La solución que adoptaron durante el proyecto del "Queen Mary II"
Desde el inicio de la idea hasta que finalmente entró en servicio, el proyecto del “Queen Mary II” quedó plasmado en un buque de:Eslora total: 345 mts
Manga: 41 mts
Calado: 10 mts
Potencia instalada: 117,2 MW
Potencia de propulsión: 86 MW
Velocidad: 29,5 nudos
Lo primero fue decidirse por un buque de pasajeros de línea en lugar de un buque de cruceros.
Las principales diferencias técnicas entre ambos tipos de buques son que un buque de línea tiene coeficiente de bloque más modesto y un mayor calado para un buen comportamiento en la mar y gran autonomía, y potencial para una velocidad más alta. También está diseñado estructuralmente para mantener la velocidad en cualquier estado de la mar, con un margen de potencia en servicio suficiente para ello.
A la planta de propulsión se le dio la máxima importancia. Usando datos de numerosos buques en servicio y en especial al Queen Elizabeth II, se dedujo una curva de potencia-velocidad que indicaba que, para la condición de servicio, se requería una potencia de propulsión en torno a 80 MW. Existían varias alternativas de plantas de propulsión e inicialmente se decidió instalar dos pods azimutales y una hélice central de paso controlable, ya que, desde el éxito de los buques de la clase Fantasy, la propulsión diesel - eléctrica ha sido considerada como el modo de propulsión más deseable para los buques de Carnival.
El peso de los pods era un problema y se comprobó que si la potencia se repartía uniformemente entre los tres propulsores, los pods requerirían una potencia del orden de 26,7 MW, que se traducía en que su peso sería superior a 300 toneladas.
Se aconsejó limitar la potencia de los pods a 20 MW (250 t de peso), lo que significaba que la hélice central tendría una potencia de 40 MW. Se consideraba necesaria una hélice de paso controlable con palas de alto skew con el fin de limitar los pulsos de presión, similar de hecho a los dos primeros propulsores instalados en el Queen Elizabeth II, de 45 MW cada uno.
Una vez conocida la estimación preliminar de la potencia y las pérdidas asociadas, se estimó y añadió la carga de hotel (16 MW) para obtener el requisito total de generación de potencia, por flexibilidad y para garantizar que la velocidad requerida pueda alcanzarse mientras se realiza el mantenimiento periódico de los motores diesel, se eligió una configuración de ocho motores diesel en dos cámaras de máquinas.
Las principales diferencias técnicas entre ambos tipos de buques son que un buque de línea tiene coeficiente de bloque más modesto y un mayor calado para un buen comportamiento en la mar y gran autonomía, y potencial para una velocidad más alta. También está diseñado estructuralmente para mantener la velocidad en cualquier estado de la mar, con un margen de potencia en servicio suficiente para ello.
A la planta de propulsión se le dio la máxima importancia. Usando datos de numerosos buques en servicio y en especial al Queen Elizabeth II, se dedujo una curva de potencia-velocidad que indicaba que, para la condición de servicio, se requería una potencia de propulsión en torno a 80 MW. Existían varias alternativas de plantas de propulsión e inicialmente se decidió instalar dos pods azimutales y una hélice central de paso controlable, ya que, desde el éxito de los buques de la clase Fantasy, la propulsión diesel - eléctrica ha sido considerada como el modo de propulsión más deseable para los buques de Carnival.
El peso de los pods era un problema y se comprobó que si la potencia se repartía uniformemente entre los tres propulsores, los pods requerirían una potencia del orden de 26,7 MW, que se traducía en que su peso sería superior a 300 toneladas.
Se aconsejó limitar la potencia de los pods a 20 MW (250 t de peso), lo que significaba que la hélice central tendría una potencia de 40 MW. Se consideraba necesaria una hélice de paso controlable con palas de alto skew con el fin de limitar los pulsos de presión, similar de hecho a los dos primeros propulsores instalados en el Queen Elizabeth II, de 45 MW cada uno.
Una vez conocida la estimación preliminar de la potencia y las pérdidas asociadas, se estimó y añadió la carga de hotel (16 MW) para obtener el requisito total de generación de potencia, por flexibilidad y para garantizar que la velocidad requerida pueda alcanzarse mientras se realiza el mantenimiento periódico de los motores diesel, se eligió una configuración de ocho motores diesel en dos cámaras de máquinas.
El único motor semirrápido que podía satisfacer el requisito de potencia era el motor Wärtsilä Vasa 64 de 12 cilindros, pero el tamaño de este motor y la falta de experiencia de Carnival/Cunard con él era un hándicap importante. Además, se requerían cuatro guardacalores extendiéndose a través del buque, los cuales habrían restado espacio a los locales públicos.
Chantiers de l'Atlantique propuso una configuración CODAG (diesel y gas combinada) basada en dos turbinas de gas General Electric LM25O0+ de 25 MW, cada una, situadas en una cámara de turbinas localizada inmediatamente detrás de la chimenea, y cuatro motores diesel Wärtsilä 16V46C, que desarrollan una potencia unitaria de 16.800 kW a 514 rpm, instalados en una única cámara de máquinas.
Una planta propulsora CODAG, balancea las conocidas ventajas y desventajas de la propulsión Diesel y la propulsión turbogas, en un amplio espectro de velocidades, como son: el consumo específico y autonomía razonables a velocidades moderadas (potencia relativamente baja) al ser impulsado por la planta Diesel, con emisiones de gases de baja energía, y por otro lado una alta densidad de potencia, en peso y volumen, con menores solicitaciones termomecánicas para la operación a alta velocidad, al ser impulsado por la turbogas, además de proveer al buque un bajo nivel de ruido.
Con esta planta propuesta, el buque estaría propulsado por cuatro propulsores pod Mermaid de 21,5 MW, los dos de proa fijos y los otros dos azimutales, desarrollados conjuntamente por Kamewa y Alstom. Los pods han sido especialmente diseñados para la velocidad máxima de operación del buque, siguiendo un extenso programa de investigación. Los cuatros propulsores pod Mermaid han sido suministrados por Rolls-Royce.
Una planta propulsora CODAG, balancea las conocidas ventajas y desventajas de la propulsión Diesel y la propulsión turbogas, en un amplio espectro de velocidades, como son: el consumo específico y autonomía razonables a velocidades moderadas (potencia relativamente baja) al ser impulsado por la planta Diesel, con emisiones de gases de baja energía, y por otro lado una alta densidad de potencia, en peso y volumen, con menores solicitaciones termomecánicas para la operación a alta velocidad, al ser impulsado por la turbogas, además de proveer al buque un bajo nivel de ruido.
Con esta planta propuesta, el buque estaría propulsado por cuatro propulsores pod Mermaid de 21,5 MW, los dos de proa fijos y los otros dos azimutales, desarrollados conjuntamente por Kamewa y Alstom. Los pods han sido especialmente diseñados para la velocidad máxima de operación del buque, siguiendo un extenso programa de investigación. Los cuatros propulsores pod Mermaid han sido suministrados por Rolls-Royce.
Con la propulsión azipod no son necesarias líneas de ejes, timones y servomotores, por lo que hay un ahorro de peso y espacio, que puede estar disponible para otros usos, tales como una mayor capacidad de pasajeros.
Los cuatro motores diesel Wärtsilä 16V46C desarrollan una potencia total de 67.200 kW con la que el Queen Mary II puede alcanzar una velocidad de 23,5 nudos. Los cuatro motores diesel y las dos turbinas de gas funcionando proporcionan una potencia suficiente para la carga de hotel y 86.000 kW para la planta de propulsión que permite que el buque alcance una velocidad en pruebas de más de 29,5 nudos.
El equipo de diseño del Queen Mary II también identificó que la planta de propulsión tendría otras ventajas para el buque y su operación, tales como la eliminación del guardacalor de la segunda cámara de máquinas, que liberaba una cantidad considerable de espacio dentro de los locales públicos y camarotes, y que el motor propuesto ya había sido instalado anteriormente en buques en servicio en la flota de Carnival.
Esta combinación de turbinas de gas y motores diesel tiene otra ventaja, una buena flexibilidad operacional y redundancia para una operación normal. Al tener los grupos de motores diesel-alternadores y los de turbinas de gas-alternadores, cuadros eléctricos diferentes y estar separados una distancia considerable, un incidente que deje inoperativa a una u otra fuente de generación de energía eléctrica no dejará necesariamente inoperativo al buque.
Sin embargo, existen algunas desventajas. El diseño original de Chantes requería una manga de 39 metros pero, al eliminar motores diesel de gran peso de la parte baja del buque y reemplazarlos por turbinas de gas, ligeras, en la base de la chimenea, se requería un ajuste de la estabilidad. Por tanto, se incrementó la manga a 40 metros, aunque finalmente quedó fijada en 41 metros. Por otra parte, la disposición CODAG requiere que el buque transporte dos combustibles diferentes: fuel-oil para los motores diesel y gas-oil para las turbinas de gas.
Los motores Wärtsilä 16V46C usan un sistema de inyección de combustible con rail común, controlado electrónicamente, que permite una combustión limpia sin humo visible a cualquier carga. Esto es particularmente beneficioso en puerto donde los motores pueden funcionar con carga parcial suministrando potencia para el alumbrado, aire acondicionado y otros sistemas de hotel. En común con otros tipos de motores diesel, esta serie cumple los límites actuales sobre emisiones de NOx. Además, un bajo consumo de combustible da lugar a emisiones de CO2 más bajas que las de otros motores alternativos.
Las turbinas de gas han sido especialmente diseñadas para el Queen Mary II y son 35 t más ligeras que anteriores turbinas LM2500+ instaladas en otros buques. Ofrecen un empacho reducido y bajos niveles de ruidos y vibraciones así como un menor mantenimiento, y un arranque más rápido, ya que se necesitan sólo unos minutos para pasar de frío a plena carga. Los aspectos de diseño permitían que el astillero tuviera flexibilidad, especialmente con respecto a su instalación a bordo. Además, el volumen y peso de los conductos de admisión, escape y ventilación se redujo significativamente.
Con esta disposición, y el hecho de que Carnival/Cunard tienen tolerancia cero en lo que concierne a las emisiones, en el Maritime Institute, de Dinamarca, se realizaron ensayos sobre emisiones de humos con el fin de optimizar la forma de la chimenea. La chimenea causaba un problema particular debido a la altura del Puente Verazzano, uno de los puentes que hay a la entrada del puerto de Nueva York.
Con la capa de contorno situada casi al nivel de 62 metros habría sido conveniente haber incrementado la altura de la chimenea para que fuese más efectiva pero, como ésta no era una opción posible, hubo que encontrar otra solución para alejar el humo de la parte alta de la chimenea. Esto se consiguió mediante la optimización de la cavidad del viento en la base de la chimenea que es reminiscente de la del Queen Elizabeth II.
Fuente INGENIERÍA NAVAL - ENERO 2004
Fuente INGENIERÍA NAVAL - ENERO 2004
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