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martes, 15 de agosto de 2023

Unidad flotante de perforación Discoverer Enterprise (1998)

En el mes de julio de 1998 tuvo lugar en ASTANO la entrega a Transocean Offshore Inc., de la unidad flotante monocasco de perforación de 5ª generación "Discoverer Enterprise", que fué la mayor construida hasta la fecha en el mundo. Posteriormente se hicieron dos unidades más, las "Discoverer Spirit" y "Discoverer Deep Seas", prácticamente gemelas a la primera unidad.


Atrás quedó el accidente producido el 14 de enero de 1998 cuando, el "Discoverer Enterprise" rompió las amarras a causa del fuerte temporal de viento, con rachas huracanadas que alcanzaron los 181 km/h, y fue a colisionar contra el puente de As Pías de Ferrol, destrozando totalmente más de cien metros del mismo. Las condiciones meteorológicas hicieron prácticamente imposible cualquier maniobra de los remolcadores para frenar el avance de la unidad Offshore hacia el puente.


La unidad fue contratada en julio de 1.996 por Sonat Offshore Drilling (posteriormente Transocean Offshore Inc.) que había firmado un contrato de perforación con Amoco para un periodo mínimo de tres años, que comenzaría en el último trimestre del año 1998. Transocean Offshore Inc. quería una unidad que pudiera incorporar doble actividad de perforación (dos equipos de perforación completos). Se estuvo considerando la conversión de un petrolero Aframax del que tenía una opción de compra pero, después de la realización del estudio correspondiente, ASTANO le persuadió de que, en términos de coste y plazo de construcción, era ventajosa la construcción de una unidad nueva.

El estudio realizado por ASTANO tuvo en cuenta factores tales como la vida de operación en el campo y las dimensiones de moonpool requeridas, que parecían algo grandes para el petrolero. Además, los requerimientos de capacidad de carga variable en cubierta, de 20.000 tons a 10 m de altura sobre cubierta, era un factor importante a la hora de tomar la decisión. 

El diseño, que había realizado ASTANO con la colaboración de Transocean, presentó muchos desafíos debido a los requisitos de geometría, características esenciales del comportamiento, y modo de construcción. Se utilizaron métodos de diseño tradicionales así como programas de análisis con elementos finitos FEM en 3D y una amplia gama de ensayos de modelos.

La unidad fue diseñada para permanecer en servicio durante largos periodos sin entrar en dique y, por tanto, estaba preparada para la inspección bajo el agua y para que los propulsores azimutales pudieran desmontarse a flote sin medios externos.


 

Características principales:

  • Construcción nº 275 Astilleros y Talleres del Noroeste S.A. (ASTANO, S.A.)
  • Tipo: FPSO (Floating Production Storage and Offloading vessel), doble casco y dinámicamente posicionado. 
  • Botadura: 12/12/1997 y Entrega: 06/08/1998 
  • Dimensiones principales: eslora total 254,4 m, la eslora entre perpendiculares 240,0 m, manga de trazado 38,0 m, puntal de trazado 19,0 m, calado de diseño 12,0 m, calado de escantillonado 13,0 m.
  • Potencia de los motores diésel: 52.800 Hp.
  • Potencia de los propulsores: 6 x 6.700 Hp.
  • Capacidad de almacenamiento de combustible es de 25.000 barriles. 
  • Capacidad de almacenamiento de crudo es de 120.000 barriles.
  • Velocidad: 10 nudos. 
  • Máxima profundidad de perforación: 10.668 m. 
  • Máxima profundidad de agua: 3.048 m. 
  • Condiciones operativas: Vientos de 80 nudos. Olas de 12 metros. 
  • Condiciones operativas en temporal: Vientos de 100 nudos. Olas de 15 metros, corrientes de 2,2 nudos. 
  • Helipuerto: Helicoptero Sikorsky S-61 o Chinook 234
  • Dotación: 200 personas 

 

Características de diseño:

La unidad "Discoverer Enterprise" combinaba una actividad única de perforación doble con unas formas modernas del casco resultando una unidad de perforación capaz de efectuar operaciones en todo el mundo en aguas de hasta 3.000 metros de profundidad, manteniendo su posición mediante seis prupulsores azimutales. La unidad estaba preparada para realizar una actividad de evaluación del pozo para lo que dispone de tanques de almacenamiento temporal de crudo.

En la definición de las formas del casco se procuró alcanzar un óptimo comportamiento hidrodinámico capaz de satisfacer el objetivo de la velocidad de tránsito de 15 nudos. También fue necesario tener en cuenta el momento transversal de inercia de la flotación al calado de diseño, con el fin de que la estabilidad fuese adecuada.

También fue de primordial importancia la necesidad de acomodar seis enormes propulsores azimutales , tres a popa y tres a proa. La evaluación del comportamiento hidrodinámico del barco a diferentes velocidades y calados se realizó en el canal MARIN, de Wageningen (Holanda), basándose en su experiencia sobre el empleo de varios propulsores. Con el fin de evitar el incremento de la resistencia debida a las olas dentro del moonpool, se ensayaron diferentes soluciones. 


El casco tiene instaladas quillas de balance de anchura y longitud adecuadas para reducir el balance que, como se ha mencionado anteriormente, es critico para la operación de perforación.

Los resultados de los ensayos de canal realizados se utilizaron para verificar las formas del casco, determinar el tamaño de los propulsores azimutales, y la capacidad de la planta de generación de potencia. Las mediciones adicionales tomadas durante los ensayos se usaron para estudiar un posible escenario de descarga de crudo y para medir el impacto de las olas y las fuerzas de slamming. Los resultados de los ensayos de resistencia y propulsión dieron lugar a una serie posterior de ensayos para medir la elevación de la ola en el moonpool.

La estructura del casco de la unidad "Discoverer Enterprise" fue diseñada para operación en la plataforma continental del Reino Unido y para un período de vida en servicio de 20 años.

El buque fue diseñado de acuerdo con las Reglas de la sociedad de clasificación Det Norske Veritas (MODU) para una vida de 20 años en las zonas de operación especificadas. Además, la estructura principal del buque, así como la subestructura y la torre de perforación han sido verificadas para que cumplan con una condición ULS asociada a una tormenta de invierno por el través, registrada en los últimos 50 años en el Mar del Norte.

La sección del cuerpo central fue diseñada para que se pueda alcanzar una continuidad adecuada en el área de la moonpool, es decir, minimizando la concentración de esfuerzos en las proximidades de las esquinas de la moonpool. Para evaluar el comportamiento estructural de los elementos más críticos se desarrollaron modelos de elementos finitos que cubrieran el área de la zona de carga así como la de la moonpool. Para la evaluación de la fatiga de las esquinas de la moonpool se utilizaron modelos de malla fina que cubrían las áreas de la cubierta y fondo.

Además de otras áreas estructurales que requerían cálculos por elementos finitos, en la interface entre la subestructura de la torre de perforación y la cubierta principal del buque se realizaron análisis exhaustivos para acomodar las grandes cargas (de casi 5.000 toneladas en la pata más cargada en la condición ULS) impuestas por la torre de casi 100 m de altura.


Instalaciones de perforación:

El aspecto más destacado de las instalaciones de perforación es el "Sistema Doble de Perforación", que mejora la eficiencia de perforación hasta en un 40%. Este sistema presenta dos áreas de perforación separadas 40' en el piso de perforación de 80' x 80'. Desde aquí, Transocean aplicó una nueva tecnología patentada, denominada Expedrill, que permitía la realización simultánea de diferentes tareas de perforación asociadas con un único pozo, Así, mientras que un área de perforación estaba trabajando, la otra podía usarse para tareas tales como cambio de BOPs, y cementado.

Reduciendo al mínimo las interrupciones se aceleran las operaciones de perforación, particularmente en aguas muy profundas donde las travesías requieren más tiempo, debido al mayor número de conexiones que han de realizarse entre el piso de perforación y el fondo del mar. Cuando los dos pozos se estén perforando a la vez se conseguirá mayor productividad. Esta tarea es factible por la capacidad de almacenamiento del barco, que incluye dos sistemas completos de lodo de 30.000 barriles.

Cada área de perforación estaba equipada con un "top drive", un "drawworks" de 4.000 Hp y compensadores del movimiento. El equipo de manejo de los tubos permite moverlos desde cada giratorio a la gran área de retroceso. Además del Piso de Perforación de Doble Actividad, la unidad  presenta otras mejoras en el sistema de perforación. Cuatro bombas de lodos trabajando en dos sistemas independientes permiten la capacidad de cambiar desde un sistema a otro sin pérdida de tiempo.

El armamento final con la torre de perforación se completó en el astillero Ingalls de Mississippi, EE.UU.


Generación y distribución de energía eléctrica:

La planta de generación de energía eléctrica está situada en dos cámaras de máquinas en popa sobre la cubierta principal, excepto el generador de emergencia que está situado en proa.

La planta está compuesta por 6 generadores diésel, cuatro de 7,5 MW, y los otros dos de 5 MW cada uno, que proporcionan una potencia total de 40 MW. El número de generadores que funcionan en cualquier momento se controla por un algoritmo dentro del sistema de gestión de potencia, que está equipado con una instalación de control de la carga para asegurar que no haya una desconexión progresiva de generadores cuando ocurra algún fallo en un grupo que esté en servicio o haya una sobrecarga repentina.

Los generadores están conectados a sus respectivas secciones en el cuadro eléctrico de popa de 11 kV. Todos los generadores pueden acoplarse en paralelo. El sistema de 11 kV está dividido en los cuadros de babor y estribor situados en cámaras separadas. La selección del voltaje de 11 kV se efectuó con el fin de reducir los niveles de cortocircuito y economizar en el dimensionamiento de los cables. Los principales usuarios de alto voltaje son los motores de los propulsores y los transformadores que alimentan los cuadros eléctricos de bajo voltaje.

El generador de emergencia con una capacidad de 2,5 MW y su cuadro asociado está situado en proa, sobre cubierta a babor y junto al bloque de acomodación, dentro de un espacio cerrado y aislado al fuego, cumpliendo con las Reglas y Reglamentos aplicables.


Sistema de propulsión y Posicionamiento Dinámico:

El sistema de propulsión consiste en 6 propulsores azimutales Aquamaster tipo UUS 7001, accionados por motores eléctricos de velocidad variable (3 a proa y 3 a popa), de 5.000 kW de capacidad cada uno, paso fijo, 4,1 m de diámetro, funcionando en una tobera PV patentada. Han sido fabricados por Kamewa Finland Ltd. Las unidades pueden ser desmontadas in situ para reparación o mantenimiento, sin necesidad de medios externos.

Uno de los propulsores de los espacios de maquinaria de proa y popa está separado de los otros dos, con el fin de mejorar la integridad en escenarios de fuego o inundación. 

El buque dispone de un sistema de control Aquapilot en el Puente de gobierno y de controles secundarios e indicadores para control individual de cada propulsor. El sistema de control tiene interfaces con el autopioto y sistema de posicionamiento dinámico DP.

Como complemento a los elementos activos del sistema de posicionamiento dinámico (los propulsores), la unidad va dotada con:
- Un sistema hidroacústico.
- Un sistema EMP (Environmental and Meteorological Performance) que registra los datos de dirección y fuerza de viento, corrientes, altura y dirección de olas, temperatura, humedad relativa, etc.
- Sistemas de posicionamiento por satélites.
 
 
 
Historia Operativa:
 
El barco operó en el Golfo de México bajo contrato con BP. El buque perforador disponía de equipos que le permiten procesar hidrocarburos, y era capaz de manejar hasta 15.000 barriles por día (2.400 m³/24h).​ 
 
 
El 3 de junio de 2010, varias semanas después de la explosión de la plataforma Deepwater Horizon, se utilizó al Discoverer Enterprise para recolectar petróleo y gas del pozo submarino dañado al bajar una tapa conectada a través de un tubo vertical de perforación sobre el escape y recolectar petróleo y gas.
 
Finalmente la unidad Discoverer Enterprise fue desguazada entre los años 2019 y 2020.


 
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lunes, 17 de julio de 2023

Indicador de diagramas mecánico

Los diagramas indicados son la representación gráfica de la evolución de la presión en el interior del cilindro en función del volumen de éste a lo largo de un ciclo completo de trabajo. Los diagramas indicados son muy útiles para la evaluación de las condiciones de funcionamiento de un motor de combustión interna. Se llaman diagramas indicados porque son los obtenidos a partir de un mecanismo llamado indicador de diagramas del cual existen diversos tipos, antiguamente se utilizaba el instrumento mecánico que actualmente ha sido sustituido por los instrumentos electrónicos.

En primer lugar, para poder usar un indicador de diagramas se requiere que el motor disponga de una conexión tipo Thompson en la culata del cilindro, para tomar la presión en el interior de éste durante su funcionamiento. Esta toma se encuentra aislada durante el funcionamiento normal mediante una válvula.

La información obtenida por medio de los diagramas indicados es fundamental para saber cómo se está realizando el proceso de combustión en cada cilindro, determinar cual es el ajuste de la inyección, detección de anomalías, desgastes, obtención de la potencia indicada, y en general, constituye una herramienta indispensable para diagnóstico de averías en motores de combustión interna.

Los diagramas indicados pueden clasificarse en:

1- Diagramas abiertos, para analizar el proceso de combustión.

2- Diagramas cerrados, para calcular la presión media indicada y la potencia indicada.


Otra información importante es la presión máxima de combustión, y la presión de compresión, ambas presiones deben ser controladas y deben corresponder con los valores dados por el fabricante del motor, en caso contrario son indicadores de alguna anomalía importante en el funcionamiento del mismo.

El diagrama indicado puede representarse abierto o cerrado tanto para los motores de dos tiempos como de cuatro tiempos. Si en las abscisas se representan los grados de giro del cigüeñal habrá que tener en cuenta que en un diagrama abierto de un motor de cuatro tiempos el ciclo se extenderá 720º (dos vueltas) mientras que el de un motor de dos tiempos se extenderá 360º (una vuelta).

En el diagrama indicado cerrado de un motor de cuatro tiempos hay que tener en cuenta que la curva descrita nos produce dos áreas cerradas y que el trabajo total desarrollado no es la suma de las dos áreas, sino que estas se deben restar, pues el área del lazo más pequeño produce un trabajo negativo, correspondiendo con las carreras de escape y admisión.

El indicador mecánico consiste en un cilindro de papel sobre el cual un trazador cargado por medio de un resorte es movido arriba y abajo por medio de un émbolo. El espacio cilíndrico bajo éste émbolo está conectado a la cámara de compresión del cilindro por medio de un conducto de corta longitud de modo que el émbolo se mueve de acuerdo a las variaciones de presión sobre el émbolo del motor. 

El movimiento alternativo del émbolo se efectúa en contra de un resorte cuya oposición es proporcional a su tensión la cual se especifica en mm/bar o mm/(Kg/cm²).

Para motores Diésel lentos la escala usual es de 0,5 a 1,2 mm/bar por lo que los diagramas son de tamaño reducido. El movimiento del émbolo es amplificado por medio de palancas hasta que lo recibe el trazador.

El trazador se halla en contacto con el papel que está colocado sobre un tambor cilíndrico que gracias a un cordel y un resorte antagonista se mueve alternativamente a derecha e izquierda, algo menos de una revolución, en concordancia con el movimiento del tren alternativo. De este modo el sentido de rotación del tambor cambia cada vez que el émbolo pasa por sus puntos muertos. En el caso de motores de gran tamaño se simula el movimiento del tren alternativo con una excéntrica exterior para cada cilindro sobre el eje de camones. 


Descripción de un Indicador mecánico MAIHAK:
Consiste en un pequeño émbolo A que se desliza muy ajustado en el cilindro B. El émbolo va dotado del vástago V, que presenta una hendidura sobre la que actúa un resorte R, oponiéndose al movimiento del émbolo, apoyando el otro extremo del resorte en la parte fija del aparato.

Sobre el brazo D, tenemos el tambor E, que por el eje F, va fijo con la roldana G, que le comunica un movimiento rotativo alternativo. Este movimiento se consigue conectando la roldana mediante un cordón a una pieza móvil del motor ya dispuesta para el caso, y generalmente situada sobre los ejes de levas; con el fin de que el tambor recupere siempre su posición, lleva en el interior un resorte de recuperación que actúa al variar el tiro del cordón que le da movimiento.

Un sistema de palancas a-b-d, que se mueve accionado por el émbolo A, lleva en c un estilete o punta de marcar que se desliza sobre la superficie del tambor. En unas pletinas que lleva el tambor se coloca el papel en el que se va a trazar el diagrama, donde apoyará el estilete c. Mediante la tuerca C, el indicador se afirma a la rosca del tubo de la válvula indicadora.

Afirmando el indicador se conecta el cordón de la polea G a la pieza móvil destinada, y abriendo la válvula indicadora ponemos en comunicación el indicador con el cilindro, y el aparato entrará en funcionamiento con los movimientos combinados del émbolo y tambor; entonces apretando suavemente la punta de marcar, nos trazará sobre el papel el diagrama indicado.

Trazado el diagrama, se cierra la válvula indicadora, se desconecta el cordón de accionamiento y se desmonta el aparato.

El fabricante del equipo da la relación entre el incremento de presión y la distancia vertical que cubrirá el marcador. Se conoce a esta relación como la constante del muelle. Como el indicador puede aplicarse a motores que trabajen a distintas presiones, va dotado de una serie de resortes R, en los que está grabada su presión de trabajo, debiendo elegirse el más indicado en cada caso.

 
 


Procedimiento para la toma de diagramas:
La toma de diagramas siempre se ha de realizar después de que el motor haya trabajado un tiempo a plena potencia para tener la seguridad de que la combustión es la correspondiente a funcionamiento normal.

Cuando se desea averiguar la potencia, los diagramas se deben de tomar a velocidad e índice de carga constantes en lo posible (régimen estacionario), por ejemplo con la mar lisa y tras trabajar el motor durante 10 horas las variables del motor se hallan estabilizadas.

Es conveniente que el trazado de los diagramas a plena potencia sea bueno para una diagnosis correcta. Asimismo la distribución de las cargas y la altura de los diagramas deben ser prácticamente los mismos entre los distintos cilindros. Por ello es necesario que se preste atención a la hora de tomar los diagramas, pues de su exactitud depende la evaluación.

Un indicador de diagramas es un instrumento de precisión y por lo tanto debe ser tratado con mucho cuidado si se precisa obtener resultados razonables. Para la toma de diagramas el indicador debe ser colocado lo más próximo posible al cilindro. Antes de colocar el indicador es imprescindible que los conductos y grifos sean soplados con el fin de arrastrar las impurezas como hollín, agua condensada y aceite las cuales pueden interferir en la transferencia de presión entre el cilindro y el indicador llegando incluso a averiarlo. Al montarlo deben apretarse bien los prensaestopas de las válvulas de toma del indicador.

Las partes móviles del indicador, como el émbolo y su guía, deben lubricarse adecuadamente y se dejará un tiempo sobre la culata hasta que suba su temperatura. Como prueba, el resorte del indicador se quita y se acciona el indicador manualmente. Una vez lubricado el émbolo debe caer por su propio peso, deslizándose verticalmente en su guía. Se deberá lubricar al menos cada cinco diagramas con el aceite recomendado por el fabricante. Asimismo ha de ser limpiado y aceitado después de su uso cuando vaya a guardarse. 

El papel del indicador debe montarse bien firme al tambor para que el diagrama no salga distorsionado. La punta del trazador debe estar correctamente redondeada y no debe ejercer excesiva presión sobre el papel, justo la suficiente para obtener una fina línea. Con papel encerado se obtiene una reducida fricción.

El camino del cordel debe ser lo más sencillo posible y sin tramos curvos. Cuando sea necesario se utilizarán poleas. Los tramos horizontales han de ser cortos para evitar la flexión del cordel y la tensión debe ser ajustada para que el tambor no toque los extremos. Si no se tensa correctamente el diagrama saldrá distorsionado.

Antes de nada se debe probar el sincronismo entre el tambor y el tren alternativo. Para ello se desconecta la bomba de combustible del cilindro y trazando un diagrama de compresión. Si la línea de compresión y la posterior de expansión no coinciden puede ser debido a un defecto de acoplamiento entre el indicador y el tren alternativo aunque también puede deberse a un retardo en el movimiento del émbolo del indicador en cuyo caso se deberá limpiar y lubricar. Otra causa de formación de lazo pueden ser las pérdidas a través de los aros del émbolo del motor resultando una línea de expansión por debajo de la de compresión. Desde un punto de vista teórico, debido al calor evacuado por la refrigeración, la línea de compresión irá siempre por encima.

Cuando todo se encuentra satisfactoriamente dispuesto, se embraga el indicador y se abre la válvula para que la presión del cilindro llegue al indicador. La punta del trazador es cuidadosamente apoyada sobre el papel y el diagrama indicado p-v es dibujado. Cuando se completa el trazado el indicador es desembragado de la excéntrica lo más deprisa posible a la vez que se cierra la válvula. A continuación se conecta con la atmósfera, se embraga y se pone en contacto de nuevo con el papel trazando la línea de presión atmosférica. Se desembraga y el papel se retira del tambor. Importante no dejar calentar excesivamente el indicador con demasiadas explosiones, ya que ello puede derivar en la obtención de diagramas defectuosos.

 
Inmediatamente después se aconseja anotar en el diagrama: nombre del buque, fecha y hora, régimen de giro, escala de presiones del resorte utilizado, F.O. utilizado, Nº de cilindro, presión y temperatura de aire de barrido y del aire ambiente.

Después de haber tomado diagramas de todos los cilindros, debe desmontarse el instrumento y limpiar cuidadosamente todos sus componentes, posteriormente lubricar sus partes móviles, especialmente el émbolo, con el aceite recomendado por el fabricante.

Ejemplos de "Diagramas indicados" de motores de cuatro y dos tiempos (del libro Motorista Teórico Práctico - Valle Collantes):

 

 

AUTOR:

- Carlos Rodríguez Vidal (Doctor en Energía y Propulsión Marina por la Universidad de La Coruña)


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lunes, 19 de junio de 2023

Motores marinos dual-Fuel con Metanol

En el Sector naval, en este momento, el metanol es la alternativa por la que apuestan todas las grandes navieras. Los fabricantes de motores están incorporando versiones en sus gamas actuales para usar metanol como combustible. La tecnología requerida no entraña una dificultad técnica demasiado elevada, por lo que es la opción más rentable y que menos riesgos tiene, por lo que está siendo la solución más utilizada por los armadores que encargan nuevos pedidos de buques.


 

Como combustible de transición, el metanol cuenta con el apoyo de la Organización Marítima Internacional (OMI) en su reciente adopción de pautas de manipulación segura bajo el Código IGF para combustibles de baja combustión. La adopción del GNL como combustible para motores marinos allanó el camino del metanol, y la adopción de éste puede ser un modelo a seguir para el objetivo del uso de combustibles libres de carbono (no emisores de CO2) en el futuro, como pueden ser el amoniaco y el hidrógeno. La OMI, por medio del convenio MARPOL, Anexo VI, es donde se regulan las emisiones en el transporte marítimo.


 

El fabricante MAN B&W dispone entre su gama de motores diesel lentos del modelo ME-LGIM (motor dual-fuel con inyección de methanol) que ha sido desarrollado para utilizar como combustible una mezcla de Marine Diésel Oil y metanol, lo cual le permite realizar la combustión con menores emisiones contaminantes, y de esta forma poder cumplir con las nuevas normativas medioambientales.


 
Un motor que utilice Metanol como combustible podría alcanzar una reducción de emisiones, comparado con un motor convencional de HFO (fuel oil pesado) que cumpla la TIER II de; 90-95 % de reducción de SOx, 30-50 % de reducción de NOx, 5 % de reducción de CO2 y 90% de reducción de PM. 

Los motores del tipo Dual-Fuel (doble combustible), son los que permiten quemar una mezcla de dos combustibles diferentes. En este caso en la cámara de combustión se inyecta una cantidad de diésel-oil piloto (aprox. 5% de MDO) y el resto del combustible inyectado es Metanol. En caso necesario el motor puede funcionar de forma satisfactoria solamente con MDO o con diferentes porcentajes de mezclas de MDO y Metanol, el sistema de gestión electrónica del motor regula la cantidad a inyectar de de la combinación de ambos combustibles en todo momento, según las condiciones de operación del motor.

 
El esquema conceptual del sistema de combustibles de un motor Dual-Fuel MAN ME-LGIM;

 

Las funcionalidades del ME-LGIM incluyen:

  • Inyectores unitarios, las llamadas válvulas de inyección booster LGI, para inyección de metanol (FBIV-M) en la cámara de combustión alrededor de la parte superior del punto muerto superior (TDC)
  • Sistemas de control hidráulico para controlar el funcionamiento de la válvula de refuerzo de combustible LGI
  • Sellado de la unidad de suministro de aceite montada en el motor para asegurarse de que no hay fuga de metanol en el sistema de inyección de combustible.
  • Tubería de doble pared para distribuir metanol individualmente a cada cilindro.
  • Sistema de drenaje y purga para eliminación rápida y fiable del metanol del motor.
  • Además del control del motor (ECS), un sistema de seguridad monitorea la inyección de metanol y combustión, y asegura que el motor vuelve a funcionar con gasóleo en caso de alarmas.
  • El tren de válvulas de combustible (FVT) proporciona una función de bloqueo y purga entre el sistema de suministro de combustible y el motor.
  •  Suministro de metanol completamente automatizado con sistema de purga incorporada.

El diseño de tuberías para el suministro de combustible de metanol se basa en un concepto de doble barrera. Esto significa que una segunda capa encapsula todo el metanol dentro de la sala de máquinas. La tubería exterior está ventilada hacia la atmósfera exterior para eliminar el riesgo de una fuga de metanol a, por ejemplo, la sala de máquinas y para permitir la detección de una fuga del tubo interior con sensores de hidrocarburos (HC).

El sistema de combustible diésel no ha sido alterado significativamente en un motor LGI en comparación con un motor ME estándar.


METANOL: Su fórmula es CH3OH.  Conocido también como alcohol metílico, es el alcohol más sencillo. A temperatura ambiente se presenta como un líquido de baja densidad (791,8 kg/m³), incoloro, inflamable y tóxico que se emplea como anticongelante, disolvente y combustible. El metanol es interesante porque el bio-metanol y el e-metanol se pueden producir a partir de una amplia variedad de biomasas y materias primas de energía renovable, y se pueden mezclar con metanol elaborado a partir de combustibles fósiles.

 
 A temperatura ambiente y presión de 1 bar se mantiene en estado líquido y, junto a su baja viscosidad, lo hace un combustible fácilmente almacenable y transportable. Es el combustible con mayor porcentaje de moléculas de hidrógeno por carbono en su composición, encontrándose en estado líquido en condiciones ambientales normales. Su poder calorífico inferior es de 19.900 kJ/kg, valor mucho más bajo que los 40.500 KJ/kg del HFO.
 
La sociedad de clasificación American Beureau of Shipping (ABS) ha publicado una guía que proporciona criterios de clasificación para el uso de metanol y etanol a bordo del buque con el objetivo de reducir posibles riesgos para el buque, sus elementos y la tripulación a bordo

Una de las desventajas más grandes del Metanol reside en que actualmente su producción se realiza a través de la conversión catalítica entre el CO y el H2 durante el reformado del gas natural o la gasificación del carbón. La solución más conveniente para este combustible es el E-metanol, que consiste en la síntesis del hidrógeno producido por electrolisis a través de fuentes renovables y el CO2 capturado de muchos de los sectores industriales a nivel mundial.

AUTOR:

- Carlos Rodríguez Vidal (Maquinista Naval y profesor en Technical Courses)


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sábado, 13 de mayo de 2023

Las pinturas anti-incrustantes (antifouling)

Además del aspecto decorativo, la misión de la pintura es la protección de cualquier zona de un barco, tanto de la obra viva como de la obra muerta o la cubierta. En la obra viva, que es la parte sumergida del barco, es muy importante el revestimiento aplicado ya que además de proteger el casco de la corrosión, proporcionará protección frente a las incrustaciones marinas, que pueden ser de tres tipos; algas, limo y orgánicas (seres vivos que pueden ser no calcáreas y calcáreas). Evitando el ensuciamiento del casco se consigue un buen deslizamiento de la nave por el agua (más velocidad y menos consumo de combustible). Las pinturas anti-incrustantes, comúnmente llamadas “Antifoulling” o ”Patente”, son un producto que contiene biocidas para prevenir la adherencia y el crecimiento de organismos, microorganismos, flora y fauna marina en general. 

Los primeros registros documentados sobre el problema de la “suciedad” que se acumulaba en los cascos de embarcaciones llegan desde el siglo IV antes de Cristo, mencionando galeras fenicias utilizando cera, brea y asfaltos para embadurnar los maderos de la obra viva, ocasionalmente acompañados por arsénico y azufre molidos. Según Plinio el Viejo (23 - 79 d. C), en Grecia utilizarían para las naves un ungüento formado de pelos de animales mezclado con cera, aplicada a la madera usando hierros calientes.

Para los antiguos, el objetivo no era tanto combatir la fauna marina (el biofilm) que se depositaba en la madera, sino la obstinada fijación al casco de los peces rémora (Remora remora) que, según aseguraban, llegaban a detener la marcha de una nave. No obstante, el historiador Plutarco (46 - 120 d.C) dudaba de semejante leyenda y achacaba la lentitud que acechaba a las embarcaciones a la presencia de “cieno, hierbas marinas y suciedades” adheridas, invitando a rascar los maderos sumergidos cada cierto tiempo.
 
El sebo, la cera, el alquitrán o el betún, junto con las pieles de animales, serían los recubrimientos habituales en la obra viva hasta el siglo XV para las flotas de Inglaterra, Aragón y Venecia, aunque en el Portugal de Enrique el Navegante recurrirían al sistema de carbonizar el forro de los cascos hasta los dos o tres centímetros de profundidad. En el siglo XV empieza a generalizarse el uso de planchas de cobre para frenar la acción del gusano o “broma” (Teredo navalis), verdadero azote de las naos de exploración europeas a lo largo de los siglos XVI y XVII en mares tropicales.
 
En sus travesías oceánicas, carabelas y naos españolas (como la Pinta y la Victoria) y francesas recurrieron al chapado con plomo, sujeto al casco sumergido mediante pernos o clavos de cobre de cabeza ancha. El emplomado, únicamente al alcance de los buques de travesía por su elevado coste, permanecería vigente hasta el siglo XVII, aunque con constantes variaciones y mejoras.
 
En 1665 se empezaba a sugerir cambiar las chapas de plomo por otras de cobre, mientras que dos años después se patentaba un artefacto de rodillos para prensar el plomo previamente molido y conformar delgadas hojas. No obstante, el problema de la corrosión galvánica empezaba a destrozar el hierro sumergido de clavazones y cintones de hierro de los timones. Los galeones del siglo XVII también recurren a este sistema de protección.
 
En 1768, el navío de línea de 74 cañones HMS Marlborough, forrado con planchas de cobre, se quedó sin timón dos años después de su botadura a causa de la corrosión electrolítica. Su casco hubo de forrarse de nuevo, pero usando únicamente maderas resinosas del Báltico. El forrado con cobre era ya habitual y se había empleado por el Almirantazgo británico en las fragatas “Alarm” (1758), “Aurora” (1765 ex - “Abenakise” Francia) y HMS “Stag” (1770 Clase Niger), reputadas por su velocidad.
 
Los Estados Unidos también recurrieron al chapado de cobre en los “US Alliance” (1781) y “US Constitution” (1794). Sin embargo, la corrosión galvánica del hierro que acompañaba al cobre sería siendo un grave contratiempo hasta que, a partir de 1824, se descubriera y generalizara el uso de trozos de Zinc para que actuaran como ánodos para degradarse en lugar del hierro. Para evitar o ralentizar las variadas incrustaciones biológicas, el antifouling, y la perforación de la “broma”, los viejos métodos a base de sebo, ceras o breas sazonadas con azufre y arsénico siguieron sometidos a pruebas y ensayos.
 
En la Inglaterra de 1865 se registraban 300 patentes variadas de pinturas navales, en las que se mezclaban la sal marina y diversos alquitranes y betunes con substancias tan originales como el Guano. Sin embargo, aquellas composiciones eran meros paliativos.
 
El salto adelante llegó en 1860 con el método del británico Mc Iness y su jabón metálico a base de sulfato de cobre como biocida aplicado en caliente. Copiado por el célebre Italian Moravian, fabricado con éxito y masivamente en Trieste a base de sulfato de cobre y colofonia (resina de conífera), el McIness fue pronto acompañado por otros compuestos, como el ideado por Tarra & Wonson (1863) formado por óxido de cobre disuelto en alquitrán con nafta o benceno. Otros biocidas del XIX incluían al veterano arsénico y al óxido de mercurio.
 
Para cerrar este resumen, en los primeros años del siglo XX, el biocida a base de óxido de mercurio se aplicaba en los buques de hierro de la US Navy mezclado en un antifouling de goma laca, turpentina, aceite de resina de pino, polvo de zinc, óxido de hierro, alcohol y otras especias. La Segunda Guerra Mundial potenciaría las investigaciones sobre la biología de las incrustaciones y el uso de tóxicos potentes, culminando en la década de 1950 con los trabajos del Instituto Oceanográfico Wood´s Hole (Massachusetts – USA) y la llegada del de los compuestos orgánicos de estaño (TBT y organotin). En la imagen siguiente el USS Missouri en dique seco.
 
En la actualidad, las pinturas anti-incrustantes, comúnmente llamadas “Antifoulling” o ”Patente”, son un producto que contiene biocidas para prevenir la adherencia y el crecimiento de organismos, microorganismos, flora y fauna marina en general. Se aplican sobre la obra viva de los buques para evitar dicha adherencia. Hay que destacar que estos compuestos suponen un peligro para la fauna y la flora acuáticas, debido a que son unas sustancias tóxicas que provocan la muerte de los elementos que se adhieren al casco e incluso provocan deformaciones en los moluscos. Hace años se utilizaba el tributyltin (TBT), también denominado tributilo de estaño, como base de los recubrimientos biocidas y anti-incrustantes en los buques, pero dada su peligrosidad, la OMI decidió su total erradicación a partir del 2008. 

 
Sin el TBT, los recubrimientos (antifouling) a base de cobre (óxido de cobre y el tiocianato de cobre) empezaron a extenderse sobre la obra viva de buques y embarcaciones de todo el globo. En la actualidad la Comisión Europea sigue recomendando a los Estados miembros y a la industria naval la búsqueda de alternativas al cobre mediante tecnologías no metálicas en los recubrimientos antiincrustantes. 

Tipos de recubrimientos antiincrustantes:

Antiincrustantes de matriz soluble
También denominados antifoulings convencionales. Fueron los primeros antiincrustantes utilizados comercialmente, y contienen biocidas antiincrustantes en una matriz de aglutinantes poliméricos solubles en el agua salada. A medida que estos polímeros de diluyen, los tóxicos se van liberando impidiendo que aparezcan incrustaciones. La principal desventaja de los antiincrustantes de matriz soluble es la incapacidad de controlar esta disolución en el agua, requiriendo así que la pintura tenga que volver a ser aplicada tras 12 - 15 meses de uso. Los aglutinantes utilizados son también sensibles a la oxidación, requiriendo que el tiempo necesario fuera del agua para su aplicación sea minimizado todo lo posible para evitar su reacción con el aire atmosférico.

Antiincrustantes de matriz dura
Estos antiincrustantes fueron desarrollados para mejorar la disolución incontrolada de la pintura, así como de los biocidas que ésta contiene. Los aglutinantes poliméricos que estas pinturas contienen tienen un peso molecular mayor y son insolubles en el agua de mar. Estas propiedades minimizan la erosión de la pintura y permite al agua llenar los poros que han quedado vacíos de biocidas. Sin la erosión y sin la descomposición de la resina, el grado de liberación de biocidas declina lentamente a medida que los tóxicos disponibles están localizados más profundamente en la capa de pintura. El repintado del casco con este tipo de antiincrustante varía entre 12-24 meses dependiendo de las condiciones ambientales sufridas y del grado de incrustaciones.

Antiincrustantes de matriz autopulimentable
Junto con los biocidas y los compuestos poliméricos presentes en todas las pinturas antiincrustantes, las pinturas autopulimentables contienen además pigmentos tóxicos y copolímeros. Tanto la resina como los pigmentos son solubles en agua de mar, pero, a medida que se disuelven, los copolímeros evitan que el agua de mar se introduzca en los poros y disperse los biocidas contenidos más profundamente en la pintura. Esta capa de copolímeros permite al área en contacto con el agua crecer y liberar biocidas hasta el punto en que se libera y queda al descubierto la siguiente capa liberable. La presencia de estos copolímeros permite la liberación constante y controlada de biocidas en base a las condiciones ambientales, alargando los tiempos de re aplicación de pintura un máximo de 5 años.



AUTOR:

- Carlos Rodríguez Vidal (Doctor en Energía y Propulsión Marina por la Universidad de La Coruña)

 

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