CONTACTO

tecnologiamaritima2000@gmail.com

sábado, 25 de mayo de 2013

Wartsilla 46: Análisis CFD del periodo de barrido durante el solape de válvulas.

El motor Wärtsilä 46 es un motor diesel de cuatro tiempos diseñado para aplicaciones marinas, bien como motor principal o como generador eléctrico. Cuenta con cilindros de 460mm de diámetro, 580mm de carrera, totalizando una cilindrada unitaria de 96,4 litros, la renovación de la carga se consigue por medio de cuatro válvulas por cilindro, cuenta con un sistema de inyección directa de alta presión, enfriador de aire de barrido por intercambiador aire-agua, sistema Spex para el conducto de gases de escape y además cuenta con un turbocompresor de alta eficiencia. La gama de motores Wärtsilä 46, abarca desde motores de 6 cilindros en línea, hasta los más potentes de 16 cilindros en V.

Figura 1: Corte transversal del motor marino Wärtsilä 46.

El motor marino de cuatro tiempos Wärtsilä 46 ha sido empleado en múltiples buques tales como los atuneros “Albatún 2” y “Panama Tuna”, buque tanque “Sten Idun”, crucero “Oasis of the Seas”, entre otros.

Figura 2: Sala de máquinas del Oasis of the Seas, con Wartsilla 46 como generadores eléctricos.
El periodo de solape de válvulas es durante el cual permanecen abiertas las válvulas de admisión y de escape al mismo tiempo, quedando en comunicación el colector de admisión y el colector de escape y permitiendo que el flujo de gases frescos que impulsa el compresor pase a la turbina. Para comprender mejor en lo que consiste el solape, la Figura 4 muestra el diagrama de distribución del motor marino de cuatro tiempos Wärtsilä 46. Tal y como se puede apreciar en la Figura, existe un solape durante el cual las válvulas de admisión y escape están abiertas al mismo tiempo, en este caso de 94º de ángulo de cigüeñal.


Figura 4: Diagrama de distribución del motor marino Wärtsilä 46.

El solape de válvulas es de crucial importancia en los grandes motores diesel de cuatro tiempos con elevada tasa de sobrealimentación actuales debido a los siguientes motivos:  
-       Permite mejorar la eliminación de los gases quemados expulsándolos hacia el escape, empleando para ello el flujo de aire entrante a elevada presión que es impulsado por el compresor.
-         El flujo de aire entrante por las válvulas de admisión a una temperatura relativamente baja representa una importante contribución en la refrigeración de las paredes de la cámara de combustión, cabeza de pistón y enfriamiento de las válvulas de escape.
-         Los gases frescos que se mezclan con los quemados y salen por los conductos de escape permiten reducir la temperatura de los gases de escape que llegan a la turbina del turbocompresor, evitando que la temperatura en las paletas de la turbina se aproxime a los límites compatibles con la resistencia mecánica.

Es por ello que en este tipo de motores se requiere que el periodo de barrido sea mayor que en otros motores, y para conseguir esto, el tiempo de solape de válvulas de ser particularmente amplio. El valor adecuado para el solape de válvulas es determinado para cada motor concreto en consonancia con los demás parámetros de diseño de ese motor. Como valores de referencia podemos indicar que el motor MAN 40-54 tenía un periodo de solape de 101,62º (54,62º+47º), el MAN 32-40 tiene valores un poco menores 89º (45º+44º),), el MACK 32 tiene un periodo de solape de 90º (45º+45º). Motores antiguos semirrapidos como el  MTU 16V 956 TB91 tiene un periodo de solape menor ya que solo tiene 61º (32º+29º), sin embargo mas moderno MAN 20-27 tiene valores de 100º (50º+50º), el motor rápido MAN D2840 LE tiene un periodo de solape de 51º (24º+27º). En motores de automóvil el periodo de solape tiende a reducirse e incluso a desaparecer con objeto de rebajar los consumos.

A pesar de las ventajas que proporciona un largo periodo de solape, alargarlo demasiado tiene como inconveniente que el barrido resulta defectuoso. Por tanto, es muy importante determinar el tiempo óptimo de solape en motores. Para demostrar una vez más en este blog las ventajas del CFD (Mecánica de Fluidos Computacional), se ha analizado el barrido de gases dentro del motor Wartsila 46, especialmente durante el solape de válvulas. La Figura 5 indica la malla utilizada para simular un cilindro de este motor. En la figura se ve el cilindro, conductos de admisión y escape y válvulas de admisión y escape. Se ha empleado una malla móvil para simular el movimiento del pistón desde 90º hasta 630º de ángulo de cigüeñal. La Figura 2 se refiere a la posición correspondiente a 180º.

Figura 5: Malla computacional del cilindro del Wartsilla 46.
En la Figura 6 se muestran los resultados obtenidos mediante CFD. Para ver con claridad lo que ocurre en el interior del cilindro. Se indica en color azul el aire fresco y en color rojo los gases de escape. Asimismo, las flechas indican la velocidad del flujo. Como se puede observar, la válvula de admisión se abre antes de que los gases de escape abandonen completamente el cilindro, y su considerable velocidad asiste en aspirar carga fresca.


Figura 6: Resultados obtenidos mediante análisis de CFD.


FORMACIÓN:

- Curso online CFD con OpenFOAM 

Con este breve artículo, Tecnología Marítima recalca la importancia del CFD en aplicaciones navales, para estudios tan simples como la resistencia aerodinámica de un casco de un barco hasta simulaciones de cavitación en hélices o flujo en el interior de motores.


Fuentes: Wärtsilä, Grupo de innovaciones Marinas, OpenFOAM, Technical Courses

miércoles, 22 de mayo de 2013

Crucero Oceana en Ferrol

Unos tres mil turistas “ocuparon” durante la mañana del domingo, día 19, las calles y plazas de la ciudad de Ferrol, después de desembarcar del crucero trasatlántico “Oceana” que  atracó  en horas tempranas procedente de la ciudad británica de Southampton.


El Crucero Oceana (anteriormente Ocean Princess de 2000-2002), es actualmente propiedad de Carnival Corporation & plc y operado por P&O Cruises. El buque pertenece a la clase Sun que está compuesta por los buques Sun Princess (1995), Dawn Princess (1997), Sea Princess (1998) y Oceana (2000). Todos los buques fueron construidos por el astillero Italiano Fincantieri en el astillero de Monfalcone (Italia).

 

El Crucero Oceana fue construido en el año 2000 por poco más de 300 millones de dólares, y fue reformado en 2002 donde la compañía P&O Cruise lo adaptó en su diseño interior a las últimas tendencias del mercado, pero manteniendo el estilo británico, motivado por el hecho de que en los buques de la P&O Cruises prácticamente la totalidad de los pasajeros que navegan con esta compañía son ingleses, escoceces e irlandeses. 




En el siguiente enlace se pueden ver los interiores de este buque, con un nivel de refinamiento realmente impresionante: Oceana Ship

Características Generales:
Clase y tipo: Buque crucero, clase Sun (Sun-class)
Desplazamiento: 77,499 GRT
Eslora: 261.30 m (857.3 ft)
Manga: 32.25 m (105.8 ft)
Calado: 8.10 m (26.6 ft)
Cubiertas: 11 (accesible a pasajeros)
Sistema de propulsión: 4 motores diesel de 16-cilindros Sulzer-16Z AV40S
Potencia combinada: 46080 kW
Velocidad: 21 knots
Capacidad: 2016 (regular), 2272 (máxima)
Tripulación: 889
Puerto de registro Bermuda, Hamilton (2005-actualidad)
Astillero: Fincantieri, Monfalcone, Italy, nº 6044
Nº IMO: 916955
Año de fabricación: 2000.


El crucero entró en aguas ferrolanas, entre castillos , sobre las siete de la mañana quedando finalizadas las maniobras de atraque en el muelle “Fernández Ladreda” sobre las ocho.

 


Los cruceristas y tripulación contemplaron un paisaje  acompañado por intensa lluvia que fue desapareciendo a lo largo de las horas con una buena jornada soleada de la que pudieron disfrutar.


Durante la mañana los visitantes pudieron trasladarse al centro de la ciudad en donde desde las diez y hasta las 12 horas permanecieron abiertos una treintena de establecimientos comerciales.

El acuerdo entre la Autoridad Portuaria y el Concello supuso que desde primeras horas funcionara una línea de autobuses lanzadera especial con destino al centro urbano.



Uno de los alicientes del que pudieron disfrutar  los turistas fue el que este domingo era feriado, tercer domingo de mes, y en la avenida Irmandiños estaban instalados los puestos de venta tradicionales.

A todos los visitantes se les entregaron mapas de la ciudad, con la situación de puntos interesantes y centros abiertos.


Durante la mañana se celebró una recepción a bordo del buque a la que asistieron distintas representaciones  de la ciudad.


A las 15 horas se efectuó la despedida del “Oceana”. En el muelle “Fernández Ladreda”.  Se contó con la presencia de una banda de gaitas y al pasar el buque entre castillos se tiraron salvas y cañonazos de fogueo por parte de miembros de la Asociación Batalla de Brión.





LINKS RELACIONADOS:

- MV OCEANA


lunes, 13 de mayo de 2013

Lanchas Torpederas alemanas, las S-Boote

El Schnellboot o S-Boot fue un tipo de buque torpedero alemán que fue utilizado durante la Segunda Guerra Mundial. Este navío fue similar en concepto al PT Boat estadounidense y al Motor Torpedo Boat británico. En comparación con ellos, el S-boot está mejor dotado para la navegación en mar abierto


LANCHAS TORPEDERAS S-Boot
Desplazamiento
78,9 t estándar
100 t apc
Eslora
32,76 m
Manga
5,06 m
Calado
1,47 m
Armamento
2 tubos lanzatorpedos de 533 mm
1 cañón (luego dos) de 20 mm C/30
8 ametralladoras alternativas de 7,92 mm
6 minas
Propulsión
3 motores Daimler Benz de veinte cilindros MT 502
Potencia
3.960 hp
Velocidad
36 nudos
Autonomía
800 mn a 30 n.
Tripulación
24-30 marinos y oficiales




Características del diseño de las Schnellboot (http://www.lasegundaguerra.com)
Las Lanchas S se distinguieron por ser muy estables, aun en condiciones meteorológicas adversas. Las claves de su éxito lo constituyeron el diseño y la estructura interna del bote. La forma del casco afecta a la velocidad máxima a la que puede navegar la embarcación. A misma potencia, el casco mas alargado navega más rápido que otro más corto. Por lo tanto, para que pudiera alcanzar las altas velocidades requeridas a una lancha rápida, el casco de las S terminó siendo estilizado. Las características principales de estas embarcaciones terminaron siendo una eslora de 35 metros y la manga de 5 metros. El desplazamiento era de 92 toneladas, llegando a las 100 toneladas en las últimas series. El diseño del casco predominante en los países que produjeron lanchas rápidas era la forma en ‘V’. Está se refiere a la forma del casco que veríamos si efectuásemos un corte perpendicular al eje de crujía. Una forma de V muy pronunciada corta mejor el oleaje, pero es más inestable cuando el barco está parado.



Una ‘V’ más pronunciada se introduce más suavemente en el agua después de saltar una ola y una popa muy plana tiende al pantoqueo cuando se navega a velocidad. Los cascos de las lanchas alemanas eran de forma redonda con fondo plano hacia la popa. De este modo, disminuía la fricción con el agua a altas velocidades. A ello se le sumaba un refinamiento: a media distancia de la parte redonda del casco se agregó una cantonera que ayudaba a reducir la ola. Las lanchas S fueron únicas al incorporar un diseño que producía lo que se en el mundo náutico se conoció como el “efecto lürssen”. Este se generaba a partir de la disposición de los timones y del ángulo que tomaban mientras la embarcación navegaba a alta velocidad. La lancha tenía tres timones, uno detrás de cada hélice. El central era el principal. Cuando la lancha superaba la velocidad de 25 nudos, los timones laterales se ponían en un ángulo de 30° grados hacia afuera. Una vez que se generaba el efecto, los timones podían volver a una posición más paralela al timón central hasta un ángulo de 17° sin perder el efecto. Esto afectaba el flujo del agua, mejoraba la eficiencia de las hélices y la embarcación ganaba más velocidad. Al mismo tiempo, disminuía considerablemente la altura de la estela (el efecto de la “cola de gallo”) y el bote se mantenía casi horizontal a pesar de la velocidad.




Era más difícil de avistar, mantenía más secos a sus tripulantes, y era una plataforma más estable para el lanzamiento de torpedos. Por lo tanto, a alta velocidad la lancha mantenía una baja silueta, levantaba menos espuma reduciendo así la fluorescencia de la misma y su camuflaje de color claro hacían que fuera muy difícil de detectar con el ojo humano durante la noche. En términos modernos, el buque poseía alguna capacidad de ‘furtividad’ (stealth). Como siempre el mejor tributo es el reconocimiento dado por los adversarios. El Capitán Peter Scott, comandante de las torpederas británicas, dio un reporte positivo luego de navegar por primera vez en una Lancha S al fin de la guerra: Aún nos faltaban algunas millas para arribar a Felixtowe. Esta era la primera vez que pude navegar en una lancha enemiga y de inmediato quedé impresionando por el tamaño de la misma. La silueta general era difícilmente visible por encima de la superficie del agua y todo parecía haber sido diseñado para ofrecer la mínima resistencia a los elementos y la máxima protección a las tripulaciones cuando el bote navegaba a máxima velocidad. A pesar del rolido, pronto pudimos alcanzar los 30 nudos. Las MTBs que venían detrás de nosotros no pudieron mantener ese ritmo. A pesar de la velocidad nos mantuvimos perfectamente secos, mientras que mis camaradas en nuestras lanchas tuvieron que recurrir a sus impermeables (oilskins)". 

 

Para la Kriegsmarine, en caso de una guerra el enemigo sería, además de Polonia, Francia. Las costas de ese país se hallaban más allá de las 700 millas náuticas. Por tanto, para lanzar ataques a toda velocidad contra blancos franceses y volver a sus bases era necesario aumentar la autonomía. Por ello se apresuró la instalación de motores diesel en las lanchas. En 1935, la Kriegsmarine adoptó el motor Mercedes Benz MB 502 de 16 cilindros dispuestos en V y 1.320 HP. Las características principales de esta planta propulsora eran su peso ligero, compacto, y fácil de reparar. Poco antes de comenzar la guerra, el motor adoptado para las nuevas series de lanchas era el más avanzado Mercedes MB 501 de 20 cilindros en V y capaz de entregar 2.000 HP. A partir de 1943, estos motores fueron modificados con super-cargadores mecánicos que aumentaron su potencia a 2.500 HP. Con estas modificaciones los motores pasaron a designarse respectivamente MB 512 y MB 511. Las lanchas S estaban propulsadas por tres motores lo que le daba una potencia total de 6.000 o 7.500 HP, según el modelo. Cada motor hacia girar una hélice. Las series S 38 y S 100 podían alcanzar una velocidad de 42 nudos con la carga para combate. La utilización e motores diesel se sustenta en la opinión que eran más estables, disminuían el riesgo de incendio y permitían extender el radio de acción. Para aproximarse en la oscuridad a un blanco, contaban con un motor auxiliar de 100 HP conectado al eje central que les permitía acercarse silenciosamente a una velocidad de 6 nudos.



La capacidad de combustible era de 7.500 litros contenidos en 6 tanques que le daban una autonomía de aproximadamente 400 millas náuticas a máxima velocidad, 700 a 35 nudos y 800 a una velocidad de 20 nudos. A medida que se adquiría experiencia en combate, el diseño original fue sufriendo modificaciones sobre todo respecto de la protección para la tripulación. A partir de la lancha S-26, las tripulaciones pudieron disfrutar de completa cobertura contra los elementos en una posición de comando totalmente cerrada, lo que lo convirtió en un verdadero ‘puente’. Éste estaba construido con materiales livianos, pero debido al incremento de los ataques aéreos y las consecuentes bajas infligidas al personal, se instaló un puente blindado en todas las lanchas a partir de la primavera de 1943.



La batería principal de las Lanchas S estaba constituida por dos tubos lanzatorpedos de 21 pulgadas (53,3 cm) instalados a proa. Podían también llevar dos torpedos en cubierta sobre rieles justo detrás de los tubos para permitir una rápida recarga. Los torpedos eran el modelo estándar de la Kriegsmarine, los G7a, que también usaban los submarinos. Estos artefactos median 7.2 metros de longitud y pesaban alrededor de 1.530 kilos. La cabeza explosiva era de 280 kg. Estaban propulsados por un motor de vapor y aire comprimido (energía térmica) y podía alcanzar una velocidad de 44 nudos con un radio de 6.000 metros. Recién hacia el fin de la guerra se pudo emplear sin problemas a esa velocidad. A 30 nudos, el alcance del arma era 12.500 metros. El detonador del torpedo era de contacto y al igual que en los Estados Unidos, los alemanes tuvieron problemas con ese mecanismo que recién pudieron resolver hacia 1942. Con posterioridad se emplearon detonadores magnéticos. El sistema de puntería lo constituía un director de puntería de torpedo que era una computadora de ataque analógica mecánica que fijaba los ángulos de ataque.





Las lanchas- S en España (http://www.forosegundaguerra.com):
España fue el único país, a parte de Alemania, en operar las Schnellboote de los modelos avanzados; no solamente seis de estas unidades fueron compradas a Alemania durante la guerra en 1943, sino que se obtuvo la licencia para construir otras tantas que, debido a las penurias económicas de la posguerra española, se demoraron demasiado en el tiempo, pero que permanecieron en activo hasta los años 70.


Tras el desembarco aliado en el norte de Africa en Noviembre de 1942, España buscó rápidamente potenciar con armamento moderno, principalmente procedente de Alemania, sus Fuerzas Armadas. La Armada española recibiría, dentro del Plan Bar (Oso), una serie de lanchas torpederas que servirían de base para la construcción, ya en España, de una serie de ellas, convirtiéndose en el único país del mundo, aparte de la Alemania en operar entonces modernas y avanzadas Schnellboote S-38. A pesar de que para fines de 1942 la posibilidad de que España entrase en guerra junto al Eje se había desvanecido prácticamente, Madrid siguió mirando a Alemania para proveerse de material bélico moderno. La Armada Española salió sumamente tocada del conflicto civil vivido entre 1936 y 1939, estando muchos de sus principales barcos sometidos a grandes reformas y en no muy buen estado aquellos que se encontraban operativos. 


España intentó desde el primer momento negociar con Alemania la cesión de una serie de equipos para la Armada Española, pero a pesar de que el balance comercial hispano-alemán era claramente favorable a Madrid gracias a las exportaciones de minerales, se tardó bastante en alcanzar un acuerdo, que no llegaría hasta Mayo de 1943. Se haría realidad entonces el Programa Bar que proporcionó, en lo que a la Armada se refiere, un flujo importante de armamento moderno. Dentro de los equipos pedidos por la Armada Española se encontraban una docena de lanchas torpederas de la clase S-38, ideales para operar en las aguas del Estrecho de Gibraltar. Sin embargo, la Kriegsmarine no andaba sobrada precisamente de este tipo de unidades sutiles, y finalmente solo cedió seis unidades a un precio de dos millones de reichsmark (unos 8,5 millones de pesetas).



España ya había operado con lanchas torpederas de origen alemán e italiano durante le Guerra Civil; precisamente, fueron cinco los primeros prototipos de las Schnelboote las que fueron cedidas a España. Sin embargo, su resultado en la guerra dejó bastante que desear, debido principalmente a los graves problemas provocados por los motores de gasolina que llevaban los prototipos inicialmente. Esta fue, entre otras razones, la que impulsó a la Armada Española a deshacerse rápidamente de estas embarcaciones y buscar con ahínco modelos más modernos y avanzados de la serie. Al tiempo que España compraba directamente las lanchas a la marina alemana, se iniciaron contactos para construir una serie de ellas en astilleros españoles. 


Para preparar a las futuras dotaciones españolas de las lanchas, a partir de Mayo de 1943 se envió a Alemania un grupo de hombres al mando del capitán de corbeta Alvaro Urzáiz. En el puerto de Swinemunde se entrenaron las dotaciones de las dos primeras unidades junto a contrapartidas alemanes, llegando a actuar alguno de ellos contra la marina rusa. La entrega se hizo por parejas en el puerto francés de Burdeos entre los días 15 de Julio y 20 de Agosto. Finalmente, las fechas se alargarían unos días. Las embarcaciones recibieron el color gris oscuro de la Marina española y portaban las marcas de neutralidad (consistentes en grandes banderas españolas) pintadas en sus amuras. Junto a las seis embarcaciones, cada una de ellas dotada de dos torpedos, se entregaron seis motores de repuesto además de diverso material que iría alcanzando España en meses posteriores. Las naves se trasladarían, por turnos, hasta el puerto de Pasajes.


Las dos primeras embarcaciones entregadas eran prácticamente nuevas, con menos de 150 horas de servicio. La LT-21 (inicialmente denominada n° 21) estaba al mando del alferez de navío José García Quesada y la LT-22 (n°22) al de mismo empleo Alfonso Gómez Suarez. Además de los torpedos, las lanchas iban equipadas con dos cañones antiaéreos Flak 38 de 20mm. Las posteriores unidades fueron mandadas por los alfereces de navío Isidoro Gonzáles- Adalid Rodríguez (n°23), Fernando Moreno Reina (n°24), Jaime Gómez-Pablos Duarte (n°25) y Ricardo Jara Scrantes (n°25). 


Según fueron llegando a Pasajes, las lanchas se abarloaron al minador Eolo, que había sido designado provisionalmente como buque nodriza de la flotilla, bautizada oficialmente como Segunda Flotilla de Lanchas Rápidas, con el capitán de corbeta Urzáiz como comandante. Como base provisional se estableció la de Puntales, en Cádiz, pues el Estrecho de Gibraltar se convertiría a partir de entonces en su hábitat natural.
Durante el transcurso de la contienda mundial las lanchas realizarían rutinarias patrullas por la zona del estrecho identificando a los buques que lo atravesaban y protegiendo las aguas territoriales españolas de las posibles violaciones. Al final de la guerra la unidad se trasladaría a su base definitiva en Tarifa junto a su nuevo buque nodriza, el cañonero Calvo Sotelo. Allí pasarían su vida operativa hasta que debido al desgaste de su uso fueran retiradas del servicio a mediados de los años 50.

Las Schnellboote "Made in Spain"
 Bastante antes de la compra a Alemania de las lanchas anteriormente mencionadas, las autoridades españolas mostraron interés en poder fabricar unidades de este tipo. Parece ser que ya en 1940, tras la visita de una comisión española en Junio de dicho año a los astilleros Lurssen de Bremen, España se interesó vivamente en dicho proyecto. Se realizó un informe sobre su fabricación de tales lanchas, denominadas inicialmente LT-40, en el cual se hablaba de las ventajosas condiciones de construir este tipo de embarcaciones frente a las ofertadas por Italia. Finalmente, en Septiembre de dicho año, tras una serie de estudios comparativos, el Estado Mayor de la Armada optó por el modelo LT-40 para las futuras lanchas torpederas españolas, previendo la fabricación de 20 de tales unidades. 


Características Lanchas Tipo S-38 de construcción Española.

Desplazamiento: 87,8 toneladas estándar, y 115,6 a plena carga
Dimensiones:.. Eslora 34,94m
Manga:............5,12m
Puntal:.............2,89m
Calado: ...........1,53m
Propulsión: .....Tres motores diesel Daimler-Benz MB511 con 7.500bhp.
Velocidad: .......41,5 nudos
Autonomía: .....1.000 millas a 28 nudos
Armamento: ...2x 1 20mm Hispano Suiza
2x 1 Torpedos 533mm (más dos recargas)
2 varaderos para cargas de profundidad
Dotación: .......26 hombres


 Reportaje de las S-Boote:










LINKS:

1- Libro S-BOOTE, German E-boats in action, Jean Phillippe Dallies-Labourdette

2- Wikipedia, Schnellboot

3- http://www.lasegundaguerra.com

4-  http://www.forosegundaguerra.com

5- www.histarmar.com.a: Las Lanchas Torpederas Alemanas