anexos anexo 1. diagrama de funcionamiento del …

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113 ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL 1.1 Notas Generales El diagrama de funcionamiento del motor diesel sirve como base para cierto número de cálculos, pero una de sus funciones más importantes es indicar los límites de la potencia al freno (PB) y de velocidad (n) que deben ser observados; por ejemplo en diferentes aplicaciones navales. Figura 1.1. Estructura del Diagrama de Funcionamiento de un Motor Diesel La Figura 1.1., muestra el esquema de un diagrama típico de funcionamiento de un motor diesel, con sus designaciones. Este diagrama puede dividirse en varias zonas: - envolvente de funcionamiento, - área de funcionamiento, - curva de la hélice, y

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Page 1: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

113

ANEXOS

ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL

1.1 Notas Generales

El diagrama de funcionamiento del motor diesel sirve como base para cierto

número de cálculos, pero una de sus funciones más importantes es indicar los límites

de la potencia al freno (PB) y de velocidad (n) que deben ser observados; por ejemplo

en diferentes aplicaciones navales.

Figura 1.1. Estructura del Diagrama de Funcionamiento de un Motor Diesel

La Figura 1.1., muestra el esquema de un diagrama típico de funcionamiento de

un motor diesel, con sus designaciones. Este diagrama puede dividirse en varias zonas:

- envolvente de funcionamiento,

- área de funcionamiento,

- curva de la hélice, y

Page 2: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

114

- adaptación de la aplicación.

Envolvente de funcionamiento

La envolvente marca el área de funcionamiento del motor diesel

y esta limitada por la línea límite de Potencia Máxima Continua (MCR).

En la parte izquierda el límite esta constituido por la velocidad

mínima (n), la más baja a la que el motor diesel puede funcionar. Esta

velocidad no debe confundirse con la velocidad mínima para embregue,

que es ligeramente mayor.

La línea entre la velocidad mínima y el punto de ajuste muestra el

límite operativo determinado por los esfuerzos térmicos, mecánicos y/o

debidos a la combustión.

El lado superior esta constituido por la potencia con combustible

bloqueado o potencia nominal (100% de la potencia al freno). En

función de la aplicación y del TBO elegido, se limitará la potencia

máxima disponible a la salida del motor diesel. El rango de velocidades

en el que puede obtener la potencia con combustible bloqueado se denomina margen

para funcionar a la potencia nominal por encima de cierta velocidad. El punto más a la

izquierda de este margen es el punto de ajuste. A la izquierda de este punto el motor

diesel no puede desarrollar la potencia nominal.

Algunas veces este tipo de potencias, donde la potencia disponible esta limitada

por el controlador del motor diesel de llama rango plano.

El límite del lado derecho esta constituido por la velocidad

nominal (100% de la potencia del motor diesel).

Page 3: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

115

Área de funcionamiento

El área de funcionamiento está dividida en varias áreas, en función del

comportamiento operativo de las turbosoplantes. En el caso de sobrealimentación

secuencial, se muestra el estado de la turbosoplante.

I, II: Estado de la sobrealimentación secuencial

II, UMBL: Los valores del funcionamiento del motor diesel pueden ser mejorados

mediante uso de algún dispositivo de soplado en el interior de la conexión de la

turbosoplante de gases de escape. Después de la conexión de la segunda

turbosoplante, el aire de sobrealimentación pasa sobre el colector de gases de escape

controlado por la electrónica del motor diesel para aumentar la masa de aire que pasa a

través de la turbina. En combinación con la situación mejorada de la línea de

funcionamiento o de trabajo en relación con el rendimiento del compresor, se obtiene

una mayor presión de trabajo, y, como consecuencia, se mejoran los valores de

funcionamiento del motor diesel.

Las áreas están separadas por las Líneas Límite de Conexión de las

Turbosoplantes donde los interruptores de control del motor diesel pasan de un estado

a otro. Esta conexión no tiene lugar a una relación fija de potencia – velocidad, sino en

un cierto rango de velocidades, para evitar la conexión permanente si el motor diesel

trabaja en la cercanía de la línea límite. Esta da como resultado un comportamiento

específico del motor diesel. Sí el motor diesel funciona sobre una curva de carga desde

la línea de potencia Nominal a vacío o viceversa, los puntos de carga serán ligeramente

distintos. El funcionamiento normal del motor no se verá afectado pero en las pruebas

de aceptación este comportamiento debe ser tenido en cuenta.

Debe evitarse el funcionamiento continuo en la línea de conexión de las

turbosoplantes.

Curva de la Hélice

En la Figura 1.1, se muestra una curva sencilla de la hélice con su punto de

proyecto en la Potencia nominal (100%) a la Velocidad Nominal (100%). La diferencia

entre la curva de la hélice y la curva MCR se llama Reserva para Aceleraciones. Esta

reserva puede usarse durante periodos de funcionamiento dinámicos.

Page 4: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

116

La curva de la hélice en el diagrama de funcionamiento del motor diesel muestra

solamente la situación estacionaria, cuando todas las fuerzas están equilibradas. En

este caso, el motor diesel “se mueve solamente” sobre la curva de la hélice y todos los

restantes puntos en el área de funcionamiento están fuera del funcionamiento teórico

porque no existe relación posible potencia – velocidad.

En una situación no estacionaria, esta situación cambia de forma ostensible.

Comenzando desde un punto estacionario, el motor diesel tiende a acelerarse. La

velocidad del motor diesel aumenta, y, consecuentemente, la de la hélice. Pero la

relación entre la velocidad de la hélice (n) y la velocidad del buque (v) no está

equilibrada. La hélice intenta moverse más deprisa para mover el buque más

rápidamente y absorbe más potencia que en una situación de equilibrio. Para el motor

diesel la pendiente de la curva de la hélice tiende a aumentar. En esta situación la

potencia de salida del motor diesel a determinada velocidad (n) puede ser mayor que la

correspondiente a una situación estacionaria.

Sí la aceleración es demasiado rápida la curva MCR actuará como límite.

De forma general, una gran reserva para aceleraciones permite una rápida

maniobrabilidad sí el reductor u la línea de ejes están proyectados para esta aplicación.

1.2. Curvas de Carga

Figura 1.2.1. Monocasco (desplazamiento del buque sin planeo)

Existe solo una pequeña diferencia entre las curvas de la hélice teórica e

individual (Figura 1.2.1).

Page 5: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

117

En la Figura 1.2.2., el rango de velocidades del buque ha sido aumentado y la

curva individual de la hélice comienza a tomar forma de montículo. El buque se mueve

desde pleno desplazamiento a la situación de planeo.

Se agrega la curva teórica sin planeo para mostrar que la resistencia del buque

disminuye considerablemente cuando tiene lugar el fenómeno del planeo. Las

diferencias entre las curvas de las hélices individual y teórica, son obvias.

El planeo depende de muchos factores tales como el tamaño del buque y la

velocidad del mismo, y puede verse influenciado por las formas del casco. Un buque

proyectado para el planeo se moverá más rápidamente en este estado que otros

buques.

Así pues, no estará claro como se comportará el buque si no se conoce para qué

estado se ha proyectado.

Figura 1.2.2. Monocasco (buque de desplazamiento con planeo)

Page 6: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

118

Figura 1.2.3. Catamarán (multicasco, nunca planeando)

Aquí se pueden apreciar formas de tipo catamarán o trimarán que nunca

entrarán en fase de planeo debido a su calado y a su pequeña área de planeo. La

cresta o montículo que presenta su curva es debido a la interacción de las olas entre los

cascos.

Page 7: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

119

ANEXO 2: EJEMPLOS DE CÁLCULO DE COMBUSTIBLE

2.1. Ejemplo nº 1 (Motor MTU Serie 2000)

Basándonos en algunos datos, como ejemplo, calcularemos el consumo de

combustible. Los datos disponibles son:

Page 8: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

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Page 9: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

121

Los siguientes ejemplos muestran algunas aplicaciones del cálculo de los

consumos de combustible:

2.1.1. Consumo de combustible en la condición de proyecto

Motor propulsor principal diesel.

PB = 990 kW (Tabla, paso 5)

be = 0,218 kg/kWh (Tabla, paso 6)

Adición del 1,5% por condiciones ambientales y del 5% por la tolerancia

be = 0,218 kg/kWh + 1,5% + 5% = 0,232 kg/kWh

ρfuel = 830 kg/m3

Grupo diesel – generador.

Pmecánica = Peléctrica/ηGen = 125 kW/0,942

Pmecánica = 133 kW (Tabla, paso 10)

be = 0,225 kg/kWh (Tabla, paso 10)

(El valor incluye las tolerancias y la corrección por condiciones ambientales)

ρfuel = 830 kg/m3 (Tabla, paso 8)

El consumo total de combustible (motor propulsor diesel y 1 grupo generador.

Page 10: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

122

2.1.2. Volumen del tanque de combustible para una autonomía dada

¿Cual es el volumen del tanque de combustible para una autonomía de 500

millas náuticas (sm) a 18 nudos (kn)?

scr = 500 millas (sm)

vcr = 18 nudos (kn)

PB = 390 kW por buque y por motor diesel propulsor (Tabla, paso 4)

nhélice = 470 rpm (velocidad del eje de la hélice) (Tabla, paso 4)

ndiesel = 1632 rpm (velocidad del motor diesel propulsor) (Tabla, paso 9)

be = 0,203 kg/kWh + 1,5% + 5% = 0,215 kg/kWh (Tabla, paso 6)

El consumo de combustible puede calcularse como en el ejemplo (1)

El consumo total de combustible (motor propulsor diesel y 1 generador).

Autonomía teórica de crucero.

Volumen de combustible para la autonomía de crucero.

Page 11: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

123

Volumen necesario del tanque:

2.1.3. Autonomía teórica de crucero

¿Cuál es la autonomía teórica de crucero a 12 nudos (kn) y con un tanque de

combustible de 5 m3?

Vtank = 5 m3

Vfuel = Vtank x 0,95 = 4,75 m3 (Tabla, paso 11)

vcr = 12 nudos (kn)

PB = 145 kW por buque y motor diesel propulsor (Tabla, paso 4)

nhélice = 330 rpm (velocidad del eje de la hélice) (Tabla, paso 4)

ndiesel = 1146 rpm (velocidad del motor diesel propulsor) (Tabla, paso 9)

be = 0,208 kg/kWh + 1,5% + 5% = 0,222 kg/kWh (Tabla, paso 6)

El consumo de combustible puede calcularse como en el ejemplo (1)

Consumo total de combustible (motor propulsor diesel y 1 grupos).

Page 12: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

124

Autonomía teórica de crucero.

2.1.4. Consumo de combustible anual para un perfil operativo

Perfil operativo: (como se ha definido en la tabla, paso 12)

Velocidad del

buque

(v)

(%)

Periodo de

tiempo

(t)

(%)

10 20

24 70

27,5 10

Datos del buque: (tabla, pasos 4 y 9)

Con la relación de reducción (tabla, paso 9) y la velocidad del eje de la hélice, se

ha calculado la velocidad del motor diesel (n).

Velocidad del

buque (v)

(%)

Velocidad de

la hélice

(rpm)

Potencia del

buque al freno

(kW)

Velocidad del

motor diesel

(rpm)

10 270 85 938

24 590 690 2049

27,5 670 990 2300

Datos del motor diesel: (tabla, paso 6)

Con la potencia al freno del motor (PB) y la velocidad (n) se entra en el diagrama

de funcionamiento del motor (tabla, paso 6) y se tienen los consumos específicos de

combustible, corrigiéndose según lo especificado.

Page 13: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

125

Velocidad

del buque

(v)

(kn)

Velocidad

del motor

diesel (n)

(rpm)

Potencia del

motor diesel

(PB)

(kW)

be (bruto)

(kg/kWh)

be (corregido)

(kg/kWh)

10 938 85 0.220 0.234

24 2049 690 0.203 0.216

27.5 2300 990 0.218 0.232

Consumo de combustible.

Velocidad

del buque

(v)

(kn)

Potencia al

freno del

buque (PB)

(kW)

be

(kg/kWh)

Periodo de

tiempo (t) (%)

B

(m3/h)

10 85 0.234 20 0.0048

24 690 0.216 70 0.1257

27.5 990 0.232 10 0.0277

Total 0.1582

El consumo total de combustible (motor propulsor diesel y 1 generador).

El consumo de combustible anual basado en una utilización estimada de 500

horas.

Page 14: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

126

2.1.5. Corrección por el poder calorífico inferior del combustible

Sí el poder calorífico de un combustible dado no cumple con el valor requerido,

los datos deben corregirse. Utilizar el siguiente procedimiento:

Page 15: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

127

ANEXO 3: HÉLICE

3.1. Curva de la hélice

3.1.1. Generalidades

Cuando un buque está siendo remolcado y no está equipado con una hélice, la

fuerza necesaria para el remolque se llama resistencia (R) y la potencia necesaria para

remolcar el buque a cierta velocidad (v) es:

donde:

PE = Potencia efectiva, en kW

RT = Resistencia total en kN

v = Velocidad del buque en m/s

La base de partida para el proyecto de una hélice es la curva de potencia

efectiva (PE) del buque, mostrando la relación entre la potencia efectiva y la velocidad

del buque (v). La curva de potencia efectiva es evaluada mediante pruebas o bien

estimada para una condición determinada, por ejemplo, normalmente, para la condición

de pruebas.

Ejemplo: Condición de Pruebas para aceptación del buque

- Buque nuevo, casco limpio

- Estado de la mar 0 -1 (aguas en calma), fuerza del viento: Beaufort 2 – 3

- Condición de carga (definida, por ejemplo, a plena carga)

- Inexistencia de corrientes de agua

La carga del dispositivo propulsor o hélice para alcanzar la potencia efectiva es

llamada potencia entregada (PD) y la relación entre la potencia efectiva y la potencia

entregada es llamada rendimiento propulsivo (ηD).

Page 16: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

128

donde:

ηD = rendimiento propulsivo

PE = Potencia efectiva, en kW

PD = Potencia entregada, en kW

El rendimiento propulsivo es el producto de:

- Rendimiento del propulsor aislado (η0), dependiente del tipo, tamaño, velocidad; por

ejemplo, en el punto de proyecto, aproximadamente η0 = 0,60 – 0,75

- Rendimiento del casco (ηH) dependiente del coeficiente de estela y del coeficiente de

succión (en el punto de proyecto, aproximadamente 0,90 – 1,10)

- Rendimiento rotativo relativo (ηR) dependiente del rendimiento de la hélice detrás del

buque y del rendimiento del propulsor aislado (en el punto de proyecto,

aproximadamente, 0,95 – 1,02)

donde:

η0 = Rendimiento del propulsor aislado

ηH = Rendimiento del casco

ηR = Rendimiento rotativo relativo

ηD = Rendimiento propulsivo

La potencia efectiva requerida del buque no depende solamente de la velocidad

del buque (v), sino también de las condiciones ambientales (viento, estado de la mar),

rugosidad del casco (limpio, sucio), así como de la condición de carga del mismo.

Page 17: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

129

Fig. 3.1.1. Influencia del cambio en la resistencia en la curva de potencia efectiva

(Ejemplo)

Fig. 3.1.2. Paso de la curva de potencia efectiva a potencia entregada (ejemplo)

Page 18: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

130

Partiendo de la base de una potencia efectiva definida (Figura 3.1.2., parte 1) se

proyecta una hélice. La relación entre potencia entregada (PD) y velocidad del buque

(v) o velocidad de la hélice (n) se muestran en sendos diagramas sencillos o bien en un

solo diagrama utilizando ambos parámetros como ejes de coordenadas. La Figura

3.1.2., partes 2 a 4, muestran algunos ejemplos. El diagrama con la velocidad de la

hélice (n) como abscisas (Eje X) tiene la ventaja de que el diagrama de características

del motor diesel puede ser dibujado en el mismo diagrama.

Cada cambio en la curva de la potencia efectiva puede apreciarse también en la

curva de la hélice. El ejemplo de la Figura 3.1.3., muestra que, debido a que la curva de

la hélice suele ser una cúbica, pequeños cambios en la curva de la hélice pueden dar

lugar a grandes consecuencias.

Fig. 3.1.3. Efectos del cambio de la resistencia sobre la potencia entregada

(ejemplo)

Pese a que las curvas de las Figuras 3.1.1., y 3.1.3., son de forma similar, en

realidad son muy diferentes. Las potencias efectiva y entregada están relacionadas con

el rendimiento propulsivo (ηD).

Esto significa que la curva de la hélice solamente es válida para cada proyecto

de hélice. Cuando cambia la geometría de la hélice (por ejemplo, el diámetro, el área, el

paso o el número de palas), cambia también la relación potencia – velocidad a una

nueva relación, en resumen, a una nueva curva de la hélice. Sí la curva de la potencia

Page 19: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

131

efectiva cambia, por ejemplo, de la condición de casco limpio y buen tiempo a casco

sucio y malas condiciones atmosféricas, también cambiará la curva de la hélice.

Todo esto nos lleva a la siguiente conclusión: cualquier cambio en la curva de la

hélice puede ser debido al propio buque (potencia efectiva) o a una modificación de la

hélice.

La curva de la hélice tiene una relación fija con la curva de la potencia efectiva y

solamente será influenciada por el buque (potencia efectiva).

Cada paso posible tiene su propia relación fija con la curva de potencia efectiva.

Esto conduce a múltiples curvas para una sola hélice (Figura 3.1.4.). La curva de la

hélice puede verse influenciada por el buque (potencia efectiva) y por el paso de la

hélice.

Fig. 3.1.4. Efectos de diferentes pasos de la hélice en la potencia entregada

(ejemplo)

El diferente comportamiento tiene distintas consecuencias en el proyecto de la

hélice elegida.

Page 20: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

132

3.1.2. Curva teórica de la hélice

El diámetro (D), la potencia entregada (PD) y la velocidad del eje (n) de la hélice

pueden ser calculados por el fabricante de la misma, siempre que sean conocidas la

curva de la potencia efectiva, y hayan sido seleccionadas la velocidad de proyecto (v) y

la potencia al freno instalada (PB). La potencia y la velocidad de la hélice (n) deben

ajustarse a la potencia del motor diesel instalado.

Sí solamente se conoce el punto de proyecto de la hélice o el motor diesel,

mediante la expresión siguiente puede calcularse una aproximación de la curva teórica

de la hélice.

donde:

PD = Potencia entregada, en kW

PD’ = Potencia ajustada entregada, en kW

nprop = Velocidad de la hélice, en rpm

n’prop = Velocidad ajustada de la hélice, en rpm

(GEOMETRÍA DE HÉLICE DE PASO FIJO)

donde:

PB = Potencia del motor diesel al freno, en kW

PB’ = Potencia ajustada del motor diesel al freno, en kW

nprop = Velocidad de la hélice, en rpm

n’prop = Velocidad ajustada de la hélice, en rpm

(GEOMETRÍA DE HÉLICE DE PASO FIJO)

El motor diesel y la hélice tienen una relación fija a través del eje de la hélice, por

lo que la ecuación puede usarse tanto con PB como con PD.

Page 21: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

133

Existen diferencias entre esta aproximación y la curva real, en función de las

formas del casco que es un factor decisivo, y sobre todo, teniendo en cuenta, que se ha

tomado la geometría de la hélice de paso fijo. Esto implica que la aproximación para

una hélice de palas orientables sólo es válida para un paso fijo y determinado.

Existe otra restricción para el rango inferior de velocidades. Por debajo de cierta

velocidad (v) las fuerzas del viento pueden llegar a ser dominantes y la potencia

entregada no puede disminuir más.

3.1.3. Estimación de la potencia necesaria del motor diesel requerido

En ciertos casos, la potencia necesaria al freno del motor diesel (PB) para un

buque determinado, debe ser estimada en una etapa preliminar del proyecto, cuando

solo se dispone de estimaciones de la potencia efectiva (PE) o de la resistencia total

(RT).

Con las ecuaciones de potencia anteriormente vistas, se puede hacer una

estimación preliminar “grosera” de la potencia al freno necesaria del motor diesel (PB)

para una velocidad dada del buque (v)

o

donde:

PB = Potencia total al freno del motor diesel, en kW

PE = Potencia efectiva, en kW

RT = Resistencia total a la velocidad del buque (v), en kN

V = Velocidad del buque, en nudos (kN*0,5144 = m/s)

Page 22: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

134

ηD = Rendimiento propulsivo

ηm = Rendimiento mecánico

En el punto de proyecto o diseño, se puede usar la siguiente expresión para

calcular los rendimientos: ηm = 0,97, ηD = 0,60

El resultado es la potencia total al freno del motor diesel (PB) para el buque. Este

valor debe ser distribuido en el número deseado de motores diesel.

Page 23: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

135

3.2. Geometría de la hélice

Para entender la acción hidrodinámica de una hélice es imprescindible tener un

minucioso conocimiento de la geometría básica de este elemento y de las

correspondientes definiciones.

La Figura 3.2.1., muestra que se entiende por lanzamiento axial de la pala y el

lanzamiento circunferencial de una hélice. El uso del lanzamiento circunferencial se ha

demostrado muy efectivo en la reducción de esfuerzos vibratorios, vibraciones

inducidas por la presión del casco, y en retrasar el desarrollo de la cavitación. Con el

lanzamiento axial, los esfuerzos sobre la pala pueden controlarse y pueden utilizarse

secciones de pala ligeramente más delgadas, lo que puede ser ventajoso desde el

punto de vista de consideraciones hidrodinámicas de la propia pala.

Fig. 3.2.1 Esquema de la geometría de la hélice (lanzamiento circunferencial y

lanzamiento radial)

Cada hélice precisa de un núcleo para fijar las palas de la hélice y para ubicar el

mecanismo de control de las mismas en el caso de hélices de palas orientables (CPP).

Esto da como resultado diferentes tipos y tamaños de núcleos para hélices de palas

fijas (FPP) y para las hélices de palas orientables (CPP), y es una característica

diferencial entre ambos tipos de hélices.

Otra diferencia es la relación de área proyectada – área disco (A/A0). La relación

del área proyectada - área disco es simplemente el área de la pala, proyectada sobre

un plano normal al eje de la hélice, dividida por el área del disco de la hélice (A0). Dado

Page 24: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

136

que las hélices de palas orientables son totalmente reversibles en el sentido de que las

palas pueden pasar a través de la condición de paso 0, se debe prestar atención a que

las palas no interfieran entre sí. Con igual número de palas, una hélice CPP tendrá una

relación de área proyectada – área disco ligeramente inferior.

La expresión (P/D) se conoce, de forma general, como relación paso - diámetro.

Otra opción es que sea conocido el ángulo de paso θ. Debido a la geometría de la pala,

el ángulo de paso varía desde el núcleo hasta la punta de la pala.

D = Diámetro de la hélice, en metros

R = Radio de la hélice, en metros

r = Ubicación del radio de la hélice, en metros

x = Ubicación adimensional del radio de la hélice (r/R)

De forma general, el ángulo de paso característico, se define a una relación de la

hélice de x = 0,7

Existen varias definiciones de paso y la distinción entre las mismas es

fundamental para evitar errores analíticos:

1 Paso raíz - punta

2 Paso de la cara o pala

La línea recta que conecta las extremidades de la raíz y de la punta de la pala,

se llama línea de paso raíz – punta. Los ángulos de la sección de ataque están

definidos en relación a la línea raíz – punta.

La línea de paso de la cara o pala es básicamente una tangente a la sección de

la superficie del lado de presión, y pueden trazarse muchas líneas que cumplan esta

definición. Consecuentemente, la definición no es clara. Se utiliza muy raramente, pero

puede encontrarse en planos antiguos, como los de la serie B de Wageningen.

Page 25: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

137

Fig. 3.2.2. Definiciones de paso de una hélice

La ecuación siguiente puede usarse para convertir el paso de P/D a θ o viceversa.

P/D = Relación paso de la hélice/ Diámetro de la hélice

x = Ubicación adimensional del radio de la hélice (r/R)

Θ = Ángulo de paso

3.3. Selección del tipo de hélice

3.3.1. FPP o CPP

La selección de una hélice para una aplicación particular es el resultado de la

consideración de diferentes factores. Estos factores pueden determinarse para

conseguir el máximo rendimiento respecto a:

- Limitación de ruido

- Facilidad de mantenimiento

- Coste de la instalación, y así sucesivamente.

Page 26: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

138

Cada buque debe ser estudiado y considerado en relación con su aplicación

especial. La elección entre una hélice de paso fijo (FPP) y una hélice de palas

orientables (CPP) ha constituido durante muchos años un gran debate entre los

componentes de los sistemas implicados. Las hélices de palas orientables (CPP) tienen

predominio total en buques Roll On – Roll Off (Ro-Ro), ferries, y en el sector de los

remolcadores de más de 1.500 Kw. de potencia propulsora instalada con un perfil

operativo que puede ser satisfecho mejor con una hélice CPP que con un reductor de

dos velocidades o inversor. Para las restantes aplicaciones, la solución sencilla de

hélices de paso fijo, parecen ser, en principio, une solución satisfactoria. Comparando la

fiabilidad entre la solución sencilla de una hélice FPP y la solución, mecánicamente más

compleja, de una hélice CPP, se ha demostrado que las hélices CPP han conseguido

un estatus excelente como componente esencial de la propulsión.

La hélice CPP tiene la ventaja de permitir el funcionamiento de la hélice a

velocidad constante. Pese a que esto conduce a una pérdida de rendimiento, también

es cierto que permite el uso de generadores accionados por el eje de cola, en el caso

de que este sea un requisito del perfil operativo del buque.

Durante los últimos años la propulsión eléctrica con propulsores del tipo POD ha

emergido en el mercado. Sin la necesidad de disponer de reductor y con la

controlabilidad del motor eléctrico, una hélice de paso fijo parece ser la mejor opción.

Pero no debe olvidarse la comparación del costo económico de un control extendido de

un motor eléctrico con el costo de una hélice CPP.

3.4. Tamaño de la hélice

La determinación del diámetro de la hélice (D) para una cierta potencia

entregada (PD) a una velocidad de la hélice (n) y una velocidad del buque (v) es un

trabajo complejo. Para algunas hélices existen procedimientos de cálculo, que pueden

encontrarse en la literatura relativa al tema, con todas las suposiciones y variantes

necesarias que pueden plantearse, o, simplemente dirigir directamente las cuestiones al

fabricante.

El tamaño de una hélice no pude calcularse solamente de forma teórica, sino que

también debe adaptarse al buque. El buque debe disponer del espacio suficiente para la

hélice, incluyendo un huelgo suficiente entre la hélice y el casco. Debido a los efectos

hidrodinámicos y o a cavitación el casco del buque y el timón pueden ser excitados

Page 27: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

139

mecánicamente, lo que puede causar fuertes vibraciones en la popa y en el timón, con

la posibilidad de fallos mecánicos.

3.5. Cavitación y perturbación del empuje

La mayoría de los buques de aproximadamente 100 toneladas de

desplazamiento o mayores, pueden controlar, pero no eliminar los efectos de la

cavitación. Esto significa que se reduce el efecto erosivo sobre el material y se mejoran

las características hidrodinámicas así como su comportamiento como fuente de

excitación de vibraciones. Pero, también debe recordarse, que existen muy pocas

hélices que estén libres de cavitación. La mayoría experimentan cavitación en alguna

posición del disco de la hélice.

La densidad de potencia de una hélice puede ser aumentada sólo hasta cierto

límite, que depende de los parámetros de la hélice y especialmente de la relación de

área de la pala. Obviamente, la cavitación tiene lugar primero en la sección extrema de

la pala, extendiéndose hacia el núcleo con mayor consumo de potencia. Es una

cuestión de definición cuando estos efectos llegan a ser llamados “perturbación del

empuje”, por ejemplo, si la cavitación es alta por debajo del 0,5 del radio.

Consecuentemente el rendimiento de la hélice disminuye rápidamente.

3.6. Hélices para buques de alta velocidad

Para buques de alta velocidad, en los que las velocidades de giro y de avance

son altas y la inmersión de la hélice es baja, se puede alcanzar un punto donde no sea

factible controlar apropiadamente los efectos de la cavitación. Para solventar este

problema se permite que las secciones de la pala caviten plenamente, de forma que la

cavidad desarrollada en la parte posterior de la pala se extienda más allá del borde de

trabajo y colapsa dentro de la estela de la pala. Tales hélices son llamadas

supercavitantes y se utilizan normalmente en aplicaciones tales como buques militares

de alta velocidad y embarcaciones de recreo.

Para pequeños buques de alta velocidad el concepto de hélice de superficie ha

tenido éxito. Estas hélices trabajan parcialmente dentro y parcialmente fuera del agua.

El calado de la hélice medido desde la superficie libre del agua hasta la línea de centro

de la misma hélice, puede ser reducido a cero, o es controlable. En la condición de

inmersión parcial, las palas de la hélice están, normalmente, proyectadas para trabajar

Page 28: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

140

de tal forma que la superficie de presión de la pala permanezca plenamente mojada y la

cara de succión esté seca.

3.7. Sentido de giro de la hélice

El sentido de giro puede tener consecuencias respecto a la maniobrabilidad y el

rendimiento. Pese a que las explicaciones dadas en numerosa literatura al respecto no

son plenamente convincentes, se pueden dar las siguientes recomendaciones:

Un solo eje: (Mirando desde la popa de la hélice hacia proa)

Page 29: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

141

Dos ejes: (Mirando desde la popa de la hélice hacia proa)

Para conocer algo más sobre las razones para las disposiciones anteriores, a

continuación algunas explicaciones tomadas de literatura especializada.

Rendimiento de la hélice

Se ha detectado y comprobado que el giro presente en el campo de la estela,

debido al flujo alrededor del buque, en el disco de la hélice puede conducir a un

incremento en el rendimiento de la hélice cuando el sentido de giro de la misma es

opuesto al sentido de giro del campo de la estela.

Maniobrabilidad (una sola hélice)

Para buques con una sola hélice, la influencia sobre la maniobrabilidad está

determinada completamente por el “efecto rueda de paletas”. Cuando el buque está

Page 30: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

142

parado y la hélice comienza a moverse, la hélice moverá la parte posterior del buque en

el sentido de giro. De esta forma, con una hélice de paso fijo, la dirección inicial del

movimiento cambiará con el sentido de giro; por ejemplo, con empuje avante o atrás. En

el caso de hélice de palas orientables, el movimiento tenderá a ser unidireccional

porque solamente cambia el paso (se mueve la pala) desde la posición de avante a ciar.

El sentido de giro de la hélice no cambia nunca.

En la posición de empuje ciando, las hélices FPP y CPP tienen el mismo sentido

de giro y suponiendo que estribor es el lado principal para atraque, existe clara ventaja

para desatracar con empuje hacia atrás (ciando)

Maniobrabilidad (con dos hélices)

Además del efecto rueda de paletas, otras fuerzas debidas al efecto de la presión

diferencial sobre el casco, y a la excentricidad del eje ejercen su influencia. La presión

diferencial, debido al empuje inverso de la hélice de la otra banda da como

consecuencia un empuje lateral y un par de giro.

Desde el punto de vista de la maniobrabilidad puede deducirse de las pruebas

efectuadas que las hélices de paso fijo se comportan mejor cuando giran hacia fuera.

Para las hélices de palas orientables, no existe una conclusión tan clara.

Pese a que estos efectos son de pequeña magnitud, el proyecto debería seguir

las recomendaciones dadas, pero sí no se observan las mismas, no existen grandes

desventajas.

3.8. Selección del número de palas de la hélice

El número de palas varía, normalmente, de tres a siete. Para los buques

mercantes, se utilizan cuatro, cinco, o seis palas, pese a que muchos remolcadores y

buques pesqueros utilizan normalmente hélices con tres palas. En aplicaciones navales

militares, donde el ruido generado es un factor muy importante, predominan hélices con

un número de palas, que como mínimo es cinco.

El número de palas estará determinado, en primer lugar, por la necesidad de

evitar frecuencias de resonancia perjudiciales para la estructura del buque, así como

frecuencias de vibración torsional de la maquinaría. Dado que el número de palas

Page 31: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

143

aumenta los problemas de cavitación en la pala, puede aumentarse la raíz de la misma,

con lo que el huelgo de pala llega a ser menor.

También se ha demostrado que el rendimiento de la hélice y el diámetro óptimo

aumentan a medida que disminuye el número de palas, y en alguna medida, la

velocidad de la hélice (n) dependerá del número de palas.

3.9. Tiro

Para un remolcador el objetivo del proyecto es el tiro requerido (o empuje; la

hélice no parece que sea una fuente de resistencia). Eso implica que para la selección

del motor diesel, el parámetro más importante es el empuje o tiro, y no la potencia

efectiva y la velocidad del buque (v). El punto de diseño en el diagrama de

funcionamiento del motor diesel debe ser elegido en relación con este parámetro.

Para el tiro o empuje, existen, generalmente, varias definiciones.

- Máximo tiro que es el promedio máximo de la tensión medida en el cabo de remolque

durante un periodo de un minuto en la situación de prueba correspondiente. El máximo

tiro generalmente corresponde a la potencia máxima del motor diesel.

- Tiro sostenido que es la tensión continuamente mantenida en el cabo de remolque que

se puede lograr durante un periodo de 5 minutos en la situación de pruebas

conveniente.

- Tiro efectivo que es el tiro que un buque puede lograr en aguas abiertas pero que no

es comprobable en una situación del ensayo normal. Generalmente se caracteriza

como un cierto porcentaje del tiro sostenido (por ejemplo 75–80%).

Después de haber seleccionado la hélice (Diámetro (D), P/D, relación de área de

la pala, etc.) para el tiro también puede estimarse que se comporta como una curva

cúbica en base a los parámetros de la hélice (Figura 3.9.1.). Esta curva también puede

interpretarse como el resultado de la curva límite de potencia efectiva, que no puede ser

desplazada hacia la izquierda porque la velocidad del buque ya está cercana a cero.

Las pruebas de tiro deben efectuarse en una zona que tenga la profundidad

suficiente y aguas no estancadas. Los efectos de recirculación en la hélice requieren

Page 32: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

144

una extensión suficiente de agua porque en la condición de tiro la velocidad del avance

del agua entrante sería cero. La recirculación del agua causa pérdidas o reducciones en

el empuje de la hélice.

Para condición de tiro se debe elegir un punto de diseño o proyecto a la potencia

nominal (100% PB) del motor diesel y a la velocidad nominal del motor (n) en la zona

media del rango de potencias máximas, por ejemplo, debería elegirse el Punto 1 en la

Figura 3.9.1. Es preciso reservar un margen de velocidad del motor (n) a la izquierda

para posibles tolerancias de proyecto. El margen de velocidad de reserva a la derecha

permite una velocidad superior del buque.

Fig. 3.9.1. Tiro

3.10. Paso de la hélice

3.10.1. Hélice de paso fijo (FPP)

El proyecto de un sistema propulsivo con una hélice de paso fijo es

absolutamente crítico para las características del buque.

La potencia al freno (PB) curva (B) debería pasar a través de la potencia nominal

a la velocidad nominal del motor diesel. Pero debido a las tolerancias geométricas y a

Page 33: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

145

los deterioros hidrodinámicos, la curva de la hélice (C) puede tener más altura que la

estimada inicialmente en las predicciones.

Esta situación es factible de superar proyectando la curva de la hélice (A) a una

velocidad ligeramente superior para el buque. En función del tipo de motor diesel se

pueden realizar dos aproximaciones diferentes.

Fig. 3.10.1.1. Elección del punto de proyecto para una hélice de paso fijo.

Procedimiento estándar (Utilizable con cualquier tipo de motor)

Punto 1: Punto de proyecto o diseño de la hélice preferido / recomendado

En el punto de proyecto o diseño la hélice funciona a la velocidad nominal (100%

n) y una pequeña cantidad (margen de proyecto o de diseño) por debajo de la potencia

nominal (100% de PB). En este caso el motor diesel está efectivamente trabajando en

condición de “desratización” (Punto 1, curva de potencia efectiva para condiciones de

pruebas = Curva de la hélice A). Con mala mar (desplazamiento ambiental) o con el

paso del tiempo la curva de la hélice se moverá hacia la izquierda, con lo que llegará a

estar disponible la potencia nominal (Punto 2, curva de la hélice B).

Page 34: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

146

El proyecto permite que la hélice funcione al 100% de rpm (velocidad nominal) en

tanto que la curva de la hélice no pase del Punto 2. La velocidad del buque (v)

aumentará con el desplazamiento de la curva de la hélice, y alcanzará su máximo en el

punto 2.

Utilizando este procedimiento, el proyectista debe considerar que puede no ser

posible demostrar la capacidad del buque para alcanzar la velocidad máxima (v) en las

condiciones de pruebas, dado que la velocidad del motor diesel (n) está limitada a la

velocidad nominal (100%n). La diferencia entre la potencia nominal y la potencia de

proyecto se llama “margen marino” = margen de proyecto. Sí no existen requisitos

específicos, debe usarse un margen de proyecto de aprox. 6 – 10%. La potencia

nominal debe coincidir con la curva de la hélice A a una velocidad (n) del 101 – 103,5%

de n, pero estos son valores puramente teóricos.

3.10.2. Hélice de palas orientables (CPP)

La hélice de palas orientables puede considerarse como una extensión de las

hélices de paso fijo. Cada paso dará lugar a una nueva curva de la hélice. Se muestra

un ejemplo típico en la Figura 3.10.2.1., donde la característica de la hélice de palas

orientables está superpuesta sobre el diagrama característico de un motor diesel.

Fig. 3.10.2.1. Características de una hélice CPP sobre un diagrama típico de

características de un motor diesel

Page 35: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

147

Cada cambio en el paso de la hélice cambia la relación entre la velocidad de

proyecto (n) y la potencia al freno (PB) para un buque determinado.

Debido al posible ajuste posterior del paso de la hélice, no existen restricciones

para el punto de diseño o proyecto dentro del diagrama de funcionamiento del motor

diesel. Debe elegirse un punto al 100% de la potencia el freno (PB) y a la velocidad (n),

Figura 3.10.2.2.

No se fija a priori el margen de variación del paso disponible. Es una parte de la

especificación del cliente para la hélice. Por parte del fabricante de la misma, este

margen está limitado por el tamaño del núcleo de la hélice y la magnitud de las fuerzas

máximas sobre la pala. Normalmente, el margen de paso disponible o utilizable estará

referido al paso de proyecto o diseño, y se da en grados. El margen por encima del

paso de proyecto o diseño es muy pequeño porque, en general, no es necesario,

excepto para aplicaciones muy especiales.

Fig. 3.10.2.2. Punto de diseño o proyecto de una hélice de palas orientables (CPP)

La característica de una hélice de palas orientables (CPP) en el punto de

proyecto puede calcularse como una hélice de paso fijo (FPP). Debe evitarse la

necesidad de usar las características de una hélice de paso fijo (FPP) sobrepasando en

Page 36: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

148

5º el paso de proyecto, porque el efecto de la distorsión de la sección afecta de forma

considerable a los cálculos.

La hélice de palas orientables permite varias operaciones:

- Sí la curva de potencia entregada en el punto de diseño o proyecto (paso de proyecto)

no pasa a través de la zona de mínimos consumos de combustible, es factible ajustar el

paso en condiciones de carga parcial.

- Sí la curva de potencia llega a estar demasiado cercana al límite operativo MCR del

motor diesel, la curva de funcionamiento puede moverse fuera de esta zona.

- Sí el buque, durante las pruebas de mar, no es capaz de conseguir la potencia al freno

de proyecto (PB), puede corregirse el paso de proyecto o cuando aumenta la

resistencia del buque con la vida operativa, la potencia al freno de proyecto (PB) y la

velocidad (n) permanecerán inalterables.

- Puede elegirse una hélice de palas orientables (CPP) con una posición de plena

reversibilidad y el buque puede moverse ciando sin necesidad de reductor inversor. La

distancia de frenado del buque es significativamente menor que con una hélice de paso

fijo (FPP). De forma general, las características de maniobrabilidad son mejores.

- Puede elegirse una hélice de palas orientables (CPP) con una posición de las palas

“en bandera” (mínima resistencia), sí el modo de funcionamiento con un solo eje forma

parte del perfil operativo del buque.

- En cierto margen, el motor diesel puede funcionar a velocidad constante. En este

modo, el motor puede accionar, además de la hélice, un alternador o una bomba

contraincendios.

Pero, como contrapartida de las ventajas:

- La hélice de palas orientables (CPP) es más cara que una hélice de paso fijo (FPP).

- Sí la hélice se ajusta fuera del paso de proyecto, el rendimiento disminuye.

- Es necesario espacio adicional en el interior del buque para ubicar la unidad de control

de la hélice.

Page 37: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

149

- Debido a su mecanismo interno, la hélice de palas orientables (CPP) tiene un núcleo

de mayor tamaño (Del orden de un 50% en comparación con la de paso fijo) que una

hélice de paso fijo (FPP), lo que puede conducir a un mayor diámetro.

- Sí una hélice es totalmente reversible, debe tenerse cuidado de que las palas no

interfieran entre sí cuando pasen por paso cero. El área de la parte superior de la pala

estará limitada.

Page 38: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

150

ANEXO 4: WATERJET

4.1. Geometría y punto de proyecto

La principal aplicación de un Waterjet se encuentra en el sector de la alta

velocidad; es decir por encima de los 20 nudos.

El rendimiento propulsivo de Waterjet un disminuye considerablemente con

reducción de la velocidad (v). Para velocidades inferiores a los 20 a 24 nudos, es

preferible una hélice.

Un Waterjet se parece a una hélice como elemento hidrodinámico propulsor,

pero está instalado en el interior del buque, y se comporta más como una bomba que

como una hélice.

Fig. 4.1.1. Waterjet

Las principales diferencias entre una hélice y un Waterjet son:

- La hélice es muy sensible a la velocidad y dirección del flujo de agua que le llega.

Percibe el buque en su situación hidrodinámica (estado de la mar, viento, calado, etc.),

así como al motor diesel.

Page 39: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

151

- El Waterjet funciona como una bomba en tanto que existe agua en el colector de

admisión y transforma la potencia efectiva al freno (PB) en empuje. Hay una mínima

sensibilidad al buque.

Por esta razón cuando el motor diesel se conecta a un Waterjet tiene menores

ciclos de carga.

Fig. 4.1.2. Punto de proyecto del Waterjet

Debido a la insensibilidad a la resistencia del buque (curva de potencia efectiva)

no existen restricciones para elegir un punto de proyecto en el interior del diagrama de

funcionamiento del motor diesel. Pero el Waterjet, desde el punto de vista mecánico, se

parece a una hélice, y deben tenerse en cuenta las tolerancias de fabricación.

Esta relación puede conducir al hecho de que al 100% de la velocidad (n) del eje,

el Waterjet puede no absorber la potencia al freno del motor diesel (PB). Por lo tanto

debe elegirse un punto de proyecto a la potencia nominal y a una velocidad inferior en,

aproximadamente, un 1-2% a la de funcionamiento del motor (n) (margen de proyecto)

Page 40: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

152

(En la Figura 4.1.2., Punto de proyecto 1). Sí la curva de la potencia efectiva se mueve

hacia la izquierda, la velocidad del buque (v) disminuirá, pero los cambios no pueden

apreciarse en la Figura 4.1.2., porque el todavía está funcionando con su velocidad

requerida (n) y la potencia al freno (PB) necesaria. El comportamiento del buque no

puede apreciarse en la Figura 4.1.2.

Esta es la razón por la que el diagrama tiene un uso limitado para elegir un punto

de proyecto del Waterjet. Sólo da una idea acerca de la relación entre la curva de la

hélice, las líneas de consumo de combustible constante, el margen de proyecto y el

margen a la curva límite MCR del motor diesel. Estas relaciones permanecerán

independientes de la carga del buque, como antes.

Tomando en consideración estas consideraciones, puede elegirse el Punto 2 de

proyecto (Figura 4.1.2.). El punto de proyecto de la velocidad del eje (n) más a la

izquierda deberá ser 1,5% superior al punto de adaptación. La ventaja radica en un

menor consumo de combustible, pero a costa de disminuir el margen a la curva MCR

(reserva para aceleración).

Dado que este comportamiento es muy importante, se da a continuación un

ejemplo.

Imaginemos un carro, sobre cuya plataforma se instala un tanque de agua y una

bomba. El agua será expelida horizontalmente en la dirección opuesta al movimiento. El

carro comenzará a moverse sobre el suelo, y, con independencia de cuan rápido se

mueva, la bomba siempre expelerá la misma cantidad de agua, utilizando la misma

potencia. Esto también es cierto, incluso en el caso de que un obstáculo frene la

plataforma. La bomba no se verá afectada por el comportamiento del carro. En otras

palabras, el empuje generado depende únicamente de la cantidad de agua expelida.

Pese a todo, esta simplificación, muestra la diferencia fundamental entre una hélice y un

Waterjet. Pero demos un paso más adelante. Incluso si existen dos bombas separadas

en el área de carga, no existe interferencia de una con la otra, con independencia de sí

tienen o no el mismo tamaño o de si las bombas están expeliendo diferentes cantidades

de agua.

Por estas razones, debe utilizarse otro diagrama que muestra más en detalle el

comportamiento del (Figura 4.1.3.).

Page 41: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

153

Fig. 4.1.3. Diagrama de funcionamiento de un Waterjet

La figura muestra la curva de proyecto de la hélice junto con el diagrama de

funcionamiento del Waterjet, y en lugar de potencia efectiva, se utiliza el empuje. Dado

que la velocidad del buque (v) y la velocidad del motor diesel (n) no están relacionadas

entre sí, el diagrama de funcionamiento del motor diesel no se representa en la figura.

Una pequeña explicación sobre la línea de comienzo de la cavitación: estas

líneas son específicas para elegir el Waterjet y no deben compararse entre sí las

correspondientes a varios fabricantes. Por ejemplo, Kamewa divide sus diagramas por

dos líneas en tres zonas, mostrando diferentes etapas de cavitación. Generalmente,

estas líneas no deben tomarse como límites absolutos, sino como bases de guía para

proyectos.

Sí la curva de la hélice se desplaza hacia la izquierda la velocidad del buque (v)

disminuirá y la distancia al límite de inicio de la cavitación se reducirá. La razón para

este comportamiento es que la presión de estanqueidad en el colector de admisión baja

y el Waterjet comienza a aspirar el agua a través del colector.

El empuje de un es el producto del caudal de agua y de la velocidad del agua

expelida. Esto significa que se puede generar un determinado empuje con un Waterjet

Page 42: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

154

menor o mayor. En el pequeño, la velocidad del agua será mayor, y por ejemplo, la

distancia entre el punto de proyecto y la línea límite de cavitación también será menor.

Sí existen limitaciones de espacio para la instalación, o el tiempo de

funcionamiento de un Waterjet va a ser corto, el proyectista, probablemente, elegirá un

más pequeño con una distancia menor al área de cavitación.

El riesgo de aspirar aire en el colector de admisión del depende de la disposición

específica en el buque y del estado de la mar. En tal caso, el sistema de control debe

proteger el motor diesel de cualquier riesgo de sobrevelocidad, dado que debido a la

baja masa inercia del eje la condición es más exigente que para una hélice.

4.2. Funcionamiento en paralelo

Pese a que se han comentado algunos aspectos en el Capítulo 3.5.1., son

precisas algunas explicaciones adicionales sobre el “funcionamiento en paralelo”,

referido a los Waterjet.

Se pueden distinguir dos clases diferentes de disposición:

1. El buque está equipado con dos Waterjet. Cada es independiente, y accionado por

un motor diesel.

2. El buque está equipado con un Waterjet. El está accionado por dos motores diesel,

que están conectados por medio de una reductora.

La pregunta que se plantea es ¿Qué sucede si uno de los motores se detiene?

Caso 1: Tal y comos e ha comentado en el Capítulo 4.1., ambos trabajan de forma

independiente y no se experimenta cambio alguno en la potencia efectiva. El Waterjet

que permanece en funcionamiento continuaría funcionando como antes de la avería.

Solamente disminuiría la velocidad del buque. Este caso puede ser considerado como

“un problema externo al Waterjet, que no interfiere con su comportamiento operativo”

Caso 2: La curva de la hélice del Waterjet no cambia, pero el diagrama de

funcionamiento de los motores diesel se divide por la mitad (Figura 4.2.1.). Con ambos

motores diesel en funcionamiento, en paralelo, el Waterjet experimenta los diagramas

de funcionamiento combinados de ambos motores. (MCR Curva 1); con un motor diesel

Page 43: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

155

sólo se transmitiría la mitad (MCR Curva 2). Sí debe utilizarse la potencia total al freno

de un solo motor, será necesaria una reductora de dos etapas.

Fig. 4.2.1. Funcionamiento de un Waterjet con dos motores diesel

4.3. Estimación del tamaño y de la velocidad del eje

La velocidad de proyecto (n) del eje de un depende del tipo, tamaño y aplicación

y debe ser realizado por el suministrador del Waterjet. Sí son conocidas la potencia al

freno instalada (PB) y la velocidad del buque (v), pueden usarse las Figuras 4.2.2., y

4.2.3. para una estimación preliminar rápida.

Page 44: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

156

Fig. 4.2.2. Estimación del tamaño de un Waterjet (diámetro colector admisión)

Fig. 4.2.3. Estimación de la velocidad del impulsor de un Waterjet

Page 45: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

157

ANEXO 5: FICHAS DE INSPECCIÓN PROCEDIMIENTO DE ALINEAMIENTO

5.1. Ficha de inspección 1

Cliente : Informe Nº:

OT : Fecha:

Descripción: Controló:

Equipo: Revisó:

Nº serie:

Observación: Datos en milímetros.

NOMBRE CARGO FIRMA

FICHA DE INSPECCION 1.- Calibración de Soportes Amortiguadores Dobles.

POSTE 1 POSTE 2

a b c d a b c d

A A

B B

C C

X X

Y Y

POSICION

MOTOR:

Page 46: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

158

5.2. Ficha de inspección 2

Cliente : Informe Nº:

OT : Fecha:

Descripción: Controló:

Equipo: Revisó:

Nº serie:

POSTE 1

a b c d

A

B

H1

H2

NOMBRE CARGO FIRMA

FICHA DE INSPECCION 2.- Calibración de Soportes Amortiguadores Simples

MOTOR:

POSICION

Page 47: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

159

5.3. Ficha de inspección 3

Cliente : Informe Nº:

OT : Fecha:

Descripción: Controló:

Equipo: Revisó:

Nº serie:

(Medidas en mm)

NOMBRE CARGO FIRMA

FICHA DE INSPECCION 3.- Alineamiento entre Conjunto Motor-Caja.

Page 48: ANEXOS ANEXO 1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL …

160

5.4. Informe técnico de vibraciones

INFORME TECNICO DE VIBRACIONES

FECHA

BUQUE / UNIDAD

EQUIPO / SISTEMA

VELOCIDAD

CLASIF. DE LA MQ.

INSTRUMENTO

TIPO DE MONTAJE

RANGO

UNIDAD DE MEDIDA

OPERADOR

BOSQUEJO MAQUINARIA

A.- OBSERVACIONES:

C.- DIAGNOSTICO:

D.- RECOMENDACIONES:

NOTA: Se requiere que los informes técnicos de vibraciones sean entendibles por

cualquier persona, pudiendo tener otro formato.