Tipos de Propulsión Naval

8/16/2019 Tipos de Propulsión Naval

1/156

Centro de Estudios Mar del PlataUniversidad Tecnológica Nacional

1

Plantas Propulsoras Navales

Tipos de Propulsión Naval

El Material que contiene el presente Archivo, es decirculación interna en la Materia “Plantas PropulsorasNavales”, en la cursada 2016 y fue compilado por

Luis R de Pascuale, en base a su experienciaprofesional.-


2/156

Sistema de Propulsión


2

Si lo presentamos de forma coloquial, tenemos que por“Propulsión” entendemos a la “acción de producir el trasladode un Buque o Embarcación”, venciendo las resistencias que

se oponen a su marcha.La Propulsión, puede estar basada en “fuerzas internas” delBuque (Máquinas, Remos) o “fuerzas externas” al Buque(viento, remolque).


3/156


3


La Propulsión Mecánica es la de uso corriente en lanavegación comercial casi con exclusividad. Este Tipo dePropulsión se basa en dos elementos básicos:

Máquina, (que forma parte de esta Materia) Hélice, (no incluida en el Programa de Plantas Propulsoras)


4/156


4


Máquina o Motor Principal: La Máquina es el elemento encargado de Generar la

Energía necesaria para desplazar el Buque.

Esta Energía es trasmitida a través de un Eje a una o másHélices que transformarán esa Energía en Fuerza deEmpuje.


5/156


5


Máquina o Motor Principal: La Máquina (también conocida como Motor Principal) es

la que da la Potencia para mover el Buque.

Se aloja en un compartimiento especial denominado “Sala de Máquinas”.


6/156

Sala de Máquinas


6


7/156


7

Sala de Máquinas

También en la Sala de Máquinas se alojan las MáquinasAuxiliares, denominación de los Generadores, equipos queproveen Energía Eléctrica al Buque, también en este recintoencontramos al sistema que entrega Energía Hidráulica,

Compresores, Intercambiadores de Calor, diversas Bombas,Purificadoras, etc.


8/156

La Máquina o Motor Principal


8

Actualmente las Máquinas o Motores Principales de losBuques son del tipo de Combustión Interna y utilizancombustibles fósiles del tipo al F.O. ó H.F.O., para el caso de

los Buques Mercantes de gran porte (Motores Diésel Marinos2 Tiempos)., en los Buque menores se utiliza D.O. (MotoresDiésel Marinos 4 Tiempos).

La Máquina Principal suministra Energía Mecánica, en forma

de movimiento giratorio que es transmitido a un eje, vinculadoa la Máquina por un extremo y a una Hélice por el otro.


9/156

Introducción Plantas Propulsoras Navales


9

La Propulsión de Buques es el aspecto de la IngenieríaNaval afectado al Diseño y/o selección de Planta dePropulsión Principal, con sus los equipos y maquinariasasociadas.

La función principal de esta Planta es producir suficienteenergía para superar la resistencia al avance del Buque y agenerar la Energía Eléctrica necesaria para las diferentesaplicaciones del mismo (iluminación, sistemas de control,

bombas, sistemas de navegación, equipos, sistemas declimatización, etc.)


10/156


10

Histórica de la Propulsión Naval ILas primeras embarcaciones eran propulsadas por la fuerzahumana, por medio de remos, pero sobre los años 3.000

antes de Cristo, aparecen en Egipto naves con un mástil yuna vela cuadrada, posteriormente a lo largo de los tiempos laNavegación a Vela fué evolucionando para travesíasmayores, por ende los remos fueron abandonados.

Durante un largo período la vela y el viento constituían elprincipal medio de Propulsión Naval de las embarcaciones,hasta principios del Siglo XIX, cuando aparecen en escenalas máquinas de vapor, estos motores accionaban ruedas

laterales de paletas, que combinaban su esfuerzo con laacción de los sistemas de velas. Esta disposición erasumamente engorrosa para las tripulaciones al combinar lasvelas con la acción de la máquina de Vapor.


11/156


11

Evolución Trirremes

Trirreme Griego

Griego

Romano

Egipcio


12/156


12

Evolución Navíos de Vela


13/156


13

Histórica de la Propulsión Naval II Avanzando en el tiempo, posteriormente al accionamiento delas Ruedas de Paletas, las Máquinas de Vapor movieron unnuevo dispositivo, la hélice, que fué utilizado por un Buque apartir de 1807, fue patentada en el año 1835 por el inglésSmith, contemporáneamente la emplearon el sueco Ericson ylos franceses Sauvage y Normand.

Durante un tiempo, la combinación Velas y Máquina de Vaporfue común, pero para no entorpecer el funcionamiento soloVelas, se retraía la hélice y se desmontaba(n) la(s)chimenea(s), esto ocurría circa 1840.

En unos treinta años el Motor a Vapor, evolucionó de talmanera que para el año 1880, los Buques eran prácticamentetodos a vapor.


14/156


14

Plantas Propulsoras de Vapor

Este es el tipo más antiguo de propulsión naval y es utilizadotodavía hoy en muchos barcos. Está compuesto por unaserie de calderas dentro de las cuales se quema carbón ofuel-oil para calentar agua y producir vapor de alta presiónque es enviado a las turbinas que a su vez hacen girar los

ejes de las hélices mediante engranajes de reducción. Lasplantas de vapor suelen ser bastante silenciosas a bajavelocidad. Como desventaja cabe señalar el tiemponecesario (horas) para encender las calderas antes de poder

salir a la mar.* Nota: El uso del carbón como combustible cayó en desuso después de laprimera guerra mundial, al igual que los motores alternativos que dieron paso a laturbina de vapor.


15/156


16/156


16

Esquema Disposición Máquinas Vapor


17/156


17

Caldera


18/156


18

Tipos de Calderas


19/156


19

Primitivo Motor a Vapor


20/156


20

Motor a Vapor


21/156


21

Evolución del Motor de Vapor


22/156


22

Histórica de la Propulsión Naval IIIParecía que el Motor a Vapor era la solución definitiva, pero

cuando terminaba el Siglo XIX y se entraba en el siglosiguiente, se produce un salto tecnológico notable, la Turbinade Vapor, los ingleses investigaban con reserva este equipo yhacían pruebas de Turbinas Parsons en Buques

Cazatorpederos con resultados muy satisfactorios.La primera instalación de Turbina de Vapor fue en elacorazado HSM Dreadnought, cuyo proyecto revolucionó alos navíos de la época.

La instalación de la Turbina de Vapor, conforma una plantapropulsora muy compacta, produce mayor potencia y lavelocidad final de la nave era superior.


23/156


23

Turbina de VaporLas Turbinas de Vapor, sonMáquinas de combustiónexterna, o sea los gases dela combustión, no entran encontacto con el fluido detrabajo. Por este motivo laPropulsión producida porTurbinas a Vapor presentauna gran flexibilidad conrelación al combustible

utilizado, pudiendo usar aúnaquellos que producenresiduos sólidos (cenizas),durante la quema.


24/156


24

Diagrama de una Planta de Turbinasde Vapor para Combustible Fósil

Gases de

Exaustación

Caldera

Combustible

Aire

AguaRefrigeración

TurboGenerador

BombaCirculación

de Agua

PotenciaPropulsora

Agua

Agua

Vapor

Sobrecalentado

VaporVapor

Condensador


25/156


25

Turbina de Vapor

El fluido de trabajo es agua, utilizada en un proceso cerrado,por lo tanto es reciclada. Se puede dividir el ciclo básico delsistema en cuatro partes:1.Generación,2.Expansión,

3.Condensación,4.Alimentación,

Primeramente el fluido (agua) contenido en el interior de las

serpentinas, es calentado en una o más Calderas (1.). Elfluido pasa al estado de vapor y es conducido hacia laTurbina, aquí ocurre la conversión de la energía térmica delvapor en energía mecánica, girando un eje (2.).


26/156


26

Turbina de Vapor

El vapor entonces, es conducido hacia un Condensador (elcondensador es un Intercambiador de Calor), en él el vapores nuevamente convertido en agua, a través del enfriamientoque le produce el agua de mar (3.).

Una vez en estado líquido, el fluido es bombeado a laCaldera, inciando nuevamente el ciclo (4.).

Las Turbinas son proyectadas para convertir de la forma máseficiente posible, la energía térmica proveniente de los

vapores de la caldera en energía mecánica para accionar eleje de la hélice. Como estas Turbinas son eficientes aaltísimas velocidades, se debe incluir una caja reductora paraque la hélice no produzca cavitación.


27/156


27

Turbina de Vapor

La Caja Reductora indicada, sirve para que tanto la Turbinacomo la Hélice trabajen en sus rangos de rendimiento masfavorables.

Este tipo de Propulsión fue motivo de grandes accidentes por

fallas en la Caldera, a consecuencia de la exigencia de lageneración, sumado a los espacios reducidos de la Sala deMáquinas, requería personal sumamente capacitado ydisciplinado, era un trabajo muy pesado.

La combinación Caldera / Turbina de Vapor es una soluciónmuy empleada en Buques de gran porte, esta soluciónequipa entre otros a los portaviones USS Kitty Hawk yKennedy.


28/156


28

Apuntes Históricos Turbinas de Vapor

La turbina de vapor no fue inventada por una únicapersona, sino que fue el resultado del trabajo de un grupode inventores a finales del siglo XIX. Algunos de losparticipantes más notables en este desarrollo fueron elbritánico Charles Algernon Parsons y el sueco Carl GustafPatrik de Laval. Parsons fue responsable del denominadoprincipio de escalones, mediante el cual el vapor seexpandía en varias fases, aprovechándose su energía en

cada una de ellas. De Laval fue el primero en diseñarchorros y palas adecuados para el uso eficiente de laexpansión del vapor.

C l j I l ió d V


29/156

Centro de Estudios Mar del PlataUniversidad Tecnológica Nacional 29

Compleja Instalación de Vapor


30/156


El Ciclo de Carnot


31/156


Ciclo Rankine


32/156


Funcionamiento Turbina de Vapor I

El funcionamiento de la turbina de vapor se basa en elprincipio termodinámico que expresa que cuando el vaporse expande disminuye su temperatura y se reduce suenergía interna. Esta reducción de la energía interna se

transforma en energía mecánica por la aceleración de laspartículas de vapor, lo que permite disponer directamentede una gran cantidad de energía. Cuando el vapor seexpande, la reducción de su energía interna en 400 cal

puede producir un aumento de la velocidad de laspartículas a unos 2.900 km/h. A estas velocidades laenergía disponible es muy elevada, a pesar de que laspartículas son extremadamente ligeras.


33/156


Funcionamiento Turbina de Vapor IISi bien están diseñadas de dos formas diferentes, las

partes fundamentales de las turbinas de vapor sonparecidas. Consisten en boquillas o chorros a través delos que pasa el vapor en expansión, descendiendo latemperatura y ganando energía cinética, y palas sobre las

que actúa la presión de las partículas de vapor a altavelocidad. La disposición de los chorros y las palasdepende del tipo de turbina. Además de estos doscomponentes básicos, las turbinas cuentan con ruedas otambores sobre los que están montadas las palas, un ejepara las ruedas o los tambores, una carcasa exterior queretiene el vapor dentro de la zona de la turbina, y varioscomponentes adicionales como dispositivos de lubricacióny controladores.


34/156


Turbina de Vapor - Funcionamiento

Las primeras turbinas de vapor del tipo industrial, fue ladesarrollada por Laval hace mediados del siglo XIX, la queaprovechaba la energía cinética del vapor para impulsar unrotor que tenia una serie de paletas sobrepuestas sobre susuperficie mientras que el vapor era acelerado y guiado a

través de un Boquerel


35/156



Posteriormente con el fin de mejorar su primer diseño, secolocaron varios Boquereles, tratando de cubrir en mejorforma el rotor.


36/156



En ambos diseños el vapor empleado se dispersaba en laatmósfera; para recuperarlo se ideo una carcaza para asípoderlo guiar hacia un condensador, a su vez fue necesario

variar la posición de las paletas en el rotor, ubicándolas en laperiferia del mismo para darle sentido axial, al vapor yademás el Boquerel vario su forma circular a arco de coronacircular, llamándose ahora, alabes de tobera o simplemente

estator. Las paletas de rotor se conocen actualmente comoalabes móviles.


37/156


38/156

Disposición Planta Turbina de Vapor



39/156


Plantas Propulsoras DieselEn este tipo de plantas el combustible es inyectado y

quemado dentro de los cilindros de un motor diesel que hacemover directamente el eje de la hélice. Puesto que no utilizacalderas ni turbinas se ahorra peso y espacio. Las plantaspropulsoras diesel son las más eficientes y económicas.

Debido a su bajo consumo de combustible proporcionan unamayor autonomía que las plantas propulsoras de vapor, y surespuesta al arranque es inmediata. Sin embargo unadesventaja de los motores diesel es que son muy ruidosos locual hace que sean fácilmente detectados por sonarespasivos (hidrófonos), además de degradar la calidad de laescucha antisubmarina propia.


40/156


Histórico Motores DieselEl principio de funcionamiento de este Propulsor es

largamente conocido (combustión interna), la versión naval nopresenta grandes cambios con relación a las aplicacionesterrestres.

En el Motor Diesel una cantidad de combustible es quemadaen el interior de un cilindro, forzando al pistón a desplazarse,donde la energía térmica es convertida en energía mecánica.Las experiencias navales se registran a partir de fin del sigloXIX.

El gran desarrollo de la tecnología, llevó a la construcción degrandes navíos en la primera década del siglo XX


41/156


El Motor Diesel es mucho más antiguo que las Turbina de Gas y en los

días del Vapor, su aplicación en los Buques era limitada en función de supotencia, pero desde 1950, el desarrollo de la TURBOALIMENTACIÓN, seha traducido en un aumento de potencia en el orden de 2 a 3 veces paradeterminada cilindrada. Como resultado, ahora es posible disponerBarcos más grandes con Propulsores Diesel. (Clasificando estos e

Motores Diesel Lentos, Semirápidos y Rápidos)

Los Motores Diesel Lentos son dominantes en Buques Tanque, BuquesGraneleros y Portacontenedores, mientras que Motores DieselSemirápidos se emplean en Buques de Carga General más pequeños,

Transbordadores, Cruceros, RORO y los Buques especializados comoRompehielos, Buques de Salvamento, Buques de Apoyo Off Shore,Buques de Investigación, etc.

Aplicaciones Motores Diesel


42/156

A li i M t Di l


43/156


La Densidad de Potencia, en los Motores Semirápidos es mayor queMotores Diesel Lentos, esto se traduce en un menor peso y volumen

para una misma potencia.

Los Motores Diesel Rápidos se puede encontrar en unidades máspequeñas como Remolcadores, Barcos de pesca, TransbordadoresRápidos, Buques Patrulla (Guardacostas), etc. También los encontramos

en Grupos Electrógenos, Motobombas, Motocompresores, etc..

Las principales ventajas de los Motores Diesel, son: Relativamente insensible a la calidad del combustible, puede operarcon combustible ligero (MDO) y el más pesado de los combustiblesresiduales (HFO). Alta fiabilidad (confiabilidad), Gran mantenibilidad debido a una tecnología sencilla, Muy eficiente, puede llegar a más del 50%, Bajo costo, en términos de costos iniciales y operativos.



44/156

Centro de Estudios Mar del Plata

Universidad Tecnológica Nacional

44


Mientras que las principales desventajas de los motores diesel son: Descarga a la Atmosfera Gases Contaminantes, Entrega baja potencia en relación al peso, si se compara con laTurbina de Gas, Produce vibraciones y ruido,

Dijimos mas arriba que desde el punto de vista de aplicación, sedisponen tres tipos de motores diesel:Motores Diesel Lentos (rpm < 250)Motores Diesel Semirápidos (250 < rpm < 1000)

Motores Diesel Rápidos (rpm > 1000)

Comparamos Tamaño Densidad y Peso


45/156

Comparamos Tamaño, Densidad y Pesopor kW de los tipos Motores Diesel



45

Para una Potencia de

aproximadamente 7.000 kW

Motor Diesel Lento

Motor Diesel Semirápido

Motor Diesel Rápido


46/156

Motor Propulsor Espacio Necesario



46

A = Motor acople directoB = Motor c/Caja ReductoraPropulsor de un Carguero8.000 Toneladas2500 HP en el EjeHélice a 80 r.p.m.

A

B


47/156

Comparación Tipos de Motores Diesel



47

Especificaciones Motores DieselLentos Semirápidos Rápidos

Ciclo 2 Tiempos 4 Tiempos 4 Tiempos

Construcción Con Cruceta Biela Pistón Biela Pistón

Potencia de Salida (kW) 8.000 – 90.000 500 – 35.000 500 – 9.000

Tipo de Combustible HFO HFO ó MDF MDF

Consumo Específico (g/kWh) 160 – 180 170 – 210 200 – 220

Emisiones Esp. Nox (g/kWh) 14 – 22 10 – 18 7 – 13

Masa Específica (kg/kW) 17 – 60 5 – 20 2.3 – 6

Costo Específico (Euro/kW) 400 – 420 Línea 220-330V 170 - 280

V 180 - 240

C


48/156

Motores Diesel Disposición Constructiva



48

CrucetaBiela Pistón

Comparamos Tamaño Densidad y Peso


49/156

Comparamos Tamaño, Densidad y Pesopor kW de Motores Diesel y T. Gas



49


50/156

Motor Diesel 2T(Acoplado a la Hélice directamente)



50

M t Di l 4T


51/156

Motor Diesel 4T(Acoplado a la Hélice a través de Caja Reductora)



51


52/156


53/156

Motores Diesel Semirápidos



53

Espacio Disponible para laCarga, disposición habitualpara Buques Ro Ro, Ferrys,

etc.


54/156



54

Instalación Motor Diesel Lento

Si comparamos esta disposicióncon la presentada en ladiapositiva anterior, vemos queel Motor Diesel Lento estainstalado en la Crujía del Buquey su altura casi alcanza laCubierta Principal, por tanto elespacio que indicamos esimposible de obtener, esta es lainstalación típica de un buque

Carga General, Bulkcarrier,Petrolero, etc.

Mirando a Proa

C ió d C


55/156



55

Comparación de ConsumosTurbina Vapor vs Motor Diesel

Las Dimensiones de los Espacios de


56/156

Las Dimensiones de los Espacios deMáquinas



56

A esta altura de la exposición podemos comenzar a pensar

en las dimensiones que le debemos otorgar a los espaciosdonde instalaremos los Equipos del Buque, el ejercicio lodebemos realizar a partir de los elementos de mayorvolumen, tal el caso del Motor Propulsor o bien Motor

Principal, siguiendo con los Grupos Electrógenos, Botellonesde Aire Comprimido, Intercambiadores de Calor, etc., etc.

De igual forma no podemos descuidar la ubicación de losEquipos en la Sala de Máquinas, pues a su volumen, lesdebemos adicionar espacios para su Operación,Mantenimiento, Reparaciones, Cambio de Componentes yeventualmente su Reposición.

Las Dimensiones de los Espacios de


57/156

Las Dimensiones de los Espacios deMáquinas



57

Si nos referimos a la eslora de la Sala de Máquinas no solo

es afectada por la longitud del Motor Principal, sino que en sudimensión también entran en juego criterios de estabilidad.La manga de la Sala de Máquinas en ciertos sectores puedeser totalmente utilizada y se trabaja con el concepto de

redundancia.El puntal del espacio de máquinas puede ser determinadopor las dimensiones del Motor Principal. Generalmente ocupala altura, desde el nivel inferior hasta la cubierta principal. En

el diseño de un ferry RORO un Motor Propulsor puede limitarla altura de la Sala de Máquinas, para ello se empleanmotores más pequeños, para permitir sobre la SM. Variascubiertas para vehículos.

Disposición Preliminar de los Equipos


58/156




58

La disposición de los equipos en el interior del espacio demáquinas está mínimamente condicionado a los siguientes

puntos: La Planta Propulsora deberá situarse de modo tal quepueda ser fácilmente conectado a la(s) Hélice(s), Los Equipos Auxiliar del Motor Principal deben instalarse en

proximidad a éste, para reducir longitudes y diámetros detuberías y longitudes y secciones del cableado, Equipos tales como las bombas del Servicio de AguaSalada, de los Sistemas de Sentinas, Achique, Lastre, CI,Combustible Aceite Lubricante se deben estar ubicar en el

Nivel mas bajo del espacio de máquinas, Otros Equipos, como el Tanque de Expansión, del Serviciode Agua Dulce de Refrigeración, de refrigeración el Tanquede


59/156




59

Compenso de Aceite Lubricante del Sello de la Línea de Ejes,los Ventiladores del Sistema de Ventilación y las Calderas deGases de Escape (Exhaustación), se deben colocar el losNiveles superiores de la Sala de Máquinas/Guardacalor. Asimismo debemos instalar un importante número de

Equipos, tal el caso Intercambiadores de Calor, Unidades dePotencia Hidráulica, Compresores, Calderas de Quemador yTableros Eléctricos, etc., que no tienen estrictos requisitos deubicación, entonces con ellos debemos establecer un criterioque observe su peso, su centro de gravedad, sin descuidar laproximidad de sus consumidores. Debemos reservar espacios para el acceso, la circulación,el control, y el mantenimiento


60/156



60

Plantas Propulsoras Turbinas de Gas

Estas plantas propulsoras utilizan un sistema similar al delos aviones a reacción, y empezaron a utilizarseampliamente en la década de los 50. Su funcionamientose basa en la combustión de combustible que genera gasy hace rotar las turbinas y girar los ejes. Sus ventajas sonque proporcionan una elevada velocidad de respuesta(aceleración/reducción) y son bastante ligeras por lo queahorran peso y espacio. Su mayor inconveniente es que

requieren un alto consumo de combustible purificado yno son tan económicas como los Diesel.


61/156



61

Turbina de Gas

El nombre mas adecuado para este tipo de propulsor deberíaser “Motor de Combustión Interna”, pero para evitarconfusiones los norteamericanos popularizaron el término,“Turbinas a Gas” (Gas Turbine), la propulsión por medio deuna Turbina a Gas, no es nada mas que la adopción de un“Motor Jet” acoplado un eje naval que acciona una hélice.

En el Reino Unido se comenzó a trabajar en este tipo dePropulsores en la segunda mitad de la década de 1940 y

construyeron la primera embarcación del mundo con este tipode propulsión en el año 1953, el HMS Grey Goose. En ladécada siguiente ya se proyectaron Navíos de Gran Porte,exclusivamente, propulsados por Turbinas a Gas.


62/156



62

Turbina de Gas


63/156



63

Turbina de Gas

Con algunas excepciones, la mayoría de las Turbinas a Gasutilizadas en los Navíos, son Motores Aeronáuticos“marinizados” (aeroderivadas). Por lo tanto para atender a losrequisitos específicos de la actividad se deben realizar algunoscambios en estas máquinas, uno de los cambios mas notables

se practican en la Cámara de Combustión, para utilizarCombustible Diesel en lugar de JP1 (Jet Propulsion One – Kerosene de Aviación).

Otros cambios lo constituyen el material de los alabes delcompresor (en las Turbinas Navales se construyen en aceroespecial, en cambio los alabes de las Turbinas de Aviación sonde aluminio), también es necesario introducir un compresor debaja presión.

Turbina de Gas


64/156



64

Turbina de Gas

La utilización de Turbinas de Gas, implica otro cambio en ladisposición, a ellas no se les puede cambiar el sentido derotación, por tanto se les debe agregar al eje propulsor unInversor de Marcha o el empleo de Hélices de paso Variable(tener presente que estas son de menor eficiencia que lasHélices de Paso Fijo).

El uso de Turbinas de Gas, implica una reducción del espacioocupado, en comparación con las Salas de Máquinas conTurbinas de Vapor y sus Calderas.

La nueva disposición trajo una economía en el peso de lainstalación, lo cual aunque parezca imposible, condicionó alos proyectistas de la época, pues las disposiciones de vaporcompensaban el peso de las voluminosas y pesadas antenasde radar

Turbina de Gas


65/156



65

Turbina de GasEntre las características principales de desempeño de este tipo dePropulsión se destacan la buena relación Peso/Potencia, por esarazón las Turbinas de Gas equipan tanto embarcaciones pequeñas,como Hovercrafts (relación 100 HP por tonelada),Fragatas/Corbetas (relación entre 10/15 HP por toneladas) hastaPortaviones (relación de 5 HP por tonelada).

Otra característica destacable es la aceleración inicial (una TurbinaKortenaer acelera de 0 a 30 nudos en aproximadamente 75segundos), en las instalaciones con Turbinas de Vapor las Calderasdeben alcanzar un nivel apropiado de presión, por tanto el óptimodesempeño tiene un costo, el consumo específico de combustiblemuy alto. Por este motivo algunas Armadas adoptan Turbinas aGas solamente para velocidades altas (mayores de 18 nudos),utilizando otro Propulsor (Motor Diesel), para velocidades bajas.


66/156



66

Turbina de Gas Marinizada

Esquema Turbina de Gas


67/156

Esquema Turbina de Gas



67


68/156



68

Turbina de Gas en Sala de Máquinas


69/156


70/156



70

Turbina de Gas - Disposiciones


71/156



71

Turbina de Gas - Disposiciones

LM6000 M i G T bi G t


72/156



72

LM6000 Marine Gas Turbine - Genset(1) (2) (3) (4) (5)

(6) (7) (8)

(9)

(1) = Ingreso Aire Combustión(2) = Ingreso Aire Ventilación Cabina(3) = Aire Caliente(4) = Descarga Gases de Combustión

(5) = Generador(6) = Pleno Ingreso Aire(7) = Puerta de Inspección(8) = Turbina de Gas(9) = Trineo, dispuesto para su izaje.


73/156



73

LM6000 Marine Gas Turbine - Genset

LM6000 Marine Gas T rbine


74/156



74

LM6000 Marine Gas Turbine

Buque Propulsado por Turbinas de Gas


75/156

Buque Propulsado por Turbinas de Gas



75

Ingreso Aire Fresco

Ingreso Aire Fresco

Descarga Gas deExhaustación

Descarga Gas de

Exhaustación

Plantas propulsoras nucleares


76/156



76

p pEste tipo de plantas propulsoras tiene prácticamente elmismo funcionamiento que las plantas de vapor, solo que en

este caso es un reactor nuclear el encargado de calentar elagua y producir el vapor que es enviado a las turbinas. Lapropulsión nuclear ofrece ventajas significativas. Al contrarioque los buques convencionales que necesitan tomar

combustible cada cierto número de días, un buque depropulsión nuclear tiene un radio de acción muchísimo másamplio y puede mantenerse durante años sin necesidad derepostar, ya que no necesita consumir combustible. Lasplantas nucleares son más grandes que las convencionales,pero en conjunto ahorran espacio a un buque ya que éste notiene necesidad de cargar fuel-oil en sus tanques. El principalinconveniente de la propulsión nuclear es su coste inicial.


77/156


78/156



78

Propulsión Nuclear

En los EEUU, la primera embarcación de superficie en tenerPropulsión Nuclear fué el USS Long Beach. Porteriormenteaparecieron el USS Bainbridge (un Leahy modificado), y elUSS Truxtun (un Belknap modificado), los dos California y

los cuatro Virgínia.

De la misma forma que el Congreso norteamericano insistiópara que uno de los dos Belknap fuese modificado paraPropulsión Nuclear, diez años despues el mismo Congresosuspendió la construcción de otros Virginia en favor buquesconvencionales tipo Ticonderoga, dado que los costos de laPropulsión Nuclear eran mucho mas altos.


79/156



79

Propulsión Nuclear

La expectativa era que los custos fueran cayendoconforme a que los nuevos Navios fueran entrando en

actividad, pero esta situación no se dió.

En la actualidad a los altos costos, las presiones de lasorganizaciones ambientalistas limitan el desenvolvimientode Navios de superfície con propulción nuclear.

Propulsión Nuclear


80/156



80

Propulsión Nuclear

En los EEUU, la Propulsión Naval es donde obtiene el

mayor suceso. Mas allá de la ventajas apuntadas, sonpositivos los siguientes puntos: a) provee la potencianecesaria para las operaciones, en contrapartida los buquesdotados con calderas necesitan mantener el vapor a toda

presión durante los lanzamientos, b) elimina los gases dechimenea en dirección a popa, dado que los en losPortaviones no nucleares generan gases provocando unaconsiderable turbulencia en popa perjudicando la acción delas aeronaves; c) el proyecto de isla de acuerdo con lasnecesidades del Portaviones y la excelente disposición de laantena de los radares, sin posibles daños por corrosión porgases de chimenea.


81/156



81

Disposición CODAD

CODAD (CO mbined D iesel And D iesel -- CombinadoDiésel y Diésel) es un sistema de Propulsión Naval queutiliza dos Motores Diésel para suministrar potencia a un

único árbol de Hélice. Un sistema de Transmisión yEmbrague permiten acoplar los motores indistinta oconjuntamente al árbol.

Disposición CODAD


82/156



82

Disposición CODAD

Disposición CODLAG


83/156



83

Disposición CODLAG

CODLAG (CO mbined D iesel-eLectric And G as - Combinadodiésel-eléctrico y gas) es un sistema de propulsión naval,modificación del sistema CODAG.

Un sistema CODLAG emplea motores eléctricos conectadosa los árboles de la hélice (habitualmente dos). Los motoresson alimentados por generadores diesel. Para obtenervelocidades mayores, una turbina de gastimpulsa los árbolesmediante una caja de transmisión de conexión cruzada; para

velocidades de crucero el sistema de transmisión de laturbina se desconecta mediante embragues.

Disposición CODLAG

http://wapedia.mobi/es/Turbina_de_gashttp://wapedia.mobi/es/Turbina_de_gas


84/156



84

Disposición CODLAG

Esta disposición combina los motores diésel usados para

propulsión y para generación de potencia eléctrica,reduciendo considerablemente los costos de servicio porquedisminuye el número de motores diésel diferentes, y losmotores eléctricos requieren mucho menos mantenimiento.

Adicionalmente, los motores eléctricos trabajaneficientemente sobre un rango mayor de revoluciones, ypuden ser conectados directamente al árbol de la hélice, demodo que pueden usarse transmisiones más simples paracombinar la salida mecánica de los sistemas de turbina ydiesel-eléctrico.

Disposición CODLAG


85/156



85

pOtra ventaja de la transmisión diesel-eléctrica es que al noser necesaria una conexión mecánica los generadores diésel

pueden ser desacoplados acústicamente del casco de lanave, haciéndola menos ruidosa. Este principio ha sidoextensamente usado en los submarinos militares, peroresulta también útil para navíos de superficie, como los

empleados en la guerra antisubmarina. Habitualmente losbuques equipados con sistemas CODLAG cuentan conbaterías recargables, como los submarinos diésel-eléctricos,que les permiten maniobrar en silencio sin necesidad de quefuncionen las máquinas pesadas.

Los sistemas que emplean las turbinas de gas comoturbogeneradores, sin transmisión mecánica a las hélices, nose clasifican como CODLAG.

Disposición CODLAG


86/156



86

Disposición CODLAG

Algunas naves de pasajeros, como el RMS Queen Mary 2 ,

usan esta configuración con un conjunto de generadoresdiésel para la carga base y turbogeneradores para obtenerpotencia máxima.

Las Fragatas Tipo 23 de la Royal Navy y las Alemanas de laclase F125 tienen propulsión CODLAG.

Disposición CODLAG


87/156



87

Disposición CODLAG


88/156

Disposición CODOG


89/156



89

Disposición CODOG

Por cada árbol de Hélice hay un Motor Diesel paravelocidad de crucero y una Turbina de Gas con transmisióny reducción mecánica para ráfagas de alta velocidad.

Ambos propulsores están conectados al árbol mediante

Embrague , pero sólo puede utilizarse uno a la vez, adiferencia de los sistemas CODAG, que pueden usar lapotencia combinada de los dos. La ventaja de los sistemasCODOG es una transmisión más simple, a expensas derequerir turbinas de gas más potentes (o en mayorcantidad) para erogar la misma potencia, y el consumo deCombustible es mayor comparado con CODAG.


90/156



90

Disposición CODOG

Disposición COSAG


91/156



91

pCOSAG(CO ombined S team And G as -- Combinado vapor ygas) es un Sistema de Propulsión Naval que emplea una

combinación de Turbinas de Vapor y Turbinas de Gas paraimpulsar los árboles de las Hélices. Dispositivos deTransmisión y Embragues permiten que los motoresimpulsen el árbol en forma indistinta o conjunta.

El sistema COSAG reúne las ventajas de la eficiencia avelocidad de crucero y la confiabilidad de los sistemasaccionados a vapor con la rápida aceleración y el brevetiempo de arranque de los sistemas de gas. Este sistema

fue usado principalmente en la primera generación deNavíos de Guerra con turbina de gas, como losDestructores clase County y las Fragatas clase Tribal de laRoyal Navy.

Di i ió COSAG


92/156



92

Disposición COSAG

Disposición COGOG


93/156



93

Disposición COGOGCOGOG (CO mbined G as O r G as - combinado gas o gas)

es un sistema de propulsión Naval para naves equipadascon Turbina de Gas. Emplea una turbina de baja potenciay alta eficiencia para velocidades de crucero, y una de altapotencia para operaciones que requieren alta velocidad.

Un Embrague permite seleccionar cualquiera de las dosturbinas, pero no hay una caja de Transmisión que permitaemplear ambas simultáneamente. La ventaja que presentaesta configuración es la de no requerir el uso de cajas detransmisión pesadas, caras y sujetas a potenciales fallas.Los destructores Tipo 42 de la Royal Navy y los MEKO360 de la Armada Argentina usan sistemas COGOG.

Disposición COGOG


94/156



94

p

Disposición COGAG


95/156



95

COGAG (CO mbined G as And G as - combinado gas y gas)es un tipo de Sistema de Propulsón Naval para naves queutilizan dobles Turbinas de Gas, vinculadas a un único árbolde Hélice. Un sistema de Transmisión y Embrague permiteque cualquiera de ellas, o ambas simultáneamente,impulsen el árbol.

Usar dos turbinas de gas presenta la ventaja de disponer dedos configuraciones de potencia distintas. La eficiencia decombustible de las turbinas de gas es mejor cerca de sumáximo nivel de potencia, por lo que una turbina pequeña

operando a máxima capacidad es más eficiente que una dedoble potencia operando a la mitad de velocidad. Estopermite un tránsito más económico a velocidades decrucero.


96/156



96

Disposición COGAG

En comparación con los sistemas CODAG (combinadodiésel y gas) o CODOG (combinado diésel o gas), lossistemas COGAG ocupan menos espacio, pero son menos

eficientes a velocidad de crucero, y algo menos eficientesque los CODAG para ráfagas de alta velocidad.

Sistemas COGAG equipan a los portaaviones de la claseInvincible de la Royal Navy.


97/156



97

Disposición COGAG

Disposición CODAG


98/156



98

CODAG (Co mbined d iesel a nd g as -- Combinado diésel ygas) es un tipo de sistema de Propulsión Naval para

embarcaciones que requieren velocidades máximasconsiderablemente superiores a sus velocidades de crucero,particularmente Navíos de Guerra como las Fragatas yCorbetas modernas.

Consiste de motores Diésel para operaciones de crucero yTurbinas de Gas que pueden activarse para trayectos a altavelocidad. En la mayoría de los casos la diferencia depotencia entre los motores diésel solos y la combinación de

propulsión diésel y turbina es tan grande, que se requierenhélices de paso variable para limitar la rotación, de modo quelos diésel puedan continuar operando sin cambiar lasrelaciones de engranajes de sus transmisiones.

Disposición CODAG


99/156



99

Por esta razón se requieren cajas de transmisiónmultivelocidad. En esto se distinguen de los sistemas

CODOG, que acoplan los Diésel a los árboles de las Hélicescon transmisiones simples de relaciones fijas, y losdesacoplan cuando se activa la turbina.

Por ejemplo, en las Fragatas de la clase Fridtjof Nansen de

la Real Armada Noruega, la relación de Transmisión de losDiésel se cambia de aproximadamente 1:7,7 (Motor:Hélice)para propulsión sólo Diésel a 1:5,3 para PropulsiónCombinada. Algunas naves llegan a tener tres diferentes

relaciones de transmisión para los motores diésel: una paracuando el Motor funciona solo, otra para cuando ambosDiésel operan conjuntamente, y la tercera para cuando seactiva la turbina de gas.


100/156



100

Disposición CODAG

Este sistema de propulsión ocupa menos espacio que unsistema sólo basado en Diésel, con la misma erogación depotencia máxima, puesto que pueden emplearse motoresmás pequeños y la turbina de gas y las transmisiones nonecesitan demasiado espacio adicional. El CODAGconserva la alta eficiencia de uso de combustible de losMotores Diesel para navegación de crucero, permitiendomayor alcance y reduciendo los costos de combustiblerespecto del uso de turbinas de gas solamente. Pero, por

otro lado, se requiere un sistema de transmisión máscomplejo, pesado, y sujeto a desperfectos.


101/156



101

Disposición CODAG

La velocidad típica de crucero de las naves de guerraCODAG con propulsión diesel es de 20 nudos, y lavelocidad máxima típica con la turbina de gas acoplada es

de 30 nudos.Los sistemas CODAG empezaron a utilizarse en la Armada

Alemana, con las fragatas clase Köln.


102/156



102

Disposición CODAG


103/156



103

Disposición CONAS

(Co mbinated N uclear a nd S team). Esta disposición es unSistema de Propulsión compuesto por Calderas quealimentan Turbinas de Vapor para velocidades de Crucero(entre 14 y 17 nudos), y otro arreglo paralelo con ReactoresNucleares que alimentan otro grupo de Turbinas a Vapor.Los reactores pueden ser apagados y el Navío operarsolamente con las calderas. Pero ambos puedenaccionarse en forma conjunta para obtener altasvelocidades (arriba de 30 nudos). Los únicos Navíos

conocidos que poseen Sistemas CONAS son los Acorazados rusos de la clase Kirov (Proyeto 1144.2Orlan).

Disposición CONAS


104/156



104

Desarrollo y ventajas de los POD´s


105/156



105

Después de más de 15 años de instalados por primera vez, la propulsión porPOD´s, ya ha dejado de ser una nueva tecnología revolucionaria y está aquí paraquedarse y ser utilizada como propulsión para diferentes tipos de buquesmercantes. Hoy, con su uso en buques de diferentes potencias de máquinas y dediferentes características, es fácil olvidarse que ABB y Kvaerner-Masa Yardsinventaron esta tecnología para ser aplicada a un rompehielos.

Desarrollo y ventajas de los POD´s


106/156



106

Los POD´s lograron remplazar el tradicional sistema de propulsión máquina-eje-hélice-timónpor una unidad de propulsión eléctrica, ubicada en una barquilla, capaz de girarazimutalmente 360º, suspendida en la popa del buque, que por lo tanto hace innecesario el

timón y el servomotor. Dado que puede proporcionar todo el empuje en cualquier dirección,la maniobrabilidad es extraordinaria.

El primer POD´s fue fruto de la colaboración entre ABB Industry of Finnland y KVAERNERMASA YARD y montado, por transformación, en 1990, en el buque de servicio (Buoy tender)SEILI. AZIPOD es el nombre comercial registrado por ABB pero en esta primera

construcción no se llamo Azipod sino Cyclopod por estar alimentado a través de unconvertidor directo de frecuencia (cicloconvertidor).

El POD incorporaba un motor síncrono con una potencia de 1.500 kW. Previamente el buquetenía una potencia de máquina de 1600 kW, estaba dotado de timón y hélice de pasovariable y podía navegar con hielo de 45 cm. de espesor. Después de la modificación, apesar de haberse reducido la potencia propulsora en 100 kW, debido al mayor rendimiento,

podía navegar con hielos de 55 cm. y tenía capacidad para navegar hacia popa, rompiendohielo, cosa que antes de la transformación, debido a la disposición del timón, no podía hacer.


107/156



107

Propulsores "POD"

Diseño del POD :Motor de imanes permanentes.2 Hélices girando en el mismo sentidoy acopladas en el mismo eje. Aleta para optimización de flujohidrodinámico.Diseño compacto y ligero.

Propulsor AZIPODSobre el final del siglo XX se presenta la gran innovación de la propulsor eléctrico que


108/156



108

Sobre el final del siglo XX, se presenta la gran innovación de la propulsor eléctrico queconocemos como AZIPOD, (Nombre registrado como patente por ABB y significa

Azimuthing Podded Drive) y en esencia consiste en una unidad de propulsión eléctrica,ubicada en una barquilla, capaz de girar azimutalmente 360º. Las ventajas de aplicar este

sistema: a) eliminar los ejes de transmisión, ya que el motor eléctrico va montado justo trasla hélice, b) eliminación de los timones pues el gobierno se mantiene gracias al giro de todoel conjunto, c) eliminación de los sistemas de maniobras, como hélices de popa y proatransversales, ya que la maniobrabilidad del conjunto es muy buena.

Con accionamiento eléctrico, se puede conseguir la plena potencia para la inversión de

marcha mediante la inversión eléctrica del motor. La manipulación de controles deaccionamiento eléctrico es muy sencilla y por su naturaleza puede adaptarse al control adistancia desde el puente cuando se desee. Reacomodación de los espacios para lacámara de máquinas y espacios para la carga, reducción del ruido y de las vibraciones(dado que no existen engranajes reductores, líneas de ejes, ni hélices transversales).La flexibilidad operativa da como resultado, menor consumo de combustible (los resultadosfueron muy exitosos con ganancias de más de un 8% en capacidad de propulsión con el

mismo consumo comparados frente a otros sistemas de propulsión eléctrica), reducción decostos de mantenimiento, control de las emisiones de gases de escape al medio ambiente,redundancia adecuada con menor potencia instalada.

Propulsor AZIPOD


109/156



109

Propulsor AZIPOD


110/156



110

Hoy ABB es el líder en este tipo de

Propulsión, lo siguen Mermaid de

Kamegua/Alstom, SSP de Siemens/Schottel

y Delfin de Atlas/Lips/STN. En principio,

Azipod, Mermaid y Dolphin, son similares,

pero el SSP utiliza dos hélices directamente

unidas al eje del motor eléctrico, girando

en la misma dirección, la de proa tirando y

la de popa empujando. Con esto se logra

repartir la potencia entre ambas, además,hacia la mitad de la góndola del POD se

disponen unas aletas laterales que junto

con la parte vertical de sustentación, desvía

el flujo tangencial de las corrientes de agua

procedentes de la hélice de proa y la dirige

de forma axial hacia la de popa,

permitiendo reutilizar y aprovechar laenergía de los remolinos generados por la

hélice de proa.

Propulsor AZIPOD


111/156



111

A medida que estos sistemas fueron desarrollándose y aplicándose a distintos tipos debuques se fueron comprobando las ventajas de su utilización y las pocas fallas que

tuvieron al principio fueron superadas sin mayores inconvenientes. Las principales ventajasde este sistema las podemos resumir en:

A) Excelentes características dinámicas y de maniobrabilidad, incluso en entornos árticos ode mar gruesa. Radio de giro mucho menor.

B) Eliminación de la necesidad de:Largas líneas de ejeTimonesReductorasHélices transversales de proaHélices de paso variable

C) Al basarse en el concepto de diesel o turbo eléctrica ofrece:Diferentes soluciones para el proyecto de cámara de máquinasReducción de ruido y vibraciones

Aumento de la seguridad (sistema redundante)Mínimo tiempo de reacción

Propulsor AZIPOD


112/156



112

D) La flexibilidad operativa da como resultado:Menor consumo y menor contaminación ambiental al poder trabajar los motores diesel a

velocidad constante en torno a la carga óptima con máxima eficiencia.Reducidos costos de mantenimientoRedundancia adecuada con menor potencia instalada

E) La unidad POD´s es en sí misma un diseño flexiblePuede construirse como tractora o impulsoraPosibilidad de trabajo a muy bajas revoluciones derivado del hecho de ser alimentado através del convertidor de frecuencia. El par puede ser el máximo a cualquier velocidad.Para aguas libres o zonas con hieloPuede ser equipado con hélices oblicuasPuede ser equipado con hélices con o sin tobera.

Un hito importante para la comparación entre la POD´s y los sistemas tradicionales fue 1998.Ese año, los POD´s se instalaron por primera vez en un barco de crucero de la clase Fantasy

de la Compañía Carnival. La propulsión clásica fue remplazada directamente por unapropulsión con POD´s. Una vez que el buque estuvo en servicio, los datos reunidos indicaronque este sistema permitió economías de combustible del 8% y un aumento de la velocidad de½ nudo. Carnival informó de un ahorro de 40 toneladas de combustible por semana.

El Buque Carnival Legend en Navegación


113/156



113

El Buque Carnival Legend en Navegación

Propulsión CRP Azipod en Funcionamiento

http://www.ship-technology.com/projects/carnival_legend/


114/156



114


El concepto de propulsión CRP Azipod se ha aplicado a dos

transbordadores rápidos que operan en Japón y son losprimeros barcos que cuentan con este tipo de propulsión.Los transbordadores Hamanasu y Akashia de Shinni Honkaillevan en servicio desde junio de 2004.

Los barcos se construyeron en elastillero Heavy Industries queMitsubishi tiene en Nagasaki. Elconcepto operacional se basa en

una elevada velocidad decrucero (30,5 nudos). Estosbuques están diseñados paraconseguir una navegación suave.



115/156



115

La unidad Azipod funcionatambién como timón y mejora la

gobernabilidad estabilizando elflujo y aumentando la potencia.Facilita la maniobrabilidad enpuerto, especialmente a bajasvelocidades, y reduce el tiempode atraque. El diseño de la

planta de propulsión incluye dosmotores Wärtsilä 12V46 queimpulsan una hélice principal depaso regulable a través de unacaja de engranajes de dobleentrada y salida única. Otro par

de motores 12V46 mueve losalternadores que suministranenergía eléctrica a la unidad Azipod.

Propulsión CRP Azipod enFuncionamiento


116/156



116

FuncionamientoLa distribución de potencia es de 25,2 MW en la hélice principal y 17,6 MW en la unidad

Azipod, lo que hace un total de 42,8 MW. Para conseguir la misma velocidad de navegación,

un sistema de propulsión convencional de doble eje requeriría una potencia total instaladade aproximadamente 47 MW. Tras varios meses de funcionamiento en su ruta, la compañíanaviera sabe que, durante el mismo servicio de 24 horas, los dos barcos ahorrarán el 20%de combustible en comparación con los dos antiguos transbordadores accionados con motordiesel, de doble eje, que operaban temporalmente en la ruta.

Con respecto a la velocidad de régimen, en las pruebas de velocidad, con una potencia

repartida entre la hélice de proa (55%) y la de popa (45%), el buque registró una velocidadmáxima de 32,04 nudos, un logro notable comparándolo con la velocidad de régimen de lostransbordadores de doble eje que era sólo 29,4 nudos. En relación con la capacidad detransporte, los antiguos transbordadores, tienen una capacidad de 15% menor que la de losnuevos barcos.

El uso de la transmisión de energía eléctrica y tecnología CRP proporciona un ahorroconsiderable a las compañías navieras gracias a la reducción del consumo de combustible,a los menores costes de mantenimiento y la mayor flexibilidad durante el diseño del barco.Otra importante ventaja es que se reduce la contaminación, un factor que ganará enrelevancia a medida que la legislación medioambiental se vaya haciendo más estricta.


117/156



117

Principales Proveedores Sistemas Pod

Azipod (ABB-MASA)

MERMAID (ALSTOM-KAMEWA)DOLPHIN (JOHN CRANE LIPS-STN ATLAS)SSP (SIEMENS-SCHOTTEL)

Disposición Diesel Eléctrica


118/156



118

Disposición Diesel Eléctrica


119/156



119

Componentes Propulsión Diesel-Eléctrica


120/156



120

p p

Disposición Propulsión Diesel Eléctrica


121/156

Disposición Propulsión Diesel Eléctrica



121

1. Grupo Electrógeno Diesel,2. Tableros Eléctricos,3. Motor Propulsor Eléctrico,

4. Propulsores de Popa,5. Bombas de Cargamento,6. Cuarto de Control,

S l V l S S i it


122/156



122

Supply Vessel Sanco Spirit

Disposición CODAG WARP


123/156



123

p

CODAG WARP (CODAG Water jet And Refined Propeller --CODAG hidrojet y hélice refinada), un sistema desarrolladopor el constructor alemán Blohm + Voss como opción parasus barcos MEKO, pertenece también a esta categoría. Sin

embargo, evita los problemas antes mencionados. CODAGWARP usa dos motores diésel en disposición CODAD paraimpulsar dos hélices (es decir, ambos árboles pueden sermovidos por cualquiera de los motores) y un Hidrojetpropulsado por la turbina de gas. Cuando el hidrojet no está

operando no causa turbulencia, y dado que la tobera puedeser desplazada más hacia popa y elevada, no afecta eltamaño de las hélices.

Disposición CODAG WARP


124/156



124

Fundamento Teórico del Water Jet


125/156



125

El propulsor a chorro de agua es una “hélice entubada”, típicamente de3 a 7 palas según la eficiencia esperada, más silenciosa a altavelocidad que una hélice clásica (transfiere menos energíahidroacústica al medio marino).

Esta hélice de impulso, que actúa como una bomba de flujo mixto axial-radial, recibe agua por un conducto curvado desde una aspiración a ras

del casco o la quilla, y la expulsa acelerando el chorro, utilizando elprincipio de conservación de la cantidad de movimiento junto alteorema de acción y reacción, a través de una tobera y un ducto dediámetro relativamente pequeño, situado en el espejo de popa. Al girareste impulsor, accionado por una fuente de poder externa al ducto, searrastra un volumen de agua que produce una disminución de lapresión en la aspiración del casco y genera una diferencia develocidades entre la del chorro expulsado y la del agua en la tobera, locual redunda en un aumento de la presión en la descarga.

CODAG WARP


126/156



126

CODAG WARP

Esta diferencia depresiones es la que originala fuerza de empuje en elbuque. La parte más críticade este sistema, es el

ducto de aspiración.Su longitud no debe sermuy grande para evitarpérdidas de presión porfricción, pero tampoco

debe ser muy corta porquela curvatura resultaría muyabrupta, con pérdidas depresión por aceleración.

El Sistema de Propulsión DAG-HD.Este sistema consiste simplemente en asignar a cada fuente de poder su

http://i30.photobucket.com/albums/c344/Cocker2000/Todo%20MEKO/Turbinameko_a-200.jpg?t=1173390394http://i30.photobucket.com/albums/c344/Cocker2000/Todo%20MEKO/Turbinameko_a-200.jpg?t=1173390394http://i30.photobucket.com/albums/c344/Cocker2000/Todo%20MEKO/Turbinameko_a-200.jpg?t=1173390394http://i30.photobucket.com/albums/c344/Cocker2000/Todo%20MEKO/Turbinameko_a-200.jpg?t=1173390394http://i30.photobucket.com/albums/c344/Cocker2000/Todo%20MEKO/Turbinameko_a-200.jpg?t=1173390394


127/156



127

Este sistema consiste simplemente en asignar a cada fuente de poder supropio propulsor, acoplando la potencia en el medio marino, lo que

elimina la relativa complejidad del sistema de reducción cruzado tipo“And”, logrando plantas propulsoras CODAG (y también CODAD yCOGAG) más simples. Por ello, al sustituir el acoplamiento mecánico poruno hidrodinámico externo, no justifica el prefijo “CO” del acrónimo de lascombinaciones, quedando las anteriores como DAG (y también DAD yGAG). Sólo para claridad, se le agrega el sufijo HD.

Este sistema propulsor está permitido cuando no existen interaccionesfísicas o hidrodinámicas que degraden la eficiencia o pongan en peligrola integridad de los propulsores, y se justifica cuando la suma de laspotencias desarrolladas (PD) por cada uno de estos supera la potencia

desarrollada por un propulsor único con las fuentes de poder acopladasmecánicamente, o cuando hay otros beneficios operacionales, como porejemplo bajar el nivel de ruido o navegar en aguas tranquilas.

El Sistema de Propulsión DAG-HD.


128/156



128

p

En particular, el tipo de propulsión de las corbetas y fragatas alemanas

MEKO clase A, es una planta que consiste en dos motores Diesel consus respectivos propulsores tipo tornillo, y una turbogas dedicada, víareductor simple, a un propulsor tipo water jet, en un tercer eje en la líneade crujía, que se coloca en servicio en modo “And” a velocidadesbastante superiores a los 20 nudos, cooperando al empuje de las

hélices clásicas.

Las cajas reductoras de los motores están construidas de tal forma, quese acoplan y permiten mover los ejes laterales con un sólo motor Diesel,para una operación más económica, como si fuera una planta CODAD

cruzada.El propulsor water jet es más compacto que una hélice convencional, locual, junto con hélices de menor diámetro, permite que este concepto detres ejes pueda ser instalado en corbetas y fragatas.


http://i30.photobucket.com/albums/c344/Cocker2000/Todo%20MEKO/Turbinawaterjet.jpg?t=1173390555


129/156



129


http://i30.photobucket.com/albums/c344/Cocker2000/Todo%20MEKO/Turbinawaterjet.jpg?t=1173390555


130/156



130

La planta DAG permite una ventaja sin precedentes, que consiste en

descargar los gases de la turbina directamente a la estela, sobre elcubo deflector del water jet. Si por encima, esos gases se enfríaninyectando un chorro de agua de mar, en un ducto de materialapropiado, se logra un buque frío en su huella, y que a su vez hace mássegura la operación de helicópteros.

La planta DAGHD alemana incorpora este arreglo para la turbogas, ylas opciones de descarga superficial y submarina para los motoresDiesel, según la amenaza del momento. Por ello, este buque norequiere de chimeneas ni de pesados eductores enfriadores,eliminando los puntos de la superestructura calentados por los gasesde escape, lo cual produce el efecto adicional de reducir la seccióntransversal de radar , y el de reducir los esfuerzos mecánicos ydeflexiones en la superestructura


131/156

Evolución Sistemas Propulsores


132/156



132

Evolución Sistemas Propulsores

Beneficios del uso de la Propulsión Eléctrica:

Reducción del consumo de Combustible. Flexibilidad de disposición a bordo. Costos de mantenimiento más bajos. Reducción de espacios necesarios. Reducción de la Emisión de Gases.

Incremento de Beneficios al CombinarPropulsión Diesel-Eléctrica


133/156



133

Sistemas "POD":

Disminución de la Potencia Propulsora. Disminución de Ruidos y Vibraciones. Maniobrabilidad sin necesidad de Hélices Transversales

de popa. Propulsión en un sólo paquete. Reducción de costos y tiempos de Montaje. Flexibilidad de formas de Casco.

Características Planta Propulsorade los ferries Ro Ro


134/156



134

de los ferries Ro-Ro

a) Ha de tener un bajo requerimiento en altura, de manera quela cubierta de acceso a la cubierta garaje pueda situarse porencima de aquélla sin especiales condicionamientos.b) Ha de tener características de redundancia, es decir, elbuque ha de tener, cuando menos, dos sistemasindependientes de propulsión.c) Fiabilidad.d) Fácil maniobrabilidad, para ahorro en la factura deremolcadores.

e) Para confort del pasaje, buenas característicasantivibratorias y de ruido.f)


135/156

Características Planta Propulsorade los ferries Ro-Ro


136/156



136

de los ferries Ro-Ro

g) El Armador no desdeñará que la planta propulsora tenga elmenor peso posible, lo que conlleva maximizar el peso muertodel buque.h) Ha de tener características de fácil mantenimiento p.e. elmenor número posible de cilindros en caso de propulsióndiesel engranada.i) Modernamente, la reglamentación emergente para controlde las emisiones a la atmósfera ha de ser tenida en cuenta.

Sistema CODED


137/156



137

Sistema CODED

La Compañía Wärtsilä ha desarrollado novedosos equiposy un nuevo concepto de propulsión para Buques Ferry`s yCruceros.

El Sistema se basa en la COmbinación Diesel-Electric andDiesel-Mechanical (CODED), o sea es una combinaciónhíbrida de propulsión. Esta Propulsión Híbrida puededisponer un equipo de accionamiento Eléctrico tipo “Pod” (hélice de contra rotación) enfrentado directamente a la

Hélice Propulsada por el Motor Diesel, o bien dos “Pod” Eléctricos instalados en cada banda del Buque.


138/156

Sistema CODED


139/156



139

Disposición Propulsión Buque RO Pax

Sistema CODED Disposición Propulsión Buque RO Pax


140/156



140

spos c ó opu s ó uque O a

PropulsorPod Eléctrico

PropulsorDiesel

Sistema CODED


141/156



141

Disposición Pod Eléctrico enfrentado a la Hélice


142/156

Sistema CODED


143/156



143

Disposición Pod Eléctrico en cada banda del Buque

Sistema CODED


144/156



144

Disposición Pod Eléctrico en cada banda del Buque

Conclusiones empleo Sistema CODED


145/156



145

- Ofrece mejor comportamiento hidrodinámico,- Ofrece mejor maniobrabilidad,- Ofrece mejor resultado económico, si bien la inversióninicial es mas alta,- Ofrece la posibilidad de optimizar los espacios de carga,

Recordemos que la aplicación principal de los Sistemas CODED, es enBuques RO PAX, Cruceros y Ferry`s

Sistema CODED


146/156



146

Disposición Propulsores Transversales

Sistemas Combinados COGASCOG S S


147/156



147

Recordemos que COGAS es el nombre que se da a los Sistemas dePropulsión Marinos de Ciclo Combinado, compuestos de Turbinas de

Gas y de Turbinas de Vapor. Estas últimas son alimentadas con el Vaporgenerado por el calor de las Toberas de salida de las Turbinas de Gas.De este modo utilizan energía que de otro modo se perdería,disminuyendo el consumo específico de combustible de la Planta. Lasgrandes Plantas de Generación Eléctrica que usan este principio pueden

alcanzar eficiencias del 58%.

Cuando las Turbinas no impulsan directamente los árboles de las hélicesdirectamente, sino que se emplea un Sistema Turbo Eléctrico detransmisión, se suele denominar al Sistema COGES (COmbinado Gas

Electricidad Vapor (Steam)). Algunos Barcos de Crucero están equipadoscon Sistemas COGES, como el "Millenium" de Celebrity Cruises y otrasnaves de su clase que usan plantas Turbo Eléctricas con dos Turbinas deGas General Electric LM2500+ y una Turbina de Vapor.

Dos Turbinas de Gas General ElectricLM2500 + y una Turbina de Vapor


148/156



148

COGES Plant Rolls-Royce


149/156



149

Sistemas Combinados COGAS(COGES)


150/156



150

Sistemas Combinados COGES


151/156



151

Sistema COEODEl Sistema COEOD (CO mbined E lectric O r D iesel - combinado MotorEléctrico o Diesel) utiliza Motores Diesel para las velocidades punta no


152/156



152

Eléctrico o Diesel) utiliza Motores Diesel para las velocidades punta nosuperiores a los 22 nudos y los Motores Eléctricos para bajas velocidades

hasta los 10 nudos. En la diapositiva siguiente vemos un esquema deduna Instalación de este tipo, del que se deduce que cuando funciona elMotor Diesel (1) para que el Buque de su máxima velocidad, mueve a suvez al Motor Eléctrico (Sincrónico) (2) y a la Hélice de Paso Controlable,el Motor Sincrónico funciona como alternador y proporciona Energía

Eléctrica a los Servicios del Buque a través de los Convertidores deFrecuencia (3) y del Tablero de Distribución (7).

Para regimenes de baja velocidad el Motor Diesel permanece desembragado porel dispositivo (4), proporcionando la Potencia Propulsora el Motor Sincrono (2)alimentado por el Grupo Electrógeno (6); a través de los Convertidores deFrecuencia (3) se controlan las revoluciones de la Hélice que puede mantenerse aPaso Fijo. En caso de ser necesaria Energía Eléctrica para alimentar los Serviciosde Puerto que requieren elevada potencia (Grúas, Bombas, etc.,), se podráindependizar la Hélice mediante el Embrague (5) y utilizar el Motor Diesel principalcon el Alternador (2) para suministrar esa Energía.

Sistema COEOD


153/156



153

(1): Motor Diesel,(2): Motor Eléctrico Sincrónico,(3): Convertidores de Frecuencia,(4): Embrague,

(5): Embrague,(6): Grupo Electrógeno,(7): Tablero de Distribución,

Sistema COEOG


154/156



154

El Sistema COEOG (CO mbined E lectric O r G as - combinado Motor

Eléctrico o Turbina de Gas), cuya disposición se puede apreciar en elEsquema de la próxima diapositiva, es similar al Sistema COEOD, perocon ciertas diferencias.

A altas velocidades que pueden sobrepasar los 25 nudos, la potencia esproporcionada por la Turbina o Turbinas de Gas (1), el Motor Eléctrico(2) puede girar vacío, cuando sea necesario utilizar toda la Potenciapara la Propulsión. En este caso, la Energía Eléctrica para los Serviciosdel Buque la suministra el Grupo Diesel-Alternador (3) a través delTablero de Distribución (4). Para el funcionamiento a bajas velocidadesel Motor Sincrónico (2) se alimenta del Grupo Electrógeno (5) mediante

el Convertidor (6)

Sistema COEOG


155/156



155

(1): Turbina de Gas,(2): Motor Eléctrico Sincrónico,(3): Grupo Diesel - Alternador,(4): Tablero de Distribución,

(5): Grupo Electrógeno,(6): Convertidor,

Disposición Sistema PropulsivoFuerza Motriz Transmisión Propulsor


156/156

Motor Diesel (Lento Reversible) Acoplado Directamente a

Hélice de Paso Fijo

Motor Diesel (S.Rápido Reversible)

Caja Reductora MecánicaMotor Diesel (Rápido Reversible)

Turbina Vapor (Acces. Reversible)

Turbina Gas (No Reversible) Caja Reductora Reversible

Motor Diesel (S.Rápido No Rev.) Accionamiento Eléctrico (Rev)Motor Diesel (Rápido No Rev.) Accionamiento Eléctrico (Rev)

Caja Reductora MecánicaCombina Diesel /T.Gas (CODOG)

Combina T.Gas/T.Vapor (COGAS)Caja Reductora Mecánica

Hélice de Paso Control

IMPORTANTE: La disposición de las Máquinas en la Sala de Máquinas está

Documents

Tipos de Propulsión Naval