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viernes, 7 de agosto de 2020

Intercambiadores de calor de carcasa y tubos

Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos están compuestos por tubos cilíndricos, montados dentro de una carcasa también cilíndrica, con el eje de los tubos paralelos al eje de la carcasa. Un fluido circula por dentro de los tubos, y el otro por el exterior (fluido del lado de la carcasa). Este tipo de intercambiadores es muy utilizado en la industria naval gracias a sus ventajas de elevada robustez y fácil limpieza.

Por definición, un intercambiador de calor es un dispositivo cuya función es transferir el calor de un fluido a otro de menor temperatura. La transferencia de calor se produce a través de la superficie de los tubos que favorezcan el intercambio de calor entre dos fluidos sin que estos se mezclen.

La configuración de tubos y carcasa es la construcción más básica y común de los intercambiadores de calor. Los componentes básicos de este intercambiador son: El haz de tubos (o banco de tubos), carcasa, cabezal fijo, cabezal removible (o trasero), deflectores, y la placa tubular.

El fluido que circula por el interior de los tubos se denomina «Flujo interno» y el fluido que circula por la carcasa «Flujo externo». El fluido que circula por el interior de los tubos debe ser el que esté expuesto a menores intervalos entre limpiezas, debido a que es mucho más fácil limpiar el flujo interno que el externo. También en sistemas donde los fluidos presentan grandes diferencias de presiones, el fluido de mayor presión circula a través de los tubos y el de menor presión por el exterior, es decir por la carcasa. Esto viene a razón de los costes de materiales, los tubos pueden fabricarse para soportar mayores presiones que la carcasa dado que si fuese a la inversa, el costo sería mucho mayor.


En los extremos de los tubos, el fluido que circula por el interior de los tubos es separado del fluido que circula por la carcasa por la denominadas «Placas del tubo».  En las partes intermedias se pueden apreciar unos separadores en forma de media luna llamados «Deflectores» cuya función es forzar la dirección del flujo y mejorar el intercambio de calor.

Existen una amplia variedad de configuraciones en los intercambiadores de calor de carcasa y tubos, dependiendo del desempeño deseado de transferencia de calor, caída de presión y los métodos empleados para reducir los esfuerzos térmicos, prevenir fugas, fácil mantenimiento, soportar las presiones y temperaturas de operación, y la corrosión. Estos intercambiadores se construyen de acuerdo a las normas de la Asociación de Fabricantes de Intercambiadores de Calor Tubulares (TEMA), con algunas modificaciones, dependiendo del país. Esta asociación ha desarrollado una nomenclatura para designar los tipos básicos de intercambiadores de calor de carcasa y tubos. En este sistema, cada intercambiador se designa con tres letras, la primera indicando el cabezal delantero, la segunda el tipo de carcasa, y la tercera el cabezal posterior.

Calculo de Intercambiadores de calor:
El primer paso es delimitar el problema tanto como sea posible inicialmente, esto es, definir para las corrientes: caudales, presiones, temperaturas, propiedades físicas, ensuciamiento, pérdidas de presión admisibles, etc. Luego se procede a seleccionar valores tentativos para los parámetros más importantes de diseño, tales como longitud y diámetro de los tubos (teniendo en cuenta las pérdidas de presión y las vibraciones que se producirán), el arreglo del banco de tubos, el espaciamiento entre deflectores, la cantidad de pasos y cantidad de carcasas en serie. Con estas dimensiones, se tiene el valor de un área inicial supuesta.

Con estos valores se efectúa la evaluación térmica del intercambiador, dando como resultado un valor del coeficiente global de transferencia de calor. Este puede obtenerse mediante la combinación de correlaciones que dependen de los parámetros seleccionados. Con este valor, se procede a calcular un nuevo valor de área requerida. El procedimiento es más preciso en la medida que lo es el cálculo del coeficiente global de transferencia de calor. Este es un valor que depende del coeficiente de transferencia de calor por convección en el interior y exterior de los tubos, que a su vez de las propiedades de los fluidos. Si bien la definición de dichos coeficientes en el lado de los tubos es bastante precisa con las correlaciones actuales, no lo es tanto para el lado de la carcasa.

En general, puede enumerarse una serie de pasos, como sigue:
  1. Comprobar el balance de energía, se deben de conocer las condiciones del procesamiento, caudales, temperaturas, presiones, propiedades físicas de los fluidos.
  2. Asignar las corrientes al tubo y carcasa.
  3. Dibujar los diagramas térmicos.
  4. Determinar el número de intercambiadores en serie.
  5. Calcular los valores corregidos de la diferencia media de temperaturas (MTD).
  6. Seleccionar el diámetro, espesor, material, longitud y configuración de los tubos.
  7. Estimar los coeficientes de película y de suciedad. Calcular los coeficientes globales de transmisión de Calor
  8. Calcular la superficie de intercambio estimada.
  9. Seleccionar el tamaño del casco (utilizando dos pasos en tubo).
  10. Calcular las pérdidas de presión en el lado del tubo y recalcular el número de pasos para cumplir con las pérdidas de presión admisibles.
  11. Asumir la separación entre desviadores y el área de paso para conseguir la pérdida de presión en casco admisible.
  12. Recalcular los coeficientes de película en el lado del tubo y del casco utilizando las velocidades másicas disponibles.
  13. Recalcular los coeficientes globales de transmisión de calor y comprobar si tenemos suficiente superficie de intercambio.
  14. Si la superficie de intercambio es muy grande o muy pequeña revisar los estimados de tamaño de carcasa y repetir las etapas 9-13.


 VIDEOS:

En los siguientes videos, la Dra. Isabel Lamas explica como se calculan los intercambiadores de calor, agradecemos su amabilidad por darnos permiso en publicarlos en esta página.



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jueves, 16 de julio de 2020

Petrolero Andros Patria (1970 - 1979)

El petrolero Andros Patria, cargado con 210.000 toneladas de petróleo, y navegando próximo a la costa a la altura de Malpica de Bergantiños, sufrió el 31 de diciembre de 1978 daños estructurales en el medio de un fuerte temporal. Provocando el vertido de 60.000 toneladas de crudo y el incendió de la nave, de 33 tripulantes solo se salvaron 3.

El petrolero Andros Patria (IMO 7027124) había sido construido por Ishikawajima-Harima en su astillero de Yokohama (Japón), siendo entregado en octubre del año 1.970. Era un petrolero del tipo VLCC (Very Large Crude Carrier), con una eslora total de 323,70 m, 48,20 m de manga, 24,80 m de Puntal y un calado de 19,20 m a plena carga. Su máquina propulsora estaba constituida por Turbinas de Vapor con una potencia de 20.888 KW. El buque era propiedad de la Oceanic Oil Transport Corporation de El Pireo y navegaba bajo bandera griega.

Características del petrolero Andros Patría:
Name
ANDROS PATRIA
IDNo / IMO
7027124
Year
1970
Flag
GRC
Owner
Seas Tpt Corp.
Type
Tanker
Tons
99460
DWT
215212
LOA
323,70
LPP
310,00
Beam
48,20
Dept
24,80
Draft
19,22
Machinery
1ST-17.0
kW
20888
ShipDesign
VLCC
Builder
Ishikawajima-Harima
Yard
Yokohama
Yard No
2058
Country built
JPN
Keel
-
Launch
07.07.1970
Completed
10.1970
Subsequent History
Scrapped after beiing damaged ( Tank explosion, cracks in shipshull) at 43.31 N / 9.37 W on 31.12.1978 ( 34 Dead ) [ Voyage Kharg Island - Europoort, crude oil ].
End
1978
Disposal Data
Scrapped at Barcelona 19.06.1979


  • Secuencia de acontecimientos iniciados el 31 de diciembre de 1978 (fuente: “Hablamede Barcos")
El petrolero Andros Patria de bandera griega, perteneciente, junto con sus gemelos el Andros Master, Andros Texas y Andros Apolon, a la flota de la Oceanic Oil Transport Corporation de El Pireo, transportaba un cargamento de crudo de 208.000 TM, procedente del Golfo Pérsico y con destino a Rótterdam.

Era un 31 de Diciembre de 1.978, cuando los 31 tripulantes, más la esposa del Capitán, Georgios Sarrios y el hijo de ambos de 2 años de edad, se disponían a celebrar el fin de año, en medio de un fortísimo temporal (con fuerza 9), cuando a las 19:20 un fuerte golpe de mar produce una brecha de unos 20 metros de largo a la altura del tanque nº 3 de babor, por donde inmediatamente empezó a salir petróleo sobre la cubierta y al mar. El ruido del golpe y una cierta dificultad para gobernar el buque, alertan a capitán y tripulación, que comunican a tierra esta circunstancia y emiten un mensaje de socorro solicitando inmediata ayuda.

A las 21:20, en una atmósfera de gases de hidrocarburo, y con un vertido sobre cubierta, la fricción entre las chapas rotas produce la chispa que provoca una tremenda explosión y posterior incendio. Ante esta crítica situación, el capitán ordena el abandono del buque, embarcando todos en botes y balsas salvavidas, a excepción de tres tripulantes; el contramaestre, el bombero y el jefe de máquinas, que deciden quedar a bordo, por si pueden hacer algo.

El Andros Patria se encontraba a unas 20 millas del puerto coruñés de Malpica. Al lugar acudieron varios pesqueros y mercantes que se encontraban en la zona, así como un guardacostas y un remolcador de la Armada. Lo que se encontraron fue un espectáculo dantesco, el petrolero ardiendo, rodeado de manchas de petróleo, también en combustión, en medio de una mar arbolada que dificultaba enormemente la labor de rescate. Pronto encontraron, un bote y una balsa, pero volcados y vacíos. Los cadáveres aún tardarían en aparecer. En total 11 muertos y 19 desaparecidos. Solamente se salvaron los tres tripulantes que decidieron quedarse a bordo.

A las 22:50 los barcos que habían acudido en auxilio del Andros Patria, notan que el fuego a bordo empieza a remitir, quedando extinguido ya de madrugada del día 1 de Enero de 1.979.Ya de día, un helicóptero del SAR, logra sacar del barco a los tres tripulantes vivos, al tiempo que situaba sobre cubierta a varios miembros del equipo de salvamento.

El salvamento fue adjudicado al especialista holandés Wijsmuller, e inmediatamente sus remolcadores Thiphoon y Loodzee se hicieron cargo del barco. Una vez completamente sofocado el fuego y estabilizado el petrolero, solicitó a las autoridades españolas y portuguesas, un lugar donde poder meter el barco y trasvasar el crudo que había a bordo a los petroleros de la BP, British Dragon y British Promise, solicitud que fue denegada por España y Portugal, y seguidamente por Francia e Inglaterra.

En esta situación fueron alejando el Andros Patria hacia el Sur buscando la mar en calma para poder efectuar el trasvase, operación que iniciaron 250 millas al sur de las islas Azores el día 21 de Enero. Ante un nuevo empeoramiento del tiempo, siguieron más al Sur para completar la operación el 9 de Febrero 200 millas al NW de las Islas de Cabo Verde. Finalizado el trasvase es remolcado a Lisboa para su posible recepción en los Astilleros de gran capacidad Lisnave.

El 19 de Febrero, evaluados los daños y coste de la reparación se decide desguazar el buque, lo que se hace en Barcelona a partir del 12 de Julio.

El vertido se estima entre 40.000 y 60.000 TM, y una primera gran mancha fue tratada con dispersantes químicos a 12 millas de la costa. Aunque los vientos dominantes alejaron inicialmente el petróleo de la costa más próxima, la marea negra se extendió hacia el Este y el Norte. La zona afectada fue la costa entre el puerto de Bares de A Coruña, en Mañón, hasta Burela, en Lugo, con parches de hasta 20-30 cm de espesor en playas como Barqueiro u O Vicedo. La marea negra llegó al río Sor hasta un kilómetro tierra adentro, y cubrió las playas de Doniños, San Xurxo, Ponzos y Covas en Ferrol, que estaban completamente impregnadas de lodo. También llegó a las playas asturianas.

La flota pesquera se vio obligada a atracar, pero los marineros no recibieron asistencia financiera. El impacto ambiental se sintió desde el principio, con la muerte de miles de aves. El accidente también provocó un debate en la sociedad sobre la falta de recursos en este tipo de catástrofe.

  • Noticia publicada en la revista Interviú, nº 139, publicada del 11-17 de enero de 1979



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jueves, 9 de julio de 2020

C.S.S. Stonewall (1864)

El C.S.S. Stonewall (traducido como "muro de piedra"), fue un buque acorazado perteneciente a la armada de los "Estados Confederados de América", el cual desapareció tras sucumbir ante el más poderoso "Estado de La Unión" durante la Guerra de Secesión de América, librada en los Estados Unidos desde 1861 hasta 1865. Éste fue el único buque de guerra acorazado que poseía la Armada Confederada. Pero llegó demasiado tarde para ser utilizado en la Guerra Civil entre los estados.


El buque fue construido en Burdeos (Francia) para la Armada Confederada. Sin embargo Napoleón anuló la venta a los Confederados y el barco fue vendido a la Armada de Dinamarca. Sin embargo posteriormente los daneses rechazaron el pago por lo que el C.S.S. Stonewall fue vendido secretamente a la Confederación.

El buque tenía las siguientes características:
C.S.S. Stonewall
Astillero
L'Arman, Burdeos, Francia
Botadura
21 de junio de 1864
Asignado
25 de octubre de 1864
Tipo
Ironclad con espolón
Desplazamiento
1358 t
Eslora
59 m
Manga
9,6 m
Calado
4,34 m
Blindaje
• Cinturón Principal: 89 a 124 mm
• Torretas: 124 mm
Armamento
• 1 Cañón Armstrong de 300 libras
• 2 Cañones Armstrong de 70 libras
Propulsión
• 2 Máquinas de vapor alternativas
Potencia
1200 hp (890 kW)
Velocidad
10,5 nudos (19,4 km/h)
Tripulación
135 marinos
Capacidad
35 t de carbón

En las imágenes siguientes se ve el buque blindado CSS Stonewall en dique, probablemente en Francia. Se observa su imponente espolón, arma muy eficaz contra buques de madera, que serían hundidos tras la potente embestida de sus 1.358 toneladas, impulsadas por dos hélices accionadas por sendas máquinas alternativas de vapor. La velocidad máxima a motor era de 10,5 nudos, una velocidad bastante elevada para la época. No obstante también contaba con dos palos que podían desplegar un importante aparato vélico para navegaciones de tránsito.


Incidente en Ferrol (1865):
El C.S.S. Stonewall zarpó de Francia con la idea de cruzar el océano Atlántico lo antes posible, pero mientras navegaba por el Golfo de Vizcaya, el Stonewall se metió en una tormenta y el Capitán Thomas Jefferson Page puso rumbo al abrigado puerto español de Ferrol. La imagen siguiente fue realizada dentro de la Ría de Ferrol en 1865.


El C.S.S. Stonewall permaneció en Ferrol hasta marzo de 1865. Mientras tanto, dos buques de la Unión, las fragatas USS Niágara y USS Sacramento habían llegado y anclado en La Coruña, con el objetivo de interceptar y destruir el buque blindado confederado. 

El 24 de marzo de 1865, el Capitán T.J. Page salió de Ferrol para enfrentarse a las dos fragatas de la Unión Niágara y Sacramento. Oliendo la sangre que se avecinaba una multitud de personas se reunió en las colinas con vistas a la costa para observar la acción naval. Sin embargo, se sentirían decepcionados porque los barcos de la Unión, al no estar blindados, viendo llegar el Stonewall decidieron poner pies en polvorosa y salir pitando con rumbo a mar abierto para perderse en el horizonte.

Posteriormente el C.S.S. Stonewall cruzó el Atlántico con la intención de atacar la base de La Unión en Port Royal, Carolina del Sur. Cuando llegó al puerto de La Habana, Cuba, se enteró de que la guerra había terminado, por lo que fue entregado a las autoridades españolas que más tarde entregaron el barco a los Estados Unidos.
 
 

Algún tiempo después el C.S.S. Stonewall se vendió a los japoneses en 1867, donde pasó a llamarse Kotetsu y más tarde, bajo el gobierno imperial japonés, pasó a llamarse Azuma. Azuma sirvió como unidad activa de IJN hasta 1888. 

El C.S.S. Stonewall ha sido un buque con una larga y aventurera historia que viene recogida en diferentes páginas todas ellas en idioma Inglés, tales como las siguientes: CSS Stonewall (Military Factory) y The CSS Stonewall: The life story of an ironclad.


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sábado, 20 de junio de 2020

Curso de Rhinoceros 3D para el sector naval

Estimados lectores, me gustaría presentarles el Curso de Rhinoceros 3D para el sector naval, que imparte en modalidad online la plataforma educativa Technical Courses

Este curso cuenta con 30 horas lectivas y su duración es de 6 semanas, al finalizar el mismo se emitirá el correspondiente diploma-certificado para acreditar los conocimientos adquiridos. Dirigido a Ingenieros navales, ingenieros técnicos navales, arquitectos navales, diseñadores industriales y de producto, profesores, estudiantes, y en general a toda aquella persona interesada en la creación de diseños 3D para el sector naval.

El objetivo de este curso es capacitar al alumno para realizar el modelo 3D del casco de un buque a partir de un plano de formas. Para ello se proporcionan los conocimientos y técnicas avanzadas de modelado en base a casos prácticos. Durante el curso se realizarán diversos ejercicios prácticos al finalizar cada bloque, y además se realizará el modelado 3D de una embarcación de recreo completa donde se aplicarán todos los conocimientos adquiridos durante el curso.

Rhinoceros 3D es una herramienta para modelado en 3D basado en NURBS. Lo creó Robert McNeel & Associates, últimamente se ha ido popularizando en las diferentes industrias, por su diversidad, funciones multidisciplinares y el relativo bajo costo. Las extensas opciones para importación y exportación en el programa es una razón del crecimiento de su uso. La gran variedad de formatos con los que puede operar, le permite actuar como una herramienta de conversión, permitiendo romper las barreras de compatibilidad entre programas durante el desarrollo del diseño. Hay disponibles varios agregados (add-ons), también desarrollados por Robert McNeel & Associates, para el renderizado fotorrealístico raytracing (Flamingo) y Keyshot, en renderizado no fotorrealístico (Penguin) y la animación (Bongo). Existen también la versión RhinoMarine, que se adapta a las características especiales requeridas por los diseñadores navales incluidos los apéndices, las superficies desarrollables y el análisis de curvaturas, etc. Además Rhinomarine tiene el complemento ORCA3D que es un plug-in externo que ofrece un paquete completo de herramientas especializadas para el diseño naval y el análisis en Rhino. 

Una de las ventajas que aporta el Rhinoceros 3D como modelador de cascos de buques, es su facilidad para aprender a manejarlo, y que permite ajustar mucho más fácilmente que otros programas la geometría del casco a lo que necesita el diseñador. También tiene herramientas para realizar el alisado del casco (fairing) lo cual es indispensable para obtener un buen modelo 3D y que pueda ser utilizado posteriormente en la fase de análisis numérico.


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