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UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA

INSTITUTO DE CIENCIAS NAVALES Y MARITIMAS

EQUIPOS E INSTALACIONES NAVALES

RECOMENDACIONES EN SISTEMAS

DE ENFRIAMIENTO CON AGUA

SALADA EN UN BUQUE

ALUMNO: PABLO VELASQUEZ SANTANA

VALDIVIA, 10 DE JUNIO DE 2010

PROFESOR: MARIO LOAIZA

SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO CON

AGUA SALADA EN UN BUQUE 2

INTRODUCCION

Un sistema enfriamiento o refrigeracin es un conjunto de equipos destinados a

absorber calor disminuyendo la temperatura de los equipos a los que esta

destinado a refrigerar.

Los sistemas de refrigeracin mediante agua de mar son variados, dependiendo

del tipo de maquinaria, del diseo y la facilidad para el astillero de adquirir un

sistema determinado e instalarlo.

En la actualidad existe una amplia gama de sistemas de enfriamiento, tanto

directa como indirecta, entre estos podemos encontrar directos con enfriador de

quilla, directo con agua y aire a travs de radiador, indirecto con agua dulce y

agua de mar a travs de intercambiadores de calor, etc.

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SISTEMA DE ENFRIAMIENTO CON

AGUA SALADA EN UN BUQUE

1. TIPOS DE SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO CON AGUA SALADA EN BUQUES.

Sistemas de Enfriamiento Directo:

Directo con agua salada (Raw Water Cooling System).

Directo por circulacin de agua dulce versus agua de mar a travs de un

enfriador de quilla (Keel Cooling System). Directo por circulacin de agua versus aire a travs de un radiador.

Sistemas de Enfriamiento indirecto, por circulacin de agua

dulce versus agua de mar a travs de un intercambiador de

calor. Sistema de intercambiadores de calor para agua de chaqueta.

Enfriamiento central de motores (Central Cooling System)

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Directo con Agua Salada Este sistema consiste en succionar agua directa desde el mar con una bomba y

hacerlo circular por la chaqueta del motor principal y descargarla al costado.

Este tipo de sistema actualmente se encuentra obsoleto por los problemas de corrosin que se producen.

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Directo por circulacin de agua dulce versus agua de mar a travs de un enfriador de quilla

En este sistema la transferencia de calor es mediante un enfriador de quilla, que

es un intercambiador de calor fuera de borda, que forma parte del casco o esta

adosado a el.

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Quillas de Enfriamiento Pueden ser de varios tipos dependiendo de las aguas en donde se valla a

navegar y la capacidad de transferencia de calor que se necesite.

El tamao de los enfriadores de quilla la determina la temperatura a la cual trabajara el motor.

Un enfriador de quilla debe operar a su mxima capacidad cuando el buque este esttico.

Se debe tomar en consideracin la corrosin, producida por las corrientes galvanicas, y el factor de incrustacin (fouling). Es por ello que el uso de enfriadores del tipo estructuras se hace poco efectivo por el progresivo deterioro, sobre todo en aguas que sobrepasan los 30 C .

La velocidad del flujo de agua circulando en el interior del enfriador no debe ser alta (2,5 m/s) puede provocar erosin, y una velocidad muy baja (0,6 m/s) las partculas de moho, arena entre otras, van a tener la posibilidad de posarse

La direccin del flujo de agua refrigerante debe ser contraria al flujo de agua sobre el buque

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Tipos de Quillas de Enfriamiento

Tipo estructurales con perfiles.

Tipo estructural formando parte del casco.

Tipo caja

Perfiles usados para quillas de enfriamiento Tipo caja adosado a un

costado del buque

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Tipo estructurales con perfiles.

Pueden ser de varios tipos de perfiles.

En la mayora de las construcciones se utilizan, por razones econmicas, vigas

tipo C de acero estructural, debido a que por su gran rea de seccin

transversal hace que disminuya el flujo de agua y haga ms efectiva la

transferencia de calor

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Tipo estructural formando parte del casco.

Este tipo de enfriadores es usado en embarcaciones pequeas

Generalmente es una caera adosada al casco.

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Quillas de enfriamiento tipo caja

son enfriadores adquiridos en el mercado y luego apernados en la parte de la

obra viva del buque

son mucho menos susceptibles a la corrosin y la incrustacin comparados

con cualquier otra solucin.

Ahorro energtico (bomba secundaria).

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Direccin del flujo de agua de enfriamiento en un enfriador de

quilla

El lquido refrigerante del motor debe circular a travs del enfriador de quilla de

popa a proa. Este flujo encontrado con el agua de mar, aumenta

significativamente la eficiencia en la transferencia de calor

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Directo por circulacin de agua versus aire a travs de un

radiador El agua caliente proveniente de la chaqueta del motor, circula a travs del ncleo del

radiador, donde es enfriado por aire empujado o succionado por un ventilador a travs de las aletas de enfriamiento .

Tener en cuanta el ruido producido por el ventilador producto de las vibraciones, esto se mejora colocando uniones flexibles.

Tener cuidado en que los gases de escape no entren en el radiador y evitar que el aire que ya paso por el radiador vuelva a ser tomado por el ventilador.

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Sistema de intercambiadores de calor para agua de chaqueta.

Se compone de un intercambiador de calor por donde circula agua de mar tomada por la bomba de circulacin desde una caja de mar.

Estos sistemas tambin utilizan un regulador de temperatura de agua

(termostato) y una lnea hacia el intercambiador de calor para regular la

temperatura de operacin

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Enfriamiento central de motores (Central Cooling System)

Es aquel que enfra mltiples motores y combina muchos componentes de

sistemas individuales (bombas, intercambiadores de calor) y lo hacen parte de

un sistema central. Se reduce el numero de caeras a instalar con lo que se reduce la mano de obra

Como el numero de caeras y equipos es menor se reduce el costo de la

instalacin y mantencin.

Se puede operar con poco personal.

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Sistema de enfriamiento central

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BUQUE BASE Y SISTEMA DE ENFRIAMIENTO A

UTILIZAR

El buque base que utilizaremos ser un Anchor Handling Tug Supply Vessel (Nave de suministro, remolque y manejo de anclas de fondeo)

Sus caractersticas principales son:

Eslora total 89.50 m

Eslora entre perpendiculares 76.20 m

Manga moldeada 19.40 m

Puntal moldeado 9.00 m

Calado de diseo 6.50 m

Francobordo de diseo 2.50 m

Velocidad de Servicio 15 Kn

Bollard pull 212 Ton.

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Casa Clasificadora

El buque ser construido de acuerdo con las reglas y regulaciones de la casa

clasificadora Lloyds Register of Shippin. Lloyds: X100 A1, XLMC, UMS, NAV-1, SCM, DP(AA), IWS, Ice Class 1C,

Fire-Fighting Ship 1 (2400m) with water spray "Offshore Tug Supply Ship

X100 A1: Buque de construccin nueva, de navegacin en mar abierta, y que presentan un equipo de manejo y levantamiento de anclas y muertos.

XLMC: (LRS Machinery Class)

UMS: Puede operar con sala de maquinas sin guardia.

NAV-1: En el puente de gobierno se puede acceder a todos los sist. principales.

SCM: Tiene sistemas auto-lubricadores en el sistema de propulsin.

IWS: Buque puede ser inspeccionado sin levar a dique.

Dada la complejidad de los sistemas instalados a bordo y los requerimientos de estos se optara por el sistema de enfriamiento central

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Suministro de agua de mar para el enfriamiento de agua de chaqueta de los

motores principales.

Suministro de agua de mar para el enfriamiento de agua de chaqueta de

motores auxiliares

Suministro de agua de mar para enfriamiento de agua que circula por los

frenos del winche principal

Suministro de agua de mar para enfriamiento de equipos auxiliares.

Suministro de agua de mar para sistema de Lastre.

Suministro de agua de mar para sistemas contra-incendio.

Suministro de agua de mar para la generacin de agua dulce a bordo Suministro de agua de mar para equipos auxiliares

FUNCIONES DEL CIRCUITO A BORDO

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Suministro de agua de mar para el enfriamiento de agua de

chaqueta de los motores principales El buque cuenta con 4 motores principales.

Con una configuracin 2 x motor Padre e hijo.

ME 1: Motor Principal Padre Babor.

ME 2: Motor Principal Hijo Babor.

ME 3: Motor Principal Hijo Estribor.

ME 4: Motor Principal Padre Estribor

Nombre Tipo Modelo Potencia en KW RPM

ME 1 Padre MAK 8 M 32-C 3840 600

ME 2 Hijo MAK 6 M 32-C 2880 600

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Esquema motores principales

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Suministro de agua de mar para el enfriamiento de agua de

chaqueta de motores auxiliares.

Se cuenta con 2 generadores auxiliares, estos estn enumerado de babor a estribor y tienen las siguientes caractersticas.

Nombre Tipo Modelo Potencia KW RPM mximas

AE 1 Auxiliar Caterpillar 3508B 910 1800

AE 2 Auxiliar Caterpillar 3508B 910 1800

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ESPECIFICACIONES TCNICAS DEL CIRCUITO

El circuito debe ser diseado basado en una temperatura mxima de agua de

mar de 33C y de una temperatura de agua de chaqueta de 37C

Los arreglos y materiales usados en el circuito de enfriamiento de agua de mar

deben ser seleccionados de tal manera que eviten la corrosin en caeras,

cavitacin en bombas, etc.

La lnea de Cross-Over debe contar con una vlvula intermedia, para permitir

reemplazar equipos, reparar daos.

Los intercambiadores de calor del circuito de enfriamiento de agua de mar,

deben tener descargas a costado por ambas bandas del buque.

Todos los sistemas de agua de mar deben estar protegidos contra

incrustaciones de moluscos y corrosin en cada caja de mar.

Las bombas de agua de mar para la planta principal de propulsin y equipos

auxiliares, deben estar diseadas para poder operar en paralelo.

Se debe cumplir con todas las condiciones de diseo de la casa clasificadora

Lloyds Register en lo que a diseo de caja de mar se refiere.

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DISEO DEL CIRCUITO

Este trabajo no tiene como finalidad el diseo de un circuito de enfriamiento sino

mostrar las consideraciones que se deben tomar a la hora de disear uno

En el clculo de un circuito las formulas y criterios a utilizar dependen mucho del

diseador dado que estos clculos estn afectos principalmente a la

experiencia de este.

Hay que tener en cuenta las exigencias estructurales y el diseo de la casa

clasificadora. Ademas es de suma importancia los acuerdos con el armador.

Consideraciones en el Balance Trmico del Sistema.

Presin del Sistema.

Obtencin del Agua a Bordo mediante Caja de Mar.

Obtencin de agua a bordo (cross-over)

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Consideraciones en el Balance Trmico del Sistema.

Lastimosamente toda la energa del combustible no es aprovechada y transformada a energa mecnica. Se aprovecha alrededor de un 41% de la energa total suministrada por el combustible, la otra parte de la energa se disipa en el agua de chaqueta, gases de escapes e intercambio al ambiente.

Existe una relacin especifica en la transferencia de calor y viene dada por la primera ley de la termodinmico, que dice relacin con la conservacin de energa. De aqu se obtiene que:

Q = C x V x dT

Cantidad de calor a transferir (Q)

Cantidad de flujo en la transferencia de calor (V )

Variacin de la temperatura en la transferencia de calor (dT)

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Presin del sistema

En un sistema de caeras la presin requerida no es otra mas que la oposicin al

paso de fluido y esta compuesta de varios puntos.

Presin de succin:

Prdida de presin por friccin en caeras:

Perdida de presin por altura de descarga:

Prdida de presin por formaciones de vrtices (rgimen turbulento).

Prdida de presin por incrustaciones o suciedad en el sistema.

Se recomienda que la presin de trabajo final sea 2 veces el calculo de la

oposicin al flujo.

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Obtencin del Agua a Bordo mediante Caja de Mar

Son aberturas practicadas al casco y su funcin es cobijar las succiones de agua de mar para los diferentes sistemas.

Se acomodarn 2 cajas de mar en el buque base, una de alta succin y otra de baja succin.

Consideraciones sobre el tamao: Segn Lloyds Register debe tener 1 metro cbico por cada 750 KW de la

potencia total de la planta propulsora.

Si es posible el rea de cada abertura del colador debe ser menor que cualquier seccin de caera instalada en el sistema.

Consideraciones de servicio: Se deber instalar a las cajas de mar sistema de limpieza de mugre para el

colador.

Las cajas de mar deben estar en bandas contrarias, una lo ms cerca del fondo posible y la otra ms alta que la anterior de tal manera que no sean fcilmente obstruibles.

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Esquema caja de mar.

1. Caja de mar

2. nodo de zinc

3. Vlvula de fondo tipo compuerta

4. Filtro

5. Vlvula de compuertas con flange para aire comprimido

6. Ventilacin a cubierta

7. Pernos con cabeza avellanada inoxidable

8. Tuercas soldadas

9. Rejilla o colador

10.Toma Colector Principal

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Obtencin de agua a bordo (cross-over)

Colector principal (cross-over) comunica las dos cajas de mar, para su

dimensionamiento se debe saber los requerimiento para cada intercambiador

de calor, por lo tanto el caudal de cada una de las bombas.

2 bombas de enfriamiento para los motores principales ( 350m3/h x 2)

2 bombas Aux. de enfriamiento para equipos auxiliares (400m3/h x 2)

1 bomba del generador de agua destilada (55m3/h)

1 bomba de incendio (44m3/h)

1 bomba de lastre (250m3/h)

Instalacin futura a considerar para el diseo (250m3/h)

Usaremos 100m3/h como un respaldo de seguridad adicional

Haciendo la sumatoria de todos estos caudales tenemos el total q es Q = 2100

m3/h, con este valor se obtiene el dimetro del colector.

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Esquema cross-over

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ELEMENTOS A UTILIZAR EN EL CIRCUITO Una vez que se ha determinado el diseo y el dimensionamiento del sistema es

necesario definir los elementos existentes en el mercado para poder armar nuestro circuito.

Principalmente los elementos q se va a utilizar son los siguientes:

Vlvulas.

Caeras.

Filtros.

Bombas.

Intercambiadores de calor.

Termmetros.

Manmetros y vacumetros.

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Vlvulas

Son los elementos mas importantes de control.

Pueden conectar, abrir, cerrar, desconectar, regular, aislar una enorme cantidad de

gases y lquidos.

En nuestro circuito se colocaran vlvulas de:

Aislamiento, par aislar partes del buque que no estn en funcionamiento

De corte de descarga, para cortar las descargas a los costados segn se

requiera.

De admisin de flujo, que estn en el colector principal.

Consideraciones para nuestro circuito.

colocaremos una vlvula antes y despus de cada equipo.

Se colocaran vlvulas en los elementos como de medicin como manmetros

para evitar golpes de presin y daarlos.

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Vlvula tipo globo Recomendada para:

Estrangulacin o regulacin de circulacin.

Para accionamiento frecuente.

Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulacin.

Ventajas

Estrangulacin eficiente con estiramiento o erosin mnimos del disco o

asiento.

Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas

Control preciso de la circulacin.

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Vlvula de bola Recomendada para: Servicio de conduccin y corte, sin estrangulacin.

Cuando se requiere apertura rpida, vuelta.

Para temperaturas moderadas.

Cuando se necesita resistencia mnima a la circulacin. Ventajas: Bajo costo.

Alta capacidad.

Corte bi-direccional.

Circulacin en lnea recta.

Pocas fugas.

Se limpia por s sola.

Poco mantenimiento.

Tamao compacto.

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Vlvula mariposa Recomendada para: Servicio con apertura total o cierre total.

Servicio con estrangulacin.

Para accionamiento frecuente.

Para baja cada de presin a travs de la vlvula.

Ventajas Ligera de peso, compacta, bajo costo.

Requiere poco mantenimiento.

Nmero mnimo de piezas mviles.

No tiene bolas o cavidades.

Alta capacidad.

Se limpia por s sola

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Vlvula Antirretorno

Tambin llamadas vlvulas de retencin, vlvulas uniflujo o vlvulas "check" , es un tipo

de vlvula unidireccional

Este tipo de vlvula es utilizada en los buque se utiliza en la descargas de costado

para evitar que el agua ingrese al buque

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Caeras

Son lo elementos principales de nuestro sistema, pues deben conducir

eficientemente el agua de enfriamientos a todas las partes que lo requieren.

Se utilizaran en nuestro sistema caeras de cromo nquel 90-10.

Las aleaciones de base cobre con nquel son ampliamente usadas en la operacin

de plantas y equipos en ambientes marinos debido a que los materiales

constructivos son capaces de soportar tanto los efectos corrosivos propios de

una atmsfera salina como los que tienen lugar en sistemas de refrigeracin

por agua de mar.

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Bombas

Son elementos claves en el circuitos, pues estas hacen circular el agua para poder

refrigerar los diversos equipos.

En nuestro circuito se elegirn bombas del tipo centrifugas por sus caractersticas:

Por su amplio rango de caudal de diseo

Son bombas de baja presin.

Por su fcil regulacin de flujo mediante controladores de frecuencia del

motor elctrico de accionamiento de la bomba haciendo que desciendan las

RPM de la bomba hasta un rango que no cavite.

Porque necesitan ser cebadas pero por su ubicacin bajo la lnea de flotacin

en condicin de desplazamiento liviano, siempre presentar un nivel positivo

de agua.

Son bombas que pueden permanecer funcionando contra presin en perodos

de tiempos un poco ms prolongados que otros tipos de bombas.

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Intercambiadores de calor

Los intercambiadores de calor son el ncleo propio de nuestro circuito. Todos los dems elementos conducen y completan su misin en los intercambiadores de calor.

Utilizaremos para nuestro sistema, intercambiadores de calor del tipo placas (plate coolers) debido a las ventajas

Mayor superficie de contacto (intercambio de calor)

Menor necesidad de caudal para la misma transferencia calor

Mayor comodidad en mantenimiento y reparacin

Mayor facilidad de instalacin

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Conclusiones

Se ha conocido todos los sistemas de refrigeracin para un buque de los

cuales podemos decir que el sistema central nos una gran versatilidad para

refrigerar equipos y utilizar el mismo circuito para otras operaciones por lo

cual es el mas utilizado en naves mayores.

Que la capacidad para calcular y disear un circuito viene dada principalmente

por la experiencia.

Que gracias a las casa clasificadoras tenemos una serie de directrices y

exigencias para llevar a cabo el diseo de nuestro circuito.

La gran cantidad de sistemas y equipos que se encuentran en el mercado dan a

conocer la importancia y el amplio campo de la refrigeracion.

La complejidad y la minuciosa ejecucin del proyecto, vien dada por la

importancia de la refrigeracin a bordo, tanto para el buen funcionamiento de

los equipos como de la vida til de estos, que se traduce en definitiva en

costos para el armador.

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Bibliografa

PRINCIPALES CONSIDERACIONES EN LA SELECCIN E

INSTALACIN DE UNCIRCUITO DE ENFRIAMIENTO POR AGUA

DE MAR A BORDO, Fernando de Gracia del Cid 2006.

http://www.geaphe.com/fileadmin/user_upload/documents/brochures/GE

A_PHE_Marine_en.pdf

http://www.fastpack.cl/espanol/menu/productos/aceros-al-

carbono/canerias

http://www.maquinasdebarcos.com/Enfriadores%20de%20quilla%20BLOK

SMA.pdf

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Preguntas?

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