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Universidad Marítima Internacional de Panamá Facultad de Ciencias Náuticas Escuela de Navegación Marítima
Asignatura: Introducción a las Maquinarias Navales I
Prof.: Ing. Neydra Cedeño
Sistema de Alimentación de Combustible de un Buque
Presentado por: Harold Rivera 4-774-549 Marcos Carrasquilla 8-889-1238 Jonathan Herrera 8-886-1165 Kimberly Quintero 8-899-548 Alfredo Rivera 8-889-197
Salón: I Cubierta Alpha
Panamá, 25 de Junio de 2013.
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Universidad Marítima Internacional de Panamá Facultad de Ciencias Náuticas Escuela de Navegación Marítima
Asignatura: Introducción a las Maquinarias Navales I
Prof.: Ing. Neydra Cedeño
Sistema de Alimentación de Combustible de un Buque
Presentado por: Harold Rivera 4-774-549 Marcos Carrasquilla 8-889-1238 Jonathan Herrera 8-886-1165 Kimberly Quintero 8-899-548 Alfredo Rivera 8-889-197
Salón: I Cubierta Alpha
Panamá, 25 de Junio de 2013.
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ÍNDICE Introducción…………………………………………………………………………… .…4
Tipos de combustible …………………………………………………………………….5 Heavy Fuel Oil…………………………………………………………………………… 6 Marine Diesel Oil………………………………………………………………………....8 Impurezas en los combustibles……………………………………………………..….9 Servicios de combustible……………………………………………………..………... 11 Tanques de almacenamiento…………………………………………….…………….12 Tanques de sedimentación……………………………………………………….…….14 Tanques de servicio diario ………………………………………………………….….16 Tanque de lodos…………………………………………………………………………17 Sistema de tuberías………………………………………………………………….….18 Accesorios de las tuberías……………………………………………………...………19 Aislamiento térmico de las líneas de tubería…………………………………………20 Materiales de las tuberías………………………………………………………………21 Sondas de combustible y Atmosféricos ………………………………………….…..22 Bombas de trasiego …………………………………………………………………….23 Precauciones de las bombas……………………………………………………….….25 Alimentación de combustible…………………………………………………………..26 Válvulas…………………………………………………………………………………..27 Pre calentador……………………………………………………………………………29 Purificadora………………………………………………………………………………30
Consumo de combustible………………………………………………………..…….. 31 Volumen de combustible y Temperatura de los tanques…………………….……..32 Conclusión………………………………………………………………………………. 33
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INTRODUCCIÓN
A bordo de un buque podemos encontrar muchos sistemas y todos de gran importancia, en esta presentación estaremos hablándoles del Sistema de Alimentación de Combustible por ser uno de los componentes principales para la propulsión del buque. Este siendo uno de los elementos vitales para el movimiento y funcionamiento del buque no es tan simple como uno se podría imaginar, ya que el combustible necesita pasar por varios procesos tanto químicos como físicos para poder ser inyectado en el motor. También se necesitan tanques con diferentes propósitos en la alimentación del combustible al motor, los cuales son de gran tamaño y deben estar instalados de forma que no afecten la estabilidad de la embarcación ya que estos estarán llenos de sedimentación o de combustible de reserva o diario.
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TIPOS DE COMBUSTIBLE UTILIZADOS A bordo de un buque mercante se suelen emplear dos tipos de combustible en función de si el buque está en puerto o realizando una maniobra o de si está en navegación. En puerto, todas las máquinas térmicas del buque deben operar con MDO, Marine Diesel Oil, para cumplir con las reglas que estipula el Anexo VI del Convenio MARPOL 73/78. Durante la navegación se emplea como combustible en aquellos consumidores que estén preparados HFO, Heavy Fuel Oil. Estos equipos suelen ser el motor principal y el generador de vapor del buque. Los motores auxiliares, más pequeños, suelen operar con MDO, por no ser suficientemente robustos para tolerar la quema de HFO.
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HEAVY FUEL OIL (HFO) A raíz de las normas del MARPOL, los buques deben llevar al menos dos tipos de combustibles pesados, en función de por donde se está navegando para prevenir contaminación por azufre. El motor principal consumirá combustible pesado, Heavy Fuel Oil de 700 cst de viscosidad a 50 ºC. El fabricante recomienda un HFO que sea acorde con las normas ISO 8217 y en particular un RMK 700 (Maximum Kinematics Viscosity). Por su parte, para los motores diesel auxiliares también se recomiendan que consuman combustible pesado 700 cst a 50 ºC RMK 700, con lo que en realidad hablamos del mismo combustible cuyas características figuran en la tabla de la siguiente pagina. Además, el combustible no deberá tener filtros de catálisis, sustancias extrañas o residuos químicos peligrosos para la seguridad del buque o perjudiciales para el correcto funcionamiento de los motores.
En ningún caso se excederá 4.5 % (masa/masa) del contenido de azufre.
En las zonas SEGA (zonas de emisión controlada por azufre) no se superará el 1,5 %(masa/masa) del contenido de azufre.
Al haber seleccionado un combustible con un 1,5% en masa de contenido en azufre, se cumple con las premisas del MARPOL y no será necesario llevar más de un tipo de combustible.
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Propiedades Densidad a 15 ºC
Unidad Kg/m3
Viscosidad cinemática cSt a 50 ºC ºC Punto de inflamación ºC Punto de fluidificación m/m (%) Residuos de carbono m/m (%) Azufre m/m (%) Ceniza Mg/kg Vanadio (ppm)
RMK 1010 700 60 30 15 1,5 0,05 100 30
Aluminio y Silicio
Mg/kg (ppm)
0,1
m/m (%)
0,5
Sedimentos totales Agua v/v (%)
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MARINE DIESEL OIL (MDO) En cuanto al combustible diesel, teniendo en cuenta que nuestros conjuntos diesel generador, grupo generador de emergencia y motor principal consumen combustible pesado, tendremos combustible diesel para arrancar el motor o para largas estancias en el puerto en las que compensen llenar las tuberías de combustible diesel, evitando que el combustible pesado, no quede en los conductos y pueda obstruirlos. Se seleccionará un combustible diesel de acuerdo con la norma ISO 8217 de 2005. El fabricante recomienda un tipo MDA, que es el que tiene el contenido en azufre inferior al 1,5% para poder cumplir con los requisitos del MARPOL mencionados en el apartado anterior ya que las altas concentraciones de azufre en el combustible causan emisiones dañinas para la vida. Sus características son las mostradas en la siguiente tabla:
Propiedad Densidad a 15 ºC
Unidad Kg/m3
DMA 890
Viscosidad cinemática a 40 ºC
cSt
60
Punto de inflamación
ºC
60
Punto de fluidificación
ºC
-6
Azufre
(m/m) % 1,5
Ceniza
(m/m) % 0,01
Agua
(v/v) %
1,5
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IMPUREZAS EN LOS COMBUSTIBLES El uso de combustibles residuales por parte de motores marinos presenta ciertos problemas que deben evitarse. Tanto el HFO como el MDO son combustibles pesados y, después de salir de la refinería, presentan impurezas que deben ser eliminadas. Algunos de los problemas son los siguientes:
Precipitación de asfáltenos La precipitación por asfáltenos es un problema relacionado con la compatibilidad de los combustibles que se puede producir cuando se mezclan combustibles de distinta procedencia o distintos proveedores, incluso cuando la mezcla se da directamente en los tanques. El resultado de una incompatibilidad produce la precipitación de los asfáltenos, largas cadenas de hidrocarburos, que forman fangos que pueden llegar a taponar los filtros de combustible, incluso los inyectores. Con tal de evitar este fenómeno deben seguirse las recomendaciones del fabricante de los equipos consumidores y evitar en la medida de lo posible la mezcla de combustibles.
Contenido en Sodio y Vanadio El Sodio y el Vanadio son metales que se encuentran en los combustibles residuales en mayor o menor medida dependiendo de su procedencia y su proceso de refino principalmente. En todo caso, los combustibles residuales empleados en motores marinos siempre tienen partículas metálicas de este tipo. Los motores marinos pueden sufrir las consecuencias de la abrasión que producen estos metales, sobretodo en el cilindro. Estos elementos también sirven como catalizador de la corrosión que afecta principalmente, por ser las partes sometidas a mayor temperatura, a la válvula de descarga y a la turbina del turbo alimentador en el motor y al lado caliente de los intercambiadores de calor.
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Contenido en agua El contenido en agua del combustible se reduce merced a las purificadoras de fueloil y de gasoil además de a una buena decantación en los tanques de servicio diario. Un contenido de agua mayor al esperado promoverá una combustión deficiente. El agua del combustible contribuirá a enfriar la llama y añadirá vapor a los gases de escape.
Finos catalíticos Los finos catalíticos son partículas metálicas que se hallan en combustibles que han pasado por procesos de cracking catalítico. Estos son metales que se emplean como catalizador en la reacción química que rompe las largas cadenas de hidrocarburos que forman el residuo de una destilación atmosférica y en vacío. Los finos catalíticos están íntimamente relacionados con el agua que contiene el combustible ya que son altamente hidrófilos y dependiendo de la calidad del refino se recuperan en menor o mayor medida. Al tratarse de partículas metálicas conllevan a problemas de desgaste por abrasión en: los inyectores, los pistones y camisas del motor y las bombas de alimentación de combustible. El problema más grave se presenta cuando las partículas más finas no se adhieren a la capa de lubricante que además de reducir la fricción ejerce tareas de limpieza.
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SERVICIO DE COMBUSTIBLE El servicio de combustible de un buque, como ya se menciona, maneja fuel pesado, consta de varios elementos, como son: purificadoras, distintos tanques de almacenamiento de combustible, calentadores, bombas de trasiego y equipos de control de viscosidad, los cuales se esquematizan a continuación. Para definirlos habrá que dimensionarlos cada uno de ellos, así como ubicarlos en la disposición general. Podríamos dividir este servicio en tres partes:
Trasiego: incluye los tanques de almacén y sedimentación, las bombas de trasiego y filtros.
Purificación: constituido por las bombas previas a las depuradoras, los pre calentadores, las depuradoras en sí.
Suministro: nos referimos en este caso a los tanques de servicio diario, bombas de suministro y el sistema de inyección del motor.
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TANQUES DE ALMACENAMIENTO Son tanques de gran capacidad para almacenar combustible pesado. Su llenado se realiza a través de conexiones de cubierta mediante un acople a la toma de puerto, buque suministro o terminal de petróleo. Deberán estar provistas de una válvula anti-retorno situada en la parte alta del tanque. El llenado se controla con una sonda de nivel instalada en cada tanque, llenando simultáneamente los tanques babor y estribor, para evitar escoras innecesarias, y cuando va terminando cada par, se cierran sus válvulas poco a poco, abriendo las del siguiente par de tanques. Durante esta operación se taponan los imbornales de cubierta por si existe alguna fuga en cubierta. Se dispone además tomas de muestra, en la toma de combustible para comprobar la calidad del fuel. En cada toma de combustible colocaremos los siguientes elementos en el mismo orden que se mencionan a continuación:
Una válvula de compuerta, de paso directo, tapa atornillada, husillo interior no ascendente y volante fijo; la función de esta válvula es de abrir y cerrar el suministro del combustible desde el exterior.
Dos filtros de succión simples e independientes, dispuestos en paralelo; esto facilitará su limpieza, ya que mientras se limpia uno el otro estará trabajando, a fin de proteger la bomba de llenado. Un contador de combustible de F.O, que tiene la función de saber en todo momento si el caudal de combustible que está entrando es el idóneo.
Una válvula anti-retorno, situada en la parte alta de cada tanque.
Se instalan serpentines de calefacción para controlar la temperatura del combustible que se deberá mantener entre 5 y 10 ºC sobre el punto de vertido. Aproximadamente 50ºC (mínimo para poder bombear).
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El combustible, se trasvasa desde los tanques de almacén a los tanques de sedimentación por medio de bombas de trasiego de desplazamiento positivo, las cuales disponen de un filtro doble y automático, de forma que se puedan limpiar sin interrumpir el servicio; las bombas, dispondrán también de un dispositivo de parada automática, cuando se alcanza el nivel alto del tanque de sedimentación. En la medida de lo posible, los tanques de combustible deben ser parte de la estructura del buque y ubicados a una distancia prudente de los espacios de máquinas, según las normativas del American Buerau of Shipping, Es práctica habitual de instalar dos tanques o múltiplos de dos, en nuestro caso se considera cuatro tanques de almacén simétricos respecto a crujía, situados entre la tercera y cuarta plataforma, teniendo en cuenta que el máximo volumen permitido por cada tanque es de 2500 m3. Además los tanques de combustible se ubicarán de manera que ningún vertido o fuga puedan constituir un riesgo de derrame sobre superficies calientes y equipos eléctricos. Si esto no es posible, estos últimos deben estar protegidos de dichos vertidos o fugas con defensas, barreras o rebosaderos apropiados. El fondo del tanque, según establece la sociedad de clasificación (ABS) no debe estar expuesto de manera que en el caso de contacto directo con fuego produzca un incendio en cámara de máquinas.
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TANQUES DE SEDIMENTACIÓN Estos tanques de menor capacidad, reciben el combustible de los tanques de almacén y cumplen con varios objetivos en lo que se refiere al tratamiento del combustible pesado. En primer lugar permiten que la mayor parte de agua y sólidos sedimenten en su fondo, el cual dispone de conexiones de drenaje para:
Drenar el fondo del tanque directamente al tanque de lodos
Vaciar el tanque por medio de las bombas de trasiego
Purificar los sedimentos del fondo retornando el combustible al mismo tanque o cualquier otro de los de servicio o sedimentación.
Así mismo, dichos tanques también disponen de medios para calentar, desairar y estabilizar térmicamente el combustible; están diseñados para almacenar combustible con un punto de ignición superior a 60ºC según las normativas de la sociedad de clasificación ABS. Se dispondrán dos tanques de sedimentación de la misma capacidad y situados en la segunda plataforma y simétricamente respecto a crujía, cada uno de ellos con capacidad suficiente para operar 24h a plena potencia.
El tanque de sedimentación deberá ser poco profundo, con el fondo inclinado para mejorar la separación de agua y sedimentos. Los tanques poco profundos pueden crear problemas de succionar por la bomba impurezas del fondo del tanque en condiciones de mal tiempo para evitar este problema se puede instalar una plancha perforada y paralela al fondo inclinado.
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La línea de llenado del tanque de sedimentación debe instalarse por debajo de la mitad de su altura y orientarse hacia el mamparo del tanque para reducir las salpicaduras y minimizar el peligro de generación de gas combustible en el espacio vacío del tanque. Esta disposición reduce al mínimo la toma de aire normalmente el combustible se aspira Los tanques de sedimentación disponen de dos líneas de aspiración, una alta y otra baja. desde la toma baja, excepto en el caso que se detecte agua en el fondo, utilizando entonces la toma superior. Dispondrán también de nivel y alarmas de alto y bajo nivel, así como de una tubería de rebose en la parte alta, conducida a un tanque de rebose. El tanque de sedimentación debe de instalar drenajes de fondo usados para extraer el agua y el lodo de forma periódica. Además las tomas drenaje dispondrán de un purgador de drenajes para recoger cualquier vapor de agua condensado y así evitar que retorne al tanque.
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TANQUE DE SERVICIO DIARIO El combustible llega al tanque de servicio diario procedente de la planta purificadora de combustible, donde se ha elevado su temperatura sobre unos 80 o 90 ºC. Se dispondrá de dos tanques de la misma capacidad y forma, simétricos a cada lado de crujía. Cada tanque contendrá suficiente combustible para abastecer al motor principal y a los consumidores que se alimente de él, durante 8 horas. Es práctica habitual incrementar un 5% a la capacidad para asegurar el abastecimiento del motor durante las horas requeridas. Para facilitar un vaciado adecuado, la superficie del interior del tanque estará ligeramente inclinada. Estos tanques cumplen una función importante en el tratamiento del combustible residual complementan a los tanques de sedimentación, refinando con mayor precisión el combustible; decantan las posibles impurezas que aún no se han eliminado en el tanque se sedimentación y purificadoras, además estabiliza térmicamente el fuel-oil a una temperatura de unos 90 ºC aproximadamente. El tanque de servicio diario, tiene que contener combustible listo para usarse, lo que significa, combustible de calidad, cumpliendo los requisitos del fabricante del equipo. Los tanques declarados como tal, no deben usarse con otro propósito. El tanque de sedimentación con o sin purificadores no es un sistema equivalente aceptable como tanque de servicio diario. El tanque de servicio se puede llenar continuamente con las purificadoras y rebosar a los tanques de sedimentación y al igual que los tanques de sedimentación, incorporan en su fondo, drenajes para extraer impurezas, conectadas por adecuadas tuberías a un tanque de rebose o tanque de lodos.
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TANQUE DE LODOS El tanque de lodos, almacena residuos de la depuración del combustible, procedente de los tanques de sedimentación, servicio diario y purificadoras. Las descargas del tanque de lodos se pueden poder enviar a:
Tanques de recepción en tierra
Incinerador
Tanques de slop a través de una manguera con válvula de no retorno, una válvula de cierre y un sifón.
Este tanque deberá poder acoplarse con las instalaciones de recepción mediante su conducto de descarga. Para ello, estará provisto de una conexión universal cuyas dimensiones se especifican en el convenio MARPOL
Dimensionado Para el dimensionado del tanque se recurre al convenio MARPOL Especifica que para buques construidos posteriormente al 31 de diciembre de 1990, y que no lleven agua de lastre en los tanques de fuel oil la capacidad mínima de los tanques de lodos se calcula con la siguiente expresión:
V m =k1 x C x D En donde:
k1: coeficiente igual a 0,015 para buques en los que purifique fuel oil pesado destinado para maquinaria principal.
C: consumo diario de fuel oil (m3).
D: duración máxima del viaje del buque entre puertos en los que se pueda descargar los fangos a tierra (a falta de cifras exacta se tomaran 30 días).
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SISTEMA DE TUBERIAS Las tuberías son un conjunto de tubos y accesorios unidos mediante juntas para formar una conducción cerrada, su función es la de transportar fluidos. Los tubos generalmente son cilíndricos y de materiales muy diversos en función de las consideraciones técnicas y económicas. Existen tres tipos de fabricación de tubos:
Sin costura (sin soldadura): El tubo se forma a partir de un lingote cilíndrico el cual es calentado en un horno antes de la extrusión. En la extrusión se le deforma con rodillos y posteriormente se hace el agujero mediante un penetrador. La tubería sin costura es la mejor para la contención de la presión gracias a su homogeneidad en todas sus direcciones. Además es la forma más común de fabricación y por tanto la más comercial.
Con costura longitudinal. Se parte de una lámina de chapa la cual se dobla dándole la forma al tubo. La soladura que une los extremos de la chapa doblada cierra el cilindro. Por tanto es una soldadura recta que sigue toda una generatriz. Esta soldadura será la parte más débil de la tubería y marcará la tensión máxima admisible.
Con soldadura helicoidal (o en espiral). La metodología es la misma que el punto anterior con la diferencia de que la soldadura no es recta sino que recorre el tubo siguiendo una hélice.
Para el servicio de combustible se emplean por lo general tubos de acero al carbono, sin soldadura.
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ACCESORIOS Los accesorios son conjuntos de piezas moldeadas o mecanizadas que unidas a los tubos mediante un proceso determinado forman las líneas estructurales de una planta de proceso. Entre los tipos de accesorios más comunes se pueden mencionar:
Bridas
Codos
Tes
Reducciones
Cuellos o acoples
Válvulas
Bombas
Entre sus características se encuentran:
Dimensión: Es la medida de un accesorio o diámetro nominal mediante el cual se identifica al mismo y depende de las especificaciones técnicas exigidas.
Resistencia: Es la capacidad de tensión en kilogramos que puede soportar un determinado accesorio en plena actividad.
Aleación: Es el material o conjunto de materiales del cual esta hecho un accesorio.
Espesor: Es el grosor que posee la pared del accesorio de acuerdo a las normas y especificaciones establecidas.
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AISLAMIENTO TERMICO DE LAS LINEAS DE TUBERIA Todos los tubos del sistema de combustible pesado deberán estar equipados con una línea de vapor que los acompañe en su trazado, además de estar recubiertos con un aislante térmico, garantizando que la temperatura permanezca constante de este modo se mantendrá la viscosidad en unos niveles óptimos de operación. Se puede distinguir dos operaciones:
Cuando la bomba de suministro esté en funcionamiento, se produce una pequeña pérdida de temperatura, es este caso el acompañamiento de vapor será necesario en líneas de suministro de gran longitud.
Se hará necesario el uso de acompañamiento de vapor, facilitando el paso del combustible por los tubos en las arrancadas, cuando el motor ha estado parado un largo tiempo y las tuberías se hayan enfriado.
La tubería de transporte de fuel oil, como ya se menciona anteriormente, mantiene la temperatura, aproximadamente a 50 ºC, con la ayuda de una tubería acompañante la cual se dispone en los extremos de la tubería principal o arrollada en espiral. El portador de calor que fluye por los tubos, está constituido por vapor saturado, con presión entre 0,2 y 1 MPa. En cuanto al material aislante, será de lana mineral de 150 Kg/m3 y con 20 mm de espesor y recubierto de con tela de fibra de vidrio de 400g/m2. El tubo fuente de calor, de material de cobre, deberá estar aislado conjuntamente con el tubo principal, formando así una cavidad termo-aislada, diseñado de esta forma, para reducir al máximo las pérdidas de calor con el exterior. El sistema presentado actúa por conducción directa entre del tubo principal y el tubo fuente de calor y por convección a través del aire caliente que se encuentra en el interior de la cavidad.
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MATERIALES DE LAS TUBERIAS La selección de materiales para la red de tuberías de combustible líquido en caliente a presión, se debe hacer según las necesidades de las mismas; por lo general serán de acero al carbono, sin soldadura o de otro material aprobado para esta aplicación. Este tipo de acero se caracteriza por su contenido en carbono, inferior al 0,7% presenta las siguientes características:
Gran resistencia al choque.
Pueden trabajar a presiones y temperaturas elevadas.
Poseen buenas cualidades de resiliencia y tenacidad.
Son mecanizables y soldables.
El inconveniente que presentan, es su tendencia a oxidarse, lo cual se puede subsanar con un correcto tratamiento exterior, no siendo necesario en el interior, ya que el fuel oil, actúa como lubricante y evita la corrosión.
TAMAÑO DE LAS TUBERIAS El tamaño del tubo se selecciona en principio de forma que:
La resistencia al flujo del sistema sea tal, que las presiones y los flujos de diseño se consigan con un rango de bombas o compresores razonables.
Las velocidades en la tubería no produzcan turbulencias, erosiones o ruidos inaceptables.
Se tendrá en cuenta factores adicionales, como peso, facilidad de fabricación, normalmente se tomará la tubería más pequeña que cumpla con todos los requisitos.
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SONDAS DE COMBUSTIBLE Y ATMOSFERICOS Las sondas de nivel son un sistema capaz de medir el nivel de combustible de los taNques; existen gran variedad en el mercado, desde los sencillos y económicos medidores de nivel mecánicos o neumáticos hasta las más sofisticadas sondas y sistemas de tele-medición. Se instalarán sondas relativamente económicas, según las necesidades el armador y las recomendaciones del astillero; así pues, se dispondrán niveles a distancia en todos los tanques de almacenamiento. Estos niveles serán de tipo eléctrico, por medio de un sistema capacitivo. Las sondas manuales de combustible serán de acero negro. Siempre que sea posible, serán rectas y estarán provistas de válvulas de contrapeso, especialmente cuando el punto de sondeo esté por debajo del nivel de respiro. Los atmosféricos de los tanques de aceite y combustible, tendrán rejillas cortafuegos. Todos los atmosféricos se situarán en la parte más alta de los espacios, a fin de que puedan ser eliminadas todas las bolsas de aire y. se llevarán a cubierta, debiendo disponerse una bandeja colectora a su alrededor.
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BOMBAS DE TRASIEGO Los tres factores principales para determinar si usaremos una bomba de desplazamiento positivo son: presión, gasto y las siguientes características de los líquidos:
Índice de acidez-alcalinidad (pH)
Condiciones de viscosidad
Temperatura
Presión de vaporización del líquido a la temperatura de bombeo
Densidad
Materiales en suspensión, tamaño, naturaleza, etc.
Condición de abrasión
Contenido de impurezas
Se resumirán las características generales de los diferentes tipos de bombas para hacer una mejor valoración a la hora de seleccionar las bombas.
Bombas de desplazamiento positivo alternativas son aplicables para:
Caudales pequeños.
Presiones altas.
Líquidos limpios.
Bombas de desplazamiento positivo rotativas para:
Caudales pequeños y medianos.
Presiones altas.
Líquidos viscosos.
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Las bombas dinámicas del tipo centrífugo para:
Caudales grandes.
Presiones reducidas o medias.
Líquidos de todo tipo, excepto viscosos.
Actualmente las bombas centrífugas también cubren el campo de altas presiones, lo que se logra mediante bombas de varios pasos a altas velocidades. Se instalarán bombas rotativas de desplazamiento positivo que aspiran combustible de los tanques de almacén a través de un filtro doble y descargarán al tanque de sedimentación, de allí a las purificadoras, tanques de servicio diario y finalmente a los inyectores o quemadores. Su funcionamiento consiste, en que las partes giratorias recogen combustible en la aspiración, forzándolo con su giro a través de la descarga, al quedar el combustible entre las cavidades del elemento rotativo de la bomba. El principio de desplazamiento consiste en el movimiento del combustible causado por la disminución del volumen de una cámara. Estas bombas pueden ser del tipo:
De tornillo De engranajes De lóbulos De paletas
La más utilizada para este tipo de sistemas es la bomba de lóbulos o de tornillo.
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PRECAUCIONES DE LAS BOMBAS Para cumplir con los requerimientos de los organismos reguladores (ABS), en caso de incendio, hay que disponer medios para detener las bombas de servicio, y cerrar las válvulas de aspiración de los tanques de servicio, situadas en una posición accesible y fuera de la cámara de máquinas. Se debe contar con dos bombas rotativas de alimentación de combustible. Al menos una de las bombas debe ser independiente del motor principal, según recomienda ABS. Las bombas de combustible deberán estar equipadas con válvulas mecánicas de cierre tanto en la succión como en la descarga. Debe instalarse una válvula de alivio en la descarga, a menos que la bomba sea de tipo centrífugo, y cuente con un sistema de parada que se active por debajo de la presión de cálculo del sistema de tuberías. Bajo las bombas, hay que prever bandejas de derrame con brazolas y se dispondrán conexiones para evitar que el combustible derramado constituya un riesgo o se derrame a la sentina.
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ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE El combustible contenido en los tanques de servicio diario aún no reúne la condición de temperatura necesaria para el consumo en el motor principal y motores auxiliares, puesto que se almacena aproximadamente a unos 90 ºC, lo que nos obliga a utilizar sistemas que eleven la temperatura hasta valores cercanos a 150 ºC para obtener la viscosidad recomendada por el fabricante a la entrada de las bombas de inyección del motor principal y auxiliares. El sistema de alimentación está compuesto de dos pares de bombas rotativas en serie de alimentación, dejando siempre una de respeto en caso de avería, las cuales aspiran del taque de servicio diario y descargan a las bombas de circulación. Se dispondrán también de dos bombas en serie de circulación, rotativas de desplazamiento positivo, dejando una de respeto, estas, aspiran el caudal procedente de las bombas de alimentación y descargan a los calentadores de combustible. Se puede utilizar un filtro automático en el sistema de alimentación para eliminar las partículas que aún puedan llevar el combustible. Un control correcto de la viscosidad garantiza una combustión eficiente y completa, que contribuye, por tanto, a un funcionamiento más económico de la planta. Así pues es recomendable instalar un controlador de viscosidad que recibirá la señal del viscosímetro que regulará así la cantidad media de calor que se debe aplicar al combustible. La presión las líneas de inyección a la entrada del motor principal y líneas de retorno será del orden de 7 bares, superior al resto del sistema de combustible, de esta forma se tendrá un sistema dividido en dos etapas; circuito de alta y baja presión.
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VÁLVULAS Las válvulas cumplen cualquiera de las siguientes funciones:
Retener o permitir el flujo del combustible.
Variar la cantidad de combustible.
Controlar la dirección del combustible.
Evacuar sobre presiones del sistema.
Existen un gran número de tipos y diseños de válvulas; el sistema dispondrá de: válvulas de globo, válvulas de compuerta, válvulas de seguridad, válvulas de purga, válvulas de tres vías, válvulas de cierre rápido y paso directo. Todas las tuberías de combustible que salgan de un tanque, y que si sufriesen daños, fuesen susceptibles de dejar escapar combustible del tanque, deben contar con una válvula de retención instalada directamente en el tanque. La válvula no debe ser de fundición, aunque se permite el uso de fundición modular. La válvula de retención debe disponer de sistemas de cierre tanto in-situ como desde un lugar fácilmente accesible y seguro, fuera de la cámara de máquinas. El cierre remoto de las válvulas puede hacerse mediante varillas extensoras, o por medios eléctricos, hidráulicos o neumáticos. La fuente de energía para operar estas válvulas debe provenir del exterior de la sala en la que se encuentran dichas válvulas. Para un sistema de accionamiento neumático, el suministro de aire comprimido puede provenir de una fuente situada en la misma sala que las válvulas, siempre que haya un depósito de aire situado fuera de la cámara de máquinas. Las válvulas de seguridad, como indica la sociedad de clasificación, se instalarán en el lado del combustible de los calentadores. La descarga de la válvula de seguridad debe conducir de vuelta al tanque de almacenamiento o a otro tanque apropiado con la capacidad adecuada.
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Los tanques de almacenamiento a presión atmosférica se deben proteger con válvulas destinadas a descarga, con presiones positivas y negativas muy bajas. Estas válvulas típicas son las combinadas para el desahogo de presión y vacío, suelen tener paletas con pesos de plomo. La graduación se debe establecer al valor seguro de la presión de diseño del tanque para que la válvula descargue por completo a esa presión. Se debe consultar al fabricante para determinar su graduación. No se deben usar materiales no férricos en servicios de combustible, porque tienen efectos contaminantes en el mismo. Si se usan tapas roscadas en las válvulas deben ser del tipo capaz de empaquetarse bajo presión. Los materiales que se degraden fácilmente con el calor, no deben ser utilizados en la fabricación de las válvulas o el mecanismo de cierre, salvo que éstos, estén protegidos adecuadamente para garantizar una instalación de cierre eficaz en caso de incendio. Los cables eléctricos, si los hay, deben ser resistentes al fuego, y cumplir los requisitos de la publicación del IEC 60331.
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PRECALENTADOR Es un intercambiador de calor que utiliza vapor procedente de las calderas como agente intercambiador; su función es sencilla, calentar el fuel-oil y estabilizarlo térmicamente a una temperatura adecuada, mejorando así su fluidez por las tuberías. Los intercambiadores de calor se pueden clasificar basándose en la distribución de flujo, se tienen cuatro tipos de de configuraciones más comunes:
Flujo paralelo, los fluidos caliente y frío entran por el mismo extremo del intercambiador fluyen a través de él en la misma dirección, su salida se sitúa en extremo opuesto.
Distribución contracorriente los fluidos caliente frío entran por los extremos opuestos y fluyen en dirección opuesta.
Distribución a flujo cruzado de un solo paso, un fluido se desplaza dentro del intercambiador perpendicularmente a la trayectoria del otro fluido
Distribución de flujo cruzado de paso múltiple, un fluido se desplaza transversalmente en forma alternativa con respecto a la otra corriente de fluido.
Se instalarán un pre calentador por cada purificador instalado, y otro más en el sistema de alimentación, del tipo de flujo cruzado vertical, de paso múltiple. Así pues se instalarán dos tipos de calentadores, del mismo modelo, con distintos rangos de operación.
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PURIFICADORA Los combustibles pesados poseen muchas impurezas y contenidos en agua que pueden llegar a un 2%, pudiendo ser agua salada y por tanto, con alto contenido en sólido, además de las impurezas añadidas por el transporte y almacenamiento, por lo que es necesario depurar el combustible de los sólidos y líquidos que no se han eliminado por decantación y filtrado. Se utilizará un sistema formado por dos purificadoras de combustible de tipo autolimpiable, que aspiran del tanque de sedimentación y descargan al tanque de servicio diario, con una capacidad mínima cada una de 115% - 120% del consumo del motor principal y motores auxiliares, como recomienda el fabricante de motor y además si no se instala una purificadora para combustible diesel, al menos una purificadora de combustible pesado deberá tratar también combustible diesel. La purificadora emplea la fuerza centrífuga para separar las partículas sólidas más finas del combustible, aquellas que pasaron a través de los filtros. El proceso se realiza haciendo rotar un recipiente a una alta velocidad alrededor de 15000 rpm y con una temperatura de 89-95 ºC. Esas velocidades tan altas se consiguen mediante una transmisión de tornillo sin fin y cojinetes de fricción. Cada purificadora instala un pasador de seguridad entre el motor y los engranajes de transmisión. Aunque la purificadora de combustible está proyectada para autolimpiarse, será necesario desmontarla periódicamente para un limpiado manual.
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CONSUMO DE COMBUSTIBLE El cálculo del consumo de combustible para los motores diesel depende de una serie de supuestos, por lo cual, es solo estimado para unas condiciones ambientales especificas con una carga definida de la hélice. Se consideran los siguientes parámetros para el cálculo del consumo de combustible: 1. Estado y desplazamiento del buque del buque (casco limpio, plena carga). 2. Condición estable del tiempo y estado de la mar en calma. 3. Diagrama de velocidad, velocidad del buque, potencia en el eje, para el desplazamiento supuesto. 4. Número de motores diesel. 5. Consumo específico de combustible de los motores diesel y poder calorífico del combustible. 6. Densidad del combustible. 7. Relación de reducción si se utiliza un reductor. Se omite este punto, ya que en el buque proyecto, el motor va acoplado directamente al eje de la hélice. 8. Consumo de combustible de los grupos generadores, funcionando a un régimen de potencia definido; no se tendrá en cuenta el grupo de emergencia, ya que su uso es para tales ocasiones y su gasto eventual no hay que considerarlo adicional 9. Consumo de combustible de calderas. 10. Volumen útil de los tanques de combustible, por ejemplo 95% debido a los refuerzos estructurales del tanque o para considerar un margen máximo de llenado. 11. Perfil operativo del buque.
Es obvio que una especificación incompleta de estos valores pueden conducir a diferencias en los cálculos.
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VOLUMEN DE COMBUSTIBLE Para considerar el volumen de combustible se toma el valor de todo el combustible utilizable en el buque, es la suma del combustible en cada tanque.
TEMPERATURA DE TANQUES Las temperaturas de funcionamiento del sistema vienen definidas por las especificaciones de los elementos (depuradora e inyección), las características del combustible y el requisito de mínimo consumo energético. Tanque de Alimentación ≅ 40-47ºC (mínimo para poder bombear) Tanque de Sedimentación ≅ 60ºC Tanque de Reboses ≅ 45-60ºC (la entrada es a ≅ 20ºC) Tanque de .Servicio Diario ≅ 90ºC Tanque de Inyección ≅ 110ºC Las depuradoras requieren el combustible entre 80 y 100oC, por lo que se suele disponer un sistema de calentamiento adicional en su Alimentación.
