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sábado, 15 de septiembre de 2012

LOS BUQUES DE LA OPERACION ELCANO: CASTILLO DE LA LUZ Y CASTILLO DE LOPERA

Una audaz operación de cirujía naval para reutilizar las popas de unos petroleros con propulsión a vapor en dos bulkcarriers consumiendo carbón


Botadura del Bulkcarrier Castillo de la Luz (buque híbrido).Ref [6].
Durante la crisis del petróleo de los años 70, debido a los considerables aumentos en el precio del crudo y la incertidumbre de una continuidad en su suministro, se volvió la vista hacia el carbón como fuente primaria de energía térmica. El rendimiento térmico de los motores diesel era mucho mejor que el obtenido con el ciclo de turbinas de vapor, sin embargo los motores no tienen la posibilidad de consumir combustibles sólidos como el carbón, el cual es un combustible mucho más económico que el petróleo y su precio más estable. Esta diferencia de precio puede llegar a compensar la diferencia de consumos, pudiendo darse el caso que un buque que utilice carbón como combustible sea más rentable que otro buque equivalente propulsado con motores diesel.
Comparativa de consumos de diferentes plantas propulsoras. Ref [7].

El precio de los combustibles marinos está directa y proporcionalmente ligado al precio del crudo. Hasta 1973, el coste del combustible era mínimo y por ello los buques no tenían grandes disposiciones de ahorro energético. Se buscaba la potencia de las máquinas y la simplicidad de operación y mantenimiento, en vez de la eficiencia económica. Se usaban turbinas de vapor de pocas etapas, calderas sin economizadores, motores diesel de carreras cortas y quemando combustible ligero, turbo soplantes sencillas, e incluso motores no sobrealimentados, maquinaria de cubierta de vapor, turbogeneradores y un amplio surtido de equipos de baja eficiencia energética. La subida de precios del petróleo de los años setenta propició el rápido abandono de las turbinas de vapor en los buques.

En España, durante el principio de la década de los años 80 se realizó el interesante experimento de cortar dos petroleros Suezmax, uniendo luego la popa con máquina propulsora por turbina de vapor con el casco de un bulkcarrier de nueva construcción (en la botadura lleva la popa con motor diesel que será cortada y unida al petrolero), creando un granelero con propulsión por turbinas y consumiendo carbón.

Secuencia de la operación Elcano (cortar y pegar), al petrolero se le corta su popa, spues se construye en grada un buque hibrido que será cortado, con la popa para el petrolero y el casco para el bulkcarrier, finalmente se le une la popa con turbinas al bulkcarrier y la popa con motor al petrolero.Ref [4].
Estos buques fueron el “Castillo de la Luz” (1987 – 1996)  y “Castillo de la Lopera” (1985 – 1996), que era dos bulkcarriers carbóneros construidos por la E.N Bazan para la E.N. Elcano, en su “operación cortar y pegar”, que consistió básicamente en aprovechar las instalaciones de turbinas de unos petroleros que no resultaba rentables con los nuevos precios del crudo, pero que podían utilizarse en los nuevos buques, quemando carbón cargado en origen. La operación se llevo a cabo intercambiando las partes de popa, de ahí el nombre de la operación antes citada.

La operación llevada a cabo por los trabajadores de la E.N. Bazan, fue tremendamente complicada y audaz, aprovechando hasta el último metro del dique, llegando durante esta operación a la cima de la ingeniería naval, marcando un hito a nivel mundial. Ref [6].

Las popas de esos buques bulkcarriers pertenecieron a los petroleros “Castillo de Lorca” y “Castillo de Montearagón”, construcciones 143 y 149 de E. N. Bazan de El Ferrol. Su planta propulsora era de turbinas Bazán-Kawasaki, con la típica disposición de dos turbinas: Alta y Baja Presión conectadas en paralelo a una caja reductora para dar salida a un solo eje. Las turbinas eran de acción, teniendo la de Baja algunas etapas de reacción. La turbina de Ciar estaba situada también según la disposición típica de los buques de turbinas, en el mismo eje que la de Baja, y constaba de dos etapas Curtis. Tenían una potencia total de 32.000 CV y llevaban dos calderas Kawasaki a 65 k/cm2 y 515º C de vapor recalentado quemando HFO.
Petrolero Castillo de Lorca, construido en 1975 por la E.N. Bazan con propulsión a vapor, pero después de 1985 operó con un económico motor diesel B&W que lo hacía mucho más eficiente.Ref [6].

Para utilizar carbón como combustible, además del Fuel-oil, fue necesario equipar a los buques con calderas adecuadas para este combustible, además de otros equipos necesarios para la preparación del carbón antes de pasar a la caldera.

Se consideraron tres formas de quemarlo en calderas: como carbón pulverizado; en lecho fluidizado; o con parrillas mecánicas. La carga a mano quedaba descartada en la sociedad actual.

El carbón pulverizado es el sistema más empleado en calderas terrestres de gran producción de vapor. Por tanto, aunque la experiencia marina haya sido escasa y poco afortunada (entre otras cosas porque no en todos los puertos había carbón adecuado) era lógico pensar en su aplicación abordo. No obstante, el polvo de carbón exige una instalación (molinos, secadores, etc) para su preparación, con el consiguiente espacio, inversión y gastos de mantenimiento. Además, aunque las partículas del polvo de carbón sean muy pequeñas, tardan en quemarse, por lo que la cámara de combustión ha de ser particularmente grande. Y en la manipulación y conservación del polvo hay que establecer condiciones especiales para evitar el peligro de explosión.

El lecho fluidizado tiene ventajas parecidas a las del carbón pulverizado, pero supone mucho menor gasto y espacio, por lo que entra en lo posible que en el futuro sea un sistema recomendable. Pero en los años en que se trato de utilizar, estaba todavía en desarrollo y la experiencia marina era demasiado escasa.

La solución estaba, por tanto, en las parrillas mecánicas. Pero se habían empleado poco a bordo y no dejaban de presentar dificultades; como sucedió en las que se montaron en algunos barcos españoles durante la guerra del 39.
  

Calderas de carbón con hogar mecánico de parrilla móvil. Utilizadas en los buques de la E.N Elcano. Ref [2].
La planta propulsora original del petrolero contaba con dos calderas de F.O. de 50/75 t/h, y con una condición de vapor de 50kg/cm² y 515º C.

Para reducir al mínimo los cambios se tomaron las siguientes decisiones:
1-Instalar solamente una caldera de carbón capaz de producir todo el vapor necesario para navegar en condiciones normales.

2- Conservar una de las calderas existentes de F.O para usarla como caldera de vuelta a casa, para uso en puerto o en caso de faltar carbón y por seguridad, mantenimiento, etc

La caldera de carbón seleccionada es de Combustión Engineering tipo V2M9S, con una producción normal de 80t/h y una m.c.r. de 92t/h. Las condiciones de vaporización eran de 60 kg/cm² y 495º C. La parrilla era fabricada por Detroit Stoker e incorporaba cinco cargadores.

Para una producción de 24.000 SHP, la caldera debería producir aproximadamente 75t/h de vapor y consumir 9-9,5 t/h de carbón térmico de 6000 kcal/kg.

Respecto a la planta original de petrolero fue modificado el ciclo e vapor, eliminando el calentador de aire regenerativo, al igual que los calentadores de la tercera y cuarta fases. El ciclo previo con cuatro sangrías fue sustituido por otro de dos, y  el agua de alimentación corría directamente desde el calentador del desaireador al economizador, con una temperatura de unos 150º C. Esto trae como resultado un rendimiento algo menor, pero con la ventaja de una mayor sencillez del ciclo.

Para compensar la disminución de rendimiento del ciclo de vapor se pensó en mejorar el rendimiento global de la planta instalando un alternador de cola y una bomba de alimentación eléctrica, lo cual proporcionaba una mejora importante respecto a la planta original.

Para evitar la contaminación por polvo de carbón principalmente problemático en puerto se había previsto la instalación de un colector de polvo mecánico, con un rendimiento del 95%. Pero en caso necesario se utilizarían en puerto solamente los quemadores de F.O. para evitar la emisión de humos negros contaminantes.
Corte de la sala de máquinas del Granelero Castillo de la Luz. Ref [4].

El " Castillo de la Luz" y el " Castillo de Lopera" estuvieron navegando y quemando carbón, eran las construcciones 186 y 188 de la E.N. Bazan, tenían 81.035 GT y 47.335 NT, con 274 metros de eslora, 46 de manga y 24 de puntal. Disponían de 10 bodegas, las bodegas nº 4 y 6 eran la bodega de consumo (carboneras bunker con capacidad para 13.000 m³) y estaban situadas a media eslora, éstas tenían tolvas (la de proa con fondo plano y la de popa con fondo de dientes de sierra) por donde caía el carbón, de aquí pasaba a través de una tubería, a la que se le inyectaba aire y era conducido hasta la sala de máquinas. El carbón ya en la sala de máquinas caía en una especie de molinillo, que molía las piedras de carbón, y una vez molidas iban a la caldera para ser quemadas. Navegaban consumiendo carbón, pero al llegar a puerto se cambiaba a F.O. para hacer las maniobras de entrada y salida.
Granelero Castillo de la Luz en navegación. Ref [5].

Granelero Castillo de Lopera, botadura realizada en Bazan (buque híbrido). Ref [5].

La capacidad de carga en las carboneras bunker era de unas 25.000 m³ de carbón a esto hay que sumar 7.000 m³ de combustible líquido, lo cual le proporciona un incremento de la flexibilidad y permitiendo largos viajes mixtos con mineral/carbón utilizando el combustible líquido para completar el viaje. 
Granelero Castillo de la Luz, disposición de bodegas. Ref [4].
El aspecto más problemático y que generó mas estudios fue el proyecto del sistema de trasiego del carbón, ya que no se quería limitar las posibilidades operacionales del buque cuando se consumieran gran variedad de carbones con diferentes granulometrías y grados de humedad. En el fondo de las carboneras se instalaron las tolvas (12 en la de popa y 4 en la de proa), en el fondo de estas tolvas se instalaron unos alimentadores mecánicos, que trasegaban el carbón a las bombas neumáticas. Entre la tolva y el alimentador mecánico había un sistema de trituración y tamización con el fin de adaptar las dimensiones del carbón a las necesidades del cargador (36mm) y separar cualquier materia extraña que pudiera contener el carbón. Para llevar el carbón hasta la caldera en la popa se instaló un sistema neumático de alta presión en fase densa.
Granelero Castillo de la Luz, navegando y consumiendo carbón. Ref [5].
Estos barcos tenían ruta casi fija, se cargaba en Richards Bays (Sudáfrica), y descargaban en España. Otras veces descargaban en Rotterdam e iban a cargar al Roberts Bank o en Hay Point.

Estos barcos los volvieron a cortar y pegar con su parte original sobre el año 1996. Este trabajo fue realizado en el astillero Keppel de Singapur. En la imagen siguiente se ve la parte de popa del "Castillo de Lorca" después de haber sido cortada, esperando a ser unida a las bodegas del "Castillo de Lopera". El resultado fue el "Castillo de Simancas".
Astillero Keppel de Singapur, bulkcarrier Castillo de Simancas.Ref [1].
Bulkcarrier Castillo de Simancas navegando con propulsión diesel.Ref [1].

Esta es la increible historia de una operación de ingeniería naval al máximo nivel que se proyectó y llevó a cabo hace 25 años por técnicos de Bazán, marcando un hito como una de las operaciones de construcción naval más importantes del mundo en esa época, aunque desafortunadamente los buques no tuvieron demasiado éxito durante su vida operativa principalmente por problemas asociados al trasiego y manejo del carbón, tecnología muy novedosa y que precisaba de mayor inversión y desarrollo, ello hizo que después de poco tiempo se abandonara el sistema, volviendo a reformar los buques,  por lo que solamente se utilizaron durante unos 10 años.


FUENTES: 


[2] Libro Máquinas para la Propulsión de Buques, Enrique Casanova Rivas, (edic. 2001).

[3] Libro Evolución de la Propulsión Mecánica, Luis de Mazarredo (edic. 1992)

[4] Revista Ingeniería Naval nº 553, Julio de 1981

[5] Libro Empresa Naviera Elcano. Seis décadas de historia, por  Juan Carlos Diaz Lorenzo, ISBN: 9788488605849.


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