Sistema de Combustible de Un Buque
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1
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.
2
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
3
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.
5
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.
6
Propiedades Unidad RMKDensidad a 15 ºC
Viscosidad cinemática a 50 ºC
Punto de inflamación
Punto de fluidificación
Residuos de carbono
Azufre
Ceniza
Vanadio
Aluminio y Silicio
Sedimentos totales
Agua
Kg/m3
cSt
ºC
ºC
m/m (%)
m/m (%)
m/m (%)
Mg/kg (ppm)
Mg/kg (ppm)
m/m (%)
v/v (%)
1010
700
60
30
15
1,5
0,05
100
30
0,1
0,5
7
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 Unidad DMADensidad a 15 ºC
Viscosidad cinemática a 40 ºC
Punto de inflamación
Punto de fluidificación
Azufre
Ceniza
Agua
Kg/m3
cSt
ºC
ºC
(m/m) %
(m/m) %
(v/v) %
890
60
60
-6
1,5
0,01
1,5
8
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.
13
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.
18
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.
19
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.
20
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.
21
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.
22
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.
23
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.
24
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.
25
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.
26
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.
27
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.
28
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.
PURIFICADORA
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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 auto-
limpiarse, será necesario desmontarla periódicamente para un limpiado manual.
CONSUMO DE COMBUSTIBLE
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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.
VOLUMEN DE COMBUSTIBLE
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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.
CONCLUSIÓN
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Al finalizar esta investigación hemos logrado adquirir nuevos conocimientos en
cuanto al importante sistema de alimentación de combustible de un buque.
Esto es de gran ayuda para la carrera de Ing. Náutica en Navegación la cual
estamos cursando, ya que al ser oficial de cubierta también se debe conocer
acerca de las maquinarias navales y más aun de los tipos de combustible que se
usan y su alimentación ya que al hacer maniobra o navegación de mar abierto
tenemos que estar pendientes de esto.
Podemos concluir que este es un sistema de gran complejidad y al cual hay que
prestarle máxima atención porque al ser mal maniobrado o ejecutado de una
forma incorrecta puede causar grandes pérdidas tanto económicas como
humanas.
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