Tipos de Propulsión Naval

Plantas Propulsoras Navales

Tipos de Propulsión Naval El Material que contiene el presente Archivo, es de circulación interna en la Materia “Plantas Propulsoras Navales”, en la cursada 2016 y fue compilado por Luis R de Pascuale, en base a su experiencia profesional.Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Sistema de Propulsión Si lo presentamos de forma coloquial, tenemos que por “Propulsión” entendemos a la “acción de producir el traslado de un Buque o Embarcación”, venciendo las resistencias que se oponen a su marcha. La Propulsión, puede estar basada en “fuerzas internas” del Buque (Máquinas, Remos) o “fuerzas externas” al Buque (viento, remolque).

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

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


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Sistema de Propulsión Máquina o Motor Principal: La Máquina es el elemento encargado de Generar la Energía necesaria para desplazar el Buque. 

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Esta Energía es trasmitida a través de un Eje a una o más Hélices que transformarán esa Energía en Fuerza de Empuje.


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Sistema de Propulsión Máquina o Motor Principal: La Máquina (también conocida como Motor Principal) es la que da la Potencia para mover el Buque. 

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


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Sala de Máquinas


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Sala de Máquinas También en la Sala de Máquinas se alojan las Máquinas Auxiliares, denominación de los Generadores, equipos que proveen Energía Eléctrica al Buque, también en este recinto Energía Hidráulica, encontramos sistema que entrega Compresores, alIntercambiadores de Calor, diversas Bombas, Purificadoras, etc.


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La Máquina o Motor Principal Actualmente las Máquinas o Motores Principales de los Buques son del tipo de Combustión Interna y utilizan combustibles fósiles del tipo al F.O. ó H.F.O., para el caso de los Buques Mercantes de gran porte (Motores Diésel Marinos 2 Tiempos)., en los Buque menores se utiliza D.O. (Motores Diésel Marinos 4 Tiempos). La Máquina Principal suministra Energía Mecánica, en forma de movimiento giratorio que es transmitido a un eje, vinculado a la Máquina por un extremo y a una Hélice por el otro.


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Introducción Plantas Propulsoras Navales La Propulsión de Buques es el aspecto de la Ingeniería Naval afectado al Diseño y/o selección de Planta de Propulsión Principal, con sus los equipos y maquinarias asociadas. La función principal de esta Planta es producir suficiente energía para superar la resistencia al avance del Buque y a generar la Energía Eléctrica necesaria para las diferentes aplicaciones del mismo (iluminación, sistemas de control, bombas, sistemas de navegación, equipos, sistemas de climatización, etc.)


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Histórica de la Propulsión Naval I Las primeras embarcaciones eran propulsadas por la fuerza humana, por medio de remos, pero sobre los años 3.000 antes de Cristo, aparecen en Egipto naves con un mástil y una vela cuadrada, posteriormente a lo largo de los tiempos la Navegación a Vela fué evolucionando para travesías mayores, por ende los remos fueron abandonados. Durante un largo período la vela y el viento constituían el principal medio de Propulsión Naval de las embarcaciones, hasta principios del Siglo XIX, cuando aparecen en escena las máquinas de vapor, estos motores accionaban ruedas laterales de paletas, que combinaban su esfuerzo con la acción de los sistemas de velas. Esta disposición era sumamente engorrosa para las tripulaciones al combinar las velas con la acción deCentro la máquina de Vapor. de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Evolución Trirremes Griego

Romano

Trirreme Griego Egipcio


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Evolución Navíos de Vela


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Histórica de la Propulsión Naval II Avanzando en el tiempo, posteriormente al accionamiento de las Ruedas de Paletas, las Máquinas de Vapor movieron un nuevo dispositivo, la hélice, que fué utilizado por un Buque a partir de 1807, fue patentada en el año 1835 por el inglés Smith, contemporáneamente la emplearon el sueco Ericson y los franceses Sauvage y Normand. Durante un tiempo, la combinación Velas y Máquina de Vapor fue común, pero para no entorpecer el funcionamiento solo Velas, 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 tal manera que para el año 1880, los Buques eran prácticamente todos a vapor. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Plantas Propulsoras de Vapor Este es el tipo más antiguo de propulsión naval y es utilizado todavía hoy en muchos barcos. Está compuesto por una serie de calderas dentro de las cuales se quema carbón o fuel-oil para calentar agua y producir vapor de alta presión que a las turbinasengranajes que a su vez girar Las los ejes es de enviado las hélices mediante de hacen reducción. plantas de vapor suelen ser bastante silenciosas a baja velocidad. Como desventaja cabe señalar el tiempo necesario (horas) para encender las calderas antes de poder salir a la mar. * Nota: El uso del carbón como combustible cayó en desuso después de la primera guerra mundial, al igual que los motores alternativos que dieron paso a la turbina de vapor. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Buque de Vapor con Rueda de Paletas


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Esquema Disposición Máquinas Vapor


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Caldera


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Tipos de Calderas


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Primitivo Motor a Vapor


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Motor a Vapor


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Evolución del Motor de Vapor


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Histórica de la Propulsión Naval III Parecía que el Motor a Vapor era la solución definitiva, pero cuando terminaba el Siglo XIX y se entraba en el siglo siguiente, se produce un salto tecnológico notable, la Turbina de Vapor, los ingleses investigaban con reserva este equipo y hacían pruebas de Turbinas Parsons en Buques Cazatorpederos con resultados muy satisfactorios. La primera instalación de Turbina de Vapor fue en el acorazado HSM Dreadnought, cuyo proyecto revolucionó a los navíos de la época. La instalación de la Turbina de Vapor, conforma una planta propulsora muy compacta, produce mayor potencia y la velocidad final de la nave era superior. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Turbina de Vapor Las Turbinas de Vapor, son Máquinas de combustión externa, o sea los gases de la combustión, no entran en contacto con el fluido de trabajo. Por este motivo la Propulsión producida por Turbinas a Vapor presenta una gran flexibilidad con relación al combustible utilizado, pudiendo usar aún aquellos que producen residuos sólidos (cenizas), durante la quema. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Diagrama de una Planta de Turbinas de Vapor para Combustible Fósil Gases de Exaustación

Vapor Sobrecalentado

Potencia Propulsora Combustible

Caldera Turbo Generador

Aire Agua Bomba Circulación de Agua

Vapor Agua

Vapor

Condensador


Agua Refrigeración 24

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 del sistema 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.). El fluido pasa al estado de vapor y es conducido hacia la Turbina, aquí ocurre la conversión de la energía térmica del vapor en energía mecánica, girando un eje (2.). Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Turbina de Vapor El vapor entonces, es conducido hacia un Condensador (el condensador es un Intercambiador de Calor), en él el vapor es nuevamente convertido en agua, a través del enfriamiento que le produce el agua de mar (3.). Una vez en estado líquido, el fluido es bombeado a la Caldera, inciando nuevamente el ciclo (4.). Las Turbinas son proyectadas para convertir de la forma más eficiente posible, la energía térmica proveniente de los vapores de la caldera en energía mecánica para accionar el eje de la hélice. Como estas Turbinas son eficientes a altísimas velocidades, se debe incluir una caja reductora para que la hélice no produzca cavitación. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Turbina de Vapor La Caja Reductora indicada, sirve para que tanto la Turbina como la Hélice trabajen en sus rangos de rendimiento mas favorables. Este tipo de Propulsión fue motivo de grandes accidentes por fallas en la Caldera, a consecuencia de la exigencia de la generación, sumado a los espacios reducidos de la Sala de Máquinas, requería personal sumamente capacitado y disciplinado, era un trabajo muy pesado. La combinación Caldera / Turbina de Vapor es una solución muy empleada en Buques de gran porte, esta solución equipa entre otros a los portaviones USS Kitty Hawk y Kennedy. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Apuntes Históricos Turbinas de Vapor La turbina de vapor no fue inventada por una única persona, sino que fue el resultado del trabajo de un grupo de inventores a finales del siglo XIX. Algunos de los participantes másAlgernon notablesParsons en estey el desarrollo fueron el británico Charles sueco Carl Gustaf Patrik de Laval. Parsons fue responsable del denominado principio de escalones, mediante el cual el vapor se expandía en varias fases, aprovechándose su energía en cada una de ellas. De Laval fue el primero en diseñar chorros y palas adecuados para el uso eficiente de la expansión del vapor. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Compleja Instalación de Vapor


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El Ciclo de Carnot


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Ciclo Rankine


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Funcionamiento Turbina de Vapor I El funcionamiento de la turbina de vapor se basa en el principio termodinámico que expresa que cuando el vapor se expande disminuye su temperatura y se reduce su energía interna. Esta reducción interna se transforma en energía mecánica de por lala energía aceleración de las partículas de vapor, lo que permite disponer directamente de una gran cantidad de energía. Cuando el vapor se expande, la reducción de su energía interna en 400 cal puede producir un aumento de la velocidad de las partículas a unos 2.900 km/h. A estas velocidades la energía disponible es muy elevada, a pesar de que las partículas son extremadamente ligeras. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Funcionamiento Turbina de Vapor II Si bien están diseñadas de dos formas diferentes, las partes fundamentales de las turbinas de vapor son parecidas. Consisten en boquillas o chorros a través de los que pasa el vapor en expansión, descendiendo la temperatura y ganando energía cinética, y palas sobre las que actúa la presión de las partículas de vapor a alta velocidad. La disposición de los chorros y las palas depende del tipo de turbina. Además de estos dos componentes básicos, las turbinas cuentan con ruedas o tambores sobre los que están montadas las palas, un eje para las ruedas o los tambores, una carcasa exterior que retiene el vapor dentro de la zona de la turbina, y varios componentes adicionales como dispositivos de lubricación y controladores. Centro de Estudios Mar del Plata 33 Universidad Tecnológica Nacional

Turbina de Vapor - Funcionamiento Las primeras turbinas de vapor del tipo industrial, fue la desarrollada por Laval hace mediados del siglo XIX, la que aprovechaba la energía cinética del vapor para impulsar un rotor que tenia una serie de paletas sobrepuestas sobre su superficie mientras que el vapor era acelerado y guiado a través de un Boquerel


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Turbina de Vapor - Funcionamiento Posteriormente con el fin de mejorar su primer diseño, se colocaron varios Boquereles, tratando de cubrir en mejor forma el rotor.


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Turbina de Vapor - Funcionamiento En ambos diseños el vapor empleado se dispersaba en la atmósfera; para recuperarlo se ideo una carcaza para así poderlo hacia a su vez fue necesario variar la guiar posición de un las condensador, paletas en el rotor, ubicándolas en la periferia del mismo para darle sentido axial, al vapor y además el Boquerel vario su forma circular a arco de corona circular, llamándose ahora, alabes de tobera o simplemente estator. Las paletas de rotor se conocen actualmente como alabes móviles.


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Esquema Turbina de Vapor


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Disposición Planta Turbina de Vapor


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Plantas Propulsoras Diesel En este tipo de plantas el combustible es inyectado y quemado dentro de los cilindros de un motor diesel que hace mover directamente el eje de la hélice. Puesto que no utiliza calderas ni turbinas se ahorra peso y espacio. Las plantas propulsoras diesel son las más eficientes y económicas. Debido a su bajo consumo de combustible proporcionan una mayor autonomía que las plantas propulsoras de vapor, y su respuesta al arranque es inmediata. Sin embargo una desventaja de los motores diesel es que son muy ruidosos lo cual hace que sean fácilmente detectados por sonares pasivos (hidrófonos), además de degradar la calidad de la escucha antisubmarina propia. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Histórico Motores Diesel El principio de funcionamiento de este Propulsor es largamente conocido (combustión interna), la versión naval no presenta grandes cambios con relación a las aplicaciones terrestres. En el Motor Diesel una cantidad de combustible es quemada en 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 siglo XIX. El gran desarrollo de la tecnología, llevó a la construcción de grandes navíos en la primera década del siglo XX Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Aplicaciones Motores Diesel 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 su potencia, pero desde 1950, el desarrollo de la TURBOALIMENTACIÓN, se ha traducido en un aumento de potencia en el orden de 2 a 3 veces para determinada cilindrada. Como resultado, ahora es posible disponer Barcos más con Propulsores Diesel. (Clasificando estos e Motores Dieselgrandes Lentos, Semirápidos y Rápidos) Los Motores Diesel Lentos son dominantes en Buques Tanque, Buques Graneleros y Portacontenedores, mientras que Motores Diesel Semirápidos se emplean en Buques de Carga General más pequeños, Transbordadores, Cruceros, RORO y los Buques especializados como Rompehielos, Buques de Salvamento, Buques de Apoyo Off Shore, Buques de Investigación, etc.


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Esquema Turbo Alimentación Filtro Aire Exterior

Turbo Alimentador

Compresor

Intercambiador de Calor (Enfriador)

Colector de Admisión

Exhaustación Silenciador Turbina

Cilindros

El Turbo Alimentador es Accionado por los Gases de Escape

Colector de Exaustación


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Aplicaciones Motores Diesel La Densidad de Potencia, en los Motores Semirápidos es mayor que Motores Diesel Lentos, esto se traduce en un menor peso y volumen para una misma potencia. Los Motores Diesel Rápidos se puede encontrar en unidades más pequeñas como Remolcadores, Barcos de pesca, Transbordadores Rápidos, 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 operar con combustible ligero (MDO) y el más pesado de los combustibles residuales (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. 

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Aplicaciones Motores Diesel 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 la Turbina de Gas, Produce vibraciones y ruido,  

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


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Comparamos Tamaño, Densidad y Peso por kW de los tipos Motores Diesel Para una Potencia de aproximadamente 7.000 kW

Motor Diesel Lento

Motor Diesel Semirápido

Motor Diesel Rápido


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Motor Propulsor Espacio Necesario

A B

A = Motor acople directo B = Motor c/Caja Reductora

Propulsor de un Carguero 8.000 Toneladas 2500 HP en el Eje Hélice a 80 r.p.m. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Comparación Tipos de Motores Diesel Especificaciones Ciclo Construcción

Lentos 2 Tiempos Con Cruceta

Potencia de Salida (kW) Tipo de Combustible Consumo Específico (g/kWh) Emisiones Esp. Nox (g/kWh) Masa Específica (kg/kW)

8.000 –90.000 HFO 160180 – 14 22 – 60 17 –

Costo Específico (Euro/kW)

400 – 420

Motores Diesel Semirápidos 4 Tiempos Biela Pistón – 500 35.000 HFO ó MDF 170 210 – 10 18 – 5 20 –

Línea 220-330 V 170 - 280


Rápidos 4 Tiempos Biela Pistón 500

– 9.000

MDF 200 – 220 – 13 7 –6 2.3 V 180 - 240

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Motores Diesel Disposición Constructiva

Cruceta

Biela Pistón


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


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Motor Diesel 2T (Acoplado a la Hélice directamente)


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


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


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Motores Diesel Semirápidos

Espacio Disponible para la Carga, disposición habitual para etc. Buques Ro Ro, Ferrys,


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Instalación Motor Diesel Lento Mirando a Proa

Si comparamos esta disposición con la presentada en la diapositiva vemos esta que el Motor anterior, Diesel Lento instalado en la Crujía del Buque y su altura casi alcanza la Cubierta Principal, por tanto el espacio que indicamos es imposible de obtener, esta es la instalación típica de un buque Carga General, Bulkcarrier, Petrolero, etc.


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Comparación de Consumos Turbina Vapor vs Motor Diesel


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Las Dimensiones de los Espacios de Máquinas A esta altura de la exposición podemos comenzar a pensar en las dimensiones que le debemos otorgar a los espacios donde instalaremos los Equipos del Buque, el ejercicio lo debemos realizar a partir de los elementos de mayor volumen, tal el caso Motor Propulsor o bien Motor Principal, siguiendo con del los Grupos Electrógenos, Botellones de Aire Comprimido, Intercambiadores de Calor, etc., etc. De igual forma no podemos descuidar la ubicación de los Equipos en la Sala de Máquinas, pues a su volumen, les debemos adicionar espacios para su Operación, Mantenimiento, Reparaciones, Cambio de Componentes y eventualmente su Reposición. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Las Dimensiones de los Espacios de Máquinas Si nos referimos a la eslora de la Sala de Máquinas no solo es afectada por la longitud del Motor Principal, sino que en su dimensión también entran en juego criterios de estabilidad. La manga de la Sala de Máquinas en ciertos sectores puede ser totalmente utilizada y se trabaja con el concepto de redundancia. El puntal del espacio de máquinas puede ser determinado por las dimensiones del Motor Principal. Generalmente ocupa la altura, desde el nivel inferior hasta la cubierta principal. En el diseño de un ferry RORO un Motor Propulsor puede limitar la altura de la Sala de Máquinas, para ello se emplean motores más pequeños, para permitir sobre la SM. Varias cubiertas para vehículos. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Disposición Preliminar de los Equipos La disposición de los equipos en el interior del espacio de máquinas está mínimamente condicionado a los siguientes puntos: La Planta Propulsora deberá situarse de modo tal que pueda 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 de tuberías y longitudes y secciones del cableado, Equipos tales como las bombas del Servicio de Agua Salada, 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 Servicio de Agua Dulce de Refrigeración, de refrigeración el Tanque 

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de


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Disposición Preliminar de los Equipos Compenso de Aceite Lubricante del Sello de la Línea de Ejes, los Ventiladores del Sistema de Ventilación y las Calderas de Gases de Escape (Exhaustación), se deben colocar el los Niveles superiores de la Sala de Máquinas/Guardacalor. 

Asimismotal debemos instalar un importante número de Equipos, el caso Intercambiadores de Calor, Unidades de Potencia Hidráulica, Compresores, Calderas de Quemador y Tableros Eléctricos, etc., que no tienen estrictos requisitos de ubicación, entonces con ellos debemos establecer un criterio que observe su peso, su centro de gravedad, sin descuidar la proximidad de sus consumidores. Debemos reservar espacios para el acceso, la circulación, el control, y el mantenimiento 


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Plantas Propulsoras Turbinas de Gas Estas plantas propulsoras utilizan un sistema similar al de los aviones a reacción, y empezaron a utilizarse ampliamente en la década de los 50. Su funcionamiento se basa en la combustión de combustible que genera gas y hace rotar las turbinas y girar los ejes. Sus ventajas son que proporcionan una elevada velocidad de respuesta (aceleración/reducción) y son bastante ligeras por lo que ahorran peso y espacio. Su mayor inconveniente es que requieren un alto consumo de combustible purificado y no son tan económicas como los Diesel.


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Turbina de Gas El nombre mas adecuado para este tipo de propulsor debería ser “Motor de Combustión Interna”, pero para evitar confusiones los norteamericanos popularizaron el término, “Turbinas a Gas” (Gas Turbine), la propulsión por medio de una 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 de Propulsores en la segunda mitad de la década de 1940 y construyeron la primera embarcación del mundo con este tipo de propulsión en el año 1953, el HMS Grey Goose. En la década siguiente ya se proyectaron Navíos de Gran Porte, exclusivamente, propulsados por Turbinas a Gas. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Turbina de Gas


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Turbina de Gas Con algunas excepciones, la mayoría de las Turbinas a Gas utilizadas en los Navíos, son Motores Aeronáuticos “marinizados” (aeroderivadas). Por lo tanto para atender a los requisitos específicos de la actividad se deben realizar algunos cambios en estas los cambios mas se practican en máquinas, la CámaraunodedeCombustión, paranotables utilizar Combustible Diesel en lugar de JP1 (Jet Propulsion One – Kerosene de Aviación). Otros cambios lo constituyen el material de los alabes del compresor (en las Turbinas Navales se construyen en acero especial, en cambio los alabes de las Turbinas de Aviación son de aluminio), también es necesario introducir un compresor de baja presión. Centro de Estudios Mar del Plata 63 Universidad Tecnológica Nacional

Turbina de Gas La utilización de Turbinas de Gas, implica otro cambio en la disposición, a ellas no se les puede cambiar el sentido de rotación, por tanto se les debe agregar al eje propulsor un Inversor de Marcha o el empleo de Hélices de paso Variable (tener presente que estas son de menor eficiencia que las Hélices de Paso Fijo). El uso de Turbinas de Gas, implica una reducción del espacio ocupado, en comparación con las Salas de Máquinas con Turbinas de Vapor y sus Calderas. La nueva disposición trajo una economía en el peso de la instalación, lo cual aunque parezca imposible, condicionó a los proyectistas de la época, pues las disposiciones de vapor compensaban el peso de las voluminosas y pesadas antenas de radar Centro de Estudios Mar del Plata 64 Universidad Tecnológica Nacional

Turbina de Gas Entre las características principales de desempeño de este tipo de Propulsión se destacan la buena relación Peso/Potencia, por esa razón las Turbinas de Gas equipan tanto embarcaciones pequeñas, como Hovercrafts (relación 100 HP por tonelada), Fragatas/Corbetas (relación entre 10/15 HP por toneladas) hasta Portaviones (relación de 5 HP por tonelada). Otra característica destacable es la aceleración inicial (una Turbina Kortenaer acelera de 0 a 30 nudos en aproximadamente 75 segundos), en las instalaciones con Turbinas de Vapor las Calderas deben alcanzar un nivel apropiado de presión, por tanto el óptimo desempeño tiene un costo, el consumo específico de combustible muy alto. Por este motivo algunas Armadas adoptan Turbinas a Gas solamente para velocidades altas (mayores de 18 nudos), utilizando otro Propulsor (Motor Diesel), para velocidades bajas. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Turbina de Gas Marinizada


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Esquema Turbina de Gas


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Turbina de Gas en Sala de Máquinas


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Turbina de Gas


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Turbina de Gas - Disposiciones


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Turbina de Gas - Disposiciones


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LM6000 Marine Gas Turbine - Genset (1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(9) (6)

(7)

(8)

(1) = Ingreso Aire Combustión (2) = Ingreso Aire Ventilación Cabina (3) = Aire Caliente

(5) = Generador (6) = Pleno Ingreso Aire (7) = Puerta de Inspección (8) = Turbina de Gas

(4) = Descarga Gases de Combustión

(9) = Trineo, dispuesto para su izaje.


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LM6000 Marine Gas Turbine - Genset


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LM6000 Marine Gas Turbine


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Buque Propulsado por Turbinas de Gas Descarga Gas de Exhaustación

Descarga Gas de Exhaustación

Ingreso Aire Fresco Ingreso Aire Fresco


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Plantas propulsoras nucleares Este tipo de plantas propulsoras tiene prácticamente el mismo funcionamiento que las plantas de vapor, solo que en este caso es un reactor nuclear el encargado de calentar el agua y producir el vapor que es enviado a las turbinas. La propulsión nuclear ofrece ventajas significativas. Al contrario que los buques convencionales necesitan tomar combustible cada cierto número deque días, un buque de propulsión nuclear tiene un radio de acción muchísimo más amplio y puede mantenerse durante años sin necesidad de repostar, ya que no necesita consumir combustible. Las plantas nucleares son más grandes que las convencionales, pero en conjunto ahorran espacio a un buque ya que éste no tiene necesidad de cargar fuel-oil en sus tanques. El principal inconveniente de la propulsión nuclear es su coste inicial. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Propulsión Nuclear El Reactor Nuclear se desarrollo en primera instancia para los Submarinos y posteriormente equipó a naves de superficie. Hubo una época (entre los años 1955 y 1970), donde los Estrategas Navales estadounidenses pensaron en la posibilidad de poseer una Flota de Alta mar con Propulsión Nuclear total. Las ventajas obvias de una Escuadra Nuclear serían la reducción de los Navíos de apoyo (especialmente Buques Tanque) y/o la independencia con relación a los Puertos de abastecimiento de Combustible.


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Propulsión Nuclear En los EEUU, la primera embarcación de superficie en tener Propulsión Nuclear fué el USS Long Beach. Porteriormente aparecieron el USS Bainbridge (un Leahy modificado), y el Truxtun USS (un Belknap modificado), los dos California y los cuatro Virgínia.

De la misma forma que el Congreso norteamericano insistió para que uno de los dos Belknap fuese modificado para Propulsión Nuclear, diez años despues el mismo Congreso suspendió la construcción de otros Virginia en favor buques convencionales tipo Ticonderoga, dado que los costos de la Propulsión Nuclear eran mucho mas altos. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Propulsión Nuclear La expectativa era que los custos fueran cayendo conforme a que lossituación nuevos no Navios actividad, pero esta se dió.fueran entrando en En la actualidad a los altos costos, las presiones de las organizaciones ambientalistas limitan el desenvolvimiento de Navios de superfície con propulción nuclear.


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Propulsión Nuclear En los EEUU, la Propulsión Naval es donde obtiene el mayor suceso. Mas allá de la ventajas apuntadas, son positivos los siguientes puntos: a) provee la potencia necesaria para las operaciones, en contrapartida los buques dotados con calderas necesitan mantener el los vapor a toda presión durante los lanzamientos, b) elimina gases de chimenea en dirección a popa, dado que los en los Portaviones no nucleares generan gases provocando una considerable turbulencia en popa perjudicando la acción de las aeronaves; c) el proyecto de isla de acuerdo con las necesidades del Portaviones y la excelente disposición de la antena de los radares, sin posibles daños por corrosión por gases de chimenea. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Disposición CODAD CODAD (CO mbined D iesel A nd D iesel -- Combinado

Diésel y Diésel) es un sistema de Propulsión Naval que utiliza DiéselUn para suministrar potencia a uny único dos árbolMotores de Hélice. sistema de Transmisión Embrague permiten acoplar los motores indistinta o conjuntamente al árbol.


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Disposición CODAD


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Disposición CODLAG CODLAG (CO mbined D iesel-eL ectric A nd G as - Combinado

diésel-eléctrico y gas) es un sistema de propulsión naval, modificación del sistema CODAG. Un sistema CODLAG emplea motores eléctricos conectados a los árboles de la hélice (habitualmente dos). Los motores son alimentados por generadores diesel. Para obtener velocidades mayores, una turbina de gastimpulsa los árboles mediante una caja de transmisión de conexión cruzada; para velocidades de crucero el sistema de transmisión de la turbina se desconecta mediante embragues. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Disposición CODLAG Esta disposición combina los motores diésel usados para propulsión y para generación de potencia eléctrica, reduciendo considerablemente los costos de servicio porque disminuye el número de motores diésel diferentes, y los motores eléctricos requieren mucho menos mantenimiento. Adicionalmente, los motores eléctricos trabajan eficientemente sobre un rango mayor de revoluciones, y puden ser conectados directamente al árbol de la hélice, de modo que pueden usarse transmisiones más simples para combinar la salida mecánica de los sistemas de turbina y diesel-eléctrico. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Disposición CODLAG Otra ventaja de la transmisión diesel-eléctrica es que al no ser necesaria una conexión mecánica los generadores diésel pueden ser desacoplados acústicamente del casco de la nave, haciéndola menos ruidosa. Este principio ha sido extensamente usado en los submarinos militares, pero resulta también para antisubmarina. navíos de superficie, como los empleados en laútil guerra Habitualmente buques equipados con sistemas CODLAG cuentan con baterías recargables, como los submarinos diésel-eléctricos, que les permiten maniobrar en silencio sin necesidad de que funcionen las máquinas pesadas. Los sistemas que emplean las turbinas de gas como turbogeneradores, sin transmisión mecánica a las hélices, no se clasifican como CODLAG. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Disposición CODLAG Algunas naves de pasajeros, como el RMS Queen Mary 2, usan esta configuración con un conjunto de generadores diésel para la carga base y turbogeneradores para obtener potencia máxima. Las Fragatas Tipo 23 de la Royal Navy y las Alemanas de la clase F125 tienen propulsión CODLAG.


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Disposición CODLAG


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Disposición CODOG CODOG (Co mbined D iesel o r G as -- Combinado diésel o

gas) es un tipo de sistema de Propulsión Naval para buques que requieren una velocidad máxima considerablemente mayor que su velocidad de crucero, particularmente Navíos Guerradecomo las Fragatas Corbetas modernas. Estedesistema propulsión podemoso encontrarlo en las nuevas fragas españolas clase Alvaro de Bazán, (F100), construidas por los astilleros militares de Navantia en Ferrol, con motores Diésel Bravo 12 construidos en la Fábrica de Motores de Navantia en Cartagena, los dos Motores Diésel tienen una potencia de 4500 Kw cada uno. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Disposición CODOG Por cada árbol de Hélice hay un Motor Diesel para velocidad de crucero y una Turbina de Gas con transmisión y reducción mecánica para ráfagas de alta velocidad. Ambos propulsores están conectados árbol mediante Embrague , pero sólo puede utilizarsealuno a la vez, a diferencia de los sistemas CODAG, que pueden usar la potencia combinada de los dos. La ventaja de los sistemas CODOG es una transmisión más simple, a expensas de requerir turbinas de gas más potentes (o en mayor cantidad) para erogar la misma potencia, y el consumo de Combustible es mayor comparado con CODAG. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Disposición CODOG


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Disposición COSAG COSAG(CO ombined S team A nd G as -- Combinado vapor y

gas) es un Sistema de Propulsión Naval que emplea una combinación de Turbinas de Vapor y Turbinas de Gas para impulsar los árboles de las Hélices. Dispositivos de Transmisión y Embragues permiten que los motores impulsen el árbol en forma indistinta o conjunta. El sistema COSAG reúne las ventajas de la eficiencia a velocidad de crucero y la confiabilidad de los sistemas accionados a vapor con la rápida aceleración y el breve tiempo de arranque de los sistemas de gas. Este sistema fue usado principalmente en la primera generación de Navíos de Guerra con turbina de gas, como los Destructores clase County y las Fragatas clase Tribal de la Royal Navy. Centro de Estudios Mar del Plata 91 Universidad Tecnológica Nacional

Disposición COSAG


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

es un sistema de propulsión Naval para naves equipadas con Turbina de Gas. Emplea una turbina de baja potencia y alta eficiencia para velocidades de crucero, y una de alta potencia para operaciones que requieren alta de velocidad. Un Embrague permite seleccionar cualquiera las dos turbinas, pero no hay una caja de Transmisión que permita emplear ambas simultáneamente. La ventaja que presenta esta configuración es la de no requerir el uso de cajas de transmisión pesadas, caras y sujetas a potenciales fallas. Los destructores Tipo 42 de la Royal Navy y los MEKO 360 de la Armada Argentina usan sistemas COGOG. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Disposición COGOG


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Disposición COGAG COGAG (CO mbined G as A nd G as - combinado gas y gas)

es un tipo de Sistema de Propulsón Naval para naves que utilizan dobles Turbinas de Gas, vinculadas a un único árbol de Hélice. Un sistema de Transmisión y Embrague permite que cualquiera de ellas, o ambas simultáneamente, impulsen el árbol. Usar dos turbinas de gas presenta la ventaja de disponer de dos configuraciones de potencia distintas. La eficiencia de combustible de las turbinas de gas es mejor cerca de su máximo nivel de potencia, por lo que una turbina pequeña operando a máxima capacidad es más eficiente que una de doble potencia operando a la mitad de velocidad. Esto permite un tránsito más económico a velocidades de crucero. Centro de Estudios Mar del Plata 95 Universidad Tecnológica Nacional

Disposición COGAG En comparación con los sistemas CODAG (combinado diésel y gas) o CODOG (combinado diésel o gas), los sistemas ocupan menos espacio, pero son menos eficientes COGAG a velocidad de crucero, y algo menos eficientes que los CODAG para ráfagas de alta velocidad. Sistemas COGAG equipan a los portaaviones de la clase Invincible de la Royal Navy.


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Disposición COGAG


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Disposición CODAG CODAG (Co mbined d iesel a nd g as -- Combinado diésel y

gas) es un tipo de sistema de Propulsión Naval para embarcaciones que requieren velocidades máximas considerablemente superiores a sus velocidades de crucero, particularmente Navíos de Guerra como las Fragatas y Corbetas modernas. Consiste de motores Diésel para operaciones de crucero y Turbinas de Gas que pueden activarse para trayectos a alta velocidad. En la mayoría de los casos la diferencia de potencia entre los motores diésel solos y la combinación de propulsión diésel y turbina es tan grande, que se requieren hélices de paso variable para limitar la rotación, de modo que los diésel puedan continuar operando sin cambiar las relaciones de engranajes de sus transmisiones. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Disposición CODAG Por esta razón se requieren cajas de transmisión multivelocidad. En esto se distinguen de los sistemas CODOG, que acoplan los Diésel a los árboles de las Hélices con transmisiones simples de relaciones fijas, y los desacoplan 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 los Diésel se cambia de aproximadamente 1:7,7 (Motor:Hélice) para propulsión sólo Diésel a 1:5,3 para Propulsión Combinada. Algunas naves llegan a tener tres diferentes relaciones de transmisión para los motores diésel: una para cuando el Motor funciona solo, otra para cuando ambos Diésel operan conjuntamente, y la tercera para cuando se activa la turbina de gas. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Disposición CODAG Este sistema de propulsión ocupa menos espacio que un sistema sólo basado en Diésel, con la misma erogación de potencia máxima, puesto que pueden emplearse motores más pequeños y la turbina de gas y las transmisiones no necesitan demasiado espacio adicional. El CODAG conserva la alta eficiencia de uso de combustible de los Motores Diesel para navegación de crucero, permitiendo mayor alcance y reduciendo los costos de combustible respecto del uso de turbinas de gas solamente. Pero, por otro lado, se requiere un sistema de transmisión más complejo, pesado, y sujeto a desperfectos. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Disposición CODAG La velocidad típica de crucero de las naves de guerra CODAG con propulsión diesel es de 20 nudos, y la velocidad 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.


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Disposición CODAG


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Disposición CONAS (Co mbinated N uclear a nd S team). Esta disposición es un Sistema de Propulsión compuesto por Calderas que alimentan Turbinas de Vapor para velocidades de Crucero (entre 14 y 17 nudos), y otro arreglo paralelo con Reactores Nucleares que alimentan otro grupo de Turbinas a Vapor. Los reactores pueden ser apagados y el Navío operar solamente con las calderas. Pero ambos pueden accionarse en forma conjunta para obtener altas velocidades (arriba de 30 nudos). Los únicos Navíos conocidos que poseen Sistemas CONAS son los Acorazados rusos de la clase Kirov (Proyeto 1144.2 Orlan). Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Disposición CONAS


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Desarrollo y ventajas de los POD´s

Después de más de 15 años de instalados por primera vez, la propulsión por POD´s, ya ha dejado de ser una nueva tecnología revolucionaria y está aquí para quedarse y ser utilizada como propulsión para diferentes tipos de buques mercantes. Hoy, con su uso en buques de diferentes potencias de máquinas y de diferentes características, es fácil olvidarse que ABB y Kvaerner-Masa Yards inventaron esta tecnología para ser aplicada a un rompehielos. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Desarrollo y ventajas de los POD´s Los POD´s lograron remplazar el tradicional sistema de propulsión máquina-eje-hélice-timón por una unidad de propulsión eléctrica, ubicada en una barquilla, capaz de girar azimutalmente 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 KVAERNER MASA 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 un convertidor directo de frecuencia (cicloconvertidor). El POD incorporaba un motor síncrono con una potencia de 1.500 kW. Previamente el buque tenía una potencia de máquina de 1600 kW, estaba dotado de timón y hélice de paso variable y podía navegar con hielo de 45 cm. de espesor. Después de la modificación, a pesar 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, rompiendo hielo, cosa que antes de la transformación, debido a la disposición del timón, no podía hacer.


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Propulsores "POD" Diseño del POD : Motor de imanes permanentes.  

Hélices girando en el mismo y2acopladas en el mismo eje. sentido Aleta para optimización de flujo hidrodinámico. Diseño compacto y ligero. 




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Propulsor AZIPOD Sobre el final del siglo XX, se presenta la gran innovación de la propulsor eléctrico que conocemos 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 tras la hélice, b) eliminación de los timones pues el gobierno se mantiene gracias al giro de todo el conjunto, c) eliminación de los sistemas de maniobras, como hélices de popa y proa transversales, 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 de accionamiento eléctrico es muy sencilla y por su naturaleza puede adaptarse al control a distancia desde el puente cuando se desee. Reacomodación de los espacios para la cámara 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 resultados fueron 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 de costos de mantenimiento, control de las emisiones de gases de escape al medio ambiente, redundancia adecuada con menor potencia instalada.


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Propulsor AZIPOD


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Propulsor AZIPOD 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 la energía de los remolinos generados por la hélice de proa.


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Propulsor AZIPOD A medida que estos sistemas fueron desarrollándose y aplicándose a distintos tipos de buques se fueron comprobando las ventajas de su utilización y las pocas fallas que tuvieron al principio fueron superadas sin mayores inconvenientes. Las principales ventajas de este sistema las podemos resumir en: A) Excelentes características dinámicas y de maniobrabilidad, incluso en entornos árticos o de mar gruesa. Radio de giro mucho menor. B) Eliminación de la necesidad de: Largas líneas de eje Timones Reductoras Hélices transversales de proa Hélices de paso variable C) Al basarse en el concepto de diesel o turbo eléctrica ofrece: Diferentes soluciones para el proyecto de cámara de máquinas Reducción de ruido y vibraciones Aumento de la seguridad (sistema redundante) Mínimo tiempo de reacción Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Propulsor AZIPOD 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 mantenimiento Redundancia adecuada con menor potencia instalada E) La unidad POD´s es en sí misma un diseño flexible Puede construirse como tractora impulsora derivado del hecho de ser alimentado a Posibilidad de trabajo a muy bajaso revoluciones través del convertidor de frecuencia. El par puede ser el máximo a cualquier velocidad. Para aguas libres o zonas con hielo Puede ser equipado con hélices oblicuas Puede 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 una propulsión con POD´s. Una vez que el buque estuvo en servicio, los datos reunidos indicaron que este sistema permitió economías de combustible del 8% y un aumento de la velocidad de ½ nudo. Carnival informó de un ahorro de 40 toneladas de combustible por semana. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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El Buque Carnival Legend en Navegación


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Propulsión CRP Azipod en Funcionamiento El concepto de propulsión CRP Azipod se ha aplicado a dos transbordadores rápidos que operan en Japón y son los primeros barcos que cuentan con este tipo de propulsión. Los transbordadores Hamanasu y Akashia de Shinni Honkai llevan en servicio desde junio de 2004.

Los barcos se construyeron en el astillero Heavy Industries que Mitsubishi tiene en Nagasaki. El concepto operacional se basa en una elevada velocidad de crucero (30,5 nudos). Estos buques están diseñados para conseguir una navegación suave. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Propulsión CRP Azipod en Funcionamiento La unidad Azipod funciona también como timón y mejora la gobernabilidad estabilizando el flujo y aumentando la potencia. Facilita la maniobrabilidad en puerto, especialmente a bajas velocidades, y reduce el tiempo de atraque. El diseño de la planta de propulsión incluye dos motores Wärtsilä 12V46 que impulsan una hélice principal de paso regulable a través de una caja de engranajes de doble entrada y salida única. Otro par de motores 12V46 mueve los alternadores que suministran energía eléctrica a la unidad Azipod. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Propulsión CRP Azipod en Funcionamiento La 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 instalada de aproximadamente 47 MW. Tras varios meses de funcionamiento en su ruta, la compañía naviera 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 motor diesel, 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 velocidad máxima de 32,04 nudos, un logro notable comparándolo con la velocidad de régimen de los transbordadores de doble eje que era sólo 29,4 nudos. En relación con la capacidad de transporte, los antiguos transbordadores, tienen una capacidad de 15% menor que la de los nuevos barcos. El uso de la transmisión de energía eléctrica y tecnología CRP proporciona un ahorro considerable 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 en relevancia a medida que la legislación medioambiental se vaya haciendo más estricta. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Principales Proveedores Sistemas Pod

Azipod (ABB-MASA) MERMAID (ALSTOM-KAMEWA) DOLPHIN (JOHN CRANE LIPS-

STN ATLAS) SSP (SIEMENS-SCHOTTEL)


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Disposición Diesel Eléctrica


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Disposición Diesel Eléctrica


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Componentes Propulsión Diesel-Eléctrica


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Disposición Propulsión Diesel Eléctrica 1. Grupo Electrógeno Diesel, 2. Tableros Eléctricos, 3. 4. 5. 6.


Motor Propulsor Eléctrico, Propulsores de Popa, Bombas de Cargamento, Cuarto de Control,

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Supply Vessel Sanco Spirit


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Disposición CODAG WARP CODAG WARP (CODAG Water jet And Refined Propeller --

CODAG hidrojet y hélice refinada), un sistema desarrollado por el constructor alemán Blohm + Voss como opción para sus barcosevita MEKO, pertenece también a esta categoría. Sin embargo, los problemas antes mencionados. CODAG WARP usa dos motores diésel en disposición CODAD para impulsar dos hélices (es decir, ambos árboles pueden ser movidos por cualquiera de los motores) y un Hidrojet propulsado por la turbina de gas. Cuando el hidrojet no está operando no causa turbulencia, y dado que la tobera puede ser desplazada más hacia popa y elevada, no afecta el tamaño de las hélices. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Disposición CODAG WARP


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Fundamento Teórico del Water Jet El propulsor a chorro de agua es una “hélice entubada”, típicamente de 3 a 7 palas según la eficiencia esperada, más silenciosa a alta velocidad que una hélice clásica (transfiere menos energía hidroacústica al medio marino). Esta hélice de impulso, que actúa como una bomba de flujo mixto axialradial, recibe agua por un conducto curvado desde una aspiración a ras del casco o la quilla, y la expulsa acelerando el chorro, utilizando el principio de conservación de la cantidad de movimiento junto al teorema de acción y reacción, a través de una tobera y un ducto de diámetro relativamente pequeño, situado en el espejo de popa. Al girar este impulsor, accionado por una fuente de poder externa al ducto, se arrastra un volumen de agua que produce una disminución de la presión en la aspiración del casco y genera una diferencia de velocidades entre la del chorro expulsado y la del agua en la tobera, lo cual redunda en un aumento de la presión en la descarga. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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CODAG WARP Esta diferencia de presiones es la que srcina la fuerza de empuje en el buque. La parte más crítica de este sistema, es el ducto de aspiración. Su longitud no debe ser muy grande para evitar pérdidas de presión por fricción, pero tampoco debe ser muy corta porque la curvatura resultaría muy abrupta, con pérdidas de presión por aceleración. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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El Sistema de Propulsión DAG-HD. Este sistema consiste simplemente en asignar a cada fuente de poder su propio 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 y COGAG) más simples. Por ello, al sustituir el acoplamiento mecánico por uno hidrodinámico externo, no justifica el prefijo “CO” del acrónimo de las combinaciones, comoHD. DAG (y también DAD y GAG). Sólo paraquedando claridad, selasle anteriores agrega el sufijo Este sistema propulsor está permitido cuando no existen interacciones físicas o hidrodinámicas que degraden la eficiencia o pongan en peligro la integridad de los propulsores, y se justifica cuando la suma de las potencias desarrolladas (PD) por cada uno de estos supera la potencia desarrollada por un propulsor único con las fuentes de poder acopladas mecánicamente, o cuando hay otros beneficios operacionales, como por ejemplo bajar el nivel de ruido o navegar en aguas tranquilas. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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El Sistema de Propulsión DAG-HD. En particular, el tipo de propulsión de las corbetas y fragatas alemanas MEKO clase A, es una planta que consiste en dos motores Diesel con sus respectivos propulsores tipo tornillo, y una turbogas dedicada, vía reductor simple, a un propulsor tipo water jet, en un tercer eje en la línea de crujía, que se coloca en servicio en modo “And” a velocidades bastante superiores a los 20 nudos, cooperando al empuje de las hélices clásicas. Las cajas reductoras de los motores están construidas de tal forma, que se 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, lo cual, junto con hélices de menor diámetro, permite que este concepto de tres ejes pueda ser instalado en corbetas y fragatas. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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El Sistema de Propulsión DAG-HD.


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El Sistema de Propulsión DAG-HD. La planta DAG permite una ventaja sin precedentes, que consiste en descargar los gases de la turbina directamente a la estela, sobre el cubo deflector del water jet. Si por encima, esos gases se enfrían inyectando un chorro de agua de mar, en un ducto de material apropiado, se logra un buque frío en su huella, y que a su vez hace más segura la operación de helicópteros.

La planta DAGHD alemana incorpora este arreglo para la turbogas, y las opciones de descarga superficial y submarina para los motores Diesel, según la amenaza del momento. Por ello, este buque no requiere de chimeneas ni de pesados eductores enfriadores, eliminando los puntos de la superestructura calentados por los gases de escape, lo cual produce el efecto adicional de reducir la sección transversal de radar , y el de reducir los esfuerzos mecánicos y deflexiones en la superestructura Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Otra Disposición POD


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Evolución Sistemas Propulsores Beneficios del uso de la Propulsión Eléctrica:     

Reducción deaCombustible. Flexibilidaddel de consumo disposición bordo. Costos de mantenimiento más bajos. Reducción de espacios necesarios. Reducción de la Emisión de Gases.


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Incremento de Beneficios al Combinar Propulsión Diesel-Eléctrica 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. 

 

  


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Características Planta Propulsora de los ferries Ro-Ro a) Ha de tener un bajo requerimiento en altura, de manera que la cubierta de acceso a la cubierta garaje pueda situarse por encima de aquélla sin especiales condicionamientos. b) Ha dehatener de redundancia, decir, el buque de características tener, cuando menos, doses sistemas independientes de propulsión. c) Fiabilidad. d) Fácil maniobrabilidad, para ahorro en la factura de remolcadores. e) Para confort del pasaje, buenas características antivibratorias y de ruido. f) Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Características Planta Propulsora de los ferries Ro-Ro f) En el caso de ferries rápidos (25/30/40 nudos), el armador puede desear tener disponible una gama de potencias, de ahí velocidades del buque, que satisfagan un perfil operacional flexible:Alta velocidad en velocidad verano, para frente a invernal, la fuerte demanda turística; baja en hacer la temporada cuando desciende el número de pasajeros. En las diversas situaciones operacionales, el armador pretenderá que la maquinaria principal trabaje a la potencia de servicio, de manera que el consumo de combustible sea, siempre, el mínimo posible.


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Características Planta Propulsora de los ferries Ro-Ro g) El Armador no desdeñará que la planta propulsora tenga el menor peso posible, lo que conlleva maximizar el peso muerto del buque. h) Ha de tener características de fácilenmantenimiento p.e. el menor número posible de cilindros caso de propulsión diesel engranada. i) Modernamente, la reglamentación emergente para control de las emisiones a la atmósfera ha de ser tenida en cuenta.


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Sistema CODED La Compañía Wärtsilä ha desarrollado novedosos equipos y un nuevo concepto de propulsión para Buques Ferry`s y Cruceros. El Sistema se basa en la COmbinación Diesel-Electric and Diesel-Mechanical (CODED), o sea es una combinación híbrida de propulsión. Esta Propulsión Híbrida puede disponer 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. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Sistema CODED Disposición Típica Propulsión Buque RO Pax


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Sistema CODED Disposición Propulsión Buque RO Pax


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Sistema CODED Disposición Propulsión Buque RO Pax

Propulsor Pod Eléctrico

Propulsor Diesel


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Sistema CODED Disposición Pod Eléctrico enfrentado a la Hélice


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Sistema CODED Disposición Pod Eléctrico enfrentado a la Hélice


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Sistema CODED Disposición Pod Eléctrico en cada banda del Buque


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Sistema CODED Disposición Pod Eléctrico en cada banda del Buque


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Conclusiones empleo Sistema CODED - Ofrece mejor comportamiento hidrodinámico, - Ofrece mejor maniobrabilidad, - Ofrece mejor resultado económico, si bien la inversión inicial es mas alta, - Ofrece la posibilidad de optimizar los espacios de carga, Recordemos que la aplicación principal de los Sistemas CODED, es en Buques RO PAX, Cruceros y Ferry`s


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Sistema CODED Disposición Propulsores Transversales


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Sistemas Combinados COGAS Recordemos que COGAS es el nombre que se da a los Sistemas de Propulsión Marinos de Ciclo Combinado, compuestos de Turbinas de Gas y de Turbinas de Vapor. Estas últimas son alimentadas con el Vapor generado 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. Las grandes Plantas de Generación Eléctrica que usan este principio pueden alcanzar eficiencias del 58%. Cuando las Turbinas no impulsan directamente los árboles de las hélices directamente, sino que se emplea un Sistema Turbo Eléctrico de transmisión, se suele denominar al Sistema COGES (COmbinado Gas Electricidad Vapor (Steam)). Algunos Barcos de Crucero están equipados con Sistemas COGES, como el "Millenium" de Celebrity Cruises y otras naves de su clase que usan plantas Turbo Eléctricas con dos Turbinas de Gas General Electric LM2500+ y una Turbina de Vapor. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Dos Turbinas de Gas General Electric LM2500 + y una Turbina de Vapor


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COGES Plant

Rolls-Royce


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Sistemas Combinados COGAS (COGES)


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Sistemas Combinados COGES


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Sistema COEOD El Sistema COEOD (CO mbined E lectric O r D iesel - combinado Motor Eléctrico o Diesel) utiliza Motores Diesel para las velocidades punta no superiores a los 22 nudos y los Motores Eléctricos para bajas velocidades hasta los 10 nudos. En la diapositiva siguiente vemos un esquema ded una Instalación de este tipo, del que se deduce que cuando funciona el Motor Diesel (1) para que el Buque de su máxima velocidad, mueve a su vez 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 de Frecuencia (3) y del Tablero de Distribución (7). Para regimenes de baja velocidad el Motor Diesel permanece desembragado por el dispositivo (4), proporcionando la Potencia Propulsora el Motor Sincrono (2) alimentado por el Grupo Electrógeno (6); a través de los Convertidores de Frecuencia (3) se controlan las revoluciones de la Hélice que puede mantenerse a Paso Fijo. En caso de ser necesaria Energía Eléctrica para alimentar los Servicios de Puerto que requieren elevada potencia (Grúas, Bombas, etc.,), se podrá independizar la Hélice mediante el Embrague (5) y utilizar el Motor Diesel principal con el Alternador (2) para suministrar esa Energía.


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Sistema COEOD

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

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


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Sistema COEOG El Sistema COEOG (CO mbined E lectric O r G as - combinado Motor Eléctrico o Turbina de Gas), cuya disposición se puede apreciar en el Esquema de la próxima diapositiva, es similar al Sistema COEOD, pero con ciertas diferencias. A altas velocidades que pueden sobrepasar los 25 nudos, la potencia es proporcionada por la Turbina o Turbinas de Gas (1), el Motor Eléctrico (2) puede girar vacío, cuando sea necesario utilizar toda la Potencia para la Propulsión. En este caso, la Energía Eléctrica para los Servicios del Buque la suministra el Grupo Diesel-Alternador (3) a través del Tablero de Distribución (4). Para el funcionamiento a bajas velocidades el Motor Sincrónico (2) se alimenta del Grupo Electrógeno (5) mediante el Convertidor (6)


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Sistema COEOG

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

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


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Disposición Sistema Propulsivo Fuerza Motriz Motor Diesel (Lento Reversible)

Transmisión

Propulsor

Acoplado Directamente a

Motor Diesel (S.Rápido Reversible) Motor Diesel (Rápido Reversible)

Caja Reductora Mecánica

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 Mecánica

Combina Diesel /T.Gas (CODOG) Combina T.Gas/T.Vapor (COGAS)

Caja Reductora Mecánica

Hélice de Paso Fijo

Hélice de Paso Control

IMPORTANTE: La disposición de las Máquinas en la Sala de Máquinas está fuertemente afectada por el Diseño de los Buques en general y por la Especificación y Selección de los Equipos en particular. Centro de Estudios Mar del Plata Universidad Tecnológica Nacional

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Tipos de Propulsión Naval

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