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8/7/2019 informacin naval

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El Proyecto del Buque

Sistemas bsicos del buque


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Sumario

Objetivos e introduccinSistema de Alimentacin de CombustibleSistema ElctricoSistema de RefrigeracinSistema de GobiernoConclusionesBibliografa


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IntroduccinEl buque integra un gran nmero de sistemas de diversotipo:

Sistema propulsivoSistema de alimentacin de combustibleSistema de amarre y fondeoSistema de manejo de cargaSistema de gobiernoSistema de calentamiento de la carga

Sistema de generacin elctricaSistema de enfriamiento...

En esta leccin se presentarn algunos de los mssignificativos sistemas del buque.Se indicarn los criterios bsicos de diseo de estos


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Sistema AlimentacinCombustible

Tanque/sAlmacn(1 2)

TanqueSedimen-

tacin

Purificadora

Separadora

Tq. SD1

Tq. SD1

Tq.Reboses y

Derrames Motor Principal

TanqueRetorno

Calentadorinyeccin

inyector

El Fuel Oil no puede ser directamenteutilizado por el motor, requiere de unproceso previo de calentamiento,sedimentacin, purificacin yseparacin


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Volumen de combustible

Los volmenes considerados son los utilizables(aprox. un 95% del total del tanque)El volumen de tuberas es muy pequeo frente alresto y se puede despreciar

Combustible Tq.Alimentacin Tq.Sedimentacin Tq.ServicioDiario Tq.Reboses TuberasV = V +V +V +V +V


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Sistema AlimentacinCombustibleAutonoma

V B velocidad de servicio del buque (a la que se consideran los consumos)P potencia del motor principal (MP) en servicioPa potencia motores auxiliares (MMAA) si consumen el mismo combustible queel MPPc potencia de la caldera auxiliar (si existe)Ce consumo especfico MPCea consumo especfico MMAACec consumo especfico caldera auxiliar densidad del combustible

CombustibleVAutonoma= Be a ea c ec

V P C P C P C

+ +


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Sistema AlimentacinCombustibleDimensionamiento de tanques

El volumen de combustible necesario se calcula a partir de la autonoma.El volumen del tanque de sedimentacin se dimensiona como un 15% ms delconsumo de 24h del MP.

El volumen de los tanques de servicio diario se dimensionan como un 10% msdel consumo de 8h (un turno) o 24h (un da) del MP.

El volumen del tanque de reboses se calcula (aproximadamente) de manerasimilar al de servicio diario (o 1 h de consumo del motor principal si el volumenes excesivo).

El volumen del tanque de alimentacin se calcula como diferencia entre elvolumen total y el del resto de tanques.

Tq.SedimentacinV 1.15 24eP C h

=

Tq.ServicioDiarioV 1.10 8eP C h

=


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Sistema AlimentacinCombustibleCalentamiento de tanques

Las temperaturas de funcionamiento del sistema vienen definidas porlas especificaciones de los elementos (depuradora e inyeccin), lascaractersticas del combustible y el requisito de mnimo consumoenergtico.TTq.Alimentacin 40-47C (mnimo para poder bombear)TTq.Sedimentacin 60CTTq.Reboses 45-60C (la entrada es a 20C)TTq.ServicioDiario 90CTInyeccin 110CLas depuradoras requieren el combustible entre 80 y 100 oC, por lo quese suele disponer un sistema de calentamiento adicional en sualimentacin.


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Sistema AlimentacinCombustibleCalentamiento de tanques

Una forma simple de evaluar la potencia necesaria para calentar un tanque es:

t incremento de tiempo elegido para el incremento de temperatura T incremento de temperaturaV volumen de combustible en el tanquec calor especfico del combustibleK j coeficiente de transmisin de calor de la superficie jS j rea de la superficie jT j temperatura en la superficie jLas necesidades de calefaccin instantnea (por ejemplo calentamiento a la entrada de lasdepuradoras o para la inyeccin) se pueden estimar por:

q caudal de combustible

superficies

( )exterior interior j j j jc V T

Q K S T T t

= + &

Q c q T = &


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Clculo de las prdidas de calor en los tanques

Ti

Zona Medio Exterior K (KJ/sm2C)Fondo Agua 0.004652Pantoque inferior Agua 0.004652Pantoque Agua 0.017445Costado Aire 0.015119Cubierta Aire 0.006978Mamparo Carga 0.004652Mamparo Vaco 0.005815Mamparo Cmara de mquinas 0.004652

Temperaturas Exteriores (referencia)Agua mar 0CAire atmosfrico -5CCmara de mquinas 20CCmara bombas 15CAire (tq.vaco) 5C

Prdidassuperficies

( )exterior interior j j j jQ K S T T = &

S,K

Te

Tanque


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Sistema ElctricoSistema Elctrico

Este sistema tiene como misin generar y/o proveer de energaelctrica a los diferentes consumidores del buque.Las caractersticas bsicas del sistema vienen definidas por losusos, las especificaciones de los elementos y el requerimientode menor consumo energtico posible.Las necesidades de energa elctrica son muy dependientes de

la situacin de operacin y por ello el dimensionamiento delsistema requiere la realizacin de un balance elctrico.El balance elctrico se basa en la estimacin del consumoelctrico medio en cada situacin de operacin.


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Sistema ElctricoProyecto Elctrico/Balance Elctrico

Se definen las diferentes situaciones de operacin del barco, entre las cualeshay diferencias significativas de consumo elctrico (p.ej Navegacin, Maniobraatraque, Puerto, Carga, ...)Se listan los diferentes consumidores elctricos en una tabla, indicando el

nmero de unidades instaladas y su potencia mxima.Se asignan factores de utilizacin para cada situacin y unidad.Se determina el consumo medio en cada condicin, como suma de losconsumos medios de cada unidad.Se asigna un margen de seguridad al consumo medio de cada situacin.Se calcula el nmero y capacidad de los generadores elctricos y bateras, demanera que se cumplan las siguientes caracterticas:

Se han de poder servir todos los consumos en cada situacin.El sistema de generacin/almacenamiento habr de tener la flexibilidad

suficiente como para atender todas las situaciones, funcionando con elmximo rendimiento posible.El coste de instalacin y mantenimiento del sistema ser mnimo.


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Nmero de unidades instaladas.Consumo punta por unidad (Pmax): potencia mxima de launidad instalada.Potencia total instalada.Factor de utilizacin (Fu): Factor emprico que mide el rgimenmedio de funcionamiento en una situacin.Nmero de unidades en servicio (NU) en una situacin.

Consumo (potencia) medio en una situacin: Fu x NU x Pmax

Elemento No. Instalado Potencia (Kw) Pot. Total (Kw) Situacin 1NU Fu Pot.Media (Kw)

Bomba Agua Salada 2 25 50 1 0.8 20


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Se determina el consumo medio en cada condicin, como suma de losconsumos medios de cada unidad.Se asigna un margen de seguridad al consumo medio de cada situacin.

Se calcula el nmero y capacidad de los generadores elctricos y bateras, demanera que se cumplan las siguientes caracterticas:Se han de poder servir todos los consumos en cada situacin.El sistema de generacin/almacenamiento habr de tener la flexibilidadsuficiente como para atender todas las situaciones, funcionando con elmximo rendimiento posible.El coste de instalacin y mantenimiento del sistema ser mnimo.

Elemento No. Instalado Potencia (Kw) Pot. Total (Kw)NU Fu Pot.Media (Kw)

Bomba Agua Salada 2 25 50 1 0.8 20Bomba Agua Dulce 2 10 20 1 0.8 8...

Total

Situacin 1 (Navegacin)


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Sistema ElctricoProyecto Elctrico (Consideraciones de diseo)

Si se instala un nico generador, en condiciones de carga mnima, surendimiento ser muy bajo (los equipos tienen un lmite inferior depotencia generada).

Si se instalan varios generadores diferentes para atender a lasdiferencias de consumo, el sistema tendr gran flexibilidad y altorendimiento, pero se incrementarn los costes de instalacin ymantenimiento, y se necesitarn ms respetos.

Si se instalan varios generadores iguales, el nmero de respetosnecesarios disminuir, pero puede que el rendimiento del sistema seamenor en condiciones de carga elevadas.El sistema debe tener capacidad de responder a la caida de (al menos)

un generador, por lo que debe haber un equipo de respeto.


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Sistema de EnfriamientoEnfriadores 1

Consumidor 1

Consumidor 2

...

Enfriadores 2

MotorPrincipal

MotoresAuxiliares

AguaSaladaToma

de Mar

Agua Dulce(BajaTemperatura)

Agua Dulce(AltaTemperatura)

Esquema con circuitos AD-AS separados: Hay un circuito de agua dulce que refrigera losconsumidores cuya alimentacin es a menor temperatura, mientras que otro circuito enfraaquellos elementos de mayor temperatura de entrada.

Los caudales de agua y temperaturas de alimentacin necesarios vienen definidos por lasespecificaciones de los elementos o teniendo en cuenta que:

refrigeracinP( )salida entradaagua

Caudal c T T

=


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Sistema de EnfriamientoEnfriadores

Consumidor 1

Consumidor 2

...

MotorPrincipal

MotoresAuxiliares

Agua

SaladaToma

de Mar

Agua Dulce(Baja

Temperatura)

Agua Dulce(Alta

Temperatura)

Esquema de enfriamiento centralizado: Hay un nico circuito de agua dulce que refrigera todos losconsumidores. La regulacin de las temperaturas se hace mediante vlvulas de control de caudal.

Los caudales de agua y temperaturas de alimentacin necesarios vienen definidos por las especificaciones delos elementos, teniendo en cuenta que:

refrigeracinP

( )salida entradaaguaCaudal

c T T =


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Sistema de Gobierno

d

C

H

do

Sistema de Gobierno

Daremos aqu las indicacionesbsicas para el proyecto de unsistema de gobierno tpico, cuyoselementos definitorios son el timny el servomotor.

Las caractersticas principales deltimn son:C: cuerda del timnH: altura del timn

d: distancia del borde de ataque ala vertical del centro de presionesde la palado: distancia del eje de la mechadel timn a la vertical del centro

de presiones de la pala


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Sistema de Gobierno4.- Determinacin del par torsor mximo y dela potencia del servomotor necesariaEl par torsor ( M T = P n d o ) puede calcularse a partirde los valores de presin normal y centro depresiones de la pala. Estos valores pueden estimarsea partir de las caractersticas hidrodinmicas delperfil hidrodinmico o por las siguientes frmulas

experimentales (Jessel) para timonesrectangulares:

Siendo C la cuerda del timn, S su superficie, V la

velocidad del agua que incide en el timn (enprimera aproximacin se puede suponer que es lavelocidad del buque), d la distancia entre el bordede ataque y el centro de presiones, y el ngulo demetida del timn. P n es la presin normal.Si el timn no fuera rectangular, habra que

descomponerlo en rectngulos elementales, a losque ya se pueden aplicar las frmulas anteriores.

d

C

H

do( )25.3 sin

0.2 0.3sin ,0.2 0.3sinn

d S V P

C

= + =+


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Sistema de Gobierno4.- Determinacin del par torsor mximo y de lapotencia del servomotor necesariaEl par torsor mximo se calcula para valores de entorno a 35 (que es el valor mximo defuncionamiento normal).

Las SSCC reglamentan el tiempo mximo (t m) paragirar el timn de una banda a otra (-35 a 35), loque nos permite calcular la potencia media necesariapara realizar esta accin, que puede ser utilizada para

estimar la potencia del servomotor requerida.

Es conveniente sealar la importancia que el rea de

compensacin (definida por la distancia d 1) tienesobre la potencia de servomotor necesaria. La relacindel rea de compensacin y el rea de la pala sueleestar entre 0.2 y 0.3.

d

C

H

do( )

2

1

5.3 sin 35

0.2 0.3sin 350.2 0.3sin 35T S V

C d

= + +

d1

( )35 2

10

1 5.3 sin0.2 0.3sin

0.2 0.3sinm m

S V P C d d

t

= + +


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BibliografaEl proyecto bsico del buque mercante

R. Alvario, J.J. Azproz y M. Meizoso.FEIN. Madrid 1997.

Construccin Naval I. Nomenclatura yTecnologa Navales.

F. Fernndez Gonzlez. ETSIN 1987.Equipo y Servicios.E. Comas. ETSIN. 1985.

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