970 regresó al servicio activo.

Desmantelado en1989, debido a que su casco se mostraba gastado por la fricción con el hielo y desde el 2005 está como barco museo.

Eslora 134 mts
Manga 27,6 mts
Propulsión 3 hélices accionadas eléctricamente
Velocidad 18 nudos

NS Arktika

Rompehielos nuclear “Arktika”

Fue el primero de los que después se llamó Clase Artika

Características de los rompehielos de la clase Artika:

Eslora: 148 mts. a 159 mts.
Manga: 30 mts
Desplazamiento: 23,000 tons a 25,000 tons
Maxima velocidad: 18 to 22 nudos
Tripulación: 138 a 200
Reactores: 2 OK-900A, 171 megawatt cada uno
Propulsión: 3 hélices, 75,000 hp

Algunos números:

Recorrió un millón de millas marítimas desde que fue puesto en servicio.

El 17 de agosto de 1977 fue el primer buque de superficie en el mundo en llegar hasta el Polo Norte. En sólo 72 horas, luego de apartarse de la ruta conocida de la gran Vía Marítima del Norte, rompió los hielos del Ártico Central y llegó a la cima del mundo.

A finales de 1983, se había creado una situación de emergencia que suele ocurrir sólo una vez en 100 años; en los hielos quedaron atrapados varios barcos de transporte. En esa ocasión solo el Artika logró abrirse paso a través del hielo y abrir un camino para las embarcaciones atrapadas.

Después de haber estado 25 años en servicio, realizó un viaje sin escalas de un año, entre mayo de 1999 y mayo del 2000, probando la alta fiabilidad de todos los mecanismos.

Hoy se encuentra, junto con el NS Sibir, amarrado en Atomoflot (base de reparaciones y recarga de combustible) para una reparación extensa, pero dado el costo de la misma, probablemente sea sacado de servicio activo.

NS Sevmorput

Su construcción comenzó en 1983 y su botadura en 1988. Originalmente estaba clasificado como un buque LASH que lleva barcazas y carga containerizada y en el año 2007 fue transformado en buque de perforación para yacimientos de petróleo.

LASH nuclear “Servmorput”

Eslora 260 mts
Manga 32 mts
Velocidad 20 nudos
Propulsión 30 MW

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En el post anterior hice referencia al NS Savannah, y hoy antes de continuar con el NS Otto Hanh y el NS Mutsu querría mostrar una planta básica de propulsión por energía nuclear.

El Otto Hanh

Fue un proyecto de la Republica Federal de Alemania que en 1960 se planteó la construcción de un buque de investigación con propulsión nuclear.
En 1963 fue colocada la quilla en los astilleros de Kiel.

Eslora 164,3 mts.
Manga 23.4 mts.
Reactor 38 MW de potencia construido por German Babcock & Wilcox
Velocidad 15.75 nudos
Tripulación 63 y un máximo de 35 investigadores


En 1968 comenzaron las pruebas de mar y en Octubre de ese año fue certificado como apto para uso comercial y de investigaciones. Estaba configurado para llevar pasajeros y mineral de hierro.

En 1972 su reactor fue recargado de combustible después de navegar 250.000 millas náuticas. En 1979 se remplazó su reactor nuclear y la planta de propulsión a vapor por un motor diesel convencional.

En 9 años, propulsado por energía nuclear, había estado en 22 países, navegando 650.000 millas.

El NS Mutsu

Como para solucionar el problema de no contar con combustibles fósiles en su territorio, Japón también inició un proyecto de propulsión de buques con energía nuclear. Se pensó que estaría listo para 1972, pero se produjeron demoras por razones de seguridad debido a serios problemas en la coraza del reactor, También, los pescadores japoneses realizaron demostraciones masivas contra el buque.

Eslora 130 mts.
Manga 19 mts.
Desplazamiento 8242 ton.
Reactor tipo PWR
Potencia de la turbina 7,5 MW
Velocidad 16.5 nudos


Recién en 1990 fue puesto en servicio activo y hasta el año 1992 realizó cuatro viajes con resultados positivos, pero la viabilidad del proyecto estaba cuestionada, por lo que en 1995 fue sacado de servicio. Clasificado como buque de carga, no llegó a realizar ningún viaje comercial.

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Cuando hablamos de barcos mercantes propulsados con plantas de energía atómica, el primero y tal vez el único que viene a nuestra mente es el NS Savannah (NS por Nuclear Ship) construido por Estados Unidos, aunque también fueron construidos otros como el NS Otto Hahn, construido por la República Federal de Alemania y el NS Mutsu construido por Japón.

Los tres forman parte del pasado de la Marina Mercante, pero actualmente existen en servicio activo la flota de rompehielos de la compañía Murmansk Shipping Company que mantienen abierta las rutas del Océano Ártico, uno de los lugares más inhóspitos de planeta.

Voy a tratar de dar una pequeña reseña de cada uno de ellos:

NS Savannah

En el medio de lo que se llamó la guerra fría y dentro del programa “Átomos para la Paz”, Estados Unidos quería mostrar que el uso de la energía nuclear no sólo era utilizable para las armas. En ese contexto nació en 1955 el proyecto de un barco mercante mixto de carga y pasaje propulsado por energía nuclear.

La construcción del NS Savannah fue una demostración de la factibilidad técnica de la propulsión nuclear en buques mercantes y en muchos puntos el buque fue un éxito; era marinero, su record de seguridad muy buena, excelente economía de combustible y sin emisiones de gases contaminantes a la atmósfera.

Por su diseño, parecía más un yate de lujo que un buque de carga y nunca se esperó que fuera comercialmente competitivo.

La parte de pasaje tenía 30 camarotes de lujo excepcional para la época, pero la fina línea del casco hacía que la carga máxima de 8.500 tons. ó 652.000 pies cúbicos, fuera muy difícil de estibar. Su espacio de pasajeros estaba sobre-dimensionada, mientras que el de carga era insuficiente.

Requería una tripulación de más de 100 personas, incluyendo técnicos e ingenieros nucleares. Su costo operativo incluía además una organización especial en tierra para gestionar dique seco personalizado, para las reparaciones necesarias.

Los números de NS Savannah:
Eslora: 182 mts.
Manga: 24 mts.
Calado: 9 mts.
Desplazamiento: 22.000 tons.
Tripulantes: 124
Pasajeros: 60

Fue botado el 23 de Marzo de 1962 y durante su vida operativa navegó más de 450.000 millas. Operó con carga luego de varios años de prueba en el mar, desde 1965 hasta 1970.

Era propulsado por un único reactor nuclear tipo PWR, construido por Babcock & Wilcox con una potencia de 74 MW, que generaba vapor para accionar una turbina unida a un solo eje de hélice.

Consumió 163 libras de uranio, que se estimaron que es el equivalente a 29 millones de galones de fuel oil.

Desarrollaba una velocidad de 21 Nudos.

Fue puesto fuera de servicio en 1972.

Actualmente la propulsión de barcos mercantes por energía nuclear no es muy utilizada en el mundo, donde sólo quedan operativos los barcos de la Murmansk Shipping Company. Pero si hacemos la analogía del primer Savannah, que en 1819 fue el primer buque a vapor que cruzo el Atlántico desde Savannah a Liverpool, en 29 días, todavía se tardó 60 años para que la energía del vapor superara el poder de la vela. Las nuevas tecnologías muchas veces tardan años en implantarse.

El NS Savannah, más que un ejemplo de rentabilidad económica, era un ejemplo de poderío tecnológico. Mostrar a buques mercantes navegando con reactores silenciosos, limpios y eficientes. El color blanco de su obra muerta quería resaltar la limpieza de este tipo de propulsión frente a las emisiones de humos que generaba la propulsión convencional de la época.

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Royal Caribbean y el Oasis of the Seas

En el astillero STX de Turku, en Finlandia, trabajan a contrarreloj para concluir para fines de noviembre, la construcción del que será el mayor barco de cruceros del mundo, el 'Oasis of the Seas', propiedad de Royal Caribbean, un gigante de acero de 220.000 toneladas que ha supuesto una revolución en el sector.

El barco, de 360 metros de eslora y 65 de manga, tiene dieciséis cubiertas para pasajeros, más de 2.700 camarotes y una capacidad para cerca de 8.500 personas (6.296 pasajeros y 2.165 tripulantes).

Los sistemas de propulsión del Oasis of the Seas

La potencia de la planta es de 97.020 kW producida por 3 motores Wärtsilä 46 12V de 13860 kW cada uno y 3 motores Wärtsilä 46 16V de 18480 kW cada uno, a 500/517 RPM, acoplados a generadores ABB.

Los motores Wärtsilä de la serie 46 quemarán combustible pesado IFO 380 y es un motor donde se ha logrado combinar un bajo consumo de combustible con un reducido nivel de emisiones de NOx, cumpliendo sobradamente con las exigencias de la reglamentación del IMO en cuanto a emisiones de óxidos de nitrógeno.

Diseñado no solamente para ofrecer una fiabilidad elevada en funcionamiento, tiene otra característica, que es la de poseer del orden de un 40% menos de piezas que otros motores similares, lo que unido a su robustez y a herramientas y útiles perfectamente diseñados para facilitar cada una de las operaciones específicas de servicio, reduce considerablemente sus costos de mantenimiento.

La Propulsión de 60.00 kw está formada por 3 × 20 MW Asea Brown Boveri Azipod.

La combinación de los motores Wartsila 46 con los ABB Azipod proporcionan muy buena maniobrabilidad, imperceptibles niveles de ruido y vibraciones, baja consumición de fuel y emisiones de escape que cumplen con las reglamentaciones de IMO.

ABB también proveyó:

3 x Convertidores de frecuencia ACS6000SD
6 x Generadores Principales
11 kV Switchboards Principales
6 x Transformadores de Propulsión
4 x Thruster Motors
Distribution and Propulsion Excitation Transformers
Substation Switchgears

La velocidad será de 20.2 Kn

Los otros números de Oasis of the Seas

Cuatro veces más pesado que el Titanic y un 40 por ciento más grande que el hasta ahora mayor crucero del mundo, el 'Freedom of the Seas', que también es propiedad de la naviera estadounidense.

Comparación del tamaño del Titanic y el Oasis of the Seas

Se convertirá en un barco pionero al incorporar un nuevo concepto arquitectónico, basado en la existencia de 7 áreas temáticas o barrios dentro del barco.

Algunas de estas áreas son:

Central Park

Estará situado en el centro del barco y al aire libre. En él habrá extensas zonas de vegetación tropical. El central Park dispondrá de varios restaurantes con terraza y contará con más de 300 camarotes distribuidos en seis cubiertas con vistas al parque.Por el día podrá disfrutarse de un ambiente tranquilo y relajado. Por la noche se convertirá en un espacio de reunión para cenar, divertirse y ver espectáculos callejeros.

Boardwalk

En ella podremos encontrar juegos, atracciones, espectáculos, restaurantes informales, cafeterías, tiendas, etc. Es una zona dedicada a la familia.

Royal Promenade

Es el centro neurálgico del barco. Al igual que un gran centro comercial, estará lleno de tiendas, bares, restaurantes y zonas de ocio.

Aqua Theater

De día será una piscina y de noche un teatro acuático con capacidad para 600 personas. En él se podrá disfrutar de ballets náuticos, natación sincronizada, espectáculos de sonidos, luces y agua y de unas excepcionales vistas del océano. La piscina será la más grande instalada a bordo de un crucero.

El área de aire acondicionado es de 150.000 m2

Es capaz de generar 4.100.000 de litros por día de agua dulce.

Más de 5.300 kilómetros de cableado eléctrico, 100.000 puntos terminales eléctricas y 30.000 sensores de automatización.

630.000 litros de pintura para 850.000 m2 de superficie pintada.

241 kilómetros de tuberías, 100 kms de tuberías de Sprinkler y 16.000 cabezas de Spinkler.

Estos números evidencian la magnitud de un proyecto en el que el astillero finlandés empezó a trabajar hace dos años y medio.

El 'Oasis of the Seas' zarpará por primera vez con pasajeros el próximo 5 de diciembre. Lo hará de su puerto base, en Fort Lauderdale (Florida, Estados Unidos), para recorrer las islas del Caribe oriental y occidental, su destino durante los próximos años.

A finales del próximo año, el buque compartirá su hegemonía con el 'Allure of the Seas', un crucero de idénticas dimensiones que está siendo construido también en los astilleros de Turku.

Motores Diesel. Qué tendremos que tener en cuenta en relación a la potencia y el consumo para comparar motores de distintos fabricantes.

Referente a la potencia

Los factores esenciales a la hora de proceder a una comparación de motores radica en una definición exacta de potencia, homogeneizar las condiciones en que la misma se define para cada fabricante. Para ello, lo normal es tomar como condición estándar las condiciones tropicales ISO 3046/1 (Temperatura del aire de aspiración 45ºC; Temperatura del Agua de entrada al refrigerador de aire 32ºC; Presión Barométrica 1 bar).

Existen dos definiciones de potencia de un motor con la misma denominación, totalmente diferentes:

En Europa y en Asia, la llamada potencia MCR; se refiere a Maximun Continuous Rating, o Potencia Máxima Continua, siendo la potencia máxima que puede desarrollar un motor, en funcionamiento ininterrumpido.

En Estados Unidos, la denominación potencia MCR se refiere a Maximun Continuous Rating y se define como la potencia de sobrecarga que puede desarrollar un motor durante un tiempo determinado.

El equivalente de la potencia europea MCR es lo que en USA se denomina CSR (Continuous Service Rating). Por lo tanto en comparaciones entre motores europeos y estadounidenses, es preciso tener en cuenta esta diferencia.

Otro tanto ocurre con las unidades, aunque aquí la importancia es secundaria. La definición de CV europea es diferente de la HP estadounidense, y por lo tanto con objeto de evitar problemas y concretamente con la potencia, emplearemos la unidad internacionalmente admitida: el Kw.

Referente al consumo

En las curvas de consumo de algunos motores hace referencia si en el cálculo están incluidas todas las bombas accionadas o no.

Cuando se refieren al poder calorífico del combustible utilizado, algunos fabricantes utilizan el valor de 42.800 kJ/kg del Poder Calorífico Inferior y otros el valor de 42.780 del Poder Calorífico Inferior Estándar. En este caso utilizando cualquiera de los dos, la diferencia es muy pequeña.

Cuando se refieren al consumo, algunos vienen expresados en g/kWh y otros en forma de litros/h, que es en general como se puede medir a bordo.

En todos los casos, para poder comparar distintos motores tendríamos que referirlos todos a una misma forma de medirlos.

Motores Diesel. Consumo de combustible

El consumo de combustible es el porcentaje más elevado de los costes operativos en buques y cuando hablamos de ahorro en el consumo de combustible, en realidad, estamos hablando de ahorro de dinero y además, en los últimos años, en cumplir con reglamentaciones destinada a disminuir los problemas ambientales de los gases emitidos a la atmósfera.

El costo del combustible vs. El costo de operación

Antes del año 1973, cuando se produce la llamada crisis del petróleo, el combustible representaba típicamente menos del 30% de los gastos de operación de un motor. Hoy, este porcentaje representa a menudo entre el 60 y el 90% y los armadores están conscientes del costo del combustible y de la forma en que afecta su operación. Tampoco existían las reglamentaciones de la OMI en referencia a emisiones.

Se tiene que hacer una aclaración sobre la diferencia entre el consumo de combustible calculado en el proyecto de construcción y el que podemos utilizar todos los días en la práctica, para optimizar la velocidad del buque y reducir al máximo el consumo, en relación con la parte operativa del mismo.

Hoy quisiera referirme a esta última y también tendremos que hacer una aclaración, una cosa es referirse a cálculos teóricos calculados con una extensa serie de supuestos y que es sólo estimativo y otra muy distinta es dotar a la embarcación de una herramienta para poder medir de forma precisa el consumo. Y a partir de ahí actuar en la optimización y reducción del consumo.

Algunos de los datos que se tienen en cuenta en los cálculos teóricos son:

Estado y desplazamiento del buque: buque nuevo, casco sucio o limpio, plena carga
Condición del tiempo y estado del mar
Poder calorífico y Densidad del combustible
Perfil operativo del buque

Es obvio que una especificación incompleta de estos valores puede conducir a diferencias en los cálculos.
Si personas diferentes hacen el cálculo del consumo de combustible para un buque dado, en el caso de no disponer de una completa información, llegarán a distintos resultados.

Una fuente de reducción puede ser, por ejemplo, el disminuir la velocidad de la embarcación.

Los Capitanes pueden optimizar el consumo ajustando la carga del motor hasta conseguir trabajar de la forma lo más eficiente posible, pero para ello debemos conocer el consumo para decidir qué velocidad nos es más conveniente en cada momento.

En el caso de buques de pesca, pueden considerarse situaciones como poder comparar el nivel de capturas en arrastre con diferentes artes de pesca, y el consumo que ha significado cada caso.
También puede darse el caso, en la captura, de llegar al banco a máxima velocidad, y por supuesto, a máximo consumo. Un pequeño ajuste en la velocidad puede significar un ahorro importante.

Para conseguir ahorros que mejoren la competitividad, es imprescindible saber en cada momento, en qué y cómo se gasta el combustible. Este ahorro reducirá los costes de explotación.

Existen posibilidades ciertas de ahorrar en el consumo de combustibles. Pero para poder tomar decisiones acertadas en cuanto a ahorro, primero debe realizarse una medición precisa de dicho consumo. De hecho, la medida de consumo será la herramienta que nos llevará al ahorro.

Ecobuque de Pesca para el año 2020. (BAIP 2020)

En España, promovido por la Fundación INNOVAMAR, nace el proyecto BAIP 2020 que propone la investigación en tecnologías rupturistas para el diseño, desarrollo, fabricación, implantación y explotación de Buques Autómatas Inteligentes Polivalentes para la explotación de la Pesca en el futuro (horizonte 2020).

El proyecto es liderado por Astilleros de Murueta y Sisteplant, conscientes de la necesidad de dar un salto tecnológico en el sector, atendiendo las recomendaciones europeas y nacionales para el sector de la pesca, la construcción naval y su industria auxiliar.

El sector de la pesca se enfrenta a grandes retos: la subida del precio del combustible, la escasez y lejanía de los bancos de peces, la falta de mano de obra cualificada, un medio siempre hostil como es el mar y, sobre todo, ser más competitivo.

Para hacer frente a estos desafíos, con un presupuesto de 37 millones de euros para cuatro años, 21 empresas españolas del sector y 28 grupos de investigación trabajan en imaginar cómo será el pesquero del futuro, bajo el proyecto BAIP 2020. La iniciativa no pretende construir un navío concreto, sino “imaginar qué buque hará falta en el 2020”.


Conscientes de que la alta competitividad y la reducción de los recursos existentes, los grupos de investigación trabajan en modelos que evalúen las exigencias de los barcos de pesca.

Se debe pensar en procesos de explotación inteligentes e innovadores, más eficientes y sostenibles, actuando sobre la eficiencia energética, los sistemas de pesca, la protección del medio marino y la seguridad de la tripulación o la sustracción automatizada.

Conviene resaltar que la gran mayoría de las tecnologías que se investigarán, no sólo serán de aplicabilidad directa al sector de los buques pesqueros, sino que también serán aplicables a otros tipos de buques y por lo tanto, su desarrollo e implantación tendrá una altísima repercusión en la competitividad y expansión del sector naval español.

Hoy, los bancos de pesca son cada vez más escasos, difíciles de localizar y se encuentran cada vez más lejos de las costas. Por ello es necesario investigar cómo localizar mejor los bancos, con el objetivo de que el buque del futuro vaya directamente a ellos y extraiga su cuota asignada.

El sector pesquero también se enfrenta a la falta de mano de obra cualificada, por lo que se debe investigar en la tecnología que pueda automatizar al máximo un pesquero para que pueda tomar sus decisiones por sí solo, reservando la mano de obra para los momentos punteros de la actividad.

Los objetivos generales fijados para el proyecto son:

· La investigación en ciencias y tecnologías implicadas en el diseño y construcción de buques eficientes y medioambientalmente responsables y en la protección de los recursos oceánicos, que permitan un salto tecnológico hacia el buque pesquero del futuro.
· La mejora radical de la eficiencia y competitividad de la flota pesquera, de la industria auxiliar y de la construcción naval.
· La generación de conocimientos para la creación de nuevos productos, procesos o servicios de interés estratégico en el sector naval y oceánico que dominen los mercados internacionales.

Todo ello con el fin de favorecer una actividad pesquera sostenible mediante la realización de una pesca responsable y competitiva, que represente un equilibrio entre el mantenimiento de unos recursos pesqueros saludables y la rentabilidad de las empresas pesqueras, sin olvidar la seguridad y confort laboral de las tripulaciones.

La colaboración de los diferentes sectores participantes en un gran consorcio abre nuevas y grandes expectativas tecnológicas para el futuro mediante la estrecha colaboración, la puesta en común del conocimiento existente y el aunamiento de recursos que generarán un alto grado de sinergias y permitirán afrontar el gran desafió que suponen los objetivos, esperando obtener nuevas tecnologías competitivas que supongan la mejora del sector naval español en numerosas áreas.

El buque del futuro

BAIP 2020 dará lugar a un buque cuyas principales características serán:

Un máximo grado de automatización de las operaciones realizadas a bordo; la dotación, por tanto, de inteligencia artificial en dichos procesos y en la gestión del buque; la diversificación de actividades de pesca que potencien el carácter polivalente del barco; la máxima eficiencia en el uso racional de la energía a bordo, con el objetivo de obtener hasta un 25% de ahorro energético con respecto a los navíos actuales; la denominación de ECO-BUQUE, por ser respetuoso con el medio ambiente, a través del aprovechamiento de residuos para la generación de energía; la minimización de las emisiones contaminantes y la participación activa en la protección del medio marino; y, por último, un grado máximo de seguridad, confort y salud de la vida en el mar.

El buque resultante de estas investigaciones consumirá menos, tendrá plazos de producción y entrega más cortos y será respetuoso con el medio ambiente.

Uso de las Turbinas de Gas en la Propulsión de Barcos Mercantes II

Algunas ventajas y desventajas de la utilización de las Turbinas de Gas en la propulsión de Barcos Mercantes.

En la lista de las ventajas podríamos incluir:

Compactas y de bajo peso
Se trata de una máquina muy simple que permite obtener grandes potencias con tamaños y pesos muy pequeños. Una de las ventajas radica en la insuperable relación peso-potencia que desarrollan.
Generalmente las turbinas son 1/4 en peso y un 1/7 en volumen comparadas con los motores diesel.

Gas limpio en el escape
El control de las emisiones de las turbinas de gas está experimentando cambios muy rápidos con la entrada en vigor de nuevas normas cada vez más restrictivas.

Al comparar las emisiones con las de los Motores Diesel, debido a una mejor combustión, el gas de escape es mucho más limpio. La reducción en volumen de los gases emitidos por las turbinas con relación a los de los motores diesel sería de 1/10 en NOx, 1/40 en CO y 1/5 en SOx.

Los métodos tradicionales de control de las emisiones basados en la inyección de agua o vapor van siendo sustituidos por los nuevos sistemas a base de cámaras de combustión en seco o DLN (Dry Low NO,).

Baja vibración
Como todo el movimiento es rotatorio, la vibración producida por las turbinas a gas es pequeña. La vibración estática de las turbinas a gas es ¼ de la de los motores diesel, y el peso dinámico de las turbinas es 1/10 del peso estático, siendo cerca de ½ para los motores diesel.

Bajo ruido
Como las turbinas a gas rotan a alta velocidad, el ruido producido es de alta frecuencia, el cual es fácil de atenuar; por lo que el cierre acústico es de construcción simple mientras que el ruido producido por los motores diesel es de baja frecuencia y por lo tanto es mucho más difícil de atenuar.

Bajo costo de mantenimiento
Los motores diesel requieren un mantenimiento semanal mientras que las turbinas a gas sólo necesitan mantenimiento en intervalos de 1 a 2 meses.

Consumo de aceite de lubricación
El consumo de aceite de lubricación de las turbinas a gas es de sólo 0.08 l/hr en una turbina de 1MW, lo cual es suficientemente pequeño.

Fácil inspección
Los componentes internos de las turbinas a gas pueden ser chequeados con un boroscopio y el desarmado generalmente no es necesario.

Sin agua de enfriamiento
Esto asegura estar libre de problemas por agua (derrames, enfriamiento, riles, temperatura del agua, etc.), eliminando el sistema de enfriamiento de agua, haciendo el sistema más confiable.

En la lista de las desventajas incluimos:

Si bien los consumos de las turbinas de gas modernas son aceptables, del orden de los 180 gramos/CV.h., no pueden competir con los 135 gramos/CV.h. de los motores diesel a la hora de conseguir una explotación rentable, especialmente en momentos de crisis como los actuales donde tratamos de reducir los costos de explotación al máximo.

Una parte del trabajo generado se pierde para operar el compresor.

En:
http://maquinasdebarcos.blogspot.com/2008/12/el-sistema-de-propulsin-codag-motores.html

podemos leer por qué se eligió una planta combinada de motores diesel y turbinas de gas para la propulsión del “Queen Mary II”.

En:
http://maquinasdebarcos.blogspot.com/2008/11/motores-diesel-para-buques-con-mxima.html

podemos leer cómo se mejora la eficiencia energética en el “Emma Maersk” utilizando los gases de escape del motor para mover una turbina de potencia para generar electricidad.

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Primero querría aclarar el por qué del titulo “Marina Mercante”. En la elección de la propulsión de los buques utilizados por las Marinas de Guerra se tienen en cuenta muy diferentes criterios a los utilizados por la Marina Mercante.

En casi todas las Marinas de Guerra existen barcos propulsados por este tipo de turbinas pero su uso en Marina Mercante no esta actualmente muy desarrollado.
Más adelante, trataré de explicar por qué se eligieron en la construcción del Queen Mary II.

¿Qué son las turbinas de gas?

Una turbina de gas es un motor térmico rotativo de flujo continuo que utiliza el flujo de gas como medio de trabajo, para convertir energía térmica en energía mecánica y se caracteriza por presentar una baja relación peso/potencia y una velocidad de giro muy elevada.

Emplean como combustible gas natural o líquidos como queroseno o gasoil. También puede usarse carbón, una vez transformado en gas en un gasificador aparte.

Un poco de historia

La primera patente de una turbina de gas la obtiene en 1791 John Barber, pero fue ha principios del siglo pasado cuando se construye la primera turbina de gas que funcionó realmente.

El primer avance importante lo logró F. Stolze en Alemania cuya turbina consistía en los mismos elementos que las turbinas de gas actuales: cámara de combustión que funciona separadamente y compresor multietapa de flujo axial, movido directamente por una turbina multietapa de reacción.

No obstante, los rendimientos del compresor y la turbina, así como la temperatura del gas, eran aun demasiado bajos para permitir un funcionamiento aceptable.

En 1903 se construyó en Francia la primera turbina de gas que funcionó con éxito. Constaba de compresor alternativo, cámara de combustión y turbina de impulso de dos etapas. Su rendimiento térmico era casi del 3%. Los progresos fueron lentos.

En los años 30, la Compañía de Sir Frank Whittle diseñó la Whittle W1, la que a la postre se convirtió en la primera turbina a gas a ser implementada en una aeronave; el avión aleman Heinkel He 178. En esos mismos años se implementó la primera turbina de gas para la producción de energía eléctrica.

La primera turbina derivada de las usadas por la aviación para uso naval fue la Proteus en 1958, mientras que la primera generación de turbinas a gas de concepción naval fue probada en el mar hacia fines de la década del 50.

Operación de una turbina a gas

Una turbina de gas de ciclo simple incluye un compresor que aspira aire a presión atmosférica y lo comprime para ser luego inyectado en la cámara de combustión.

El combustible, en forma gaseosa o nebulizada, también se inyecta en dicha cámara, donde se produce la combustión. Los productos de la combustión salen de la cámara a través de las toberas y hacen moverse la turbina, que impulsa el compresor y una carga externa como un generador eléctrico.

Como se aprecia en esta descripción, el fluido que circula por la turbina a gas evoluciona: es aire en la entrada y el compresor, recibe combustible en el sistema de combustión, y es mezcla de aire y productos de la combustión en la turbina misma y la descarga.

Una turbina a gas se puede dividir en cinco partes principales.

1) entrada (E)
2) compresor (C)
3) sistema de combustión (SC)
4) turbina propiamente dicha (T)
5) descarga (D).

Podemos decir entonces, que la turbina de gas está formada por dos elementos principales:

1) el generador de gases
2) la unidad generadora de potencia

El generador de gases está formado por uno o varios compresores, la cámara de combustión, donde se mezclarán el combustible con el aire y donde tendrá lugar la combustión, y finalmente la o las turbinas de expansión de gases, que en este caso sólo obtendrán la potencia necesaria para mover los compresores.

La unidad generadora de potencia es donde se obtendrá la potencia útil de la máquina.

En la actualidad, las turbinas de gas son máquinas con un peso relativamente pequeño, requieren poco espacio, son capases de desarrollar muy elevadas potencias y tienen un nivel de vibraciones bajo, dado su carácter rotativo.

A cambio, los consumos de combustible son muy elevados, la temperatura de los gases de escape es muy alta y el funcionamiento a bajas cargas implica consumos prohibitivos.

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Motores Diesel. Turbosoplantes de geometría variable

Como introducción al tema y antes de que miren el video de Turbo Master les puedo decir que el turbo compresor se encarga de insuflar un caudal de aire a presión dentro del colector de admisión. Aprovechando la energía residual de los gases de escape, que mediante una turbina y un compresor rotativo introduce más aire dentro del cilindro, consigue con este fin, una mejora volumétrica.

Esta transformación energética de térmica a mecánica se produce en lo que se llama “la turbina”.

A la hora de seleccionar un turbo para instalarlo en un motor, los ingenieros se encuentran en la siguiente problemática:

a) Si se instala un turbo pequeño, éste alcanza valores de presión rápido (a bajas revoluciones ya da presión el turbo, por lo que ya se nota el incremento de potencia); esto es debido a la baja inercia de este turbo pequeño, pero este turbo se encuentra con problemas de caudal a altas revoluciones porque no ha generado suficiente aire a presión por ser demasiado pequeño.

b) Si se instala un turbo grande, éste genera mucho caudal pero poca presión a bajas revoluciones, porque debido a la gran inercia que tiene gira mucho más despacio que el turbo pequeño, por lo que al no tener presión a pocas revoluciones el motor no genera potencia, ahora si a medida que se sube de revoluciones es capaz de generar más presión y caudal que el pequeño, por lo que el turbo grande funciona mejor cuando el motor gira alto de vueltas.

Para corregir este inconveniente se ha buscado la solución de dotar a una misma máquina soplante la capacidad de comprimir el aire con eficacia tanto a bajas revoluciones como a altas; para ello se han desarrollado los turbocompresores de geometría variable.

Y entonces... ¿Qué son los turbos de geometría variable?

En un turbo tradicional la disposición de los alabes tanto en distribuidor como en la turbina es fija y la capacidad de aumentar la conversión de energía no existe.

En motores que varían mucho las RPM se produce el famoso “retraso del turbo”, esos segundos tan importantes para el funcionamiento uniforme y el manejo de caudales apropiados para regímenes medios.

Si reducimos el tamaño de la turbina, para obtener una mejor respuesta de inercia, cuando el régimen sube, para conseguir la zona de máxima potencia, se hace difícil que esta transformación se produzca, escapando los gases con mucha de su energía, y en consecuencia, no se obtengan las presiones de alimentación para altos regímenes.

Esto es lo que se dio en llamar turbos de bajo soplado, donde el aporte de par era alto en regímenes medios, pero no conseguía llegar a mantenerlo a altas vueltas, por lo que la potencia no era elevada.

El turbo de geometría variable es un turbo, que mediante la modificación de la inclinación de los alabes, actúa como si fuese pequeño a bajas vueltas y como si fuese grande a altas revoluciones.

Con esto conseguimos que cuando el caudal es pequeño, estrechando el paso de los alabes de la geometría del distribuidor, obtenemos una gran velocidad, ésta entra en la turbina y arrastra a la rueda de la turbina. La energía no es mucha, porque el volumen es pequeño, pero al ser el turbo pequeño éste se mueve con facilidad, y comprime el aire de admisión todo lo que su energía le permite.

Cuando el caudal sea elevado, (alto régimen) no se precisa hacer converger a los alabes tanto, ya que la velocidad de los mismos genera el efecto en la rueda de la turbina.

El accionamiento de la geometría se hace con una membrana y la presión del colector (aunque en determinados motores se usa un motor), sólo que está gobernado por la centralita, para que su funcionamiento sea más progresivo.

Las ventajas del uso de este tipo de turbo vienen dadas por que se consigue un funcionamiento mas progresivo del motor sobrealimentado.

A diferencia de los primeros motores dotados con turbocompresor convencional donde había un gran salto de potencia de bajas revoluciones a altas, el comportamiento ha dejado de ser brusco para conseguir una curva de potencia muy progresiva, con gran cantidad de par desde muy pocas vueltas y mantenido durante una amplia zona del Nº de revoluciones del motor. El inconveniente que presenta este sistema es su mayor complejidad, y por tanto, mayor precio con respecto a un turbocompresor convencional. Así como el sistema de engrase que necesita usar aceites de mayor calidad y cambios más frecuentes.

En los videos de Turbo Master está muy bien explicado el tema

Motores Diesel. Man Diesel desarrolla métodos primarios de reducción de emisiones

Man Diesel, dentro de su programa I+D, ha conseguido alcanzar una elevada densidad de potencia y una considerable reducción de consumo de combustible y de las emisiones de NOx en los gases de escape, en el diseño de su último motor de cuatro tiempos.

Para ello, modificó las características básicas del motor, inyección de combustible, turbocompresión, regulación, timing de válvulas, etc.

Su variación influye en el proceso de combustión y, por lo tanto, en el rendimiento, consumo de combustible y producción de emisiones nocivas de los gases de combustión.

Todas las legislaciones sobre reducción de emisiones prestan especial atención a los óxidos de nitrógeno (NOx) formados, en más del 90%, por las elevadas temperaturas que se alcanzan durante la combustión.

En estos últimos años, la adopción de métodos primarios que combinan una temperatura de combustión menor, temperaturas más homogéneas en la cámara de combustión y el enfriamiento del aire de combustión que entra en el cilindro, ha permitido a Man Diesel el desarrollo de motores con emisiones de NOx progresivamente menores.

Para mejorar la mezcla del aire-combustible, las medidas incluyen mejora de la geometría de la corona del pistón, reducción de la formación de vórtices a la entrada de la cámara de combustión, aumento de los ratios de compresión y presiones de inyección, así como mejora del pulverizado del inyector.

Las medidas para reducir las temperaturas de combustión incluyen una revisión del “timing” de la inyección, mejora del enfriamiento del aire de carga y combinación del “timing” de válvulas en ciclo Miller revisado, alta eficiencia y alta presión de turbocompresión.

Según explica la compañía, los puntos clave para lograr estas reducciones de NOx, a las que se unen una mayor potencia y un menor consumo de combustible, han sido las mejoras en la interacción de diversas medidas, gracias a un control electrónico avanzado y a una mayor intensificación del Ciclo Miller, que ha sido posible con la introducción del turbosoplante en dos etapas, proporcionando relaciones de presión de hasta 7:1.

El Ciclo Miller supone el cierre temprano de la válvula de admisión haciendo que el aire que entra en el cilindro se dilate y se enfríe y consecuentemente se reduzcan las temperaturas punta durante la combustión.

Sin embargo, un tiempo de admisión más corto podría conducir a que entrase menos aire de combustión en el cilindro, resultando menor potencia y par motor.

Para contrarrestar este efecto, la presión más elevada del turbsoplante asegura que una cantidad de aire igual, o incluso mayor en el caso del nuevo paquete tecnológico Man Diesel, puede entrar en el cilindro en el menor tiempo disponible.

Durante las pruebas con Ciclo Miller intensivo en condiciones de plena carga y presiones del turbosoplante de 6.5 hasta 7, Man Diesel ha obtenido reducciones del NOx de más del 30%, reducciones en el consumo de combustible de hasta el 8% y un aumento del 15% en el rendimiento de potencia específica.

Con el objetivo de cubrir un amplio abanico de aplicaciones, MAN Diesel está desarrollando dos versiones del ciclo Miller basadas en diferentes paquetes tecnológicos.

Una versión con “timing” fijo de válvulas, turbosoplante de área variable de dos etapas e inyección de combustible tradicional que cubrirá las aplicaciones de generación de energía de carga base o continua.

Y otra versión del ciclo Miller para demandas variables de carga y “timing” de válvulas también variable, según la carga, para aquellos consumidores que demanden un elevado rango de potencias, como por ejemplo, aplicaciones de suministro de energía en acerías, generación de energía en centrales diesel y/o propulsión marina, y en las que las presiones del aire son variables y a menudo muy elevadas.

Todo ello se complementa con un sistema de turbocompresión en dos etapas, el sistema “common rail” y un “timing” variable en la inyección de combustible.

Me referí a los turbosoplantes en dos etapas y trataré de dar una idea de cómo funcionan y las ventajas del uso de los mismos.

En los sistemas de turbosoplante en dos etapas, el aire fresco pasa a través del turbo de la primera etapa, donde es comprimido entre 2 y 2.5 veces. Este aire presurizado es entonces introducido en el turbo de la segunda etapa, donde es comprimido otra vez entre 2 y 2.5 veces. Posteriormente, el aire es enfriado y llega presurizado al colector de admisión a 4 ó 5 veces la presión atmosférica y a unos 20ºC más que la temperatura ambiente.

Dividiendo la compresión del aire entre dos turbos, éstos operan a su máxima eficiencia. También, al trabajar con menores ratios de compresión en cada etapa, la velocidad de rotación de los turbos es menor, lo cual redunda en un menor esfuerzo para el sistema de cojinetes, la rueda compresora y la turbina.

Los turbos en serie ofrecen el mayor beneficio para los de motores que usan el ciclo Miller o el ciclo Atkinson. Los resultados demuestran una mejora significativa en la eficiencia térmica del motor y en la reducción del consumo. Otro beneficio añadido es la reducción en la formación de NOx durante la combustión, una de las más estrictas regulaciones de los motores diesel.

Los primeros desarrollos se usaron en equipos mineros trabajando a gran altitud; los turbos en serie fueron adoptados por Caterpillar para su ACERT en Dumpers en 2003.

Las estrictas regulaciones sobre emisiones hacen esta tecnología altamente atractiva también para pequeños y medianos motores.

Fuente MAN Diesel

Por que utilizar Ultrasonido en Mantenimiento de Máquinas de Barcos

Cuando escuchamos hablar de la utilización del Ultrasonido en la detección temprana de las fallas de las maquinarias, un montón de preguntas nos vienen a la mente.

¿Por qué utilizar ultrasonido?

¿Cómo puede el ultrasonido ayudarme en el Mantenimiento de Máquinas?

¿Cuánto es el costo y el retorno sobre la inversión?

¿Conozco las aplicaciones en las cuales el ultrasonido puede ser utilizado?

Estas son algunas de las preguntas que me hice y traté de contestar.

La detección ultrasónica es uno de los instrumentos utilizados en PdM más rentables en el mercado actual. Provee alerta temprana de que algo anormal está pasando, como fallas en los rodamientos, problemas con los sistemas hidráulicos y polvo ingerido al motor por pequeñas fugas en el sistema de admisión de aire que pueden causar costosas fallas y pérdidas de tiempo productivo.

Durante años, muchos han pensado de este instrumento como "sólo" un detector de fugas. Sin embargo, implementando un programa de mantenimiento predictivo utilizando ultrasonido podemos detectar y programar la corrección de diferentes problemas con suficiente tiempo y mantener los equipos al máximo de productividad.

Tradicionalmente, la vibración excesiva y el incremento de la temperatura fueron señal segura de una falla mecánica en un horizonte muy cercano.

Pero ahora sabemos que cambios microscópicos en las fuerzas de fricción, detectables con análisis de ultrasonido mucho antes que la maquina entre en estado de falla crítica, provee la oportunidad de una ventana muy grande para programar el mantenimiento.

Muchos problemas relacionados con el mantenimiento pueden ser descubiertos en una etapa inicial a través de la implementación de un programa de Ultrasonido.

El aumento de la popularidad en la implementación de programas de mantenimiento predictivo utilizando el Ultrasonido se puede atribuir a tres factores:

Fácil de utilizar y rapidez del diagnóstico

Los equipos son fáciles de utilizar y el hecho de no necesitarse un tratamiento posterior a la señal, hace que el aprendizaje se enfoque más en las técnicas de inspección, las cuales se aprenden e implementan rápidamente.

La mayoría de las aplicaciones donde se utiliza el ultrasonido, la presencia de señal ultrasónica o su incremento contra un valor conocido, es claro indicio de un problema. Si hay señal, hay problema y generalmente no hay necesidad de procesar posteriormente la señal.

Versátil

Con un solo instrumento podríamos buscar fallas en una trampa de vapor, determinar si un rodamiento está mal lubricado o verificar que no haya una fuga de corriente en un panel eléctrico.

Costo relativamente bajo de implementación y retorno sobre la inversión rápido:

El ultrasonido tiene una retorno sobre la inversión muy rápido, en muchos casos y dependiendo del nivel de problemas que tenga la planta, de unos pocos meses.

Si pensamos únicamente en el costo de una fuga de aire que puede estar alrededor de 100 USD al año, como costo de la electricidad para comprimir el aire que se pierde y el número de fugas que típicamente se encuentran en cualquier planta, fácilmente se paga la inversión en menos de 6 meses.

Monitoreo de Rodamientos

Todos los rodamientos, buenos o malos, viejos o nuevos emiten energía ultrasónicas causadas por la fricción entre los elementos de rodadura y las pistas.

A mas fricción o defectos en las superficies, mayor es la emisión acústica. Un rodamiento correctamente lubricado emite menos energía ultrasónica que uno mal lubricado.

Las siguientes son algunas ventajas de monitorear los rodamientos con ultrasonido:

• Detección temprana de problemas en desarrollo en el rodamiento
  
• Rapidez para hacer la colección de datos, pues solo toma unos segundos
  
• Inmediatez del diagnóstico, ya que no requiere tratamiento posterior de la señal
  
• Excelente complemento a las vibraciones

Lubricar acústicamente le permite:

• Una vida más larga del rodamiento
  
• Una racionalización de los consumos de lubricantes
  
• Mejor uso de la mano de obra disponible
  
• Menos mantenimientos por sobre lubricación o sub lubricación
  
• Uso mas eficiente de la energía

Detección de fugas en circuitos de aire comprimido y compresores de aire

El aire comprimido es un servicio muy costoso en las plantas productivas. Se estima que entre un 20% a un 30% del aire comprimido se pierde por fugas causando sobrecarga en el compresor y variación de presión en los sistemas.

La turbulencia que se forma en las fugas crea un sonido con un gran componente de ondas ultrasónicas fácilmente detectables.

En un ambiente ruidoso como el de una planta productiva el sonido ultrasónico de una fuga es inconfundible.

Algunos de los problemas que están asociados con las fugas son:

• Costos de electricidad para comprimir el aire
  
• Tratamiento del aire según la aplicación
  
• Mayores costos de mantenimiento
  
• Inestabilidad de los procesos

Cuando en los asientos de las válvulas del compresor se forman depósitos ocasionados por carbón o suciedad, las válvulas no cierran bien y el compresor pierde eficiencia. Deficiencias en el sellado de la válvula ocasionan fugas del aire comprimido causando turbulencia que se puede detectar por Ultrasonido.

Inspección de trampas de vapor

Los crecientes costos de la energía han hecho que el vapor sea un servicio muy costoso para desperdiciar. Estudios realizados han encontrado que en una planta típica entre un 30% y un 40% de sus trampas de vapor no funcionan correctamente.

Utilizando un detector ultrasónico se puede determinar claramente si existe o no flujo de vapor, pues el flujo turbulento genera ondas en el rango ultrasónico.

Una trampa defectuosa dependiendo cómo falle va a causar problemas al sistema tales como:

• Golpe de ariete
  
• Ineficiencias en la transferencia de calor
  
• Pérdida de vapor
  
• Más consumo de combustible
  
• Pérdida de químicos para tratar el agua

Inspecciones eléctricas

Los fenómenos eléctricos como la descarga de corona, arcos incipientes e interferencia electromagnética no generan suficiente temperatura para poder detectarse efectivamente con imágenes térmicas, pero sí producen una señal ultrasónica fácilmente detectable. Paneles eléctricos y cajas de interruptores son inspeccionados de una manera segura y rápida.

Sistemas hidráulicos

Válvulas obstruidas, fugas internas en actuadores y válvulas causan severos problemas en los sistemas hidráulicos. Encontrar estos problemas es rápido y fácil. Restricciones o fugas internas en sellos generan energía ultrasónica que es detectada, pudiéndose ubicar su origen.

Ésta fue una primera aproximación al ultrasonido y su aplicación en Mantenimiento de Máquinas; la capacitación y la experiencia son un largo camino por recorrer.

Fuente SDT Latinoamérica