Buque Off Shore “North Sea Giant” Equipado con Voith Schneider Propeller

El North Sea Giant es uno de los más grandes y potentes buques de Off Shore.

Este tipo de buque navega y actúa en campos petroleros marinos particularmente en el abastecimiento, soporte, mantenimiento y reparación de estas plataformas e instalaciones de oleoductos y/o gasoductos en alta mar, transportan grandes pesos e intervienen con su personal en diversas operaciones marinas, submarinas y robotizadas, incluso hasta en muy grandes profundidades.

 

Entre las múltiples características de diseño y despliegue de tecnología podemos destacar la gran potencia, capacidad de transporte en cubiertas, velocidad y tracción, gran capacidad de maniobra (incluso hasta girar sobre sí mismos y producir un gran empuje en todas direcciones), visión panorámica en el puente de mando, helipuertos, sistema de lucha contra incendios (incluyendo fuegos externos), medios de izado mecánicos y tanques de almacenamiento de diversos productos.

 

Pueden realizar navegaciones de diverso tipo aún bajo condiciones meteorológicas adversas; poseen sensores de todo tipo, sistemas de posicionamiento dinámico que permiten al buque permanecer quieto en una posición con la ayuda de referencias como ser satelitales, láser e hipoacústicas especialmente utilizadas en operaciones de buceo y ROV (Remotely Operated Vehicle, submarinos robots).

 

Algunas de las características especiales del North Sea Giant son sus 5 Propulsores Voith Schneider Propeller, que dan al buque una extraordinaria capacidad de maniobrabilidad,  posicionamiento y bajos consumos de combustible en Posicionamiento Dinámico (DP) y su capacidad de reducir el balanceo mediante el sistema Voith Roll Stabilization (VRS).

 

Los Propulsores aseguran un alto grado de eficiencia y bajo consumo de combustible lo cual representa una ventaja adicional, aún cuando existan condiciones adversas de clima y corrientes.

 

La propulsión Voith Schneider tiene un tiempo de respuesta muy rápido de babor a estribor, debido a su especial construcción, con un máximo del orden de los 2 segundos. Esta característica permite que las fuerzas activas ejercidas por el propulsor se opongan al movimiento de balance del buque. El balance del barco se llega a reducir en muchos casos hasta un 90 %.

 

El Buque también cuenta con 3 departamentos de máquinas/sistemas de potencia  separados, lo que le permite a la embarcación mantener su capacidad de DP 3 Posicionamiento Dinámico 3) con un departamento fuera de servicio.

 

Esto le permite tener una  variante extendida de la clase AUT-RO ya que si funcionara mal un sistema de propulsión, la nave todavía funcionará con la clase de AUT-RO intacta, es decir, con un sistema redundante de DP, un respaldo independiente del sistema de la palanca de mando y un centro de control adicional de emergencia del DP, cumpliendo con las normas de IMO para buques con Posicionamiento Dinámico.

 

El buque cumple con los requerimientos de ruido y vibraciones de la Comfort Class de DNV con rating mínimo 3, COMF-V(3). Los requisitos para límites del ruido y de la vibración a bordo se dividen en tres grupos (1, 2 y 3) dependiendo del nivel de la comodidad alcanzado. Donde 1 representa el del más alto nivel de la comodidad y 3 representa un nivel aceptable de la comodidad.

 

El buque se ha construido conforme la clasificación DNV Clean. La clase de Diseño Limpio estipula los requisitos para controlar y limitar emisiones y descargas operacionales.

 

Estos requisitos cubren los aspectos ambientales más importantes:

· Dirección de las aguas residuales y de la basura

· Dirección del agua del lastre

· Dirección del fuel-oil

· Anti-incrustante ambientalmente amistoso

· Emisiones de la combustión de los motores (NOx y SOx)

· Uso de refrigerantes

· Inventario verde de pasaporte para reciclar la nave

El buque dispone de un pequeño submarino (ROV), capaz de realizar cualquier tipo de trabajo submarino.

Fue galardonado como “Buque del año 2012”, por el Grupo editorial Off Shore Support Journal por “su diseño innovador, su eficiencia operativa y por representar el punto de referencia de la industria”.

El astillero Metalships and Docks competía con grandes constructores navales de todo el mundo como el astillero chino Coscos Nantong Ship-yard, con el buque MPI Adventure, el coreano Samsung con el Saipem FGS y el holandés Damen con el Esnaad 711.

 

Características principales:

Eslora 160.9 mts
Manga 30.0 mts
Calado 7.5 mts
Velocidad 15.0 nudos
Área abierta  de cubierta 2,900.0 m2
Área cerrada de cubierta 750.0 m2
Acomodación para 199 tripulantes
Alta redundancia DP3 (Sistemas triplicados)
Propulsión: Diesel Eléctrica, 6 Motores Principales General Electric (GE), de 3,630kW cada uno a 900rpm, y 6 Generadores Leroy Somer
5 Voith Schneider Propeller
Sistema Anti balance Voith Roll Stabilization

En el video podemos apreciar el funcionamiento del North Sea Giant:

Norberto Sánchez

El sistema de propulsion cicloidal. Propulsor Voith Schneider (VSP) (II)

En un post anterior me refería al sistema de propulsión cicloidal como uno de los  sistemas más innovadores de la propulsión naval actual, que incorpora en un solo equipo: propulsión, gobierno y estabilizador de balance.

Puede generarse empuje en cualquier dirección y de cualquier magnitud en forma  rápida, precisa y sin escalonamientos, lo que proporciona una serie de ventajas operacionales.

Utilizado por Remolcadores, Buques Offshore, Ferries, Manejadores de barcazas y Plataformas Marinas, el Propulsor Voith Schneider Propeller (VSP) presenta la gran ventaja de mejorar notoriamente las cualidades evolutivas de la embarcación. Por tal razón se emplea particularmente en situaciones en que se opera en aguas limitadas y de tráfico intenso.

Según el Ing. Juan Karlo Populus, Gerente División Marina, Voith Turbo S.A. de CV el concepto de este sistema se basa en un rotor que va alojado en el casco y tiene movimiento de rotación constante alrededor de un eje vertical; este movimiento giratorio del rotor es realizado por medio de un mecanismo de caja reductora y engrane cónico (este último hecho firme al rotor). En la parte inferior del rotor con forma de disco, están afirmadas 4 ó 5 palas de perfil hidrodinámico, las cuales participan del movimiento circular del rotor y a su vez se superponen sobre sus respectivos ejes verticales mediante un mecanismo llamado Cinemático.

Al modificarse el paso de las palas y su excentricidad se consigue que la fuerza de empuje resultante actúe en cualquier dirección que se desee; de esta manera, manteniendo el giro del rotor en el mismo sentido y a velocidad constante, se logra realizar el cambio de marcha de avante a atrás o viceversa de manera muy rápida.

Este funcionamiento es idóneo, ya que al poder utilizarse palas con una gran área de barrido, trabajando a velocidades lentas, se consiguen muy altos rendimientos y pocas pérdidas o problemas de cavitación.

Creo que la mejor forma de poder apreciar las ventajas del sistema es ver en acción a los remolcadores propulsados por el mismo.

En este video subtitulado podrán apreciar el concepto del Remolcador Voith Water Tractor:

 

El canal de “The History Channel”, presenta a los Remolcadores Voith Water Tractor de la compañía FOSS Maritime.

 

 

En un próximo post comentaré sobre el buque Offshore North Sea Giant galardonado como el buque del año 2012, equipado con Propulsor Voith Schneider Propeller (VSP).

El premio fue otorgado después de una dura competencia con todo tipo de buques de la industria del offshore construidos durante el 2011 alrededor del mundo.

 

Fuente: Voith



 

Buques Remolcadores. Sistemas de Propulsión (I)

La seguridad y precisión en las maniobras en el mar, lagos, ríos, canales y puertos del mundo son elemento de la máxima importancia. Para lograrlo es un requisito esencial contar con sistemas de propulsión seguros y respetuosos con el medio ambiente.

La estabilidad, alta maniobrabilidad, potencia de tiro y empuje, son las principales características que debe tener un remolcador para el desarrollo de sus funciones más características y han sido los permanentes retos de la tecnología para poder satisfacerlas.

Antes de 1950, los remolcadores generalmente tenían una o dos hélices fijas. Los remolcadores con hélices dobles fueron introducidos para mejorar la posibilidad de maniobras, luego se pasó a las hélices de paso variable y las toberas Kort para aumentar la tracción.

Hoy, cuando hablamos de propulsión de remolcadores pensamos en propulsores cicloidales o en  propulsores azimutales.

Estos dos últimos sistemas representan, de momento, el máximo exponente de la innovación en la industria de la propulsión naval, en general, y en los remolcadores portuarios, en particular.

El sistema de propulsion cicloidal. Propulsor Voith Schneider

Es un sistema de propulsión que permite controlar el empuje en magnitud y dirección de forma continua, extremadamente precisa y rápida.

Un rotor equipado con cuatro, cinco o seis palas gira alrededor de su eje vertical. Como la cola de un delfín, las palas del propulsor generan empuje por la sobreposición de las oscilaciones alrededor de su propio eje.

En el año 1925, el ingeniero austríaco Ernest Schneider perfeccionaba el revolucionario sistema de propulsión para buques que denominó rotor cicloidal.

Para comprobar su viabilidad práctica recurrió a la conocida empresa Voith, establecida desde el año 1825 en la ciudad alemana de Heidenheim.

Voith y Schneider construyeron en 1928 el primer sistema de propulsión cicloidal para instalarla en un barco, bautizado como “Uhu”, que navegó por el Rin satisfactoriamente.

El sistema estaba ideado para las aguas tranquilas de ríos y canales, de forma que en el año 1937, lanchas equipadas con el extraño sistema surcaban el lago Constanza, los canales de Venecia y un año más tarde recorrían el Sena. 

 

En los inicios de los años de 1950, el remolcador “Bienne” fue equipado con el sistema de propulsión Voith Schneider. Este era un concepto enteramente nuevo que mejoró significativamente la capacidad de maniobra.

El hecho de que el sentido de la presión de la propulsión podía ser modificado casi instantáneamente, es una de las principales ventajas en maniobras bajo condiciones restringidas. El concepto de remolcador tractor, con el gancho de remolque prendido detrás de las unidades de propulsión, proporciona un torque de estabilización, mientras que el remolcador está alineado con la cuerda del remolque. 

Las ventajas de este sistema son: 

a) Óptima maniobrabilidad, aún en puertos angostos con corrientes y vientos de costado.

 

b) Con mínimos requisitos de potencia y máxima seguridad para el buque y el medio ambiente.

 

c) Ecológico, con mínimas emisiones de ruido y gases de escape.

 

d) Máxima disponibilidad y mínimo mantenimiento gracias a su diseño simple y robusto.

Propulsores Azimutales

Un Propulsor Azimutal consiste en una hélice que puede orientar su impulso girando alrededor de un eje vertical. Este giro es completo (360º) lo que mejora la maniobrabilidad haciendo incluso innecesario el timón.

En el año 1928, Josef Becker (1897-1973) decide pasar de un taller mecánico artesanal que disponía de fundición propia para fabricar bombas de agua y aperos agrícolas a la fabricación de embarcaciones, botando la primera lancha en el río Rin.

En un río tan caudaloso y transitado, se necesitaban embarcaciones de alta maniobrabilidad, por lo que el interés de Becker derivó hacia hélices azimutales, capaces de girar 360º en torno a un eje vertical y que hacían innecesario el empleo de cualquier forma de timón.

La primera hélice timón fue montada en una pequeña embarcación propiedad de la empresa de nombre “Magdalena”.

La empresa se trasladaría en 1934 a la localidad de Spay/Rhein, situada en una curva del Rin conocida con el nombre de Schottel, de donde tomaría el actual nombre comercial de la firma. 

La aplicación inicial a lanchas fluviales llegaría a los remolcadores portuarios, siendo el “Janus” de Hamburgo el primero en utilizar dos hélices timón de Schottel situadas a proa. Era el año 1967 y el “Janus” tan sólo disponía de 10 toneladas de Bollard Pull, pero había nacido el primer remolcador Tractor.

Aunque en la actualidad existen otros fabricantes de este tipo de propulsión, la hélice timón Schottel es reconocida mundialmente como el sistema clásico de propulsión naval y es un sinónimo para las hélices azimutales.

En la actualidad, los remolcadores portuarios tienden hacia un buque “tipo” de al menos 60 toneladas de Bollard Pull, con 30 metros de eslora, 12 nudos de velocidad y mínima tripulación rodeada de las máximas medidas de seguridad.

Sin atender a su precio, a igualdad de potencia de máquina, los propulsores cicloidales tienen mayor complejidad mecánica, ofreciendo menor velocidad y menos empuje y tiro que los hélice-timón. Pero son más precisos en la maniobra, proporcionan respuesta más rápida y ágil en espacios pequeños y son más duros.

Con los elementos ofrecidos por la tecnología, todas la combinaciones de propulsión resultan hoy posibles para lograr un buque adaptado a las necesidades de los diferentes trabajos en los que son utilizados.

Las consideraciones del costo del combustible y la protección ambiental empiezan a entrar en las decisiones a la hora de diseñar remolcadores portuarios. En este sentido, la novedad reside en los remolcadores que emplean gas natural como combustible o los híbridos.

Un remolcador híbrido, accionando propulsores azimutales o cicloidales, puede utilizar energía diesel mecánica, diesel mecánica y eléctrica conjuntamente o bien exclusivamente eléctrica servida por baterías, según las circunstancias. La economía de combustible alcanza el 30 por 100 y se producen menos emisiones de gases y ruido.

Norberto Sánchez

Reducir el Consumo de Combustible en los Buques. Aplicación del software de ABB, Energy Management System for Marine Applications (EMMA™)

Por primera vez en la historia, los costos operativos diarios de los buques han sobrepasado a los costos diarios de la inversión para su construcción.

Hoy, el consumo de combustible es el mayor gasto operativo de todos los buques de las flotas en el mundo y uno de los mayores problemas medioambientales. Para las compañías navieras, el ahorro de combustible es uno de los requisitos fundamentales para su economía.

El combustible supone entre el 30% y el 40% de los costos operativos de un buque de cruceros, y entre el 50% y el 60% de los costos de la mayoría de los buques de carga.

La reducción del 1%  en el consumo de combustible puede significar un ahorro anual de 50.000 dólares para un petrolero mediano y 300.000 dólares al año para un portacontenedores de gran tonelaje.

Un buque utiliza la energía de muchas maneras: para propulsión, iluminación, calefacción y aire acondicionado. La cantidad de energía utilizada para la propulsión se ve influida por el viento, las olas, las corrientes marinas, el trimado o asiento y el grado de suciedad del casco.

El software de ABB, EMMA™, la solución Octopus de Amarcon, los sistemas eléctricos, y la propulsión Azipod® pueden ayudar a reducir el consumo de combustible hasta un 20%, lo que representa una ventaja competitiva considerable.

Mejorando el mantenimiento del buque

Hoy la comunicación por satélite es habitual y los buques pueden informar a la sede central acerca del estado técnico y operativo de los mismos. Esto permite mejorar el mantenimiento y la resolución de los problemas que puedan surgir a bordo, proporcionando a la tripulación instrucciones detalladas de lo que hay que comprobar exactamente, con independencia de la ubicación del buque en los océanos.

Consiguiendo una alerta temprana de los fallos incipientes mediante el análisis de la información sobre el estado de los equipos, permite sustituirlos o mantenerlos de una forma más inteligente de lo que sería el caso con un programa rígido de reparación o sustitución.

Aplicando el EMMA para optimizar el Trimado

Este dispositivo mide el ángulo de trimado del buque y aconseja al capitán sobre cómo debe moverse el lastre para subir o bajar la proa en el agua.

La obtención de un asiento óptimo está lejos de ser algo trivial ya que depende no solo de la forma del buque, sino también de la velocidad, las olas, el viento, etc. 

Requiere un buen conocimiento de la dinámica del buque así como de medidas y observaciones del buque en situaciones de la vida real; por ejemplo, las grandes olas detrás del buque pueden deberse a un asiento subóptimo. 

En ese caso, puede que se esté gastando el combustible en crear olas en vez de utilizarlo para avanzar, lo que no es para lo que está destinado.

En 2011, ABB presentó su innovador sistema “Onboard DC Grid” (*)

que distribuye la energía eléctrica por todo el buque con un único circuito de CC, en lugar de con múltiples conexiones, ahorrando con ello importantes cantidades de electricidad.

También anunció varias mejoras de su sistema de propulsión Azipod®. El nuevo diseño incorpora mejoras de configuración en la aleta de la hélice, que aumentan la eficiencia hasta un 2,5 por ciento al reducir las pérdidas del sistema de propulsión.

Otro cambio de diseño que reduce aún más el consumo, es la optimización dinámica del ángulo del pie del timón en las unidades Azipod. Este cambio se suma a la optimización del ángulo ya conseguida en la fase de diseño del buque, para proporcionar un ahorro adicional de combustible de un 1,5 por ciento.

El último software de ABB, EMMA™ informa a los propietarios y operadores de un buque dónde se consume cada gota de combustible y con qué eficiencia. Permite optimizar la operación de los buques y su rendimiento, mejorar su eficiencia energética, la fiabilidad y disponibilidad de los equipos de a bordo y la seguridad operativa.

(*) Ver: http://maquinasdebarcos.blogspot.com.ar/2012/03/proyecto-de-abb-de-red-electrica-con.html

Norberto Sánchez