El desarrollo de los motores diesel se ha vistoimpulsado por la aumento de la disponibili-dad y ventajas de los combustibles gaseosos,principalmente de su nivel mucho más ba-jo de emisiones nocivas y de su reducidomantenimiento y mayores intervalos entrerevisiones asociados con los motores ali-mentados con gas.

La operación con gas natural produce unasemisiones muy reducidas debido a las pro-piedades del combustible y su bajo conteni-do de contaminantes. El metano, el principalcomponente, es el hidrocarbono con mejor ren-dimiento como combustible en términos decantidad de energía por cantidad de carbo-no. Por consiguiente, trabajar con gas naturalreduce las emisiones de otro contaminanteprincipal (el dióxido de carbono) en un 20 %en comparación con el diesel.

El gas natural tiene unas características de que-mado muy buenas en un motor, y debido a quees más ligero que el aire y tiene una elevadatemperatura de ignición, es también un com-bustible seguro.

Los motores duales de cuatro tiempos deWärtsilä pueden trabajar tanto con combusti-ble gaseoso como líquido. Trabajando con gas,los motores trabajan de acuerdo con el cicloOtto, con una premezcla pobre de aire y gas enla cámara de combustión. La mezcla pobre serefiere a que la mezcla tiene más aire del nece-sario para completar la combustión, redu-ciendo las temperaturas máximas. Así seproduce menos NOx y se aumenta el rendi-miento al aumentar la tasa de compresión y seoptimizan los tiempos de la inyección. La mez-cla pobre también es necesaria para prevenirla auto-ignición.

El gas se introduce dentro del cilindro por laentrada de aire durante la carrera de admisión.En vez de utilizar una bujía para la ignición -normalmente usada en motores de gas de mez-cla pobre. La mezcla se enciende inyectandouna pequeña cantidad de combustible dieselen la cámara de combustión. Su elevada ener-gía asegura la ignición fiable y potente de lamezcla, lo que se necesita ciando se trabaja conuna alta potencia específica por cilindro y unamezcla de aire y gas pobre.

Para asegurar unas bajas emisiones de NOx,es esencial que la cantidad de combustible die-sel inyectado sea muy pequeña. Los motoresduales de Wärtsilä usan la "micro inyección",con menos de un 1 % de combustible diesel in-yectado a la carga nominal, para conseguir que

las emisiones de NOx sean de una décima par-te de las de un motor diesel estándar.

Cuando el motor dual está trabajando con gas,la combustión debe controlarse cuidadosa-mente para evitar la auto-ignición o fallos enel encendido. El único modo fiable de evitaresto es, según Wärtsilä, usar un control elec-trónico tanto de la inyección como de la en-trada de gas en cada cilindro.

La relación global aire/combustible se con-trola por medio de una válvula de descarga,que permite que parte de los gases de esca-pe se salten la turbina de la turbosoplante;esto asegura que la relación sea correcta in-dependientemente del cambio de condicionesambientales como la temperatura.

La cantidad y momento del combustible die-sel inyectado se ajustan individualmente jun-to con la relación específica de cada cilindroy la global aire/combustible para mantenercada cilindro trabajando correctamente ydentro de los límites de la auto-ignición y elfallo de encendido. Este es un factor clavepara trabajar de modo fiable con gas, ajus-tando automáticamente el motor de acuer-do con las condiciones cambiantes, señalaWärtsilä.

En modo diesel, el motor trabaja de acuerdocon el concepto normal diesel, usando un sis-tema de inyección de combustible por bombapulsatoria. El combustible diesel es inyecta-do a alta presión en la cámara de combustiónjusto antes del punto muerto superior. La ad-misión de gas se desactiva pero parte del com-bustible diesel permanece activado para

asegurar una ignición fiable cuando el funcio-namiento del motor pasa a ser con gas.

La presión del gas en el motor es de menos de4 bar a plena carga, haciendo que el diseñode tuberías de una sola pared sea aceptable sila cámara de máquinas dispone de la ventila-ción y detectores de gas adecuados. La válvu-la de gas en cada una de las cabezas de cilindroses solenoidal y está controlada electrónica-mente, con un elevado rendimiento y con gran-des intervalos de mantenimiento.

El combustible piloto se introduce por medio deun sistema de raíl común, basado en una bom-ba de alta presión montada en el motor, que su-ministra el combustible a cada una de lasválvulas de inyección a una presión constantede 900 bar. La válvula de inyección posee dosagujas, con la aguja del combustible piloto con-trolada electrónicamente por el sistema.

Los motores Wärtsilä de combustible dual pue-den trabajar con gas o combustible ligero (dieselmarino o gas oil) y con combustible pesado (HFO).Cuando trabajan con gas, el motor cambia auto-máticamente a la operación diesel si la alimen-tación de gas se interrumpe u ocurre algún falloen los componentes. El cambio necesita menosde un segundo y no tiene efectos en la velocidaddel motor y la carga durante el proceso.

La transferencia entre el trabajo con diesely gas, sin embargo, es gradual: el suminis-tro del combustible diesel se reduce lenta-mente mientras que la cantidad de gasadmitido se aumenta. El efecto de las varia-ciones de la velocidad del motor y la cargase supone mínimo.

Los motores duales Wärtsilä en la propulsiónde gaseros

propulsión

febrero 2004INGENIERIA NAVAL 165 37

Motores de 4 tiempos

El sistema de inyección de combustible commonrail ha sido uno de los principales avances delos últimos años y en 2003 entraron en servicioun gran número de motores diesel Wärtsilä quellevaban instalado dicho sistema. La planta demayor potencia entregada en 2003 consiste encuatro motores Wärtsilä 16V46, con una po-tencia combinada de 67,2 MW, y está instala-da en el buque de pasajeros Queen Mary II,construido por el astillero francés Chantiers del’Atlantique que lo entregó en el mes de di-ciembre de ese año.

Como otros tipos de motores de Wärtsilä, loscommon rail satisfacen los límites actuales so-bre emisiones de NOx mientras que su ahorrode combustible proporciona emisiones de CO2más bajas que las de otros motores alternati-vos. Las primeras instalaciones de motoresWärtsilä 46 y 38 de este tipo se encuentran enbuques de cruceros, y los motores Wärtsilä 32,de baja potencia, con inyección common railse están empleando como motores auxiliaresen grandes portacontenedores de línea.

Otro avance que tiene como objetivo la reduc-ción de las emisiones de los motores Wärtsiläes la humidificación del aire de combustión.Este proceso introduce el agua como una bru-ma fina dentro de la carga de aire después dela turbosoplante lo que proporciona una re-ducción adicional en las emisiones NOx de másde la mitad respecto al nivel original. El siste-ma empezó las pruebas de campo en 2003 yestará listo para la producción de motores en2004.

El primer motor Wärtsilä 50DF se probó enenero de 2003, era uno de los cuatro motoresde 6 cilindros que se iban a instalar en un bu-que LNG que se estaba construyendo enFrancia. Se espera que el motor Wärtsilä 50DFde combustible dual sea un paso importan-te también para aplicaciones en plantas depotencia motriz. A finales de 2003 se com-pletaron las pruebas de banco de un motorde 18 cilindros, de 16,6 MW, en la fábrica deTrieste.

Los motores Wärtsilä 50DF y 32DF son ca-paces de funcionar alternativamente con com-bustible gaseoso o líquido, siendo capaces decambiar de combustible gaseoso a líquido au-tomáticamente, interrumpiendo el suminis-tro de gas. Cuando funciona con combustiblegaseoso la mezcla del ciclo Otto es pobre y laignición se asegura con una inyección micro-piloto de diesel-oil.

La flexibilidad en el combustible de los mo-tores DF es útil en los buques LNG ya que per-mite que la planta de propulsión utilice almáximo la carga de gas evaporado. El bajo con-sumo de combustible da lugar a menores cos-tes de operación que la planta de turbina devapor tradicional y a emisiones de NOx y CO2mucho más bajas.

En Bermeo (España), el motor de igniciónpor chispa más grande de la compañía, elWärtsilä 20V34SG, tiene cerca de 8.000 ho-ras de funcionamiento desde que se puso enmarcha a principios de 2001. La mitad deesas horas ha estado a una potencia del ejede 9 MW y una disponibilidad de más de un98 %. El rendimiento del eje ha sido de másde un 45 %.

Los motores duales Wärtsilä DF y los mo-tores de gas de ignición por chispa se estánempleando en plantas de propulsión de emi-siones ultra bajas (ULE). Las escasas emisionesde las plantas ULE se deben en parte al uso decombustibles limpios, como el gas natural, queproporcionan unas emisiones mínimas de SOxy de partículas.

También se emplea un tratamiento posterior delos gases de escape con catalizador SCR, para re-cortar el NOx y reducir las emisiones de monó-xido de carbono CO, compuestos orgánicosvolátiles VOC, aldehídos y otros contaminantesdel aire, HAP, así como controlar el deslizamientodel amoníaco después del catalizador SCR. Lautilización del tratamiento posterior permiteajustar los motores para un rendimiento máxi-mo y minimizar las emisiones de CO2.

En paralelo con la primera instalación ULE conmotores Wärtsilä SG en 2002, también se de-sarrolló el concepto para los motores de doblecombustible. Se realizó una instalación de prue-ba con un motor Wärtsilä 32DF, de 5,8 MW, ac-tualizando un sistema SCR ya existente. Todoslos tipos de emisiones se han investigado y almismo tiempo se ha vuelto a definir el sistemade control para inyección de amoníaco y la uti-lización de diferentes catalizadores.

Motores de dos tiempos Sulzer RT-flex

Durante 2003, Wärtsilä continuó la introduc-ción de los motores de dos tiempos Sulzer RT-flex que incorporan la tecnología de inyecciónde combustible common rail. La fabricación enserie de estos motores se está llevando a caboen Italia, Corea y Japón, y en China comenza-rá en 2004.

Estos motores marinos de baja velocidad uti-lizan la inyección de combustible common rail

y la operación de las válvulas con un controlelectrónico completamente integrado. El pri-mer motor RT-flex lleva acumuladas más de11.000 horas de funcionamiento en el grane-lero Gypsum Centennial. En los últimos me-ses han entrado en servicio tres buques máspropulsados por motores RT-flex58T-B y RT-flex60C.

La gama de motores Sulzer RT-flex se ha am-pliado con tres nuevos diámetros. El nuevo ti-po RT-flex50 actualmente en desarrollo cubriráun rango de potencias de 5.650 a 12.960 kW.También se está aplicando la tecnología al RT-flex96C, así como a los motores RT-flex84T-Dpara portacontenedores y petroleros, VLCCsy ULCCs.

En octubre de 2003 los contratos confirmadospara el suministro de motores RT-flex alcan-zaban la cifra de 45 motores, con una potenciatotal combinada de 1,86 millones de kW. Estosincluyen los motores 29 RT-flex96C de los cua-les los de mayor potencia son los motores de12 cilindros de 68.640 kW para portacontene-dores. Otro tipo de buques equipados con mo-tores RT-flex son los graneleros, buquesmultipropósito, frigoríficos y petrolerosAframax.

Wärtsilä continúa el desarrollo del sistemaSulzer RT-flex. Por ejemplo está introducien-do una nueva curva alternativa para el consu-mo específico de fuel (BSFC).

El objetivo del desarrollo del motor RT-flexha sido alcanzar los mismos estándares derendimiento que los que tenían los motoresequipados con árbol de levas Sulzer RTA. Losactuales motores RT-flex tienen una curvaBSFC que es idéntica a la de los correspon-dientes motores Sulzer RTA equipados conárbol de levas, aunque algo mejor en la zonade carga parcial debido a la mejor combus-tión posible con la inyección common rail.Ahora se ha explotado la flexibilidad en la in-yección de combustible y la precisión de laválvula para que los motores RT-flex funcio-nen según una curva alternativa con una re-ducción sustancial de BSFC por debajo del90 % de carga del motor.

Estos años se ha prestado gran dedicación aimplantar la tecnología TriboPack en los mo-tores Sulzer de baja velocidad. El TriboPackes una combinación de medidas de diseñopara mejorar el comportamiento del funcio-namiento de los pistones, con un ritmo dedesgaste bajo y estable que amplíe el tiem-po necesario entre revisiones a por lo menostres años.

Por consiguiente, el ritmo de alimentación pa-ra la lubricación de aceite del cilindro se ha re-ducido en los motores construidos para elmodelo TriboPack desde menos de 1,4 g/kWa 1,1 g/kW.h y se puede reducir adicional-mente hasta un 0,9 g/kW.h después del análi-sis del comportamiento del motor.

Desarrollo de los motores Wärtsilä

38 166 febrero 2004INGENIERIANAVAL

La potencia de servicio de los dos nuevosmotores para buques rápidos, de la seriede alta velocidad 3500 de Caterpillar pro-meten rendimiento, fiabilidad, economía ycontrol de los yates a motor de semi des-plazamiento.

Los motores 3516B de las Series II HD, HighDisplacement, están actualmente disponiblescon potencias de servicio de hasta 2.525 kW ylos 3512 B de las Series II HD con potencias dehasta 1.895 kW.

A estos motores se les exige un alto rendi-miento a una velocidad y rpm del pistón re-ducidas, un diseño competitivo, pococonsumo de combustible, bajas vibraciones,

largo tiempo de vida del motor yreducción de los costes de mante-nimiento. También incorporan me-joras en la tecnología ACERT parala monitorización electrónica, la vi-sualización y los sistemas de enfria-miento así como un nueva forma deinyección y gestión del combustible.

Además, Caterpillar ha presenta-do los motores 3512B y 3516B delas Series II para aplicaciones co-merciales pesadas y rápidas. Lasnuevas potencias de servicio a1.800 rpm se han conseguido a tra-vés de varias modificaciones entre las quese incluyen el control electrónico, cambios

en el software, nuevos componentes y de-sarrollo del hardware.

Caterpillar presenta dos nuevos motores Cat 3500s

Rolls-Royce ha presentado el motor Bergen B-gas que produce hasta 8,5 MW de potencia pa-ra la producción de energía eléctrica.

El nuevo motor, es el mayor producto Bergendesde que el especialista noruego empezó laconstrucción de unidades de potencia indus-trial hace cinco décadas. Se trata de un mo-tor de velocidad media, ignición por chispa yquemado pobre que está diseñado para fun-cionar con gas natural. Los trabajos de diseñopara el motor B-gas empezaron en la prima-vera de 2002; en ese momento, un operador deun motor K-gas en Dinamarca entró en con-versaciones con Rolls-Royce para actualizar lapotencia de su único motor. Rolls-Royce de-sarrolló un nuevo motor de gas que unido alos requerimientos de los clientes siguió ade-lante y en agosto de 2003 firmó un contrato pa-ra la entrega del primer grupo generador B-gas.

Los ingenieros de Rolls-Royce cumplieron elplazo y el primer motor se entregó a tiempoa Torring Kraftvaermeverk en Dinamarca. Elverdadero tamaño del motor B-gas, que pesaunas 80 t, es sólo uno de los cambios a los quese enfrentaba Bergen cuando desarrollaron elproducto. Suministradores con experiencia su-ficiente se encargaron de la fabricación de gran-des componentes como el cárter del motor, elcigüeñal, los pistones y el turbosobrealimen-tador, mientras Rolls-Royce completó el dise-ño y ensamblaje del primer motor B-gas.

El contrato permite a Rolls-Royce ganar expe-riencia en este campo antes de que la fábricaentre en una actividad plenamente comercial.El motor B-gas va a explotar la creciente de-manda por parte de los operadores de moto-res de funcionamiento alternativo que resultenrentables.

Rolls-Royce usó elmotor diesel BergenB32:40 como base yaumentó el diámetrointerior de 320 mm a350 mm con unacarrera de 400 mm,convirtiéndolo en elmayor motor cons-truido hasta la fechapor Bergen.

El control de la pro-porción aire/com-bustible del motorse maneja medianteuna versión refinadadel controlador de

gas del motor de Bergen (GEC) KV-G4. El vo-lumen de aire de combustión está suministra-do por un turbocompresor del tipo turbinavariable, pionero de Bergen para el motor KV-G3 hace varios años.

El sistema de inyección de gas del motor estábasado también en los principios de Bergen.Una combinación de válvula que funciona me-cánicamente, comprende las válvulas de ad-misión y escape que se colocan en la puerta deentrada de cada cilindro. Esta combinación sesitúa para pérdidas de presión y se puede ajus-tar individualmente para realizar el equilibra-do del motor, en base a la lectura de las válvulasindicativas del cilindro actuando en la preci-sión para mejorar el rendimiento y reducir lasemisiones.

Aunque la plataforma de los motores está ba-sada en la unidad B-M el resto es un diseño com-pletamente nuevo. El bloque del motor estáintegrado en canales para que los fluidos y el ai-re se repartan en el hierro modular y se puedautilizar en motores de gas de diámetro 350 mmy en motores diesel de 320 mm. Las cabezas decilindros, cigüeñal, el módulo intercambiadorde aire y el sistema de escape están especial-mente fabricados para el nuevo diseño.

Antes de entregar el primer motor, se probóun prototipo, el B35:40V-12, en Bergen. Los pro-gramas de validación mecánicos, térmicos, deemisión y los relacionados con el rendimientose realizaron con muy buenos resultados. Enparticular, el motor se probó a más de un 20 %del régimen de potencia y los datos de las emi-siones y el rendimiento fueron mejor de los es-perados.

Rolls-Royce presenta un motor de gas

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Las hélices azimutales se han visto favorecidasdurante largo tiempo por los buques especiali-zados como los remolcadores y los buques offs-hore y han reforzado su atractivo en tareas demaniobra, emergencia y como propulsores prin-cipales de buques. Los diseñadores argumentanque los sistemas de hélices orientables 360 gradosofrecen las siguientes ventajas sobre las configu-raciones tradicionales de eje y hélice:

• Mejor maniobrabilidad y flexibilidad. El em-puje puede ser orientado en cualquier direccióny es posible realizar un control fino en todo elrango de velocidad.

• Se necesita una cámara de máquinas más pe-queña y baja, y por lo tanto puede aumentar-se el espacio potencial para carga o pasaje dentrode unas determinadas dimensiones del buque.

• Menores costes de mantenimiento.• Se simplifica la instalación, el servicio y el re-

emplazo.

La mayor parte de los diseñadores ofertan tam-bién una versión de hélices retráctiles alternativasque se aplican cada vez más en la industria offs-hore. En la posición de trabajo, la caña sobresalepor debajo del casco para permitir que el flujo deagua llegue a la hélice lo mejor posible. Cuandose retrae por medio de un sistema hidráulico, launidad submarina se eleva dentro del casco, re-duciendo el calado del buque en puerto y prote-giendo la hélice de posibles daños.

Brunvoll

La instalación de una hélice azimutal retráctilBrunvoll AR63 LTC 1650 en el buque de AHTSViking Titan ha resultado satisfactoria para el ar-mador noruego Eidesvik, que está operando es-te buque de manejo de anclas y auxiliar en el Mardel Norte. La hélice de 882 kW se desplegó du-rante el 70 % del tiempo de trabajo, lo que llegaa alcanzar unas 5.000 horas anuales, y reduce elconsumo diario de combustible de 10 t a 3 t.También se han comprobado una reducción delos costes de mantenimiento.

La mayor parte de las hélices actuales disponen dehélices de palas controlables, según ha declaradoBrunvoll; su uso permite la instalación de motoresmenos costosos que son más compactos que otrasalternativas. El giro en sólo una dirección es bene-ficioso para el desgaste y aislamiento de la maqui-naria. Las palas dañadas pueden reemplazarseindividualmente a un bajo coste, y no hay necesi-dad de montar un freno en el eje para evitar quegire durante el movimiento de la hélice.

Además, las hélices de palas controlables tienenla ventaja de facilitar una explotación total de lacapacidad de empuje, independientemente delas características de la instalación y las condicio-nes de trabajo.

Rolls-Royce

Hay diversas opciones como hélices de paso fijoo controlable, en toberas o sin ellas, que puedenser especificadas en los distintos modelos de hé-lices azimutales Ulstein Aquamaster, de Rolls-Royce, cuyos nueve tamaños cubren un rango depotencia de entre 330 kW y 5.500 kW.

Entre otras variantes están los propulsores conhélices contrarrotativas (CRP), las unidades quepueden retraerse en el casco (retráctiles vertical-mente, combi y de balancín); las de tipo contene-rizado y que pueden montarse bajo el aguas, lasunidades que se montan en cubierta y las hélicesde tiro. El mecanismo de gobierno eléctrico es unaopción adicional que ofrece un mayor rendimientototal y confort.

Los propulsores combi –que combinan una héli-ce azimutal con un hélice en tobera- están dise-ñados para su instalación en los buques de cruceroy ferries, así como en los buques offshore para losque Rolls-Royce había enfocado inicialmente eldesarrollo. La parte superior del equipo está col-gada en vez de retraerse verticalmente, permi-tiendo que pueda girar sobre un punto fijo, ya seapara la operación azimutal o permanecer hori-zontalmente en un hueco del casco.

Las dos hélices de un propulsor CRP–la de popaligeramente menor que la de proa- están dis-puestas en tándem y giran en direcciones opues-tas. Se consigue un mayor rendimientopropulsivo, ya que la hélice de popa recupera par-te de las pérdidas de energía en el flujo, así co-mo las significativas pérdidas rotacionales. Otraventaja es que el diámetro óptimo de la hélice esaproximadamente un 20 % más pequeño que elde una unidad convencional de una sola héliceque absorba la misma potencia, por lo que sonadecuadas para calados restringidos.

La tecnología CRP fue aplicada por Rolls-Roycea una nueva generación de propulsores azimu-tales Ulstein Aquamaster para aplicaciones de tra-bajo pesado –el propulsor Contaz— que inició sucarrera con la instalación de dos unidades enun buque noruego de apoyo a plataformas.

Posteriormente se instalaron unidades más po-tentes en grandes ferries oceánicos de dos pro-as, con cuatro juegos de 3.000 kW dispuestos enparejas en cada extremo.

Uno de los últimos ferries noruegos deHurtigruten –el Trollfjord de 14.000 GT- está equi-pado también con propulsores Contaz: dos jue-gos de 3.700 kW cada uno con hélices de 3,4 m y3,1 m de diámetro, dispuestas para ser acciona-das directamente por un motor diesel o eléctrico.

Para las aplicaciones de velocidad más alta –has-ta 25 nudos- se encuentra el propulor Azipull deRolls-Royce, que se ha instalado en ferries y bu-ques de suministro a plataformas. También pa-rece existir un gran interés por parte de losoperadores de petroleros de productos de entre3.000 y 15.000 tpm.

Las hélices azimutales pueden diseñarse tantopara empuje como para tiro, es decir, con la héli-ce trabajando aguas arriba o abajo de la caña ver-tical. La mayor parte de las hélices convencionalesson del tipo de empuje, ya que la demanda habuscado principalmente un alto empuje a baja ve-locidad del buque.

El Azipull es un propulsor azimutal mecánicocon una hélice de tiro que puede ser de palasfijas o controlables. Este tipo de propulsor ofre-ce una serie de ventajas, tales como una mejorentrada de flujo a la hélice y la capacidad pa-ra aumentar el rendimiento hidrodinámicoal recuperar parte de la energía rotacional enel flujo de la hélice y convertirlo en una fuerzaen la dirección de proa.

Los engranajes cónicos inferiores y el mecanismoque controla el paso de los Azipull se basan en lasgeneraciones anteriores de hélices de Rolls-Royce.Los elementos mecánicos se encuentran dentrode una caña optimizada hidrodinámicamentecon una amplia cuerda para proporcionar un efec-to timón y mejorar la estabilidad de rumbo delbuque. La producción inicial de los Azipull se con-centra en las series AZP85 a AZP120, que cubrenuna gama de potencias de entre 800 kW y 3.200kW, pero las series podrían extenderse hasta cer-ca de los 6.000 kW.

Las hélices azimutales apuestan por elrendimiento y la versatilidad

40 168 febrero 2004INGENIERIANAVAL

Schottel

La hélice doble de Schottel (STP) sigue un con-cepto más sencillo, un propulsor azimutal Z-dri-ve, con dos hélices del mismo diámetro montadasen un eje común, y girando en la misma dirección.

La potencia se distribuye entre las hélices en vezde tener una hélice fuertemente cargada. La ener-gía de los torbellinos generada por la hélice deproa se recupera en vez de perderse. Unas ale-tas instaladas entre las hélices, a lo largo del alo-jamiento sumergido, deflectan las componentestangenciales aguas abajo de la hélice de proa y lasredirigen en la dirección axial.

Los méritos citados por el diseñador alemán, fren-te a una sola hélice (con o sin tobera), son que elmomento de giro necesario es menor; no hay fuer-zas de giro actuando sobre el buque debido al gi-ro de los propulsores cuando se desacoplan;menor riesgo de cavitación debido a la menor car-ga sobre las hélices; menores fluctuaciones de pre-sión y emisiones de ruidos; menores pérdidasmecánicas que otros sistemas de dos hélices.

El elevado rendimiento y bajos niveles de ruidoy vibraciones, han dado lugar a que se instalaranen más de 40 buques en los primeros tres añosposteriores al lanzamiento del STP en 1996. Losferries de doble proa y otros buques de pasaje pe-queños son los principales candidatos, junto coninstalaciones en buques de calado restringido ocon un huelgo determinado para las palas, quesólo permite un diámetro máximo. Pueden cum-plirse, según Schottel, diversos requisitos de tra-bajo en velocidades de hasta 28 nudos.

Disponible con unas potencias de hasta 3.500 kW,la STP evolucionó a partir de la SRP (Schottel

Rudderpropeller) que se empezó a comercia-lizar hace unos 50 años para dar a los diseña-dores de buques la oportunidad de combinarla propulsión con la maniobrabilidad en unpropulsor que gira 360 grados. El programa deSchottel ha evolucionado desde entonces pa-ra ofrecer SRPs con unas potencias de entre 200kW hasta 6.000 kW. Los modelos retráctiles ycontenerizados se ofrecen para la industria offs-hore, y los amagnéticos, resistentes a golpes ycon bajos nieves de ruido, para aplicaciones es-peciales.

Las variantes de las SRPcon hélices de palas con-trolables se introdujeron en los años 70. Las aso-ciaciones con Stone Manganese y posteriormentecon Lips contribuyeron a su desarrollo. Schottelha logrado sus propios recursos de diseño y pro-ducción desde que adquirió Wismarer Properllerund Maschinenbau, en 1998. Las hélices-timónmás pequeñas pueden ser construidas tambiénen China por la subsidiaria Suzhou SchottelPRopulsion.

La tecnología de la hélice doble STP se aplicóal propulsor Siemens Schottel (SSP), desarro-llado conjuntamente con la empresa alemanaespecialista en electricidad, para competir enel mercado de los propulsores azimutales conpotencias de hasta 20 MW. Un diseño de podmás pequeño, el Propulsor Eléctrico Schottel,se presentó recientemente para potencias deentre 1.000 kW y 5.000 kW. Otro desarrollo esun pod eléctrico con una hélice en tobera, paraaplicaciones en la industria offshore.

Un nuevo concepto busca unir los beneficios téc-nicos y económicos de las hélices-timón y de lospods, el Combi-Pod de Schottel que está dispo-nible para potencias de entre 2.100 kW y 3.400 kWy diámetros de hélices de entre 2,6 y 3,4 m.

Adiferencia de los propulsores con un motor den-tro del podsumergido, el motor está integrado ver-ticalmente dentro del tubo de soporte de lahélice-timón (similar al de la hélice-timón con unsistema de alimentación vertical). No se necesitani una reductora por encima del agua ni un ejecardan, lo que favorece la facilidad de la instala-ción y el que sea más compacta. Los buques desuministro offshore, con un espacio limitado enla popa, están entre los candidatos.

Steerprop

Un enfoque de las hélices contrarrotativas, dis-tinto del de Rolls-Royce, es el adoptado porSteerprop, de Finlandia, con un propulsor conhélices contrarrotativas en los dos extremos.La empresa ha manifestado que combina los ren-dimientos de las hélices contrarrotativas y de unaunidad propulsiva de tiro. Los dos propulsoresestán dispuestos a cada lado del pod, en una dis-posición que se caracteriza por:

- Propulsores de tiro de alto rendimiento y unaestela suave.

- Un reparto de potencia óptimo entre ambos pro-pulsores: 60/40, proa/popa.

- Un diámetro óptimo del propulsor de popa:aproximadamente el 80 % del de proa.

- El propulsor de popa se mantiene libre de lostorbellinos de pala producidos por el de proa.

- Se aumenta el huelgo para las palas del propul-sor de popa.

- Se mejora el rendimiento al recuperar la héli-ce contrarrotativa de popa energía de los tor-bellinos.

- Hélices más grandes, pero más lentas, lo que me-jora el rendimiento; las bajas rpm reducen laspérdidas por fricción.

- La interacción del pod con la hélice de tiro su-pera el arrastre del pod.

Entre los principales beneficios de comporta-miento, según Steerprop, se encuentran: funcio-namiento sin cavitación en condiciones de trabajolibres; bajos niveles de ruido y vibración debidoa un flujo de entrada suave a la hélice de proa; un3-5 % más de rendimiento que un pod empujadorcon hélices contrarrotativas; un rendimiento su-perior en un 12-15 % a las hélices tándem; y un20-25 % de mejora sobre las hélices convenciona-les.

Alas pruebas realizadas con éxito en dos buquesde crucero de Rhine, siguió la instalación en unbuque ROV noruego que dispone de un par depods con hélices contrarrotativas en cada extremo,cada uno de 2.200 kW. Los propulsoresSteerprop están disponibles con tobera o sinella, dentro de una gama de modelos de entre800 kW y 6.000 kW o más.

Otras marcas

Veth Motoren ofrece una versión con hélices con-trarrotativas del Veth Z-Drive azimutal como par-te de un programa que incluye modelos de unahélice y totalmente retráctiles. Los Veth Z-Drives,con un nivel de ruidos muy bajos están siendoaceptados principalmente en buques de crucerosfluviales.

Otro diseñador holandés, HRP ThrusterSystems, produce una gama de hélices-timóny propulsores azimutales retráctiles, que pue-den ser accionados de modo eléctrico, hidráu-lico o diesel. Una variante especial combina lascaracterísticas de una hélice azimutal en la po-sición de operación más baja, y una hélice deproa transversal de dos direcciones cuando es-tá retraída.

Kawasaki lucha en el mercado de los propul-sores azimutales con un catálogo que incluyeel Rexpeller, que ahora está disponible comoretráctil y opcionalmente con una hélice de pa-las controlables. La versión retráctil posee unahélice en una tobera para conseguir un eleva-do rendimiento propulsivo y un empuje alto,con un bajo nivel de ruidos y vibraciones.

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Los armadores japoneses de rutas naciona-les prepararon el camino para los grandesRo-Pax rápidos que ahora son tan familia-res en el Mediterráneo y el Báltico, y man-tienen un rumbo innovador con sus últimosencargos. Dos ferries de 17.000 GT y 224,5m de eslora, contratados por la compañíanaviera Shin-Nihonkai Ferry, de Osaka, alastillero Mitshubishi Heavy Industries, sonlos primeros ferries del mundo que incorpo-rarán una propulsión Azipod CRP, que com-bina una maquinaria diesel-eléctrica y dieselmecánica (CODED) con hélices contrarrota-tivas. La entrega de los ferries está previstapara junio de este año.

Los buques llevarán una línea de ejes y hélicede palas controlables de 5,6 m de diámetro,accionada, a través de un reductor, por dosmotores Wärtsilä 12V46C de 12.600 kW cadauno, e inmediatamente a popa de ella, y gi-rando en sentido contrario, un Azipod ABBde cinco palas de paso fijo de 4,8 m de diá-metro y 17.600 kW, accionado por un motoreléctrico que se alimenta con la energía pro-porcionada por dos grupos electrógenos conmotores Wärtsilä del mismo tipo que los antescitados. Los buques también disponen de ungrupo de puerto de 2.700 kW.

Los beneficios de las hélices contrarrotativasson conocidos desde hace varios años, pero suuso en aplicaciones de mucha potencia –usan-do ejes coaxiales girando en direcciones opues-tas- necesita unos engranajes y cojinetescomplejos. Pero la llegada del propulsor eléc-trico pod abrió la puerta a una solución CRPmás sencilla y fiable.

Además de una ganancia de rendimiento del10-15 %, con el correspondiente ahorro de com-bustible, el Azipod orientable –de hecho tra-

baja como un timón- proporcionauna maniobrabilidad mejoradacon mala mar. El empuje adecua-do en todas las direcciones estádisponible para realizar manio-bras seguras en puerto.

Prescindiendo del timón conven-cional, los arbotantes del eje y de lashélices de popa, se consigue una re-ducción en la resistencia debida a losapéndices si se compara con la de unbuque convencional –un pod au-menta la resistencia, según Wärtsilä,pero no tanto como los apéndicestradicionales-. No se necesita unafuente separada de generación de energía eléc-trica para las hélices de proa, ya que el pod uti-liza sólo una parte de su potencia máximadurante la maniobra, dejando el resto dispo-nible.

La nueva planta de maquinaria CODED conun pod CRP ofrece la mayor parte de los bene-ficios asociados con la maquinaria diesel-eléc-trica y diesel-mecánica sin sus respectivosinconvenientes. El resultado es una soluciónmuy competitiva que proporciona un com-portamiento técnico y económico extraordi-nario para los buques Ro-Pax rápidos.

La redundancia se asegurará estructuralmen-te en los ferries dividiendo la maquinaria prin-cipal entre dos compartimentos separados; yoperacionalmente por la propulsión diesel ydiesel-eléctrica.

En el caso de que los motores principales que-den fuera de servicio por cualquier razón, en-tonces los diesel generadores y el pod puedenproporcionar la potencia para terminar el via-je; si los grupos generadores están inoperati-vos, entonces son los motores principales losque propulsarán al buque hasta llegar a puer-to, con los sistemas básicos alimentados por elgenerador de emergencia. En este último mo-do, el pod se despliega como un timón sólo pa-ra gobierno, sin ninguna potencia en la hélice.

El contrato de ABB con Mitsubishi compren-de el suministro de los Azipod, un sistema quecombina el control del pod y de la línea de ejes

principal para un rendimiento op-timizado de la CRP en todas las con-diciones de potencia, la plantaeléctrica de 27 MW con tres alterna-dores principales, y un cuadro eléc-trico principal de 6,6 kV.

Mayor rendimiento de lapropulsión pod CRP

Según Wärtsilä, una hélice contra-rrotativa de palas fijas situada di-rectamente detrás de una héliceconvencional de palas controlables,montada en un solo codaste en elcentro del casco, proporciona un ren-

dimiento hidrodinámico mucho mejor que elde un buque convencional con dos líneas deejes y hélices, debido a que la energía rotacio-nal de la hélice de delante puede ser aprove-chada por la de atrás, y el casco con un solocodaste proporciona una menor resistencia yun campo de estela más favorable.

Por otro lado el concepto propulsivo delAzipod CRP proporciona: Un mejor rendi-miento de transmisión en un buque totalmen-te eléctrico; menor potencia total instalada; ybuen comportamiento en las maniobras.

Un requisito de una potencia instalada totalmenor que la de un Ro-Pax de tamaño y com-portamiento similares es consecuencia de:

• Una menor demanda de potencia propul-siva.

• Un alto rendimiento de transmisión de po-tencia para la hélice de palas controlables, encomparación con una disposición totalmen-te eléctrica (la mayor parte del esfuerzo pro-pulsivo se encuentra en la hélice y la potenciadel pod se mantiene menor).

• No se necesita una fuente de producción deelectricidad separada para las hélices de proaya que el pod usa sólo una parte de su má-xima potencia durante la maniobra, dejan-do el resto disponible. Se utilizan grandesmotores para producir la electricidad, loque se traduce en un bajo consumo de com-bustible.

El consumo de combustible de esta disposiciónes menor que la de una disposición sólo eléc-trica o sólo mecánica, por lo que se reducen loscostes operativos. El rendimiento económico to-tal depende del perfil operativo del ferry. Un per-fil “normal” favorece este tipo de solución, perosi el barco pasa mucho tiempo en puerto, en-tonces el coste del combustible tiene menos in-fluencia en los costes totales que el coste decapital. En dicho caso, una solución convencio-nal mecánica reducirá los costes totales.

El coste de capital de una solución CODED seve influenciado en gran parte por la relaciónde potencia entre los elementos eléctricos y me-cánicos de la maquinaria. Esta relación debeoptimizarse en cada proyecto específico.

Ferries japoneses con Azipod CRP

Eslora total 224,50 mManga 26,00 mArqueo 17.000 GTPotencia 4 x 12,6 MWVelocidad máxima 31,5 nudosPasajeros 820Vehículos 66 coches + 158 trailers

Características principales

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