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lunes, 27 de mayo de 2019

Comparativa entre un motor diésel marino lento y otro de media velocidad

Comparativa de dos motores marinos muy diferentes, por un lado un motor de cruceta de dos tiempos lento y por otra parte un motor de tronco de cuatro tiempos y media velocidad. Ambos desarrollan una potencia equivalente por lo que podrían ser de aplicación a un mismo tipo de buque.

Motor de baja velocidad Wärtsilä 8 RT-flex58T
El motor Wärtsilä 8 RT-flex58T es un motor diésel de dos tiempos lento. Es un motor de cruceta que cuenta con 8 cilindros en línea, su diámetro de cilindros es de 580 mm, con una carrera de los pistones de 2416 mm. Desarrolla una potencia efectiva de 12.240 kW a una velocidad de rotación de solo 105 rpm. 
Wärtsilä 8 RT-flex58T, motor lento de dos tiempos diesel y disposición en cruceta.
Los motores Wärtsilä RT-flex, también denominados motores inteligentes o motores controlados electrónicamente, no llevan árbol de levas, ni para el gobierno de las válvulas de escape ni para el sistema de inyección de combustible, lo cual les permite variar tanto el diagrama de distribución como el de inyección de combustible, pudiendo ajustar los tiempos del ciclo de funcionamiento a los que resulten más convenientes para cada condición de funcionamiento. Estos motores cuentan con un sistema common rail para apertura de válvulas de escape, inyección de combustible y distribución válvulas de arranque con aire comprimido directamente a cilindros.
Motor de media velocidad Wärtsilä 6L 64C:
El motor diésel Wärtsilä 64 es el motor de media velocidad más potente del mundo. Desarrolla una potencia de alrededor de 2.000 kW por cilindro. La versión más potente es el modelo 18V 64 que cuenta con 18 cilindros en V y desarrolla una potencia de 34.920 kW.
El motor Wärtsilä 6L 64C cuenta con 6 cilindros en línea, siendo la versión más pequeña de la serie, que solamente desarrolla una potencia de 12.060 kW, equivalente a 16.400 BHP. En este rango de potencias lo más habitual es emplear motores de dos tiempos de cruceta, que giran más lentamente y van directamente acoplados al propulsor sin necesidad de engranajes reductores de velocidad. 
Motor Wärtsilä 6L 64, un motor de tronco de cuatro tiempos y media velocidad.
El motor Wärtsilä 6L 64 es un motor diésel de cuatro tiempos con disposición de tronco, también denominada de émbolo buzo. Cada cilindro tiene un diámetro de 640mm y una carrera de pistones de 900mm. Desarrolla una potencia máxima de 12.060 kW a una velocidad de rotación de 333,3 rpm.

Análisis comparativo:
En la tabla siguiente podemos comparar las características del Wärtsilä 6L 64 con un motor diésel lento con potencia equivalente, el Wärtsilä RT-flex 58T.


Wärtsilä 6L 64C
Wärtsilä 8 RT-flex58T
Tipo de motor
4T, Diesel
2T, Diesel
Nº Cilindros
6
8
Sistema barrido
Turbo+Intercooler
Turbo+Intercooler
Diámetro (mm)
640
580
Carrera (mm)
900
2416
Cilindrada unitaria (l)
289,53
638,33
Cilindrada total (l)
1737,18
5106,61
Potencia efectiva (kW)
12.060
12.240
Velocidad (r.p.m)
333,3
105
Par Motor (Kg-m))
35222
113473,6
P.m.e, medida (bar)
24,99
13,70
Peso del motor (Toneladas)
232
418
Velocidad media del pistón (m/s)
10,0
8,5
Cons. específico a 100% MCR (g/kW.h)
164
162
Potencia especifica (kW/L)
6,94
2,40
Densidad de potencia (kW/T)
52,0
29,3
Rendimiento efectivo (100% MCR)
0,514
0,520

Ambos motores podrían ser adecuados para un mismo tipo de buque, las diferencias más importantes entre ambos son el peso y dimensiones, que son bastante más favorables para el Wärtsilä 6L 64, el cual cuenta con un empacho mucho menor que le va a permitir un mejor acomodo dentro del buque. Como se puede observar en el dato de densidad de potencia (kW/T) la mejora es de un 43%, sin embargo esta ventaja se ve ligeramente disminuida por la necesidad de equipar un grupo de engranajes reductores entre el motor y la hélice.

En cuanto a consumos de combustible, están bastante igualados pero con una ligera ventaja para el motor de dos tiempos, que en la práctica es mayor debido a que va directamente acoplado al propulsor, mientras que el motor de cuatro tiempos necesita la mencionada reductora que supone la existencia de pérdidas de rendimiento en la transmisión de potencia a la hélice. En cuanto a la calidad de combustible ambos están preparados para quemar Heavy fuel oil 730 cSt/50°C, ISO 8217, class F, RMH 55. Aunque es previsible que a la larga el uso de este tipo de combustibles pesados causen mayores costes de mantenimiento en el motor de cuatro tiempos, siendo más fiables en este sentido los motores de dos tiempos.

En cuanto a los costes de mantenimiento, es de esperar que el motor lento de dos tiempos tenga unos costes sensiblemente inferiores al del motor de media velocidad, la disposición en cruceta y las bajas revoluciones de operación redundan en una mayor fiabilidad mecánica. También la velocidad media del pistón es más baja en el motor lento, con solamente 8,5 m/s cuando el motor gira a 105 rpm, siendo éste parámetro otro indicador importante del bajo desgaste en los elementos pistón y camisa.

Por otra parte el precio de adquisición de estas unidades debería ser favorable al motor de cuatro tiempos, incluso teniendo en cuenta el precio de la reductora. Se trata de un motor que pesa casi la mitad y con un volumen mucho menor.

Resumiendo, el motor de media velocidad y cuatro tiempos puede ser una alternativa válida a los motores de dos tiempos de cruceta para buques con requisitos de potencia similares a los mostrados en este estudio comparativo. El motor de media velocidad de cuatro tiempos proporciona ventajas muy importantes en tamaño y peso, lo cual podría ser eficazmente aprovechado en cierto tipo de buques con dimensiones para sala de máquinas reducidas.

Spaarnegracht saliendo de Ferrol en Julio de 2006.
Spaarnegracht saliendo de Ferrol en Julio de 2006.


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sábado, 4 de mayo de 2019

HMS Invincible (1907 - 1916)

El HMS Invincible fue el primer crucero de batalla del mundo. Este tipo de buques se caracterizaban por tener un desplazamiento y artillería similar a la de los acorazados de la época, pero con la diferencia de alcanzar una velocidad superior a cambio de sacrificar blindaje. La teoría del crucero de batalla se sustentaba en la idea de que “La velocidad es coraza”. Su misión principal durante la Primera Guerra Mundial era la de actuar como fuerzas de vanguardia que trabaran contacto con buques enemigos y determinaran su poderío. En las fases finales del combate tenían la misión de perseguir y hundir las unidades enemigas que escapaban o proteger la retirada de las fuerzas propias.
El HMS Invincible fue construido por el Astillero Armstrong Whitworth, siendo botado en 13 de abril de 1907 y entrando en servicio el 20 de marzo de 1908.

La clase Invincible estaba compuesta por tres unidades; HMS Invincible, HMS inflexible y HMS Indomitable. La tabla siguiente indica los datos importantes de las tres unidades de la clase Invincible;
Ship
Builder
Engine builder
Laid down
Launched
Commissioned
Cost according to
BNA (1914)
Parkes
Humphrys,
Parsons turbines
2 April 1906
13 April 1907
20 March 1909
£1,768,995 *
£1,635,739
armament £90,000
John Brown,
Parsons turbines
5 February 1906
26 June 1907
20 October 1908
£1,728,229 *
£1,677,515
armament £90,000
Fairfield,
Parsons turbines
1 March 1906
16 March 1907
25 June 1908
£1,761,080 *
£1,662,337
armament £90,000
* estimated cost, including guns
 
Las tres unidades de la clase Invincible fueron clasificadas hasta el año 1911 como “cruceros acorazados de gran velocidad”, luego, en 1912, como "dreadnought-cruissers", y por último, como "battlecruisers" (cruceros de batalla).

Estas unidades eran buques de batalla muy grandes en el momento de su aparición, con una eslora de 173 m, manga 24 m y calado 9 m a plena carga. Con un desplazamiento de 17.526 toneladas. Las formas del casco estaban pensadas para alcanzar una elevada velocidad, con una proa saliente por debajo de la línea de flotación, pero sin contar con un verdadero espolón afilado. El aparato de gobierno estaba constituido por dos timones iguales y paralelos.

Por encima de la cubierta había un gran castillo que se prolongaba por una superestructura hasta la torre de popa. Los mástiles eran dos, de trípode y con cofas circulares; las chimeneas eran tres, dos de ellas reunidas a popa del mástil de proa, mientras que la otra estaba próxima al de popa, disposición necesaria para permitir el giro de las dos torres laterales de 305mm. Al pie de cada mástil había un casetón; el de proa contenía el puente y las bases de las dos chimeneas de proa. La tripulación era de 784 personas, que ascendía a más de 1.000 en tiempo de guerra.


PROTECCIÓN:
La coraza de la obra muerta estaba constituida, en los costados, por una faja que llegaba desde la proa hasta la torre de popa, el espesor variaba de 102-152 mm, dejando sin protección la zona de popa. La coraza horizontal se componía de dos cubiertas: la de la superestructura, de 19 mm de espesor; y la de cubierta, de 64 mm de espesor sobre las salas de máquinas, calderas, además de los pañoles de municiones. En los extremos de proa y popa la protección se reducía a un espesor de 38 mm. Para la defensa submarina había un mamparo longitudinal en cada banda, pero únicamente en la zona que correspondía a los pañoles de municiones. La coraza de las barbetas y de las torres tenía un espesor de 178 mm, muy inferior al espesor que se usaba en los acorazados, de modo que después del hundimiento del HMS Invincible en la batalla de Jutlandia, se decidió reforzarlo en las otras dos unidades de la clase.

ARMAMENTO:
El armamento principal estaba constituido por ocho cañones Mk X de 305 mm en cuatro torres dobles, una aproa, sobre el castillo, otra a popa, en cubierta, con eje en el plano de simetría, y dos, desfasadas, en los costados, entre la segunda y tercera chimeneas. El invincible tenía mecanismos eléctricos para las torres y para los elevadores de las municiones. Mientras que las otras unidades de la case tenía estos mecanismos hidráulicos.

El armamento secundario estaba compuesto por dieciséis cañones de 102 mm, estando instalados ocho sobre el cielo de las cuatro torres, cuatro sobre el casetón de proa y cuatro sobre el casetón de popa.

Había cuatro tubos lanzatorpedos de superficie, instalados en los costados, y uno submarino a popa.

PROPULSION:
El aparato propulsor estaba constituido por cuatro turbinas Parsons directamente acopladas a los ejes de cola que accionan las hélices (sin engranaje reductor), desarrollando en pruebas una potencia de 44.875 CV, que le permitía una velocidad de 26,5 nudos. Las hélices eran cuatro de paso fijo y tenían 3,4m de diámetro.
El vapor era producido por 31 calderas acuotubulares de carbón del tipo Yarrow, dispuestas en cuatro salas de calderas.

La máxima capacidad de combustible era de unas 3.000 t de carbón y 737 t de fuel oil, el cual podía ser pulverizado sobre el carbón para incrementar la potencia de la combustión. La autonomía máxima era de 3.090 millas a 10 nudos.

HISTORIAL:
El HMS Invincible tomó parte en la Primera Guerra Mundial. El 6 de agosto de 1914 es sometido a modificaciones en el sistema de hidráulica de las torres y enviado al puerto de Queenstown para servicios de protección, y 13 días después es asignado como buque insignia del 2º escuadrón de cruceros de batalla.

El 28 de agosto de 1914, toma parte en la primera batalla de Heligoland. Ocupando el HMS Invincible  un rol menor por ser el más viejo y lento de los cruceros de batalla británicos presentes en el combate. Disparó sobre el crucero ligero SMS Köln, aunque no consiguió hacerle blanco antes de que éste fuera hundido por el HMS Lion.

El 11 de noviembre de 1914 estando en Davenport en reparaciones, el HMS Invincible es pertrechado de forma apresurada y enviado junto al HMS Inflexible, al mando del vicealmirante Doveton Sturdee, hacia las islas Malvinas en el Atlántico Sur. La orden del almirantazgo era simple; localizar y hundir la flota del almirante Maximilian Graf von Spee, que se suponía rodeaba el cabo de Hornos en dirección a las islas Malvinas (islas Falkland para los británicos). Sturdee iza una insignia en el HMS Invincible y zarpa rapidamente llevándose incluso obreros a bordo. Llega a puerto Stanley el 7 de diciembre de 1914, y se une a los cruceros HMS Kent, HMS Carnavon HMS Glasgow y HMS Bristol. Como batería flotante estaba el acorazado pre-dreadnought HMS Canopus. El 9 de diciembre de 1914 da lugar a la batalla de las islas Malvinas en que el HMS Invincible junto al HMS Inflexible, en persecución de la flota de von Spee, da alcance y hunde a los cruceros acorazados SMS Scharnhorst y SMS Gneisenau.  La batalla de las islas Malvinas supuso un  desigual combate, dada la superioridad de los buques británicos, por lo que apenas sufrieron bajas propias a pesar de los numerosos impactos conseguidos por los navíos germanos.
 

El 16 de diciembre de 1914 vuelve junto al HMS Inflexible a Inglaterra. En 1915 es sometido a modificaciones en Gibraltar y asignado al tercer escuadrón de cruceros de batalla.

El 31 de mayo de 1916, tomó parte en la batalla de Jutlandia, siendo  el buque insignia del 3º Escuadrón de Cruceros de batalla, bajo el mando del contralmirante Horace Hood. El escuadrón se había separado de la Flota de Cruceros de batalla del almirante David Beatty unos días antes de la batalla, para realizar prácticas de artillería con la Gran Flota y actuó como una gran fuerza exploradora durante el combate. El Invincible fue destruido por la explosión de su pañol de municiones durante la batalla después de que su torreta 'Q' fuera penetrada por una salva disparada desde el crucero SMS Lützow. El proyectil enemigo penetró el delgado blindaje explosionando sus depósitos de cordita de la torre "Q", partiéndose en dos y perdiéndose 1.014 hombres, salvándose sólo seis de 1.021 hombres de mar.