ingeniero en mecanica - Cib

CIB
ESCUELA SUPERIOR I'OLil-ECNICA DEL LITORAL
Facultad de IngenierCn en Mechica
*iI***+*****+
************
“Dfseflo de-una Planta para
suministro de Aire Comprimido
a 10s submarinos tipo U-209
durante la estadfa en puerto”
TESS DE’ bRADO
Brevia a la obtencidn clei Tftulo de:
INGENIERO EN MECANICA
Presentada pan
EDGAR ANDRADE ZAPATA
************
GUAYAQUIL
ECUADOR
A la Armada de1 Ecuador par
brindarme la oportunidad cle
desarrollar
mis
horizontes
intekctuales y personales y a
la FOUL por hacerlo posible.
bLUICATOF(IA
a m i Esposa y a r r r i F a m i l i a .
"La responsabilidad de los hechos, ideas y doctrinas expuestos
en esta tesis, me corresponden exclusivamente; y, el patrimonio intelectual de la misma, a la BCUELA SUPERIOR POLI'MCNICA
DEL LITORAL"
(Reglamento de Etimenes y Titulos profesionales de la fXSPOL)
Edgar Andrade i,;ipata
Ing. Jorge FBlix
Hiembro de1 Tribunal
--m-u---------J-+-Q-Q-&
i
!
lng. Fduardo cjrc6s
Director de Tesis
,
q&l/WV
-------------
.------L-----
--
Dr. Alfredo Barriga,
Presidents de1 Tribunal
vi
La idea de1 desarrollo de esta tesis se bass en una recomendacion contenida en el manual t&cnico de mantenimiento y operation
de1 sistema de aire comprimido instalado abordo de 10s submarinos. Esta recomendacion establece que, durante la estadia de1
submarino en Puerto, el suministro de aire comprimido debe
realizarse desde una Planta en tierra. Desde la incorporation de
este tipo de unidades a la Armada de1 Ecuador, hate ma.9 de una
decada, el aire comprimido se ha producido, tanto en puerto coma
en navegacion, con los compresores de abordo.
A fin de determinar el pxxque de esta recomenda&k, se investiga, en cada submarine, todos 10s registrm diarios existentes de
horas de funcionamiento en Puerto y en la mar de 10s compresores. Se determina que entre el 36.6 % y el 68.6% de1 tiemp de
operation de los compresores tiene lugar cuando el submarino
esta atracado al muelle.
Identificada asi la necesidad, se
plantean alternativas para reemplazar al &sterna de abordo
cuando el submarine permanece en Puerto. Se establecen las
especificaciones de diseiio y los requerimientos de aire comprimido,
se escoge la alternativa m&s ecokmica y en ella se
111
amilxan
las
cmuicxmes
uel
flu.33.
se
retro
h1lfrwlt.i
la.5
~3ctL-L-ecci~~~nes que surgen cle este anallsls y se ODtlm~ 51 CliSenQ
mnal cl8 la I-'Lanta. be realrza un breve analls1.s emnm~co. clue
se concluye clue el sistema prclpuesto pume reyrsrtar un ahorro
superinr al buu 3 _
AJj~iEN . . . . _ . . _ . . . _ . _ _ . . _ _ . . _ . . . . . . .
iihid
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ii~b,lCE DE FIGURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
hDICEDETABLAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
vi
nii
xi.
xiii
:iJDICE DE ABREVIATURAS . . _ . . . . . . _ _ . . _ . . . . . . _
xiv
INTRODUCCIh . . . . . _ . . _ _ . . _ _ . . . . . . . . . . . .
i5
0
IN.$&&ADo
A BQBMr
. . . _ . . . . .
17
. . . . . . . .
17
. _ . . . . .
22
1.2.1 mDEL_AIRl?m .1.. . . . . . .
23
DE LA PJlW EN PUQ'.JQ . . . . . . . - . . . . . . .
30
1 u
1.1 DES&RQJtJQ EN ET, DISE6T) DE
1.2
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JL-F, Sm
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2.1-s
Co-
40
1x
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.
.
.
.
.
.
41
.
.
.
.
.
41
. . . . . . . . . . . . . . .
41
3.3 CONSUMODEAIRE..
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42
3.3.1
WESDE . . . . . . . . . . . . . . . . . .
44
3.3.2
ZA DET, m . . . . . . . . . . . .
51
3
.
1
.
.
.
&&gKJ? DET, I)= .
.
.
.
.
.
.
.
3.2 E?PECw DE D&&jQ
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
3.3.3
TANQUESANITARIO
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
3.3.4
MOTORVIRADORD~,n~
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
3.3.5
mm . . . . . . . . . . . . . .
55
3.3.6
WY!DEl~DT~
. . . . . . . .
58
3.3.7
FLAPsDEVENTILACION
60
3.3.8
i
............
60
3.3.9
FLAFSDEL . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63
................
3.3.10 w DF: LOS STT,ENCIAWRG DE &QlJ&&
.......
63
3.4 CONSUMO TOT& DE BIBE . . . . . . . . . . . . . . . . . .
68
3.5 WCIbN DE J,A PJ,m
. . . . . . . . . . . . . . . . .
70
3.6 PREX~NDETFt&AJQ
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
76
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.
P y am J,A
1 -1s Di? JnAS oma
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TRAUQI......................
3.6. 1. 1 ‘JXl&jQ DET, RFS-
. . . . . .~,. . . . . . . .
77
3.6.1.2 EQE@l&i IWQUERIDAJ, CO~RFSOR . . . . . . . . .
80
3.6.1.3 SEGI!$N a> CO- EN TIEKE(A Y RFaRIcj F.N TIKREA
7
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3.6.1.4 OF'CIirNb)m QIJE ArtI3.6.1.5 fX'CI6N c) COtlPRK~~
.
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7
3.8 -DETUBEBfBSYm
...........
3.8.1 A&&X,P DW, F'fSJJQ . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
3.8.2 &-X3=0=
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96
3.8.3 (=ALCUM DE C& DE FR& . . . . . . . . . . . . .
c
3.8.4 EQUIYOS
.........
100
3.8.5 WAS Y mtm . . . . . . . . . . . . . . . .
0
3.9 SfNTE>IS
...................
103
3.9.1 v AJiluQ&&& . . . . . . . . . . . . .
105
~WODE250BBB
. . . . . . .
.
.
.
3.7 SELECCIONDEm
4
91
94
102
104
. . . . . . . . . . . . . . . . .
108
4.1-A
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
108
4.2!XW&A&#DECQS~.
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
109
~ISECON&KQ
. . . . . .
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
ANFXQS
.................
111
I' 1
.............................
114
BIBLIOGRAFfA
..........................
130
xi
1. Sistema de1 Snorkel ..............................................
19
2. Secciones de1 submarine.............-.......................- .... 21
3. Ubicacihn de equipos de Aire Comprimido .......................... 24
4. Tapas de inspeccih de 10s grupos de Aire en el cazco exterior ... 25
5. Manbmetros y rechctoras de aire en el Central .................... 26
6. Manifolds de distribucih de Aire Comprimido ..................... 27
II. Empleo de compresores en el SSILCA aiio 1989 ...................... 34
8. Empleo de compresores en el SSILCA tie 1990 ...................... 35
9. Empleo de compresores en el SSILCA Go 1992 ...................... 36
10. Empleo de compresores en elSSHYR1 aiio 1990 ...................... 37
11. Empleo de compresores en el SSHYRI tie 1992 ...................... 38
12. Comparacih de empleo de compresores ............................. 39
13. Evacuaciones de los tanques de lastre 1 y 2 ...................... 49
14. Operacicjn de los tanques de lastre ............................... 50
15. Sistema de aire de la vilvula de cabeza de1 snorkel ..............
52
16. Motor neum&ico virador de1 ....................................
54
17. Interruptores autom~ticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5’7
18. Distribuidor de aire para arranque de motor?s diesel......,.::..., :' 59
I
.....
19. Flaps de Ventilaci6n.................................~.~~'~ . !?&*cSl
.
20. Flaps de1 Airs Arondicionado............-.-- ..................... 62
xii
21. Flap exterior de1 snorkel ........................................ 65
22. Flap interior de1 snorkel...................................-.- .. 66
23. Flap de1 silenciador de gases de esca~ .......................... 67
24. Comparacih de cOnsum ...........................................
69
25. Ubicacih de la Planta ........................................... 72
26. Vista exterior de1 muelle ........................................ 73
27. Contenedores con repuestos y talleres ............................ 74
28. Fstacih detransformadores ...................................... 75
29. Volumen recluerido...............................-- ............... 75
30. Opciones para la seleccih de la presi6n de trabajo .............. 90
31. Acoples de las botellas .......................................... 93
32. Toma para carga de aire desde el exterior ........................ 54
33. Disposicicin finalde la planta ................................... 100
34. Plano finalde la Planta..................................~ ...... 107
xiii
I.
Presiones de trabajo de1 sistema de a~rdo ..................... 28
II.
Empleo de compresores en el SSILCA Go 1989 .................... 31
III.
Empleo de compresores en el SSILCA tio 1990 .................... 31
IV.
Empleo de compresores en el SSILCA aho 1992 .................... 32
V.
Empleo de compresores en elSSHYR1 afio 1990 .................... 32
VI.
Empleo de compresores en elSSHYR1 tie 1992 .................... 33
VII.
Presih de trabajo y aire libre requerido ...................... 43
VIII. Rakn de consume de aire libre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
IX.
Volumen de aire requerido para 10s consumidores ................ 78
X.
Presiones entre etapas...................- ..................... 86
XI. Cost0 de los materiales ........................................
108
XII. Comparacicin de costos anualizad~........................._ .... 110
xiv
IJ - 209 :
Descripci6n de1 model0 de1 submarine.
CIC :
Centro de Informaci6n de Combate
TLT :
Tubo lanza torpedo
TC :
Tanyue de compensacicjn resistente
TCD :
Tanyue de compensaci6n y diesel
HEP :
Motor EXctrico de Fropulsi6n
SSHYRI :
Submarino Shyri
SSILCA :
Submarino Huancavilca
BASUIL :
Base Naval Sur de Guayaquil
DM :
Marco Alem%
IJSD :
D6lar Americano
Nm'/s :
Metro clibico de aire normalizado (15°C y 1.013 bar)
' Las abreviaturas utilizadaz en las fkmulas, se describen al pie de
cada relaci6n enunciada.
15
El presente trabajo de diseno tiene por objeto el encontrar una
alternativa m&s economica para elsuministro de aire comprimido a 10s
submarines tipo U - 209 de la Armada, durante su estadia en Puerto.
Los costosos compresores instaladcs a bordo, la dificultad de
realizar las reparaciones por el reducido espacio disponible, asi
coma la insuficiente disponibilidad de repuestos en el mercado local,
son algunas de las causas que ban motivado el desarrollo de la
presente tesis.
El trabajo se ha realizado siguiendo la metodologia de1 Diseno
Me&&o, se inicia con el reconocimiento de la necesidad en base a
10s registros diarios de horas de trabajo de 10s compresores.
Identificada la necesidad, se define el problema y luego se analizan
las especificaciones, de diseiio : Consume de aire li bre, flujo
requerido, presion de trabajo, selection de tuberias, compresores,
tilculo de caidas de presibn, etc. La selecci6n de la presion de
trabajo de la planta se realiza considerando las presiones de
operation de 10s equipcs que se usan en Puerto y el empleo de las
botellas removidas pr desgaste en los trabajos de overhaul. Se
16
determina la presih permisible para operaci6n segura de e&as
botellas ,
bajo. criterios establecidos en
normas (2) . Luego se
selecciona la tuberia en base al arhlisis de correlaciones empiricas
y la relacik de Fanno pa.ra flu&s compresibles.
El trabajo finaliza con un an&lisis comparative de 10s costos de
la planta en tierra y de la instalaci6n actual. Ftealizados considerando el cost0 de cada opcick como valor actual anualizado (12).
17
A fin de clarificar cierto3 aspe&os importantes para comprender
el sistema de aire comprimido de lcs submarinas se realizara una
breve description generalizada de sate tipo de buyue.
El submarino tipo U-209 es un buque diseiiado exclusivamente para
operar bajo elagua, e3t.a afirmacion puede parecer rwlundante, per0
es necesaria para diferenciar los submarinos modernos de lo3 usados
durante la primera y segunda guerras mundiales que eran propiamente
"sumergibles", es decir buques con capacidad de permamcer peridos
relativamente cortos bajo la superficie, esto explica el diseno de
e3to3 con canones en cubierta para defensa aerea y de superficis.
be igual forma, la linsas de ca3co de lo3 sumergibles corresponden
ma3 a un buque de superficie, pues en muchos ~a303 al agotar 3u
periodo de permanencia bajo la superficie era necesario emerger y
enfrentar eventuales tormentas en superficie.
113
burante la navegacion en inmersion, el submarino se propulsa aprovechando la energia que generan las baterias, que son acumuladores
de plomo - oxido de plomo con acid0 sulfurico diluido corn0
alectrolito, en superficie, lcs sumergibles tenian la facultad de
ser propulsados directamente, e&o es, acoplando 10s motores diesel
a la helice. La evolution de 10s sumergibles a subrnarinos se
produjo coma consecuencia de1 invent0 de1 "snorkel" yue permitio
la carga de baterias sin necesidad de salir a superficie, a consecuencia de esta innovation, el submarino rnoderno es impulsado
unicamente par el motor electrico, el sistema adualse concibe con
motores diesel acopladcs a generadores de corriente continua los
cuales cargan las baterias 0 celdas que a au vez mueven el motor
el&trico de propulsi6n y la maquinaria auxiliar, en condition de
emergencia se puede alimentar directamente el motor el&ctrico con
10s generadores, per-o ser5 &ste motor la linica manera de accionar
la h&lice.
La innovation de1 snorkel consiste en un ducto rsbatible cpe
permits la admision de1 aire para la combustion de las maquinas
diesel, los gases de escape de estos motores son dcwxrgados p&i
medio de difusores a una profundidad de 6 metros par lo que,$
presion de descarga de gases debe controlarse asi coma la profundZwT
dad de1 submarino durante el snorkel (war figura 1).
Elsubmarino estri compuesto b&icamente por dos cascos uno interior
resistente a la presion que contiene todos 10s equipos, baterias,
torpedos y a la tripulacion. Y de un casco exterior que le da la
forma hidrodin&nica a la vez que sirve para alojar, entre 10s dos
cascos, a 10s tanques de lastre que posibilitan la inmersion de1
submarino. Equipos coma el snorkel, periscopios, sistemas de gases
de escape y otros, tienen valvulas y dispositivos de seguridad en
10s sitios donde atraviesan el casco resister&e. Las caracteristicas principales de1 submarine se detallan en el Anexo I
El interior de1 casco resistente se divide en cuatro secciones de
proa a popa (Fig. 2) Torpedos, Centro de Information de Combate
CCIO, Central y IGquinas, el nombre de cada section se deriva de
los eyuipos o actividades que se realizan en ellas. En torpedos se
encuentran los tubos lanza torpedos y se almacenan 10s torpedos de
recarga.
En el CIC se encuentran 10s equipos sensores coma
periscopios, consolas de sonar, radar, equipos de comunicacion,
etc. clue tienen la finalidad de obtener la information necesaria
para el disparo de torpedos. El central es el cuarto de control de
la operation de1 submarino,
e
n
61 s
e
encuerlharl hs CfJntroles fhj.
timon, de 10s planos, que son aletas similares a los alerones de
los aviones y que permiten alsubmarino desplazarse verticalmente,
ademas se encuentran 10s tableros para control de generadores,
W
I-
Z
W
tLJ?
t;
W
cl!
conexion de baterias, control de1 motor de propulsion y de mayuinaria auxiliar, en esta seccicn se encuentra el grupo de aire 1 y 10s
manifolds de control, reductcras de presion y manometros de todo
el sistema de aire comprimido. En la seccicn de m&@nas se ubican
los motores diesel, compresores, motor de propulsion, bombas
hidr&licas, convertidores de corriente K/AC, plantas de aire
acondicionado,
ventiladores para succibn del aire en snorkel,
compresores de agitacicn de1 electrcjlito de las celdas, entre otros
equipos.
.
1.2 mDEDE:m
El sistema de aire comprimido instalado en 10s submarines trabaja
con una presion de 250 bares producida por la action de dos
compresores reciprocantes impulsados mediante motores de corriente
continua yue son alimentados desde las baterias, las caracteristicas de estos compresores se listan en el Anexo II.
La descarga de 10s compresores circula por un deshumidificador para
posteriormente almacenarse en 10s reservorios o "grupos de aire"
yue esti constituidcs por botellas de 340 litros cuyas caracteristicas se listan en el Anexo II, lcs grupos de aire comprenden un
total de 16 botellas dispuestas de la siguiente manera: grupos 2
23
y 3, 6 botellas cada uno y grupo 1, 4 botellas. El grupo 1 se aloja
dentro de1 casco resistente en la seccicjn delcentral, mientras yue
los grupos 2 y 3 se ubican en la proa de1 subroarino, fuera de1
casco resistente (Figuras 3 y 4)
1.2.1 DTSTRIBUCI6N
El aire comprimido de 10s grupos de aire se distribuye en 10s
manifolds de1 central y fluye a travhs de reductoras a varios
subsistemas que trabajan a menor presihn. En las figuras 5 y
6 se muestran fotografias de estos equipos. En general se
divide al sistema de aire en suhsistemas de alta y de baja
presih. El de alta presicjn comprende 10s circuitos de aire
que trabajan con 250 y de 60 bares, mientras yue 10s sistemas
de baja presih son los que trabajan con 32, 10 y 2.7 hares.
Existen reducciones a 100 bares para el sisterna de eyeccih
de balsas salvavidas y a 200 bares para el acumulador de torpedos. Adem& de las reductoras, existen entradas directas de
aire a 250 bar a los subsisternas de 10, 60 y 3:; bare3 que CJY
usan en condicih de emergencia, cuando se prs(,! e alguna
./-.;.'YCI
t
falla en las reductoras, se puede lograr :fa, $&hcciSn
7';
: G>
manualmente.
Los . planos completes de 10s sistemas de aire comprimido de
alta presih se incluyen en el Anexo V.
I
-
.
i
---1.
I .L.. ~-~- -l.~~~~---*I_Yi~~l.--l
FIGURA
__.._._...
3.~
--.--.~~-.--
-...-._.
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-
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__.._._..._
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.
.
-..-..
03 gruw.3 de aire 2
- FIGURA L -
- FIGURA 5 -
I
- FIGURA G -
28
En Tabla I se muestra los diferentes us05 que se le da a 10s
diferentes subsistemas de aire comprimido, en ella se ha
seiialado con una (p) aquellos equipos que se usan en Puerto.
T&la I.REGULIADORA
MANUAL
QUIP0 QUE ACCIONA
PRESION
TRABAJC,
lEDUCTORA
250
NO
200
No
Si: 250>200
Reservorio de torpedos
100
250>100
No
Eyeccion de balsas salvavidas
60
250>60
Si: 250>60
Tanques de lastre (p)
50
250>50
No
Valvula de Cabeza de1 Snorkel (p>
Eye&or de se?iales
Empaquw de mastiles
Valvulas de refrigeration de1
ttw
Reductora a 10 bares
Reductora a 6 bares
32
250>32
Si: 250>32
Eye&or de Rasura
Tanque Sanitario (pj
Valvula de Cabeza (p,
Arranque de Motores diesel y Vir.3dt:!y flel [rjl: 5::r rle prl. L 12 ;..qi&l t p !
Soplados de txlques r~+ ~~;~xopensacion resisterttes
heductora a 2.7 bares
32>12
No
Motor de1 virador de1 MEF (LJ)
~crdo.3 103 subsistemas
* FIEF I Motor EGctrico de Propulsion
EQUIP0 QUE ACCIONA
tiara de acceso y pito
Aire para 10s TLF
Acciona 10s flaps de 10s ductos
de ventilation en ios compartimientos de habitabilidad (PJ
R
3 TLX : Tubas lanza torpedoz
4n.l: Tanque de Compensaci6n sirve para ganar o perder peso
adicional al de 10s tanques de lastre admitiendo o achicando agua de mar.
s 1'cD : Tanques de Compensaci6n y Diesel, cumplen igual funci6n que
10s de diesel con la diferencia de que sirven para almacenar una reserva
extra de diesel.
La necesidad de contar con una planta en puerto se analizara en base a
la information de1 uso de 10s compresores de abordo que registra las
horas de funcionamiento diarias de estos equipos, esta information se
resume, en las Tablas II a la IV, en elks se tabulan las horns de
funcionamiento en Puerto y en navegacion y se ha calculado un promedio
diario para cada mes considerando las horas totales divididas para el
nknero de dias yue el buque ha permanecido en pueti y de forma analoga
para el promedio en navegacion. Las promedios generales yue aparecen en
la parte inferior de la tabla son la media de 10s promedios mensuales
obtenidcxs.
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TAUA III
.- - 6C - CN CL PDlLCh - 1006
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I.1838
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OCT
~ TOTI\L a4 PUERTO
P-lo OUERAL
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TOTAL EN NswKaAcI~
1.24w
-10 -
384 .L
s .x03
En las figuras 7 a 11 se grafica el empleo de 10s corrrpresores en
yorcentajes de uso en Puerto y en navegacih en base a 1~s datos de 1a.s
tablas anteriores, claramente se observa que la instalaci6n de la plan&
en tierra esti plenamente justificada pues permitiria al menos duplicar
la vida Gtil de este tipo de equipos. Fara comprobar si esta tendencia
es comirn para los dos submarine, en la figura 12 se ha construido un
grkfico de barras comparative deluso en cada uno de 10s submarinos este
ghfico muestra el empleo de compresores en 10s a.60~ 1990 y 1992 que son
los &os para 10s que se tiene informacicin corntin para 10s das subrnarinos.
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40
Hespecto a la figura 12, el mayor empleo de compresores en el submarino
Shyri en el a&o 1992 obedece al desarrollo de pruebas de aceptacion
luego de1 overhaul a que fue sometido en sl aiio anterior, un comportamiento "normal" es el que corresponde a los adios 1989 o 1990.
Adicionalmente, el uso en Puerto de los compresores instalados abordo
no es recomendado por el manual de operation y mantenimiento delsistema
de aire comprimido.
Al respecta, se puede seiialar las siguientes
desventajas:
- El precio de los compresores es alto (190 000 DM cada uno> si se
considera que elciclo de vida delsistema es de 5 anos aproximadamente.
- El espacio disponible para el mantenimiento abordo es reducido lo
que dificulta y encarece 10s trabajos.
- Da disponibilidad de repuestos es limitada en el mercado local.
La necesidad que se ha evidenciado en la section anterior se yuede
krkear coma problema en 10s siguientes tkninos:
41
Antes de iniciar el desarrollo de1 Diseso es necesario establecer el
alcance de1
presente trabajo, se trata
de un ante proyecto,
llegar& a un diseiio complete ni detallado de la Planta,
pues no se
su objetivo es el
de demostrar la factibilidad de operar 10s consumidores de1 submarino que
se utilizan en Puerto desde una planta en tierra.
3.2 L
Los par&metros a considerar para establecer las especificaciones de
dise?lo son los siguientes:
- Consume de aire
- Ubicacicin de la planta
- Presih de trabajo
- Seleccicin de compresores
- Seleccih de tuberias y accesorios
- Equipos y sistemas complementarios
42
3.3 CQ&UlODRAIBE
Para el a&&.sis de1 consume de aire se compararh los dates
obtenidos en las estadisticas de empleo de 10s compresores con una
estimacih de1 consume de cada uno de los equip yue se utilizan
en Puerto, lamentablemente, 10s manuales y planos de1 submarino,
con excepci6n de1 de 10s motores diesel, no especifican el consume
ni el tama normalizado de 10s actuadores que emplean, para
estimar su capacidad, en el case de los cilindros, se ha tornado sus
dimensiones exterior- y se ha calculado su volumen normalizado
asumiendo una compresi6n isotirmica con la siguiente relacich:
Vnorm= PO+ vat
P atm
vnonn=
v01umenno-; Pop= pmsib de opera&&n de1 actuador ;
vat = VOluBen de1 actuador; Patrp = & atauef&ria
En la Tabla VII se detallan 10s equipos que se emplean en
puerto, su presikn de operacibn, sus dimensiones y el volumen de
aire libre yue emplean en su operacih.
43
T&la VII .-Prresih de trzh&, Dimmsianesy Voltmen de Aim Librr?
mquerido pttzt opsarcddacmsumidarenprert;o.
ACI'UADOR
DIMENSIONES
(cm>
VOLUMEN
(Nm3i
Tanques de Las-' 60
tre 1,2,5 y 6
Tanques
1)
2)
5)
6)
35
Valvula de Cabeza de1 Snorkel
Cilindro
014x50
0.3925
Tanque
3057 1
33.63
Motor neuma-
km!amo
EQUIPO
PRESION
DE OPERACIONWr)
50/32
Tanyue sanitario 32
21235
18790
33106
23106
1
1
1
1
Virador MEF'
12
Interruptores
Automat&x
10
Cilindro (5)
09.5x12.5
0.0487
Arranque y virado de las Mqs.
Diesel
32
Distribuidor
a 10s cilindros de la
MY.(~)
250 1
1
6
Cilindro (48)
03.5x3.5
0.0113
Cilindro (3)
06.5x9
0.0986
Cilindro (5)
09.5x13.5
0.0100
Flaps de1 Snor- 10
kel
Cilindro (2)
0 12x30
0.0746
Flaps de Silen- 10
ciadores
Cilindro (4)
09x20
0.0560
Flaps de Venti- 10
lacion
Flaps de1 AA de
Torpedos
1.1
tico
rIl&j:irfUJ
lade ii% ii.5
t&u-
Entre parentesis , se ha indicado el nlimero m&ximo de actuadores
que pueden operar simult&neamente en Puerto. Seguidamente se
describe brevemente la funcion que realiza cada uno de 10s equipos
44
listados en la tabla anterior, a la vez yue se estima su consume,
tomando en cuenta el volumen normalizado y el tiempo de operaci&.
3.3-l
Su funci6n es la permitir al submarino sumergirse 0 salir a
superficie. Las tanques 1,2,5 y 6 estin ubicados entre el
casco resistente y el casco exterior y disponen de una
abertura en la parte interior que permite el libre ingreso de1
ague, mientras que en su parte superior se ubica una tapa
denominada "evacuaci&" (ver Figura 13) que se acciona par
medio de transmisiones~mec&icas desde el interior de1 casco
resistente y que permite, al abrirse, que el colchk de aire
ubicado entre la superficie libre de1 agua y la parte superior
de1 tanque se "evacue" al exterior. Al salir el aire el agua
llena el tanque, elsubmarino gana peso y se hunde. Para salir
a superficie, se cierra la evacuacibn y par medio de una
tuberia, ubicada en la parte superior de1 tanque cerca de la
evacuacidrn, se "sopla" aire a presibn (60 bar) que empuja al
agua oblig&ndola a salir por la abertura inferior, al llenarse
de aire el tanque, el submarino pierde peso y puede salir a
superficie, un esquema de este procwo se muestra en la figura
14.
45
Ijurante la estadia en Puerto, el submarino par efecto de1
movimiento de las alas, y porque la evacuation per-mite cierto
paso de aire, va dejando escapar aire de sus tanques de lastre
lo que
hate que se hunda pco a poco (su calado aumente)
y que
cada cierto tiempo tuna vez por dia) se haga necesario
"soplar" los tanques. Debido a que en superficie la presion
de la columna de agua es minima (0.06bar) se acostumbra usar
10 bares de presion durante un period0 de 1 minute.
Para estimar el consume de aire de los tanques de lastre se
ha considerado la variation en el desplazamiento que ocurre
al soplar 10s tanques de lastre. El analisis se describe a
continuation:
Se ha idealizado al submarine coma un cilindro de 06x59.32
metros que corresponde a las medidas reales de eslora total
y diknetro delcasco resistente, coma eldesplazamiento maxim0
en superficie es de 1265 m3 se ha calculado
el
calado de1
cilindro en base a las tablas para areas de segmento circular
de radio unitario de la referencia (9). Asi, el circulo de
seis metros de di.&metro, se ha dividido en dos areas, Al &iL$$X
:' I
.,?j$ \la parte sumergida y Af es la que quecla sobre la linea"& . .
'
/
., '
flotation:
.‘I
-' I. .:
odelo para el c&lculo de la capacidad de 10s tanyues de lastre.
Los valores tabuladors e.st&n en funcih de la longitud f
sefialada en el 5rea Af. El valor de1 &ma Al se ha obtenido
dividiendo el desylazamiento
cilindro:
total para la longitud de1
47
Al-
- 21.32 m2
Por lo tanto, el &rea Af ser& igual a:
A, = x ra -A, = 28.27 - 21.32 = 6.95 ma
Esta &rea se divide por rE para reducirla a la de1 circulo
unitario, realizadas Las operaciones, esta hea Af corresponde
a un valor tabulado de f igual a 0.5853.
Al soplar 10s tanquea de lastre el submarino gana flotabilidad, es decir el calado se reduce, Al decrece y Af aumenta al
igual que la longitud f. Si se considera que esta variation
es de alrededor de un pie (0.3048 m), en t6wnincJ.s de1 circulo
unitario, e&e incremento se express dividiendo el incremento
por el radio:
0.3048
- 0.6852
fa - fi +Af-0.5853 +
3
a este valor de f corresponde un &ea de circulo unitario
igual 0.947 , que se multiplica por ? para obtener el rirea
real Af igual a 8.52 d y un krea Al igual a 19.75 ma.
48
La variacibn en el desplazamiento sera entonces igual a:
AV= V, -4x1 5: 1265 - (19.75x59.32) t 93.1'7 m3
Pero, se debe considerar que esta variacih en el. desplazamiento incluye al casco resistente, que representa alrededor
de1 76% de1 volumen total. Por ello, de 10s 93.17 Nm',
linicamente el 24% serA aire que reemplaza al agua en los
tanques de lastre, es de&r 22.4 Nm3, si se toma un factor de
seguridad de 1.5, se puede redondear esta cifra en 35 Nm'.
El
flujo de aire al soplar 10s tanques de lastre, considerando
que la presi6n es pr&2ticamente igual a la atmosfkrica (1.06
bar) se& :
- 0.583 - 0 o6NJn'/s
El caudal necesario para soplar ios tsnques es ~~I~~~JIIC~S w~ii
a 0.6 Nm3/s .
La variacih de calado al sopiar ios ~~nques
fJ#-I lastre se
rla
tornado iguai a un pie aunque en verdad es algo mayor, pero
':a '..
debe tomarse en cuenta la idealizacih de1 suharino~~o un
,
.'
cilindro.
Los rectingulas rojos utm
de la hdice indict 1
tanyues de lastre 1 y i.
- FIGURA 1 3
-
‘I
s
I 1..
,_--
. . ..I--
-.
-.
.--
-
-
_!_
:’
i
-
1.
-_
-_
;.
<
--.
i. i:
-- -
-
51
3-3-2
Se ubica en el tape
de1 ducto de admision de aire,
es la bloquear el ingreso
de aire
su funcion
al interior de1 submarino
en case de yue el submarino no pueda controlar la profundidad
durante la
carga de baterias en inmersion. El airs comprimido
actG.a sobre un pi&& que vence la fuerza
de un resorte y abre
la valvula, si el submarine se hunde, un par de electrodes
accionan la valvula solenoide
cortando el suministro de1 aire
permitiendo que el resorte cierre la valvula e impide que el
agua ingrese al interior
de1 submarino.
Cuando la valvula se
cierra, las maquinas diesel continuan operand0 absorbiendo el
aire
de1 interior de1 submarine
action
de un
hasta que se detienen por la
de
vacucjmetro que activa el control electronico
parada.
El sistema opera normalmente con aire
de 32
bar y en emergen-
cia con 50 bar. En la figura 15 se muestra un esquema
circuito, el tiempo
de operation de1 cilindro
es
de 1
de1
Segundo
y en Puerto se requiere de su action durante la carga
de
baterias, pero su action no es ciclica, una vez que se ha
izaclo el snorkel, el aire comprimido mantiene abierta la
valvula. Su consume es de 0.3925 Nm3/s, con una presion
operation
de 50
bar ( condition de emergencia).
de
i
<“-
p
--
\
t-!
53
3-3-3
TANQUE
Sirve pararecolecta2:todaslasaguasservidasdeabordo. Durant9 la navegacih en inmersibn, para vaciar e&e tanque
primer0 se lo sella y luego se lo presuriza para poder eyectar
el Icontenido venciendo la presi6n exterior, el principio es
similar al de 106 tanques de lastre, con la diferencia de que
este tanque se encuentra en el interior de1 casco resistente
y no tiene libre comunicacih con el exterior. hand0 el
submarino se encuentra en Puerto, la presih de soplado no
excede 10s 10 bares, y el tiempo aproximado de soplado es de
5 minutes por lo que el consume se puede aproximar a 0.1121
Nm3/s.
3.3.4
lfm?R vs
El motor netitico virador de1 HEP se acopla manualmente par
medio de un engrane que permite girar el ttEP para trabah de
mantenimiento, dado que no se dispone de sus caracteristicas
de consumo de aire, se ha tomado coma referencia para estimar
su consumo el ti alto valor tabulado en la p&gina 580 de la
referencia (3), para un motor de pi&h Atlas Cop modelo MZK
W9.7 kW, de 0.182 Nm"'.
En la Figura 16 se muestra un
fotografia de este equipo, en ells se observa la palanca para
invertir el giro de1 motor.
54
- FIGURA 1 6
-
/
55
3.3.5 Son 10s que inter-cone&an las barras colectoras de baterias
y generadores. Las 480 celdas de1 submarino se agruyan en
cuatro baterias de 120 celdas cada una, estas baterias se
cone&an en serie, en paralelo o en serie - paralelo dependiendo de la corriente que se requiera entregar al MEI? para
mayor 0 menor
velocidad.
En puerto,
10s interruptores
automaticas se usan para la carga de baterlas desde una
estacion de tierra por medio de una toma en la vela, se
alimentan las baterias y se las va conectando en serie o
paralelo dependiendo de1 tipo de carga. La conexion o
desconexion se realiza por medio de los interruptores
automaticos, en elks, el aire comprimido actua sobre un .
piston provocando que k&e conecte o desconecte los contactos
de1 interruytor, el ingreso de1 aire es controlado par una
valvula solenoide, de manera que las secuencias de conexion
y desconexion de los interruptores se hallan automatizadas,
en case de emergencia, la conexidvn puede real&awe accionando
manualmente la valvula solenoide, para permitir el paso de1
aire, o desplazando el v&&ago par medio de la palanca de
oyeracion manual.
56
En puerto, durante la carga de baterias, se cone&an y
desconectantiicamentscincointerruptores autom&icos, l-2-34 y 5 para conexih de las baterias en
para la conexicjn en paralelo. La conexih
en
2
segundos
volumen
por lo yue
de aire
libre
de
acuerdo
calculado, el consume
serie y 1-5-6-7 y 8
de bstos se realiza
a las dimemiones y el
se puede estimar
en 0.0244 Nm'/s.
En la figura 17 se muestra una fotografia de lo.5 interruptores
autiticw, el elemento de color Verde que se aparece en la
parte superior izquierda
de cada
interruptor es el comparti-
miento donde se aloha la bobina que acciona la v&lvula
neumdtica, sobre &ta se puede apreciar una palanquita para
el accionamiento manual
de1 bloque
neum6tico. h yalanca con
el manubrio de bola es para accionamiento manual
de1 cilindro.
de1 G&ago
57
Interruptores Autxxhticos. Los componentrs
verdes son la bobinas de 10s solenoides. Las
palancas al lad0 de 1x3 cadenas SO" para
conexi6n manual
- FIGURA 1
7
-
El suministro de aire comprimido para 10s motores
diesel es
de 32 y 6 bar, el primero se distribuye a 10s pistones y
sirven para venter la inertia y ganar
durante
velocidad a
la maquina
el arranque. El aire a 6 bar acciona las valvulas de
descompresion de los cilindros desplazando unos pequenos
pi&ones, estas valvulas se mantienen abiertas durante las 10
primeras vueltas de1 cigiienal para permitir el escape de
condensaciones en el interior de la camara de1 cilindro yue
podrian ocasionar problemas durante el arranyue y la operation
de la
maquina.
El
proceso de1
virado
y arranque dura
aproximadamente un minuto por lo que el consume para Las cuatro maquinas sera de 0.0169
va a reemplazar al
Nm3/s. Considerando
que el sistema
de abordo, se d&e tornar en
regulation de la American Bureau of Shipping
da que la capacidad de1
cuenta la
(1, que recomien-
reservorio de abordo debe
proveer un
minimo de seis arrancadas por cada maquina no reversible, ello
implica que e&e flujo de 0.0169 Nm3/s debe rnantenerse par lo
de las
considera-
ciones a la hora de diseiiar el tanque reservorio
de la planta.
menos
durante seis
minutos, lo que sera una
En la figura 18 se aprecia el distribuidor
y arranque.
de aire de virado
En primer piano, el distribuiclor de aire comprimido para virado p
arranque de uno de 10s motores.
- FIGURA 1
8
-
3.3.7 aAps
Los flaps de ventilation dirigen el flujo de aire dentro de
10s ductos de1 sistema de ventilation de abordo. el sistema
consta de dos ventiladores, el de baterias, y el de1 buyue.
El primero, de mayor capacidad, hate circular el aire par 10s
tanques de baterias para eliminar los gases que se desprenden
durante la carga o descarga de las celdas, en especial de1
hidrogeno cuya acumulacicn puede llegar a niveles explosives.
El ventilador de1 buque permite la circulacicn del aire en el
resto de1 submarino, de ahisu nombre. La mayoria de 10s flaps
se accionan manualmente, a excepcicn de ayuellos que par su
importancia o su ubicacion requieren de un accionamiento
neumatico.
Eke
accionamiento
consist43 en un
cilindro
neurnatico clue acciona la palanca posicionadora de1 flap
deflectando el flujo dentro de1 ducto u obstruyendolo
completamente (ver figura 19). El cilindro se acciona en 1.5
segundos por lo que elconsumo, para 10s tres flaps accionados
neumaticamente, se puede estimar en 0.0657 Nm3/s.
3-3.8 ELBps Dm
En los ductos de aire acondicionado de la section de Torpedos
y de 10s espacios de habitabilidad, se dispone de controles
de temperatura que accionan cilindros neumaticos y posicionan
Lo.3 fLaps deflectores regulando a.91 el surnirnstro cte aire
acondicionado (ver figwa 20). Ektos cilinciros se accionan
bompletamente en un laps0 de 3 segundos par lo yue el consumo
se puecle estimar en 0.0033 Nm’/s.
FIGUFtA No. 19
‘. .‘Z”.”
3.
..
.*r
.S’
Ciiindros neukticos de accionamiento de 10s fiaps para
regulaci6n de1 flujo de Aire Acondicionado
- FIGURA 20-
3.3.9 FLAps
hs flaps de1 snorkel tienen coma funcicin la de permitir el
flujo de1 aire exterior hacia el interior de1 submarino, por
seguridad se ha concebido al sistema con dos flaps, uno
exterior y otro interior (Figures 21 y 22,, yue se accionan
independientemente, cada uno con un cilindro neum&ico. La
operacidn de estos flaps se realiza controlando en forma
manual el paso de aire comprimido hacia 10s cilindrm
actuadores y constituye.una de las condiciorles criticas de1
submarino cuando se los abre para cargar baterias en inmersih
dado el peligro de yue se pueda presentar ingreso de agua al
interior.
En Puerto estos flaps se accionan al realizar carga de
baterias, desde la planta en tierra, par yue el sisterna de
ventilacih asi lo exige, la operacih de estos flaps torna
aproximadamente 1 Segundo par lo que el flujo estimado para
10s dos es de 0.0746 Nm'/s.
Este dispositivo evita que al encender las m;iquinas bajo la
superficie, el agua pueda ingresar al interior de la m&quina
a trav& de los ductos de gases de wcape. para ello, la
64
v6lvula solenoide que permite el flujo de aire al cilindro
neumiitico que acciona al flap se encuentra gobernada por el
sistema autor&tico de arranque y controlde 10s motires diesel, una vez que la m&quina arranca, el flap se
abre para
wrmitir la descarga de hs gases con una presitn de
IJ.ti bar
lo que permite que pueda venter la columna de agua. Si por
cualquier causa la maquina se para, el tlap se cierra
autotiticamente evitando que pueda prwucirse ingreso deagua.
En Puerto, a pesar de que no existe este pehgro, el fiap se
acciona por efecto
de1
sistema de controi ar~t~xnatico (1s
arranque de las m&uinas.
i.il
COf~U!il~
E!timtI~~r.~
C.5
ilF,.
U.
IJb,
Nm3/s.
En la l.Zot0grafi.a ck la ligura 23 se muestr.3 el c:ilirldrrJ
neum&lco, con su vastago extenclldo y en prlroer plan0 el
sllenciador
de gases de escape.
Cilindro de accionmientc de1 flap exterior
snork.el
.5Il0&.d
- FIGURA 2 1 -
de1
- FIGURA 2 2 -
Cilirdro dn ac~zioriarniw~to de1 llap de1 silenciador de gases de escape
de uno de 10s m&ores dicsei
- FIGURA 2 3
-
El gasto tot-al estimado obtenido de cada uno de 10s de 10s
consumidores se detalla en la Tabla VIII :
T&la VIII :- Razh de Ccwrnrroo deAizedecadaewip0
mm
CONSUMO (W/s)
Tanques de lastre
0.6
V&lvula de Cabeza de1 Snorkel
0.3925
Tanque Sanitario
0.1121
Motor virador de1 MEF
O.lR20
Interruptoresautom&icos
0.0244
Arranque y Virado de Hqs. Diesel
0.0190
Flaps de Ventilacih
0.065-i
Flaps de1 AA de torpedos
0.0033
Flaps de1 Snorkel
0.0746
Flaps de1 silenciador de Mqs.
0.0560
TOTAL 1.5296
El caudal total obtenido de 1.53 Nm'/s seria el cauda1. pica, el clue
se demandaria suponiendo que todos los consumidores consideradros
se operen simultieamente. Sin embargo, si se cornpara 10s valores
obtenidos de consume coma en la figura 24 se observa yue el 39.2
% de1 consumo total (aprox. 0.6 Nm3/s) corresponde a 10s tanques de
lastre. Adem&, el flujo requerido para esta maniobra
COMPAK~CION DE CONSUhlO
T.L~NQUES DE LASTRE vs. OTROS EQUIEWS
c-
Virador MEP (11.9%+--
W cabeza (25. 7%)A
- FIGURA 2
4
-
Tcp, de LzstrE (39.2%)
es lo suficientemente alto para suylir la demanda de cualquiera de
10s de&s consumidores.
Par ello, si la planta alcanza a cubrir la
demanda de
soplar 10s
tanques de lastre cubrira con exceso la demanda de1 resto de
equip. La capacidad de la planta seri entonces de 0.6 Nm'/s (0.5
Kg/s, estimada para los tanques de lastre. ffita capacidad es
suficiente para cubrir futuras demanclas coma eluso de herramientas
neumaticas para mantenimiento de la cubierta o la instalacion de
elevadores neum5ticos para el muelle.
Sin embargo, la desventaja de establecer esta capacidad sera la
limitation en abastecer el soplado simultkneo de 10s tanques de
lastre de 10s dos submarines, por ello, se debera de establecer un
horario de soplado, asi por ejemplo, el Shyri debera soplar sus
tanques de lastre al amanecer, mientras que el Huancavilca lo hara
en la tar-de.
En el diagrama de la figura se aprecia la disposition de1 muelle
de los submarines en la Base Naval Sur (BASUIL). Inicialmente se
penso ubicar la plant-a al lado de la e&a&on de transformadores,
en la orilla de1 estero, pero luego, y considerando que el peso de
71
los compresores,
fundacicn y el de las botellas usadas coma
reservorio podrian eventualmente provocar el deslizamiento de1
relleno cercano a la orilla de1 ester-o, la planta se ubicara en el
sitio seiialado, la presencia de la edification de la estacion de
transformadores garantiza la suficiente firmeza de1 suelo.
Las fotografias de las figuras 26, 27 y 26 present-an el aspect0
real de1 esquema mostrado en la figura 25. La ubicacion es la mk
cercana a 10s submarines y no resta espacio en el area de1 muelle.
En la ubicacicn de la planta adem& de1 criteria de firmeza de1
suelo, se ha considerado tambien el abastecimiento el&ctrico que
queda garantizado por la estacion de transformadores que se aprecia
en el esquema y en la fotografia. La planta debera contar con el
suficiente resguardo de la intemperie,
y debera proveer el
suficiente aislamiento sonoro sin comprometer la ventilation de los
compresores.
El tendido de tuber&s no presenta inconvenientes, pues el muelle
cuenta con un canal cubierto con l&ninas metilicas, diseiiado con:.-i,r,-x
?'. , .
eJ
I& ?
esta finalidad.
i .,' 1-9 (
: 1 I
il
c
C
las
vista exterior dei muelk de Submarines.
mangueras, estarsn ubicadas a la derecha de1 armarin vsrde
yue esti al lad0 de la gnia
- FIGURA 26 -
- FIGURA 27 -
d
I
:*:;.J
k.acih de transformadores d&rim de 10s contenedores
- FIGURA 2 8 -
76
3.6 w
La presion de trabajo de la planta requiere de una solution de
compromise,
en una aproximacion
initial se consideraran las
siguientes opciones :
a)
kmpresores en tierra con reservorio exterior a una presion
de trabajo entre 32 y 60 bar. Los grupos
de aire de1 submarino
serian aisladm y elconsumo e&aria alimentadoexclusivamente
par la planta exterior a menor presion. El rango de trabajo
entre 32 y 60 bar obedece, en case
requerida para arrancar los
de la presion
minima,
a la
motores diesel. ‘r’ en case de la
presion maxima, a la requerida para el soplado de 10s tanques
de lastre, pero, coma se indico anteriorments, la presion
usada en esta actividad cuando el submarino esti en Puerto no
sobrepasa 10s 10 bar,
de ahi
yue, para este case, la selection
de la presion de trabajo vendria a ser un comprorniso entre el
cost0 de1 reservorio, relativo a su tamaiio, y el
de comprimir
el aire a la presion de trabajo, entre 32 y 60 bar. Pues a
mayor presion se requerira mayor potencia lo yue implica
COStO.
mayor
77
b,
Compresores en tierra, sin reservorio, yue alimenten lo.3
grupos de aire de1 submarine, 109 que actuarian corn0 reservorio.
C)
Compresores en tierra con reservorio exterior y una presidn
de trabajo de 250 bar.
3.6-l - DR L,A Pl?v
Los par&metros a considerar en el presente ar-klisis serk :
el tamaiio reservorio y la potencia requerida para 10s
compresores.
3-6.1-l m
El tamaiio de1 reservorio queda definido pr 10s dates de la
Tabla IX de la cual se ha extraido 10s siguientes valores
de volumen requerido :
‘78
T-LX
Vol~de~Requerida~~las axmmidorrrs
EQUIPO
WLUMEN (Nrn')
Tanques de Lastre 1,2,5 y 6
35
V&lvula de Cabeza de1 Snorkel
0.3925
Tanque sanitario
33.63
Virador HEP
10.92'
InterruptoresAutiticos
0.0487
Arranque y virado de las ttqs. Diesel
48.54'
Flaps de Ventilacicn
0.0986
Flaps de1 AA de Torpedcs
0.0100
Flaps de1 Snorkel
0.0746
Flaps de Silenciadores
0.0560
l'WAL 128.78
De forma a&loga al dimensionamiento de1 flujo de la
planta, el analisis de los volboenes requeridos refleja que
el 37.7% de1 volumn total requerido, segun se puede apreciar en la figura 29, corresponde al considerado para 10s
b Se ha considerado un tiempo extreme de operacicn continua de 60
segundos.
' Se ha tornado en cuenta la regulacicn de ADS de seis arranques por
cada tl.Gquina diesel para 10s dos submarines, en total 48 arranyues.
I
80
arranques de las maquinas. Par lo tanto, se considera que
con un reservorio de 100 Nm' se abastecera sin problemas la
demanda de 10s consumidores de 10s dos submarine, incluyendo el arranque simultieo de Aquinas diesel. No
obstante, se hate necesar io el establecer 10s horarias de
soplado para 10s tanques de lastre coma se indic6 anteriormente, no par causa de1 volumen de1 tanque sino por el
flujo requerido.
En atencion a la presion de trabajo se debe considerar el
espesor de la plan&a de1 reservorio, coma referencia se
tomaran las formulas para espesores de1 Gdigo ASME para
tanques de presion (2) :
lkfuerzo htgitudinal :
t
=
FR
SE - 0.6P
Pz(kPa)Pzwsi6ndedikio; k(m) radiointeri0rde1rmzipient.e; S=(HPa)
esfuerzo lIlikim pemitido;t=(mn) espemrhnimo requerido;E= eficiencia
de la junta soldada
t
-
-
PR
2 S E + 0.4P
Ias exyresiones anteriores son aplicabies slernpre yue P
no excecia 0.385SE, ni el espesor exceda la mitad de1 radio
intern0 de1 recipienti.
3.6-1-Z !
La estimacih de la potencia de compresih se hark en base
al ark1isi.s de la pAgina 3-21 de la referencia (6) y La
p&gina 92 de la referencia 131. El nhero cle etapas
recomendado para ol rango de IO a' 180 bar es de tres
etapas, la raz6n de compresih total (rt) esti definida por
la siguiente relacih:
q= (
LJ i
Pf
>
rta=Yx12ixlde mi&; pi= presti iniciidodeaspiraci~; pf=presibn
final 0 de descarga,
La rakn 6ptima tebrica para la compresih entre etapas
(k-s) esti dada pr:
La potencia total serd la suma de la potencia requericla
para cada etapa. Se ha asumido una compresi6n politrbpica
y se considera al aire coma gas ideal, en base a las
prkticas realizadas en el Laboratorio de Energia y
Fluidos, con un coeficiente politkpico determinado
experimentalmente de n = 1.34 . La relacibn de la potencia,
con las consideraciones establecidas y considerando yue la
temperabra de ingreso en cada etapa es igual a la de
aspiracicjn y que la presih de descarga de una etapa es
igual a la de aspiration de la siguiente, seri entonces,
adaptando una relation de la ref. ~5) :
W=
anniRT,
l-n
n-l
[ (It) =-11
a=kmerocieetapas;n= coeficientepolitr6pim~1.34); r-t.= razhtotal
decotnp~ih; R= Corrstantedeaire (266,9J/kgK); Tl= temperaturade
aspiracicin (30 '0
Corn0 se cuenta con un reservorio suficientemente grande y
debido a que la demanda no es continua ni ciclica, la
capacidad volumetrica de1 compresor estara sujeta a lai
f'
disponibilidad de los model- de1 mercado, sin embargo:
coma primera aproximacion se asumira una cayacidad &,O.JGay
165 Nm'/s (35 cfm) que permitiria llenar completamente el
reservorio en un lapso de una hora y cuarenta minutes. El
rango de conexion y desconexion de los comyresores, serA
funcion de la presion minima requerida, clue es la de
arranque de los motores diesel, es decir no menor a 32 bar.
84
3.6. 1.3 Opcrcxr a) )
l&a option se ha planteado en primer lugar poryue tiene la
ventaja de que en 10s trabajm de overhaul de cada uno de
10s submarines, se han retirado y cambiado botellas de 10s
grupos de aire que han sufrido un desgaste en su espesor,
ya clue esto compromete su operation a 250 bar. E&e
desgaste se ha me&do por medio de un equipo port&i1 de
ultrasonido. A fin de estimar la presion de operation
segura para e&as botellas, se empleara nuevamente la relacion de1 ckiigo ASHE. En primer lugar, y debido a yue no se
dispone de e&a informacibn, se estimar5 la resistencia de1
material de 34 CrHo de1 que est.&n he&as las botellas (ver
Anexo II).
En el Anexo III se listan las rnecliciones
realizadas en las botellas retiradas y las realizadas en
una botella nueva y en cuatro botellas reemplazadas
seleccionadas al azar. Los valores de espesores minimos se
presentan a continua&& :
Botella reemplazada til................. 14.06 mm.
EMella reemplazada #Z .................. 13.48 mm.
EMella reemplazada #3 .................. 12.3 mm.
Botella reemplazada #4...................12.8 5 mm.
85
Botella nueva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...16.23 mm.
Con el espesor q inimo de la botella nueva y la presion de
250 bar se despeja la resistencia de la formula ASME, se
obtiene un valor de 312.7 Wa. Con este valor y un espesor
de 12 mm, menor al minimo medido, se calcula la presion y
se obtienen un valor de 123 bar, es deck, yue las botellas
removidas est.& en condiciones de sopor-tar una presion de
trabajo de 123 bar con igual margen de seguridad que una
botella nueva. A manera de comprobacion y para estimar de
alguna manera el factor de seguridad, se ha calculado el
esfuerzo de membrana hemisferico en la section cilindrica
con la siguiente relation:
oh = esfuerzo hisftico; pi= pmsibn interna de1 recipiente; di=
tli5m0trointerior;t=espesordelapared
Con el espesor de 16.23 mm y la presion de 250 bar se
obtiene un esfuerzo hemisferico de membrana de 296.52 MYa.
El factor de seguridad definido por :
86
312.7
*
i 054
I
296.52
Con el espesor de 12 mm y la presih de %U bar se obtiene
un factor de seguridad de 0.76. tlientras que, con el
espesor de 12 mm y el factor de seguridad de 1.054, la
presiljn permisible resulta igual a 180.5 bar.
Del anAlisis anterior se concluye que las botellas removidas pueden ser sometidas sin problemas a una presih de
trabajo de 123 bar. Una ventaja adicional al war las
botellas removidas, es que el reservorio puede amyliarse en
el futuro si se da el case de que se incremente la demanda
de aire comprimido con el use de herramientas neum&ticas
para mantenimiento de la cubierta o la instalacih de
elevadores neunkticos, en reemplazo de la grua autopropul-
sada con que se cuenta actualmente para transyorte de equipas al submarino.
Para el CEEIO de la alternativa que se considera, rs= 3.54
por lo que las presiones de trabajo tebricas para el compresor, euponiendo una presih de descarga de 60 bar undtrlca
(882 psigj ser&n las que se tabulan a continuacih
d’i
T&la X .- l?msicm29antn9etapas
ETAPA
PRESION INICIAL (bar
abs)
PRFSI6N FINAL (bar .
AS,
I
1
3.94
II
3.94
15.52
III
15.52
61
La potencia requerida serG cle 5.8 kW (7.73 HP,
._
*.r’ 4 ~ ,’ ;1
3.6.1.4 km
7
TL,
J,\
~~~;ii
: “b.
F&a opcicn no presentaria restricciones en cuan&$&$
de los consumidores. Para este rango de compresicn se
recomiendan cuatro etapas,
las yue,
de acuerdo a las
relaciones enunciadas, darian presiones a 3.98, 15.82,
62.99 y 250 bar, que corresponden aproximadamente a las
presiones de descarga en las etapas de 10s ccmpresores
in&&ados actualmente abordo. La pctencia calculada de
compresicn para esta opcicn seria de 7.8 kW (10.4 HP). En
relacicn a la potencia requerida por la opcicn anterior,
pareceria que no hay mucha razcn para considerar una opcicn
diferente a e&a, per-o, sise examinan los datas de 10s
compresores instalados, se observara que &stcs requieren de
una pctencia de 39 HP (29 kW) . Este exceso, aparte de la
mayor
capacidad
r'rente a
103
de las compresores de
abordo CD. 02
Nm3/s
0.0165 Nm’/s considerados) se explica porque en
este case, para cuatro etapas de compresitn, ya no son
aproximadas las consideraciones de la ecuacih planteada,
principalmente por la diferencia de temperaturas a la
succih de las etapas que son considerablemente mayores a
la temperatura ambienti.
3-6-l-5 w c) w Y Rm
Para dimensionar el tanque se consulti al Ingeniero Carlos
tlerctkn de “Industria Acero de 10s Andes" de ulito, empress
especializada en la manufactura de tanques de presibn bajo
el c&ligo AWE. Aplicando la fhoula de espesor de1 Ckligo
ASME con un acero SA 516 de 17.5 Kips/sq.in. de resistencia, el espesor estimado para un tanque cilindrico de 10
pulgadas de radio, con tapas esf&icas, y una presih de
250 bar, fue de 2.4 pulgadas (61.03 mm). Un txque de este
espesor no puede ser fabricado en el pais, por las limitaciones de la roladora con que se cuenta. Se podria aplicar
un diseiio de placas superpuestas pero esa tecnologia esta
disponible en Brasil. Ante esta situacih, se ha decidido
eliminar la alternativa c), por considerar clue sus requeri-
mientos no cumplirrin la condition de buscar una alternativa
me econdmica para el suministro de aire.
En la Figura 30 se muestran esquemas de las alternativas
a considerar para la instalacion de la planta.
3.7
Las caracteristicas que ha&a el momento se han especificado para
10s compresores son:
- Capacidad : 0.0165 Nm'/s (35 cfm)
-
Presidn
de descarga :
60 bar (alternativa al y 250 bar
(alternativa b,
- Numero de etapas : depende de1 compresor, de preferencia 3
para la alternativa a) y cuatro para la alternativa b)
Con e&as especificacionea se investigo en el mercado local,
concretamente en "La Llave S.A." que presento, con fecha 25 de
Mayo/93 la siguiente oferta:
1)
Compresor tiyo T30 mcxlelo 16SR enfriado par aire:
Capacidad: 36.8 cfm (0.0187 Nms/s)
Numero de etapas : cuatro
Presion de descarga:
r e g u l a b l e d e 5 0 0 0 hasta 6 0 0 0 psig
(408 bar).
51
Equipo est&-hr:
Indicador de altatemperatura, indicador de
bajo nivel de aceite. Sistema autom&ico de
conexibn y desconexih. Trampa estkndar de
descarga de condensado. Motor elbctrico
est&ndar de 65 HP
cost0 : LJSD 21 856 (FOB tliami.)
Arrancador elhctrico : Cost0 USD 462 (FOB Miami).
ctElDmAL: IEDZZ318 (POB IGmi.1
2)
Compresor tips T30, modelo 15T2, enfriado par aire:
Capacidad: 30.8 cfm (0.0145 Nm3/s)
Nlimero de etapas: tres
Presibn de descarga:
Equipo esthiar:
1000 psig (68 bar)
Indicador de alta temperatura, indicador de
bajo nivel de aceite. Sistema autom&ico de
conexibn y desconexibn. Trampa es&&r de
descarga de condensado. Motor elkctrico
estidar de 15 HP
cost0 : USD 8 542 (FOB tliami)
Arrancador elhctrico
: Costa USD 291 (FOB Iliami).
(IXENlnrrAL: ED8833 (POB Iliami)
Corn0 referencia, el costo de un compresor instalado abordo es de
190 000 DII que equivalen a USD 120 000 a la cotizacion de1 26 de
Maya/93.
De la propuesta presentada, se decide seleccionar
la de1 cornyresor
tipo T30 modelo 15T2 de 1000 psig, por considerarla la m%s
convenisnte para el objetivo de esta tesis.
3-8 a
El criteria de selecci6n de tuberias e&a dirigido a analizar el
efecto delflujo compresible. Concretamente a evitar la posibilidad
de que el flujo se estrangule y no pueda satisfacer la demanda de1
sistema. Como referencia se ha tornado el diametro de La tuberia
interior de la toma para carga de1 exterior instalada en el
submarino que es de 16 mm. En el
ccmercio local,
es mA.3 f&Al el
adquirirtuberia con medida americana, por ello, se ha considerado
el uso de tuberia de 3/4" c&lula 80 que tiene un diametro interior
de 18.85 mm (4), lo que haria necesario la fabricacion de acoples
para las botellas (ver Fig. 31) y para las mangueras de conexion
a la toma exterior (Fig. 32). En 6stos se debe
porter especial
atencion al material para evitar posibles pares hiroet&lic~ que
favorezcan la corrosion, de preferencia debe usarse el mismo acero
de1 tubo o en su defecto acero inoxidable.
- FIGURA 31 -
'LOma para carga de dire de1 exterior ublcada en ~a
detrSs de la esmtilla de1 pente
- FIGURA 32 -
3.8.1
4
w
Fara analizar el flujo se ha idealizado el sistema corn0 se
muestra en el esyuema de flujo de la pagina 56, las condiciones de estancamiento en las botellas estk representadas par
Fo = 69 bar absoluto y To = 30 OC (303 K) , se ha considerado
una longitud de tuberia igual a la distancia total desde la
ubicacion ssleccionada para la planta y la toma de carga de1
submarino
atracado
exteriormente,
&&a es
una yrimera
aproximacion, pues de momento no se ha considerado la longitud
equivalente de 10s accesorios.
En la longitud de manguera
considerada se ha tornado en cuenta la variation de1 nivel par
efecto de las mareas (Un maxim0 de 4.8 metros de acuerdo a las
tablas de mareas publicadas par INOCAR ref. 7,
El caudal en condiciones est&ndar se ha transfwmado a Las
condiciones de trabajo de1 recipiente en base a la ecuacion
general de los gases:
ESOUEMA PARA EL ANALISIS
DE
FLUJO
El flujo a 65 bar (1014.7 pia) y 303 K SW% entonces de
il.0091 m3/s, yue dividido par el kwa de1 tub de 3/4 da coma
resultado una velocidad de 32.75 m/s correspwdiente a un
nkmero de Mach de 0.094 a la temperatura de 30 "C. Esta
97
velocidad se alcanzara una vez que el flujo se desarrolle, por
ello, con la velmidad, el di&netro interior y una viscocidad
cinematica de 1.3 x 10" m*/s se calcula un numero de Reynolds
igual a 4.7 x 10d, el que sirve para calcular la longitud de
entrada en base a la relation 6.6 de la pagina 339 de la
referencia (14):
r
1
-
Le 4 . 4 Red6
-==
d
la longitud de entrada resulta igual a 0.50 m, en esta corta
distancia las propiedades no se ha alterado mayorrrrente,
COIIIO
lo demuestran las propiedades estiticas obtenidas de las
tablas de flujo isentropico (10) para aire: p= 66.57 bar,
Tz302.45 y la densidad igual a 60.04 kg/m', lo que hate valida
la aproximacion initial de estimar la velocidad y el nlimero
de Hach con las condiciones de estancamiento.
Para verificar siel flujo llega a estrangularse, con el valor
de Hach de 0.094 se halla el valor de1 pariimetro de fL,,/D de
las tablas de flujo de Fanno que es igual a 76.67 . Coma el
valor de1 coeficiente de friction f es el de Fanno y es igual
a cuatro veces el coeficiente de friction de Moody, con he y
una rugosidad relativa de 0.05 mm para el acero comercial, se
obtiene de1 diagrama de Moody un f-,=0.029 y un f,,,,,=0.00725.
Con este valor se obtiene una Lmax=200 metros que indica yue
el flujo no llegara a estrangularse ha&a la toma de carga
exterior de1 submarino, tambien da un cierto margen para el
use de aecesorios, toda vez que se puede disponer de cerca de
135 metros de longitud equivalente.
La p&di& de presion en 10s accesorios de realizara en base
a las longitudes equivalentes de1 nomograma de la figura 43,
pagina 3-130 de la referencia (8). Las yue se listan en el
Anexo VI.
La disposition de la planta yueda coma se muestra en la Figura
33,
se usar;in,
inicialmente,
las cuatro botellas cuyos
espesores constan en el Anexo III. Para las yue se
construirti soportes similares a los mostradw en las fotografias de los acoples de las botella, hay yue culdar, si en el
futuro se amplia la planta, que aldisponer verticalmente las
filas de botellas, el peso no sea sop&do par las botellas,
sino que &he debe ser transmitido hacia los soportes, pues,
de otro modo. la botella estara sometida a esfuerzos no
considerados en su disefio, que sumados a la expansibn volumEr
tricaque experimenta pueden dafiar al recipiente comprometiendo la seguridad de la planta.
I
----__
1
LOW--‘RESOR
++--.-.-+.-------
--- -____ ---.._--
101
3-8.3
!ALLJWDEcAfDALl?l
Considerando los siguientes accesorios: cuatro T, dos codas,
tres v&lvula de globo, una valvula antiretorno icheck) m&s las
contracciones al salir de la botella y en la toma
submarine, se tiene
estimar
la
empirica
caida de
una longitud total de 81 metros, para
presion, se utilizari la correlation
de Weymouth de la
AP =.
de1
p&gina 3-159 de la referencia (8):
srQ ’
157 z p,d I613
La caida de presion asi calculada da 64.2 bar, que se
comprueba con 10s 56.27 bar que resultan aplicando la formula
de Darcy. Por lo tanto, y dado que se requiere que lleguen pm
lo menos 32 bar a la toma de1 submarino, se hate necesario
cambiar el di&aetro de la tuberia, usando la correlation de
Weymouth con una caida de presi6n
dicimetro de 29.62 mm pm
lo que
de 5
bares, se obtiene, un
se selecciona un tubo &dula
80 de 1 l/2 pulgadas norma ANSI B 3610:1970 (4) que tiene-un
di&aetro interior de 38.1 mm, con este ditimetro, la velocidad
media viene a ser
de 7.98
m/s y el nihero de Mach igual a
0.023 y la longitud maxima para estrangulamiento resulta ser
de 7.053 Km y la caida de presion para la nueva longitud total
de 130 metros, considerando las longitudes equivalentes de la
tabla 11, es de a 33.95 psi (2.3 bar).
La presion a la entrada de la toma de1 submarino es entonces
de 66.7 bar
tabs). Cbnsiderando esta presih de entrada y la
tuberia de 16 mm entre la toma para carga de1 exterior y 10s
manifold de1 central para distribution de1 aire en el sistema
de1 submarino, se calcula la caida de presion, 10s accesorios
son: seis cock, una expansion en el manifold, el flujo a
considerar ser& el requerido para soplar 10s tanyues de
lastre, ya yue con flujos menores, la caida de presion sera
menor. El flujo considerado es 0.6 Nm3/s y la longitud total
de 15 metros, la caida de presion es de 27.6 bar. Es deck-,
yue cuando se soplan lm tanques de lastre, la presion maxima
disponible ser& aproximaclamente de 40 bar-tabs). En el case de
el arranyue de los mot-ores diesel, el flujo requerido es mucho
menor, por lo tanto, la caida de presion sera menor, y llegara
con rnti de 40 bar-cabs) al manifold. Como la presion para el
arranque es de 32 bar, no se sucitaran problemas en esta
condition.
103
El objetivo de esta section es el de especificar 10s requerimientos de calidad de aire, especificamente 10s de1 secador
de aire. La norma de 10s submarines de la Armada Americana
contempla que el aire comprimido para el servicio en 10s
submarinos debe tener un punto de rocio atmosferico de - 60
OF para 10s sistemas de alla presion, sobre las 1000 psig,
(p&gina 7, referencia 13). Esta exigencia e&a relacionada con
las bajas temperatures que deben soportar l;ls botellas de
estos buques en 10s climas k-ticos, en 10s que fkcilmente
alcanzaran temper&was de - 30 *C a las clue la humedad
acumulada en tanques y tuberias que se solidifica puede danar
10s sistemas. Fara el presente case, que estima una temperatura ambiente de 30 *C, se ha establecido un punto de rocio de
-20 OF (-29 *Cl atmosferico que asegurara que no se produzcan
condensaciones en las botellas de1 reservorio ni en las
tuber&s.
De la carta de "Contenido de Agua de Aire Saturado" de la
p&ina 8 de la referencia (13), incluida en F,.I Anexo IV, se
puede observar que a 30 OC (86 OF) el aire saturado contiene
0.03 libras de agua por libra de aire seco, rrtientr~as yue a 69
bar absolute (1014.6 psia) contime Unicarwrh: 0.
\JlJUU
Libras
Ue agua pm Libras ue aire sect, a.9 d+cir que 0~nsiderando La
capacidad del compresor de 30.6 cfm (lJ.0145 m'/s C IJ.024 kg/s)
se condensan 1.15 kg de agua por hora. be modo yue. para
llegar alpunto de saturation establecido de -29 OC atmosferico t-20 OF) seria necesario que el secador retire al menos
1.17 kg de agua/h,
o en otras palabras,
el aire en el
reservorio no d&e contener roti de 0.00015 Libras de pgu‘t*,
I;nsr
‘.‘.. ,,
libra de aire seco. Con esta condition se protege~~$e$&ai ', --. s- . . , :
", ?
mente al sistema.
.1. t
*
:;
3.8.5 JUNTAS
De preferencia, deberan usarse uniones soldadas entre 10s
accesorios y la tuberia, except0 en las vailvulas, para
facilitar su mantenimiento. Si por alguna razon, en la
construction de la planta, por ejemplo cuando sea necesario
unir dos componentes que pueden desarrollar corrosion, se hate
necesario el use de uniones con bridas, 6.st.as deberan en lo
posible tsar anillos de caucho (O'rings) (13) para sellar la
junta o en su defecto, someterse a la norma ASk E16.5-1961' (8,
o equivalente de uniones de brida para ser soldadas a la
tuberia. Respecto a 10s elast.6mero.s a usar, el aire, en
general, no presenta un comportamiento especialmente agresivo
respect-o a los materiales usados, sin embargo es recomendable
el uso de Etileno - propileno (E54G80) para 10s anillos de
caucho (ref. 11).
A continuation se lista 10s requerimientos finales de la planta
disekla :
Cqnddad:
0.6 Nm'/s
Pmsicin de desrarga : 69 bar absolute (1014.7 psiai
Reservorio:
4 botellas x 340 1 = 1.36 m'
Caupresor:
Ingersoll - Hand tipo T30, modelo 15T2, enfriado por
aire.
Capacidad: 30.8 cfm (0.0145 Nm'/s)
Niimero de etapas: tres
Presion de descarga:
Eyuipo e&u-&r:
1000 psig (66 bar)
Indicador de alta temperatura, indicador de
bajo nivel de aceite. Sistema automatico de
conexion y desconexion. Trampa estindar de
descarga de condensado. Motor electrico
e&An&r de 15 HP
Tuberia:
ANSIB36.10:1970 DE 1 l/2 w c&&la 80 (Aprox 50 metros)
v&l.vulaEl : Tipo globo, par su menor caida de yresion y por la
seguridad al manipular las botellas.
secador :
Con punto de rocio de -20 OF (-29 "C>
3-9-l
t
En la instalaci6n de la Planta d&e contemplarse una futura
expansih, con tomas de aire en el :melle, botellas adicionales en el reservorio y un Segundo compresor. Adem&, segGn se
aprecia en el plano final de la figura 34 se ha concebido la
instalaci6n de las botellas con v6lvulas a la entrada y a la
salida que permitirk demontarlas para inspecci6n o recambio
sin paralizar la planta. Se han colocado dos v&lvulas a la
salida de las botellas, la primera para aislarlas y la segunda
para poder drenar latuberia y manguera antes de descone&arla
de1 submarino, el drenaje
amortiguar el
debe contar
con un silenciador para
ruido por la descarga de
la tuberia. La v&lvula
de las
tomas de conexih en el
antiretorno ubicada antes
muelle es fundamental para la seguridad de la planta pues
impide que por cualquier circunstancia, la presicjn de servicio
de1 submarino de 250
bar llegue a la planta en el muelle,
igual forma, se han
la salida de1 compresor
para protegerlas
colocado dos vilvula
de
y otra a la salida
decualquier
de
seguridad, una a
de las botel~as
sobrepresih, la regulacih de
estas v&lvulas, seri en el case de1 compresor, proporcionada
por el fabricante y en las botellas no
debe exceder los 123
bar que es la presibn m&xima calculada que resisten con
seguridad las botellas.
El rango de conexih y desconexih de los compresores, est5
dt3terminado por la minima presih que d&e Juministrarse al
submarine que es de 32 bar para el arranque de 10s m&ores
d i e s e l . Este rango deberi ser ajustado cuando l a
planta se
construya, pero coma referencia, se puede considerar una
presibn de conexibn de 40 bar y una de desconexibn
de 70 bar,
lo que daria un tiempo entre desconexih y conexitrn
segundos
al tigimen mAxho
de 68
de descarga de 0.6 Ntiis, y de 47
minutes para volver a conectar, es decir un ciclo de 48
minutes en la condicih extrema que se produciri
dia, cada
dos veces al
vez que uno de los submarinoa sople los tanquw de
lastre. ha ventaja
de contar con botellas
disponibles para
el reservorio, es quese puede colocar cuantas seannecesarias
para obtener el ciclo
de trabajo
m&s apropiado para el com-
presor.
h-a consideraci6n importante es la inclinacih de las
botellas y de1 tramo m&s largo de la tuberia a fin de
facilitar el drenaje
umsiderar la
de condensaciones.
Adem& se debe
expansibn t&mica de la tuberia permitiendo un
juego en sentido axial en el soporte de1 acople entre la
tuberia y la manguera (8).
109
En esta seccih se estima un presupuesto total para la construccifh
de la Planta, en la Tabla XI se listan 10s items cotizados :
T&la XI .- Cxtodelasm&erties
IlAm
(2iNrlDAD
PRGWTIO UNITARIO mT0 mAL
USD
USD
Compresor
01
0 033
8 833
Secador
01
8 000 *
8 000
Tuberia de 1 l/Z"
50 m.
10.91 /m
545.5
Manguera de 1 l/Z"
30 m.
43. 59 /m
1 307.7
coclos
15
50 *
750
Uniones T
15
50 *
750
Uniones universales
15
50 *
750
Vfdvulas
20
Otros (Manbmetros, acoples,etc. )
I
239
4 7R2.1
122
1 000.0
TtYrAL
26 718.2
110
Lo9 asteriscos indican valor-es estimados, las cotizacion& 86
"
.I n el
realizaron en "La Llave S.A." (D. Comin 1115 y la M/442500).31
c'
case de las mangueras y acoples en "Chiriboga y Jara" (Quisqtiis I.012
y G. Moreno/398839).
Para determinar un presupuesto estimado de construction se incluye
un 50% de cost0 adicional par conceyto de mano de obra y WI 30%
sobre el valor final por imprevistos. El co&o total de la Planta
se estima entonces en USD 52 084.5
En la comparacion de costos se emplear6 el concepto de Valor Actual
(VA) (12) expresado en anualidades para poder
cornyarar
la option
planteada y la instalacion actual. La relation es la siguiente :
c=
VA r
I
C= anualidad; VA= valoractual; r= ~delcapital; IF nlimerodeakxa
Dentro de los materiales cot&ados, se debe diferenciar la vida
util estimada de la instalacion que esti proyectado para 10 anos
111
y el la de1 compresor que se estima en 5 afios, considerando la
experiencia de los compresores de &ordo. EIajo este enfoque, el
valor actual de la instalaci~n y el de los compresores se han
anualizado por separado. En la Tabla XII se resumen las anualidades
calculadas, con un cast0 de oportunidad de1 capital de1 10% :
ITEM
Instalaci6n de
la Planta Pro-
VAL0R ACTUAL
PERIOD0 DE VIDA
43 251.5
10 ah33
7 038.98
8 833
5 Ahs
2 330.12
ANUALIDAD
PUesta
Compresor para
la Planta pro-
'IVMLPARALAPLiWAPF0PWSTA: I
Renovacih de 1
de los 4 compresores para
la instalaci&
de abordo
120 000
5A.hs
9 365.10
31 680.00
I
I
112
5s
5.1 B
5.1.1 El objetivo de la tesia se ha cumplido, se ha presentado una
alternativa mSs econ6mica para el suministro de aire a 10s
submarinos, sin comprometer la operaci6n de los equipos de
abordo yue se wan normalmente en Puerto.
5-l-2 El ahorro,
considerando los resultados de la tabla XII,
resulta ser de alrededor de1 300 X, pero solamente considerando la renovacibn de uno de 10s cuatro compresores (dos pcz
cada submarine) que en la prktica si se renuevan. aproximadamente cada cinco ties. En e&e case. el ahorro es atin mayor
(1200 %>
5-2.1
Se ponga a consideration da las Autoridades Navales el
presente trabajo a fin de que se lo examine y, de ser el case,
se permita la construction de1 sistema propuesto.
5.2.2
La construction y operation de la planta deben considerar Ias
recomendaciones que a lo largo de1 presente trabajo se han
establecido, entre las mcis importantes se mencionan :
5.2.2.1 Hantener 10s di&netros establecidos en mangueras y tuberias .
5.2.2.2 Se d&e disekr los soportes de las botellas en consideracion a futuras expansiones en la capacidad de la planta (
ver section 3.6.2 p 98).
5.2.2.3 Se d&e evitar pares metklicos que favorezcan la corrosion
galvanica. El plan de pinturas par las botelias debe se'r el
mismo yue se ha mantenido para 10s grupos de aire 2 y 5 de
10s submarinos.
114
5.2.2.4 Antes de la conexibn y desconexibn de las mangueras a la
toma de1 submarine se debe verificar yue tuda la tuberia
esti drenada (sin presibn). Ademk, durante 10s primeros 60
segundos, despubs de la conexibn, se debe de&r escapar el
aire de la planta de tierra por los &-ems de1 manifold de
250 para purgar las condensaciones en la tuberla y manguera.
5.2.2.5 Al adquirir la tuberia, accesorim, mangueras y en generai.
toclos 10s equipos, se debt exigir garantia al vendedor de
yue dichos materiales soportan las presiones
cumplen con la.9 normas estallecida.~
equivalentes.
%I
e.Ttti
de tratajo
t,L-s..,b;l;j~,
1-J
y
.c;Ii:?
&j&U-J .- CAHACl'B&l'ICAS PEUNCIPALIE DEL SUBtiARINO U - 209
:K
Eslora total: 59.32 m
*
Flora entre perpendiculares : 58.167 m
;k
Manga roaxiroa : 6.246 m
*
Calado rnedio : 5.2 m
*
Altura total desde el borde inferior de la yuilla ha&a el borde
superior de la vela :
11.246 m
*
Eslora de1 casco resistente : 45.16 m
*
Diametro de1 casco resistente : 6.20 m
*
Espesor de las planchas de1 casco resister&e : 23 mm
*
Separacibn entre cuadernas de1 casco resistente : 430 ram
*
Desplazamiento estkndar : Aprox. 1100 T
*
Desplazamiento en superficie (list0 para inmersicin) : 1265 Toneladas
*
Desplazarniento en inntersibn : 1396 T
*
Altura metacentrica en superficie minima : 300 m
*
Altura metackntrica en inmersi6n,
superficie, minima : 350 mro
referida al desplazamiento en
* Potencia rsquerida:
* Nhmero
cilindros:
HE
* Numero de etapasi: 4
* tirrera de pi&ones: 90 mm.
* RPM: 750
* Presibn de trabajo: 250 Kg/cm*
* Capacidad de succibn: 80 m'/h
* Uperacion: a trav& de correas trapezoidales
* Longitud total: 1030 mm.
* Altura t&al: 1260 mm.
* Ancho total: 715 mm.
* Enfriadores desp&s de cada etapa: Intercambiadores de calor en ax&acorriente.
’
’
lltt*r El-.
* Marca: Siemens - Schuckert Werke
* tlodelo: 1GA 9175
* Serie: G-12924
* Corriente: CD
* Voltaje: ZOO/290 VDC.
* Potencia: 24.5/34.4 Kw.
* RPM: 1660/2200
6 Forma de construcci& y clase de protecci&: B 3/P 22 Caja de
P44
d Envuelta: Insensible a la inundaci&
bmnes
* kelacion entre la3 correa3 trapezoid&es: 1 : 2.54
W : la. etapa: 2.5 Kg/cma
2a. etapa: 10 Kg/cm*
3,. etapa: 50 Kg/cm*
4a. etapa: 250 Kg/cm*
Temverdturds
: Agua de refrigeracibn: M&x 40 'C
* Capacidad : 340 litros
* Longitud : 3100 I!I 50 mm
* Dihnetro : 415 mm
* Presi6n de trabajo : 250 bar
* Presi6n de prueba: 375 bar
* Material : 34CrMo4
* Peso por botella: 480 Kg
.?,,IEII?IC!ON DE E.SPESORES EN LAS BOTELLAS DE ARE COhlPRlhWX)
23.46
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MEDICION DE ESPESORES EN LAS BOTELLAS DE AXE COhlPEUMIDU
DEL SUBMARINO HUANCAVILCA
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MEDICION DE ESPESORES EN LAS EOTELLAS DE AIRE COhlPRlhlIDO
DEL SUBMARINO HUANCAVILCA
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6
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water Content of Saturated Air.
ANWO .- r.a?GITuDE mu1vALENlE DE AOkloc;
ACCESORIO
CONDICIh
LONGITUD EQIJIVALENTE
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1 l/2
Vdlvula de Cornpuerta
3/4 cerrada
l/2 cerrada
abierta
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3.96
0.12
30.5
7.62
0.20
V&lvula de Globe
abierta
3.05
12.2
T estindar
cualyuier sentido
1.22
2.74
0.61
1.2
portubo
0.52
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d/D = l/2
d/D = 3/4
il.24
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0.21
0.09
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d / D = 3/4
0.61
1.3
Cod0 estindar
I
Entrada con borde
Contraccih
stibita
Expansih stibita
0.2Y
1.
AMERICAN BUREAU OF SHIPPING. Rules for Building and Classing Steel
Vessels, Port City Press Inc., Baltimore, Maryland, USA, 1990.
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