RESUMEN La reparación y control de calidad en las naves marinas es muy importante a la hora de evaluar las pérdidas y ganancias en todos sus aspectos. Un adecuado control permitirá la certificación y respaldo necesario para navegar con tranquilidad. Esta monografía explica como se logra esta tranquilidad, redactando y demostrando cuales son los procedimientos tecnológicos utilizados, entre estos se procederá a explicar la aplicación de los ensayos no destructivos que son de gran utilidad.

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INDICE 1. INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………................ 3 2. OBJETIVO………………………………................................……........................................ 3 3. TSAKOS INDUSTRIAS NAVALES S.A. ………………..................……..…………………. 3 4. INTRODUCCION A LA INGENIERÍA NAVAL…………………………..………………. 3 5. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS……………………………..……………….……………. 5

5.1 Ensayo visual………………………………………………………..….……………. 5 5.2 Ensayo acústico…………………………………………………………..………….. 5 5.3 Medición de espesores por ultrasonido……………………………..………………. 5 5.4 Tintas penetrantes………………………………………………………..….……….. 7 5.5 Partículas magnetizables……………………………………………..……………… 8 5.6 Ensayo de cal y gasoil……………………………...……………..….……………… 9 5.7 Ensayo caja de acrílico………………………………...……..….…………………... 9

6. FLOPPY I…………………………………………………………..……………….…………. 9

6.1 Procedimiento………………………………………………..….…………………… 9 6.2 Reparaciones……………………………………………………………………..….. 10

7. CONCLUSIÓN………………………………………………………...……….………..……. 12 8. BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………..………………….. 12

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1. INTRODUCCIÓN Esta monografía está basada en el estudio de los procedimientos de reparación de buques y estructuras marinas realizados en la industria naval TSAKOS. Con énfasis en el estudio de los ensayos no destructivos. Comenzaremos mencionando una breve reseña sobre la empresa. Luego haremos una introducción breve a la ingeniería naval. A continuación efectuaremos una descripción de los ensayos no destructivos que se realizan en TSAKOS, aconsejamos que el lector posea un conocimiento previo sobre éstos. A modo de ejemplificar lo descrito se presentará el caso de un buque pesquero que estaba en reparación en el momento que se visito sus instalaciones. 2. OBJETIVO Presentar como se procede en la reparación y control de buques y estructuras navales en la empresa TSAKOS y la aplicación directa de los ensayos no destructivos. 3. TSAKOS INDUSTRIAS NAVALES S.A. Con local en Avda Gral. Rondeau 2023 (Montevideo) y instalaciones en el puerto. Para realizar las reparaciones navales posee dos diques flotantes y una grúa flotante, además posee un taller para las reparaciones. En la empresa trabajan entre 150 y 200 personas, dependiendo de las exigencias del momento en turnos de 8 horas seguidas de 7 a 23 horas, habiendo turnos de guardia las 24 horas. 4. INTRODUCCION A LA INGENIERÍA NAVAL Esto pretende ser una breve reseña sobe algunos aspectos técnicos básicos en cuanto a la Ingeniería Naval. Los aceros utilizados para la construcción de los buques deben tener una buena resiliencia, a causa de las diferentes condiciones cinemáticas y dinámicas de las diferentes partes de este. Para la elección del acero de las chapas se debe tener en cuenta las condiciones climáticas que va a enfrentar el buque. A continuación se describen propiedades y composición química de los diferentes aceros utilizados. Tabla 1 - Propiedades mecánicas de los aceros.

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Tabla 2 - Tabla de composición química de los aceros

A B D E Carbono Magnesio Silicio Sulfuro Fósforo Aluminio (solución ácida)

0,21 max (ver nota 1) 2,5 * C% min 0,5 max 0,035 max 0,035max -

0,21 max 0,80 min (ver nota 3) 0,35 max 0,035 max 0,035 max -

0,21 max 0,60 min 0,10 – 0,35 0,035 max 0,035 max 0,015 min (ver nota 3)

0,18 max 0,7 min 0,1 – 0,35 0,035 max 0,035 max 0,015 min (ver nota 3)

Carbono + 1/6 de Magnesio contenido no puede exceder 0,4 % 1. El máximo contenido de carbono en los aceros tipo A puede ser incrementado hasta 0,23 %

en secciones 2. Cuando un acero tipo B se le hace una prueba de impacto el magnesio contenido puede

reducirse hasta 0,6% 3. El Aluminio total contenido puede ser determinado en lugar de la solución ácida, en tal caso

el contenido total de Aluminio no puede ser menor a 0,02% En la imagen se observan las diferentes partes de interés para este trabajo.

Timón

Eje Hélice Codaste Imagen 1 – Bosquejo de Floppy I con zonas de interés señaladas (Ver referencia bibliográfica 1 y 2)

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5. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Los ensayos no destructivos son realizados con el fin de determinar si los Buques están aptos para navegar y en caso contrario poder obtener resultados que permitan entender su falla así poder resolverla. Los ensayos se realizan para encontrar defectos e inspección de las reparaciones efectuadas. Dado que la aptitud para el uso es un problema subjetivo existen las llamadas sociedades de clasificación. Estas organizaciones tienen el objetivo de brindar ciertas normas en cuanto al diseño, técnicas de ensayo y características de las estructuras marinas para que éstas sean seguras y eficientes en cuanto al personal, carga y medio ambiente. Las Sociedades de Clasificación mas conocidas son: American Bureau of Shipping (Estados Unidos), Bureau Veritas (Francia), Det Norske Veritas (Noruega), Germanischer Lloyd (Alemania), Lloyd's Register of Shipping (Gran Bretaña), Nippon Kaiji Kiokai (Japón). Cuando llega un buque al dique, lo primero a hacer es el lavado con agua a alta presión, esto si bien es sencillo es muy importante para retirar caracoles y suciedades que se pegan al casco. Luego de esto se realiza el ensayo visual que permite tener una primera perspectiva en cuanto al estado del buque. A continuación se realiza un ensayo acústico, que básicamente consiste en golpear con un martillo el casco y captar como es el ruido de retorno. Los ensayos recién mencionados están dentro de los tradicionales y más sencillos de realizar. Seguidamente se realizan los ensayos de medición de espesores con ultrasonido, tintas penetrantes y partículas magnéticas. Estos últimos son los necesarios y exigidos por las organizaciones de certificación e organismos legales (Prefectura). Luego de hechas las reparaciones se realizan ensayos de control para soldadura como lo son: cal y gasoil, caja de acrílico. 5.1 Ensayo visual Para realizar este ensayo no se utiliza ningún tipo de instrumentación sino que se realiza a ojo desnudo .Si es necesario se utiliza algún tipo de iluminación artificial .Este ensayo es necesario para verificar la lista de reparaciones obtenida del armador, y otras que puedan ser recomendadas a éste, como reparación de fisuras etc. 5.2 Ensayo acústico Se envía energía en forma de onda mecánica por intermedio del golpe de un martillo. Y a través del sonido que llega al oído se puede obtener información en cuanto al estado de las chapas que forman el casco, para esto se necesita cierta experiencia .Sí el contenido de fisuras de la estructura es bajo se escuchara un sonido puro. 5.3 Medición de espesores por ultrasonido Este ensayo es de los mas importantes que se le realiza a los buques, por esto es que las organizaciones lo exigen en forma periódica. La forma en que se realiza es la siguiente, mediante el uso de un dispositivo de pulso-eco con palpadores de un solo cristal .A partir de la velocidad de propagación del sonido en el material y el tiempo transcurrido entre la emisión y recepción de un pulso calcula el espesor del material. El dato de velocidad se obtiene de la siguiente tabla: Tabla 3 – Tabla de Velocidades Acústicas

Material Velocidad Longitudinal (m/s)

Velocidad Transversal (m/s)

Impedancia Acústica (Kg/m2s * 106)

Acero 1020 5,890 3,240 45,63 Acero 4340 5,850 3,240 45,63 Agua (20°C) 1,480 - 1,48 Aluminio 6,320 3,130 17,06 Oro 3,240 1,200 62,60

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El registro de los datos obtenidos se documenta en tablas como la siguiente de la Lloyd's Register

Imagen 2.1 - Informe de medición de espesores de la Loyd’s Register

Imagen 2.2 - Informe de medición de espesores de la Loyd’s Register

Antes de la aplicación del palpador se requiere una adecuada limpieza de la superficie, pues los óxidos y suciedades falsean los resultados. Otro aspecto operativo importante es la aplicación de líquido para asegurar que la onda no tenga cambios bruscos en la velocidad de propagación, se debe aplicar el palpador lo más perpendicular a la superficie posible debido a que este es del tipo emisor receptor.

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Este ensayo se lo realiza al casco y a los perfiles de la estructura, como se aprecia en la foto.

Imagen 3 - Operario efectuando la medición de espesores.

5.4 Tintas penetrantes Este es otro de los ensayos que exigen las sociedades de certificación. El ensayo se realiza en la hélice, pues esta está constituida por latón el cual no es magnetizable. En TSAKOS este ensayo se hace basado en la norma ASTM E 165. Básicamente el procedimiento es el siguiente, luego de limpia la superficie se le rocía la tinta mediante el uso de spray. Se espera un tiempo de diez minutos para que penetre la tinta y luego se la quita con un paño humedecido con solvente. Se aplica el revelador mediante el uso de un spray, el cual es de color blanco contrastando con el color rojo de la tinta. Después de diez minutos la superficie está pronta para la inspección. La misma se efectuara con luz blanca, que puede ser natural o artificial prestando especial atención a la intensidad del color y velocidad de propagación de la tinta, lo cual denotara la profundidad de los defectos encontrados. Los datos que deberán aparecer en el informe son, fecha, nombre del buque, descripción de la pieza ensayada, productos utilizados (nombre y fabricante) y resultado de la inspección. En caso de desear efectuar el ensayo a otro tipo de materiales como el acero o cerámicos se debe modificar los tiempos de espera a 20 y 5 minutos respectivamente. En la foto vemos a un inspector realizando el ensayo.

Imagen 4 - Operario efectuando el ensayo de tintas penetrantes a la hélice

5.5 Partículas magnetizables

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Las Sociedades de Certificación exigen éste ensayo en el cono y el chavetero del eje (ver figura)

Imagen 5 - Operario efectuando el ensayo de partículas magnetizables en el eje.

En TSAKOS se basan en la norma ASTM E 709 y la aplican a eje porta hélice, cigüeñales, elementos de maniobra, pernos y otras piezas de acero a los que se le efectuará antes, durante y después de las reparaciones. Primero es importante la buena limpieza y secado de la superficie. Mientras se realiza el ensayo se tiene que rociar kerosén con las partículas magnéticas en suspensión. La magnetización se aplicara de la siguiente forma, con yugo o una bobina enrollada en la pieza a ensayar, recordando que el plano de los defectos no puede estar en la misma dirección del campo. Para certificar que el yugo llego a la capacidad aceptable de campo, deberá ser capaz de levantar 5 Kg. o 15 Kg. en caso de que se utilice corriente alterna o continua respectivamente. La elección de los parámetros de la bobina se fija mediante la tabla adjunta. Tabla 4

ESTIMACION DE AMPERE – VUELTAS PARA BOBINA ( en otro casos, no incluidos en la presente tabla, ver Norma ASTM E 709 )

TIPO DE PIEZA LARGO / DIAM. Amp. - Vueltas Vueltas (suponiendo 200A) Eje Porta hélice (*) 15 o más 2100 11 vueltas

Pinzote (*) 3 7000 35 vueltas Perno (**) 8 5600 28 vueltas

(*) En estos casos se supone que el diámetro de la bobina es igual o menor al doble del diámetro de la pieza. (**) En este caso se supone que el diámetro de la bobina es 10 o más veces mayor que el diámetro de la pieza y que ésta está en contacto con la cara interior de la bobina Para inspeccionar la pieza se debe iluminar la zona con luz negra (u.v.), los defectos aparecerán como concentraciones de producto verde fluorescente. Se verifica la validez del ensayo con un patrón de acero que contiene una falla circular y otras dos en forma de cruz. Otra muy importante cuestión es la desmagnetización de la pieza ensayada. En el caso del yugo se logra alejándolo lentamente utilizando corriente alterna. En el caso de la bobina se invierte la polaridad de la misma aplicando un golpe de corriente. Los datos que deberán aparecer en el informe son, fecha, nombre del buque, descripción de la pieza ensayada, productos y equipos utilizados (nombre y fabricante) y resultado de la inspección. 5.6 Ensayo de cal y gasoil

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Según Aram Marukian, ééste ensayo se realiza para verificar si las soldaduras tienen defectos que la atraviesen. Se coloca la cal de un lado y gasoil del otro lado de la soldadura, si la cal se moja en una zona quiere decir que existen defectos.

Imagen 6 - Vista del ensayo de Cal y Gasoil 5.7 Ensayo caja de acrílico Según Aram Marukian este ensayo se realiza también para verificar si las soldaduras tienen defectos del tipo poros o fuga. Dentro de una caja de acrílico que se coloca sobre la soldadura previamente enjabonada se le hace el vacío. Por diferencia de presiones los poros cerca de la superficie explotan visualizándose gracias a las paredes transparentes de la caja. En caso de burbujeo determina una fuga. 6. FLOPPY I 6.1 Procedimiento

Imagen 7 - Vista del buque Floppy I

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Se informó, en la visita, que como procedimiento Standard, el buque “Floppy 1” se coloco en seco en el dique número 3 el cual es del tipo flotante. Se colocó sobre apoyos de acero y madera. Imagen de dique

Imagen 8 – Corte del Dique flotante Luego de un lavado con agua a presión, se realizó el ensayo visual, el que además de verificar la fisura en el casco, la que ya había sido detectada por el armador, detectó una fisura en el codaste. Dichas fisuras fueron causadas por la substitución de la hélice original por una mas pesada en la última reparación. Se efectuó el ensayo acústico durante el ensayo visual Se prosiguió realizando el ensayo de tintas penetrantes en la hélice utilizando el procedimiento antes mencionado. Para poder efectuar los ensayos posteriores sobre el eje, se retiró conjuntamente con la hélice y se lo llevó para el taller. Allí se efectuó el ensayo de partículas magnéticas al eje, teniendo especial cuidado con el chavetero y el cambio de sección “eje-cono” del eje, siendo éstas zonas concentradores de tensiones. Los últimos dos ensayos concluyeron que tanto el eje como la hélice estaban aptos para el uso. Paralelamente se realizó la medición de espesores de las chapas con el ensayo de ultrasonido. Además de medir las chapas del casco se midieron los espesores de las cuadernas. 6.2 Reparaciones Se encontró que en casco se había hecho una soldadura provisoria sobre la fisura del casco, efectuada para que el buque no se hunda.

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Imagen 9 - Vista de la fisura del casco interior (izquierda) y exterior (derecha) Para su reparación se comenzó por retirar la chapa fisurada.

Imagen 10 - Casco sin chapa

Luego utilizando una chapa del mismo material que la original se prosiguió a cubrir el agujero, asegurándose de un buen encaje. En la figura además de la chapa en proceso de soldado, se observa las chapas auxiliares para su correcto encaje.

Imagen 11 - Chapa soldada con refuerzos.

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Se realizó soldadura exterior e interior tomando las precauciones correspondientes. Con “correspondientes” se refiere a que en caso de estar en el exterior se debe proteger del viento con un toldo durante la operación para que los humos generados por la soldadura por arco eléctrico no se dispersen y puedan protegerla, en caso de estar en el interior se debe poseer una correcta iluminación y ventilación debido a que los mismos humos que benefician a la soldadura son tóxicos. Seguidamente se procedió a realizar el ensayo de cal y gasoil antes mencionado. La fisura encontrada en el codaste no requirió más reparación que soldarlo nuevamente. El problema de la reparación consistía que la fisuras fueron generadas debido a un sobrepeso tal que éste desgasto los bujes y provocó vibraciones en la estructura. Para solucionarlo de una manera permanente se pudo haber cambiado nuevamente la hélice por una con el mismo peso que la original lo cual no hubiera sido económicamente conveniente. Se optó por reparar el buque y agregarle refuerzos en el codaste con el fin de reforzar la estructura. (Ver referencia bibliografica [1])

Imagen 12 - Codaste con los refuerzos agregados Otra parte importante en las reparaciones navales es el cambio de los ánodos de sacrificio, se observó que había ánodos que la causa mayor de su deterioro fue la turbulencia generada por la Hélice, para mejor aprovechamiento a los nuevos ánodos se los cambió de lugar. (Ver referencia bibliografica [3]) 7. CONCLUSIÓN Debido a la importancia de las reparaciones de los buques los ensayos no destructivos representan una herramienta indispensable como método para obtener datos sobre el estado y las propiedades de los materiales. Además, invertir en la capacitación del personal es fundamental, ya que de éstos depende gran parte de la calidad de las reparaciones. 8. BIBLIOGRAFÍA [ 1 ] - apuntes del curso construcción de buques Año 2001 - CAP 1 [ 2 ] - apuntes del curso construcción de buques Año 2001 - CAP 2 [ 3 ] - apuntes del curso introducción a la ciencia de los materiales Año 2002 - Corrosión [ 4 ] - apuntes del curso Metalurgia de Transformación Año 2002 – Ensayos no Destructivo

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FACULTAD DE INGENIERÍA

INSTITUTO DE ENSAYOS DE MATERIALES

METALURGIA DE TRANSFORMACIÓN

REPARACIONES NAVALES

Gregorio Riani José Luis Segovia

2003

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