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Primer buque propulsado por Turbinas de Gas, el Petrolero Auris
 
La turbina de gas como máquina propulsora principal fue experimentada por primera vez en el petrolero Auris de 12.250 dtw. Este buque había sido construido en 1948 con una planta de propulsión diesel-eléctrica basada en cuatro diesel generadores Sulzer de media velocidad y 1.100 bhp cada uno. La corriente eléctrica era suministrada a un único motor eléctrico síncrono de 3.750 bhp acoplado a la línea de ejes de la hélice.


Maqueta de la turbina de gas del Auris (Science museum)

Petrolero Auris navegando (www.merseamuseum.org.uk)


Petrolero Auris navegando (www.merseamuseum.org.uk)

La conversión consistió en sustituir uno de los cuatro diesel-generadores por una planta de turbina de gas con una potencia de 1.200 bhp.


Petrolero Auris, motores Sulzer (www.photoship.co.uk)


Petrolero Auris, turbina de gas (www.photoship.co.uk)


Petrolero Auris, turbina de gas (www.photoship.co.uk)


Petrolero Auris, sala control máquinas (www.photoship.co.uk)
  
La primera turbina de gas-alternador fue proyectada y construida en Inglaterra, trabajos realizados por British Thomson-Houston, donde las pruebas de factoría empezaron en 1950 y la instalación en el Auris fue llevada a cabo en 1951.

 


Maqueta de la turbina de gas del Auris (Science museum)

El diseño de la turbina de gas fue influenciado por el espacio disponible en el buque, lo cual dictaron la necesidad de una disposición de elementos en vertical.


Maqueta de la turbina de gas del Auris (Science museum)

La turbina de alta presión (HP) estaba acoplada directamente al compresor y estaba montada encima de la turbina de baja presión (LP), la cual estaba directamente acoplada al alternador.

El aire fresco entraba por unos conductos especiales y era comprimido en el compresor axial, posteriormente pasaba a un intercambiador de calor que aprovechaba la temperatura de los gases de la combustión para calentar el aire fresco. Las dos cámaras de combustión estaban posicionadas de forma muy ingeniosa dentro de los propios conductos de exhaustación para elevar al máximo la temperatura en las cámaras de combustión.
 

Los gases calientes producto de la combustión de fuel oil en las dos cámaras de combustión eran llevadas primero a la turbina HP y después pasaban a la turbina LP que estaba acoplada al alternador. Los gases escape pasaban al intercambiador de calor a contraflujo que calentaba el aire de admisión, y posteriormente los gases quemados salían a la atmósfera.

 


Petrolero Auris (www.merseamuseum.org.uk)

La primera turbina de gas entró en servicio en 1951 y fue probada durante cinco años de operación, con pocos fallos. Se probó el consumo de fuel oil pesado (HFO) pero después del primer viaje se encontraron indicios e corrosión en los álabes de la turbina HP, por lo cual se pasó a consumir Diesel Oil marino (MDO). Los test acumularon 20.510 horas de operación en cinco años, de las cuales 6.649 horas fueron usando HFO. Sorprendentemente, los motores Sulzer sufrieron de menos fiabilidad que la turbina de gas en ese intervalo de tiempo.

 

La segunda turbina de gas ensayada en el Auris fue en realidad la primera que fue utilizada para ir acoplada a la línea de ejes de propulsión de un buque. En efecto, esta unidad fue realizada con una disposición direct-drive con engranajes y acoplamientos hidráulicos, acoplando la turbina de gas en sustitución del motor eléctrico para accionar la línea de ejes del propulsor del buque.

 

La nueva instalación de turbina de gas quedó lista en julio de 1958, desarrollando una potencia de 5.550 shp, bastante superior a los 3.850 shp que proporcionaba la antigua instalación diesel-eléctrica. Por ello fue necesario sustituir el antiguo propulsor por otro de diámetro similar pero con más pitch y área desarrollada que el anterior, aumentando la velocidad del buque de 12,9 knots a 13,5 knots.


Petrolero Auris en puerto (www.merseamuseum.org.uk)


 Fuentes: wikipedia, Science Museum (London), www.photoship.co.uk,www.merseamuseum.org.uk
 
Publicado el 2013-12-31 11:30:17 por Carlos Rodriguez | Abrir
 
Motores Marinos Sulzer, evolución e historia
 
El fabricante Sulzer Brothers, de Suiza, fue una firma especializada en motores marinos lentos de dos tiempos, tradicionalmente de simple acción, turboalimentados y con barrido de lazo-transversal.



 

Sulzer Brothers fue un fabricante activo en los sectores de diseño de motores de dos y cuatro tiempos, la relación de la firma Sulzer con Diesel data del año 1879 en el que Rudolf Diesel, como joven ingeniero, siguió sus estudios trabajando como aprendiz sin paga en el taller Hermanos Sulzer en Winterthur, Suiza.

El primer motor Diesel construido por Sulzer fue puesto en marcha en junio de 1898 después de que la compañía Hermanos Sulzer firmara un acuerdo con Rudolf Diesel para la fabricación de motores con la nueva tecnología.

La fabricación de motores Diesel se inició en 1903 en Winterthur, fueron motores verticales de cuatro tiempos con inyección de combustible con aire.

En 1905 la compañía construyó el primer motor diesel de dos tiempos marino directamente acoplado y reversible, cinco años más tarde introdujo un motor de dos tiempos sin válvulas con pistones refrigerados.

En 1910 se instalaron en el buque italiano “Romaña” dos motores Sulzer de 4 cilindros, sin válvulas, que desarrollaban 280 kW a 250 Rev./min cada uno.

En 1912 se construyeron los motores de dos tiempos sin válvulas y con cruceta para el buque oceánico alemán “Monte Penedo”, llevaba dos motores Sulzer 4S47 de 625 Kw a 160 rev./min cada uno.

Motor Sulzer 4S47 del buque “Monte Penedo” (1912).

La evolución siguió rápidamente y en la década de 1920 Sulzer se convirtió en una marca famosa en todo el mundo por la fabricación de motores diesel para barcos, para centrales eléctricas y ferrocarriles.

 
La inyección de combustible sin aire fue introducida a partir de 1932 y rápidamente se convirtió en norma para todos los tipos de motores diesel lentos, en gran medida debido a la mejora del rendimiento y reducción de las necesidades de mantenimiento.
 

El siguiente paso fue el desarrollo de la turbo alimentación, la cual permitía mejorar la potencia específica de los motores, requiriéndose, para un mismo nivel de potencia, un motor más pequeño, con menos peso y menos necesidades de espacio. El primer motor diesel lento de dos tiempos turboalimentado fue el Sulzer 6TAD48, que estuvo operativo en 1946.
 
A partir de 1956 los diseños de motores Sulzer lentos de cruceta, fueron de dos tiempos, simple acción, turboalimentados, sin válvulas y con barrido por lazo. Eran los tipos de las series RD, RND, RNDM, RLA y RLB.

Los motores Sulzer de la serie RD fueron los primeros motores de dicha firma concebidos desde un principio para equipar turbocompresor, siendo el modelo RD76 la primera unidad operativa, puesta en funcionamiento en el año 1957



Motor lento de cruceta Sulzer de la serie RD, se observa el tren alternativo de considerable altura, sin embargo estos motores tenían una carrera mucho más corta que los actuales de la serie RTA que son considerablemente más altos.

Los RD son motores lentos, de dos tiempos, diesel, de cruceta, con sobrealimentación con turbocompresor y enfriador de aire de barrido. Lo más característico es su sistema de barrido en lazo con lumbreras de admisión y escape, y la presencia de válvulas rotativas en los escapes, sistema que servía para optimizar el ciclo de funcionamiento desfasando el escape con respecto a la admisión, pero que debido a las altas temperaturas de los gases de escape, provocaba que estas válvulas rotativas, que giraban con un decalaje determinado para cada cilindro, se deterioraran provocando averías y gastos de mantenimiento.
Sulzer de la serie RD, corte esquematico trasversal, se observa donde van los distribuidores rotativos en los conductos de escape, origen de muchos problemas de mantenimiento.
Distribuidores rotativos de motor Sulzer serie RD, cada uno llevaba su decalaje para cada cilindro, su movimiento estaba sincronizado con el giro del cigueñal que los arrastraba, a pesar de su robusta construcción, el estar expuesto a gases de escape muy calientes los acababa deteriorando.

Por ello en la siguiente evolución, las series RND, RNDM, RLA y RLB, se abandonó este sistema en favor del famoso sistema Sulzer con paquetes de barrido (múltiples válvulas de láminas que abrían en el sentido de la corriente de aire), lo cual permitía obtener del desfase admisión-escape actuando sobre la admisión en vez del escape.
Paquetes de valvulas de láminas Sulzer, sistema mucho mas fiable, por estar expuestas al aire de admisión, impiden el retroceso de gases calientes por los conductos de aire de barrido, perimitiendo el paso de gases solo en una dirección, en sentido de los cilindros. Este sistema fue incorporado en las series siguiente RND, RLA, etc.

Camisa de cilindros Sulzer RND, muy similar a los e la serie RD, lleva lumbreras de admisión (las inferiores) y escape, permitiendo la realización del barrido en lazo, este sistema limitaba el uso de carreras de pistón muy largas, fue abandonado en los años 80 con la introducción de la serie RTA.
 
 

 
 
 
 
 
 
 

A finales de 1983 se rompe con la tradición de motores sin válvulas con la introducción de la serie RTA, con barrido uniflujo con válvulas en culata y turbocompresor a presión constante. Eran motores con carreras muy largas y diámetros de cilindro de 380 a 840 mm, aumentando a 960 mm a partir de 1994.

 

 En 1981 se ensayaron sistemas electrónicos para la inyección de combustible, los ensayos se iniciaron en un motor de investigación. Esto llevó en 1998 a la realización de un primer motor lento controlado electrónicamente para ensayos, demostrando las ventajas del control electrónico sin las limitaciones impuestas por la actuación mecánica de las bombas de inyección de combustible y de la bomba de actuación de la válvula de gases de escape.

En 1988 Sulzer empezó la fabricación de la serie de motores RTA-C con la introducción del modelo RTA84C como un motor diseñado para la próxima generación de grandes y rápidos portacontenedores. Este motor ofrecía una mayor potencia que el modelo anterior, el modelo RTA84 que a su vez ya había demostrado ser muy popular para la propulsión de grandes portacontenedores. El motor RTA84C, a su vez, fue aceptado por el mercado y se convirtió, durante algunos años, en el motor líder del mercado para la aplicación en grandes portacontenedores.
Portacontenedores Maerks Columbine navegando frente a las costas gallegas en Septiembre de 2010.

En marzo de 1990, el nombre de la compañía se cambió a Sulzer Diesel Ltd. En noviembre de 1990, la empresa pasó a denominarse New Sulzer Diesel Ltd (NSD) cuando fue vendido por Sulzer a grupos de construcción naval alemanes e italianos, con el Sulzer manteniendo una participación minoritaria. En abril de 1997, New Sulzer Diesel Ltd (NSD) fue totalmente asumida por Metra Corporation, que se fusionó con Wärtsilä Diesel para crear Wärtsilä NSD Corporation, que más tarde se convirtió en Wärtsilä Corporation New Sulzer Diesel Ltd, la cual pasó a denominarse Wärtsilä NSD Switzerland Ltd. La empresa suiza pasó a denominarse Wärtsilä Ltd Suiza en el año 2000.

En el año 2001 entro en servicio a bordo de un Bulk-Carrier el primer motor Sulzer controlado electrónicamente, tipo RT-flex58T-B, con inyección de combustible common rail.
Sulzer RT-Flex engine.Foto: Wartsilla.

En el año 2002, en el transcurso de los estudios iniciales para la realización de un nuevo motor, Wärtsilä y Mitsubishi Heavy Industries Ltd, Japón alcanzaron un acuerdo de cooperación para realizar conjuntamente el diseño de un motor con cigüeñal convencional, que para Wärtsilä fue el Sulzer RTA50. En base a este diseño Wärtsilä decidió también desarrollar un motor Sulzer RT-flex50 con sistemas common rail
controlando electrónicamente la inyección de combustible y el control de las válvulas.

Sulzer RT-Flex, animación.

También se han tenido en cuenta los desafíos regulatorios, tales como los controles de las emisiones de gases nocivos y los niveles de ruido. Los motores de baja velocidad cumplen sin dificultad las actuales normas de emisión de NO
x de la OMI pero los controles más estrictos requieren el tratamiento de los gases de exhaustación utilizando una reducción catalítica selectiva (SCR).

Los avances alcanzados últimamente en desarrollo de software para ordenador ha facilitado el diseño, desarrollo y prueba de las nuevas mejoras introducidas en los motores, pero éstos también se aprovechan del la utilización de hardware a escala total para evaluar las innovaciones introducidas  en los componentes y sistemas de los nuevos motores.

Sulzer mantiene la producción de motores diesel lentos con cigüeñal convencional de la serie RTA, además de los motores con control electrónico de la serie RT-flex introducidos en el mercado en el año 2001.


Actualmente Wärtsilä y Mitsubishi Heavy Industries Ltd (MHI) forman una alianza estratégica con el fin de ampliar su expansión en el mercado de los motores lentos.

En las imágenes siguientes pueden contemplarse algunos ejemplos de buques que iban propulsados por motores lentos Sulzer con barrido en lazo;




Quimiquero parcelero Stolt Integrity, 1978 (Foto Karsten Petersen)


Sulzer 7RND76M. HM Koppenbordes


OBO Mapy T propulsado por Sulzer 7RND90. Fene.com


Fuentes:
- Sulzer Technical Review 4/1974
- WOODYARD (Pounder's Marine Diesel Engines And Gas Turbines, 9Th Edition).
- Scavenging of two-stroke cycle Diesel engines - Paul H. SCHWEITZER (1949).
- WARTSILLA (http://www.wartsila.com/en/marine-solutions/overview).
- El Portico de Astano
- Fene.com 


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Publicado el 2019-06-12 10:32:37 por C.G Rodriguez Vidal | Abrir
 
Sistemas BWTS para tratamiento de agua de lastre en buques
 
Actualmente no hay noticias de que en España existan suministradores de equipos completos para tratamiento de agua de lastre, lo cual representa una enorme pérdida de oportunidades de negocio, debido a que la OMI obligará inminentemente su implantación en la mayoría de los buques que navegan por todo el mundo.


Salida del LNG Bayelsa con agua de Lastre cogida en Ferrol y llevada a aguas del Caribe. Espera el LNG Lobito con agua de lastre embarcada en aguas de Sudáfrica y que será descargada dentro de la ría de Ferrol.


EL PROBLEMA DE LA CONTAMINACIÓN BIOLÓGICA

Estudios realizados en varios países han puesto de relieve que muchas especies de bacterias, plantas y animales pueden sobrevivir en el agua de lastre y en sus sedimentos transportados, incluso después de viajes de varios meses de duración. La descarga ulterior de agua de lastre y sedimentos en aguas de los puertos receptores puede dar lugar al asentamiento de organismos acuáticos perjudiciales y agentes patógenos que pueden constituir un riesgo para la vida de los seres humanos, para la flora y la fauna autóctonas y para el medio marino. Y si bien se han descubierto varias causas responsables de la transferencia de organismos entre áreas marinas geográficamente separadas a gran distancia, la descarga de agua de lastre de los buques parece ser una de las más importantes

Con el agua de lastre de los buques se transportan especies marinas  y, cuando  es expulsada del buque para poder realizar la carga de  mercancías, son también expulsadas especies foráneas, siendo su cantidad significativa debido a la  cantidad de agua involucrada, miles de millones de toneladas anuales.



Proceso de contaminación biologica por agua de lastre. Fuente Innovaciones Marinas.


Se desplazan así especies indígenas provocando un desastre ecológico sin precedentes y difícilmente reversibles

Según explicaciones del Ingeniero Naval Primitivo González (experto en BWTS): Se ha observado que los organismos que se asientan no tienen que ser necesariamente peligrosas para el ser humano pero, sin embargo, pueden causar daños severos en su nuevo asentamiento. Algunos invasores han afectado en muchos lugares la flora y la fauna natural compitiendo por el alimento, por el habitat y por otros recursos. La peor consecuencia ecológica es el desplazamiento de una especie nativa por un invasor exótico. Esto puede provocar no sólo la extinción de esa especie, sino también la de otros organismos que dependen de la anterior, ya que la cadena trófica puede ser seriamente trastocada debido a  la invasión de una sola especie extraña.


Cangrejo Chino que se está extendiendo por todo el mundo y ahora es imposible de eliminar.
 
La gravedad del problema es que, a diferencia de lo ocurrido con los derrames de hidrocarburos y otras contaminaciones marinas causadas por el tráfico marítimo, las especies y organismos marinos exóticos transferidos no pueden ser limpiados mediante medios físicos artificiales ni absorbidos o eliminados de forma natural por los océanos. Una ver asentados son casi imposibles de erradicar y pueden causar daños muy graves.


CONVENIO AGUA DE LASTRE

- Se dirige a los Estados de abanderamiento/registro de los buques y a los que regulan sobre plataformas “off-shore”, flotantes y fijas, adyacentes a la costa.

- Se aplica a los buques de todo tipo, excepto los que operan sólo en las aguas de un Estado,  los buques de guerra y otros especiales.

- Trata de la gestión del agua de lastre y de sus sedimentos, para evitar la toma  y descarga de organismos dañinos.

- Fija la obligación de cooperar con el resto de los Estados Miembros.

- La Guía fue sometida para su revisión y adopción, como Convenio Internacional, en la Conferencia Internacional sobre la Gestión del Agua de Lastre, en la OMI en febrero de 2004.

- Fue aprobada, con la participación de 74 países, un miembro asociado, dos Organizaciones Intergubernamentales y 18 ONGS, en total 95 Delegaciones.

- El Convenio entrará en vigor 12 meses después de la fecha en que se haya  ratificado por al menos 30 Estados cuya flota mercante total represente como mínimo un 35% del tonelaje de registro bruto de la flota mercante mundial.

 


RESUMEN DEL CONVENIO DEL AGUA DE LASTRE

· Los buques construidos antes de 2009, con una capacidad de agua de lastre entre 1500 y 5000 m3, que representan la mayoría, realizarán el cambio del agua de lastre (con una efectividad mayor del 95%) a más de 200 millas de la costa más cercana, en aguas de más de 200 m de profundidad.

· Si la distancia de 200 millas no es posible, el cambio se efectuará  a más de 50 millas y a más de 200 metros de profundidad. Si aun así no es realizable, el Estado correspondiente, de acuerdo con los adyacentes, podrá establecer zonas para el cambio del agua de lastre dentro de sus aguas juridiscionales.

· En cuanto a calidad de la aguas: todos los buques construidos en o después de 2009, con una capacidad de agua de lastre menor o igual a 5000 m3, no podrán descargar agua de lastre que contenga más de 9 organismos viables por m3 con tamaño igual o mayor de 50 µ, ni más de 9 organismos viables por cm3, con tamaño mínimo entre 10 y 50 µ.

· A partir de 2014 se aplicarán estas medidas a los buques con una capacidad de lastre entre 1500 y 5000 m3 construidos antes de 2009. 

· Y desde 2016 a los buques con una capacidad de lastre menor de 1500 m3,  construidos antes de 2009, y mayores de 5000 construidos en o después de 2012.

· Hasta finales de 2016, los buques con una capacidad de agua de lastre menor de 1500 m3, construidos antes de 2009, y los de una capacidad de agua de lastre mayor de 5000 m3, construidos antes de 2012, podrán optar, alternativamente,  por realizar el cambio de agua de lastre (con  efectividad mayor de 95%) en altamar.

· Se establecen limitaciones para las concentraciones máxinas de colonias de Vibrio Cholera, Intestinal Enterococci y Estericchia Coli.

· Además, los Estados dispondrán instalaciones para  recepción de los sedimentos en  puertos y terminales donde se limpien/reparen los tanques de lastre.


Plan de implantación del Convenio IMO


PROCEDIMIENTO PARA APROBACIÓN DE SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUA DE LASTRE

Para aprobación de los sistemas de tratamiento de agua de lastre se ha creado el grupo técnico experto en sustancias activas formado por el Grupo de Expertos en Aspectos Científicos de Protección del Medioambiente Marítimo (GESAMP) más el Grupo de agua de lastre (BW) a fin revisar todas las propuestas sujetas a aprobación de sistemas de tratamiento de agua de lastre que utilizan sustancias activas.


Esquema de procedimiento para aprobación de equipos. Fuente Lloyd´s Register.



SUMINSTRADORES DE TECNOLOGIAS APLICABLES AL TRATAMIENTO DE AGUA DE LASTRE

Se consideran solamente suministradores de equipos completos para tratamiento de agua de lastre basados a bordo de los buques, aunque también se pueden considerar suministradores de partes de equipos.

Destacan países tecnológicamente avanzados y con tradición en el desarrollo de equipos de aplicación en el sector marítimo, como son: Estados Unidos, Japón, Alemania, Korea, también Grecia y Holanda.


Suministradores de tecnologia, años 2008, 2010 y 2011. Fuente Lloyd´s Register.


TECNOLOGIAS MÁS UTILIZADAS
Las tecnologías más utilizadas se pueden observar en la siguiente gráfica confecionada por Lloyd´s Register, donde destaca en el pretratamiento físico el sistema de filtración y en la desinfección hay más dispersión entre las soluciones adoptadas como son UV radiación, Electrolisis, Electroclorinación, cavitación, etc.


 




ESTADO DE LA TÉCNICA EN ESPAÑA

Actualmente no hemos encontrado noticias de la existencia suministradores españoles de equipos completos para tratamiento de agua de lastre basados a bordo de los buques.

Por lo cual muy posiblemente no llegaremos a tiempo para el desarrollo de estos equipos que ya deben ser incluidos obligatoriamente en las nuevas construcciones, los cuales deberán ser comprados a suministradores extranjeros, o en el futuro quizá fabricados bajo licencia de fabricantes de otros países que nos vendan la tecnología.

Es importante intentar coger parte de esta tarta que actualmente se están repartiendo en países que invierten en I+D aplicado al naval, como son EEUU,  Japon, Korea, UK, etc. Cuanto más nos retrasemos más complicado será entrar debido a las patentes, que impedirán realizar los desarrollos más lógicos o evidentes.

Actualmente, el estado de la técnica en España no está demasiado atrasado, gracias al impulso llevado a cabo por el Grupo de Innovaciones Marinas de La Universidad de A Coruña, que cuenta con un equipo de tecnólogos dedicados en al estudio de la técnica de los equipos para tratamiento de agua de lastre, según nos cuenta el director del proyecto D. Primitivo González, el cual es uno de los expertos más importantes de España en esta materia, con continuos viajes al año para tener conocimiento de los desarrollos de estos sistemas llevados a cabo en distintas partes del mundo.

Esperemos no perder también el tren de la tecnología asociada al tratamiento de agua de lastre, ya que en el mundo se va a mover (ya se está moviendo) mucho dinero y posibilidades de negocio, y la tecnología necesaria para desarrollar estos equipos no es tan inalcanzable como para no intentarlo y renunciar a nuestra parte del pastel, hay que recordar que todavía hay muchos astilleros en España, y todavía poseemos una importante flota mercante que se espera vuelva a estar en expansión en los próximos años.





FUENTES:

1- Grupo de Innovaciones Mariñas de la Universidad de La Coruña

2- http://www.imo.org


3- Updated Methodology for Information Gathering and Conduct of Work of the GESAMP BWWG MEPC 63, Londres 2012

4- IMO. BWM.2/Circ.13/Rev.1 GESAMP BWWG, Londres 2011.

5- Lloyd’s Register. Ballast water treatment technology, curren status. Londres 2010. EC3M 4BS


 
Publicado el 2013-12-31 11:34:25 por Carlos Rodriguez | Abrir
 
Motor de émbolos opuestos Doxford
 
Fabricante británico de motores diesel de gran potencia, tradicionalmente incorporó el barrido uniflujo con émbolos opuestos, el pistón superior era refrigerado por agua y el inferior por aceite. El fabricante decía que con este sistema se conseguía más potencia por cilindro que en un motor normal, con la misma p.m.e.


Los motores Doxford se diferenciaban de los producidos por otros fabricantes de motores de émbolos opuestos en que estos eran accionados por bielas a un único cigüeñal, dos bielas para el pistón superior y una para el pistón inferior, mientras que otros fabricantes de motores con pistones opuestos llevaban dos cigüeñales y tren de engranajes para transmitir el movimiento entre ambos cigüeñales (Fairbanks Morse, Junkers, etc). 


 

El último motor de dos tiempos lento diseñado por los británicos fue retirado de la producción en 1980, pero algunas unidades del tipo J permanecen todavía en servicio. En sus últimos años la empresa también diseñó y produjo el inusual motor de tres cilindros modelo 58JS3C, que desarrollaba 4.050 kW a 220 rev/min y se desarrolló específicamente para propulsar pequeños portacontenedores. El diseño 58JS3C fue basado en el tipo J, pero con mejoras para hacer frente a la mayor velocidad de rotación con una relativamente corta carrera de los pistones. 




Motor de EMBOLOS OPUESTOS DOXFORD en el SCIENCE MUSEUM






Maqueta del motor de émbolos opuestos Doxford



Videos:




Fuentes: Doxford Engines Ltd, Science Museum


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Publicado el 2019-06-12 10:36:29 por C. Rodriguez Vidal | Abrir
 
Historia del motor Fairbanks Morse 38-D8-1/8 y análisis comparativo frente a su competencia
 
El motor diesel de émbolos opuestos Fairbanks-Morse 38D8-1/8 fue inspirado en el avanzado motor diesel alemán de aviación Junkers Jumo 204, el cual entró en producción en 1932. A pesar de que el Fairbanks-Morse era más grande y pesado que el Junkers, y que además estaba destinado a la propulsión de buques y tracción ferroviaria, conservaba las características de alta potencia específica, bajo consumo específico y elevada densidad de potencia en comparación con los motores existentes para submarinos de esa época.


Fairbanks-Morse 38D8-1/8



Sección del motor Fairbanks-Morse 38D8-1/8 [1].



Junkers Jumo 204, motor diesel del bombardero Ju 86

A mediados de los años 30, cuando comenzó la producción del Fairbanks-Morse 38D8-1/8, el panorama era el siguiente. La marina de los Estados Unidos estaba interesada en construir grandes submarinos oceánicos de muy largo rango de acción con el fin de realizar largas patrullas por el Océano Pacífico. En ese momento, Estados Unidos poseía los grandes submarinos de flota Argonaut, Nautilus y Narwhal, el primero submarino minador y los dos siguientes submarinos cruceros. Éstos llevaban la clásica propulsión directa típica de los submarinos de esas fechas, con el motor diesel acoplado directamente al eje de salida, a continuación un embrague, después el motor/generador eléctrico, otro embrague, la reductora y finalmente el eje de la hélice. El USS Narwhall llevaba dos grandes motores principales BuEng (licencia MAN), 10 cilindros, 4 tiempos y 1750 kW, los cuales no demostraron un buen resultado, por lo cual se reemplazaron posteriormente por 4 Winton a principios de la guerra.


El gran submarino-crucero USS Narwhal (SS-167), one of the "V-boats"submarines.


USS Cuttlefish
(SC-5/SS-171), a Cachalot-class submarine, ("V-boats")

Esta disposición de la máquina con propulsión directa tenía algunos inconvenientes en cuanto a la propulsión de grandes submarinos oceánicos cuando se trataba de buscar una velocidad más elevada. El problema era que los motores diesel disponibles en esa época, con un tamaño y peso compatibles con el reducido espacio existente en submarinos, tenían una potencia bastante limitada para que esos grandes submarinos alcanzaran las velocidades requeridas, que eran del orden de 18 nudos o más. Una manera de aumentar la potencia de los motores era que crecieran en longitud aumentando el nº de cilindros, pero por encima de 10 cilindros en línea la fiabilidad se comprometía debido a las vibraciones. Otra solución era aumentar el número de motores, pero el problema era cómo transmitir la potencia de estos motores adicionales hasta las hélices, ya que no se podía utilizar la solución de cuatro hélices debido a la escasa manga de los submarinos.



Propulsión clásica en los submarinos alemanes, como la que llevaba el U-Boat type IX


Los submarinos Type XXI seguían una disposición similar en la planta propulsora, pero con motores eléctricos mucho más potentes.

La opción que se adoptó en los submarinos norteamericanos a partir de la clase Tambor fue la utilización de propulsión eléctrica permanente (tanto navegando en superficie como en inmersión) con motores de corriente continua alimentados por cuatro diesel-generadores con elevada densidad de potencia. Esta configuración se puede apreciar en la Fig. siguiente, la cual ilustra la planta propulsora de los submarinos de la clase Balao. La Fig.(b) representa un esquema con los motores eléctricos acoplados a reductoras y la Fig.(a) el sistema más moderno, con motores eléctricos de corriente continua directamente acoplados, los cuales giraban mucho más lentos y eran de mayor tamaño. Esta disposición aportó múltiples ventajas: aumento de la potencia instalada, posibilidad de ubicar los motores en la posición más conveniente, eliminación de embragues, flexibilidad en la producción de energía en caso de avería o mantenimiento en algún motor diesel, mejora del control de daños (damage control) aumentando su capacidad de supervivencia y, sobretodo, mejora en la utilización de la energía según las necesidades operativas (por ejemplo, desarrollo de la máxima potencia para recargar baterías, para propulsión, o múltiples combinaciones entre ambas). Los inconvenientes eran el coste y una ligera disminución de rendimiento global de la planta debido a la necesidad de realizar una doble conversión de la potencia mecánica-eléctrica y eléctrica-mecánica, así como por utilizar motores diesel más rápidos (los cuales generalmente tienen menor rendimiento térmico). Con el fin de mejorar en lo posible la eficiencia de la propulsión, en unidades posteriores se sustituyeron los motores eléctricos acoplados por medio de reductora por motores eléctricos acoplados directamente a la línea de ejes. Éstos se disponían en tandem, con dos unidades por eje y sin necesidad de reductora entre el motor eléctrico y el eje de cola, lo cual reducía las pérdidas en la transmisión de potencia, bajaba el ruido generado y mejoraba la fiabilidad del conjunto, U. S. Navy.


Planta propulsora de los submarinos de la case Balao, con propulsión eléctrica permanente. Con dos disposiciones para los motores electricos (a) Transmisión directa; (b) transmisión con reductora.
http://www.maritime.org/fleetsub/elect/foldout/fig2-01.htm


Los diesel generadores con alta densidad de potencia destinados a la propulsión de la nueva generación de submarinos norteamericanos inicialmente se reducían a tres fabricantes, cada uno de los cuales presentaba motores de concepto distinto y además con diseños muy audaces y avanzados para la época. Éstos eran Hooven-Owens-Rentschler, GM Cleveland Division (originalmente Winton) y Fairbanks-Morse.


Botadura del USS Lamprey (SS-372), a Balao-class submarine, el 18 de Junio de 1944

Hooven-Owens-Rentschler fabricó el H.O.R Modelo 99 DA, que era un motor de dos tiempos y doble efecto (con combustión por ambas caras del pistón) fabricado con licencia MAN. Había sido el motor utilizado en los cruceros alemanes de la clase de Leipzig, conocido como MAN 30/44. Este motor fue un completo fracaso debido a constantes problemas de falta de fiabilidad, por lo que pronto fue abandonado y los submarinos que los llevaban fueron remotorizados principalmente con los Winton, U. S. Navy.


Motores de dos tiempos y doble efecto producidos por la firma alemana MAN, y fabricados bajo licencia por la empresa Norteamericana Hooven-Owens-Rentschler.


USS Salmon fue uno de los Submarinos que incorporaron los nefastos H.O.R Modelo 99 DA, motores diesel de dos tiempos y doble efecto.


El motor original Winton fue el 201. Sus sucesores fueron el GM Cleveland 248, 258 y 278. Todos ellos eran motores diesel de dos tiempos y simple efecto, barrido uniflujo, con válvulas de escape en la culata y compresor de lóbulos tipo Roots. Estos motores eran de mayor velocidad (750 rpm) y mucho más ligeros que los motores diesel usados en los submarinos de esa época. El GM 16-278 dio bastante buen resultado, utilizándose con profusión en prácticamente todas las clases de submarinos norteamericanos durante la II Guerra Mundial, U. S. Navy.



USS Balao, submarinos que incorporaban tanto motores FM o GM



Sala de máquinas del submarino USS Cod, submarino Clase Gato, que llevaba  4 × General Motors Model 16-248 V16 

El motor Fairbanks-Morse 38D8-1/8 en el que se basa este artículo era de dos tiempos con barrido uniflujo, émbolos (o pistones) opuestos y compresor espiral de lóbulos tipo Roots. Existían las versiones de 9 y 10 cilindros, siendo esta última la preferida. Era un motor muy apreciado por su capacidad de soportar  el trato duro, mantenía bien las temperaturas y difícilmente entraba en sobrecarga, siendo además muy fiable y fácil de reparar, por lo que era el preferido de las tripulaciones que lo manejaban, U. S. Navy.




Sala de máquinas de un submarino de la clase Balao, equipada con 2 motores FM 38D8-1/8 cada una


El Krupp-GW F46a6pu era producido por la fábrica Krupp-Germaniawerft de Kiel. Los incorporaban los submarinos U-Boote del tipo VII. Las primeras versiones generaban 1400 CV a 470 rpm (versiones posteriores 1500 CV). Tenían una sola válvula de admisión y de escape, bombas de inyección individuales de la firma Bosch y eran reversibles (la “u” significa reversible, “umsteuerung”),.


 



El MAN M9V40/46 era producido en la fábrica MAN de Augsburg para el nuevo U-Boot del tipo IX, del que a finales de 1943 ya se habían ordenado 450 unidades. Eran motores de 9 cilindros sobrealimentados con turbo, que desarrollaban 2.200 CV a 470 rpm. El turbocompresor era un diseño independiente desarrollado a partir de una licencia de la casa Büchi de Mannheim en la fábrica de la marca Suiza Brown Boveri Company (BBC),.







El MAN M6V40/46 KBB fue desarrollado para los U-Boote del tipo XXI. Éstos eran una nueva versión de los existentes M6V40/46 (equivalentes de MAN a los Krupp-GW F46a6pu), modificados para incrementar considerablemente sus prestaciones. Un sistema de turbocompresor BBC con refrigeración por agua aumentaba la potencia hasta los 2.000 CV a 520 rpm. El M6V40/46 pasaría a denominarse M6V40/46KBB (Kreiselpumpe). La entrega de estos motores se retrasó debido al rediseño de algunas piezas para soportar el incremento de potencia (del 40% sobre el M6V40/46 original). Este motor no disponía de sistema de reversión de la marcha, para lo cual se empleaban los motores eléctricos.



 






Comparando estos motores llama la atención que, a pesar de ser motores que emplean técnicas muy diferentes, alcanzan cifras de rendimiento bastante igualadas, como es el caso del MAN M9V40/46 y el Fairbanks-Morse 38D8-1/8, los cuales superan el 37% a plena carga. Sin embargo, es importante mencionar que el motor alemán cuenta con la ventaja del turbocompresor y de operar con el ciclo de 4 tiempos. El rendimiento del GW F46a6pu, que lleva compresor mecánico, es sensiblemente inferior.

Otra cualidad interesante de los motores norteamericanos es que a pesar de girar a más revoluciones la velocidad media del pistón es todavía más reducida que en los motores alemanes, esto da idea de lo conservador de su diseño para la obtención de una buena fiabilidad y resistencia al desgaste.

Un apartado importante para los submarinos es el dato de la densidad de potencia (kW/t), en el cual se imponen claramente los motores nortemericanos. El hecho de trabajar con el ciclo de dos tiempos, operar a más altas revoluciones y poseer menores cilindradas les otorga una considerable ventaja.

Por tanto, según los datos recogidos en la Tabla se puede concluir que los motores norteamericanos demuestran, al menos sobre el papel, superioridad técnica frente a los motores alemanes, los igualan en consumo específico de combustible y los mejoran claramente en densidad de potencia y compacidad. En el apartado de fiabilidad, los indicadores de velocidad media de pistón, presión media efectiva, presión de barrido y cilindrada unitaria también otorgan algunos datos favorables a los motores norteamericanos. La eficacia de su diseño también se confirmó a partir de los informes de sus tripulaciones y la evidencia de su amplio programa de producción.

La disposición de la maquinaria de los submarinos de la USS Navy, con los generadores de diesel independientes y motores eléctricos de propulsión, se convirtió en el estándar de la posguerra para submarinos convencionales (no nucleares) en otras marinas de guerra, y todavía se usa en la actualidad mientras no se imponga otra alternativa como podría ser la propulsión con pila de combustible.


Submarino clase Daphne, con los generadores diesel independientes de la propulsión que es siempre con motores eléctricos.


ENLACES RELACIONADOS:

1- Motor de émbolos opuestos Fairbanks Morse 38D8-1/8. Análisis CFD del proceso de barrido

2- Motores diesel en los Uboote

3- Revista Ingeniería Naval, nº 905, julio/agosto 2012:
"Descripción técnica y análisis CFD del motor marino  de émbolos opuestos Fairbanks-Morse 3808-1/8", por C. Rodríguez Vidal y M.I. Lamas Galdo.

4- U.S. NAVY. The FleetType Submarine, 1946, ISBN 1411677536.

5- RODRIGUEZ VIDAL, Carlos; ANTELO GONZÁLEZ Felipe. Sistemas de distribución en motores lentos de dos tiempos con barrido uniflujo, en lazo y transversal. Ingeniería de Mantenimiento Marítimo. 2009, pp. 46-51.

6- Wikipedia, USS Narwhal, USS Cod, USS Lamprey, Type VI, IX, XXI, etc


 
Publicado el 2014-01-06 01:20:04 por C. Rodriguez & I. Lamas | Abrir
 
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