diseño tobera

CONSTRUCCION DE TOBERAS Por: Ing. Naval Magali Martínez Aparicio O. KM 1 VIA ZONA INDUSTRIAL DE MAMONAL Teléfono (5) 6530320 Cel. # 310-6019137 Cartagena- ColombiaIng. MEC. Luís Sierra

INTRODUCCION En el año 2003, se diseñaron, construyeron e instalaron 3 Toberas, en la ciudad de Cartagena, a dos Remolcadores marítimos propiedad de la empresa GRUPO COREMAR ubicada en la ciudad de Cartagena, esta empresa impulso al Astillero Cartagena para que desarrollara mediante su departamento de Ingeniería el diseño de tres Toberas, las cuales se instalarían, dos en el Remolcador Marítimo “Coveñas” y una en el Remolcador Marítimo “Bajo Nuevo”. El proyecto se inicio con el análisis y evaluación detallada del Remolcador “Bajo Nuevo”, verificando y evaluando las funciones y sus necesidades propulsivas, el Departamento Técnico del Astillero Cartagena, en cabeza del Ingeniero Leonardo Minnervini, asesorado por la suscrita, concluyo que las dimensiones óptimas y adecuadas para la tobera debían ser: Tobera Central Remolcador Exterior de 3350mm.

“Bajo Nuevo”

con un Diámetro

Desarrollado el diseño y obtenido el visto bueno del inspector de la casa clasificadora A.B.S, se procedió en cabeza del Ing. Luís Sierra, y con la contribución de la suscrita, con la etapa de planificar la construcción. Superada la actividad de planificación, se construyo la Tobera en el tiempo de 2 meses, en los talleres del Astillero Cartagena, bajo la guía y supervisión del ingeniero Sierra, la monitoria de la suscrita y la verificación y examen del Inspector de la A.B.S. Terminada la Tobera, se procedió a transportarla a los Astilleros Cotecmar, para el montaje de esta, en el Remolcador “Bajo Nuevo” ya que el desplazamiento de este, supera la troja del Astillero Cartagena. Se realizaron las pruebas de mar respectivas y hasta la fecha el Remolcador no ha presentado inconvenientes, por lo contrario se ha optimizado su eficiencia.

Dados los resultados la Empresa GRUPO COREMAR, decidió ordenar la construcción de dos toberas para el Remolcador “Coveñas” con diámetros externos de 2046mm. Tanto el diseño como la Construcción fueron inspeccionadas por el Inspector de la casa clasificadora Lloyd’s.

GENERALIDADES

Siguiendo los lineamientos recomendados en el diseño de las Toberas

de

KORT,

la

aerodinámico que contiene salida

un área menor

cual

es

un

anillo

con

el

perfil

la hélice, siendo su extremo de

que el de su entrada.

analizar en el siguiente grafico.

Fig. 1

Lo cual podemos

Donde

αT = R e l a c i ó n e n t r e e l á r e a d e e n t r a d a y e l á r e a d e s a l i d a

βT = R e l a c i ó n e n t r e e l á r e a d e s a l i d a y l a s e c c i ó n m í n i m a l = D

Relación entre la longitud de la Tobera y el Diámetro

mínimo Interior de la tobera. a = D

Relación entre el claro y el diámetro mínimo interior de

la Tobera. a=

Distancia

entre el extremo máximo de Proa de la pala y

el Extremo máximo a Popa de la tobera.

Para nuestra tobera se usaron los parámetros recomendados en las diferentes tablas y ecuaciones dadas en los estudios de las Toberas Kort.

α T = 1.2 ;

βT = 1.03 ;

l = 0.5 ; D

a = 0.005 D

Siendo entonces las dimensiones de la Tobera así:

Radio de la sección de entrada 3350 mm Radio de la sección mínima

2800 mm

Radio de la sección de salida

2900 mm

Longitud de la Tobera

1400 mm

Peso de la tobera

4850 kg

CONSIDERACIONES DE DISEÑO 1- La

fuerza portante proyectada al eje de la hélice en la

Tobera, aumenta el empuje de esta.

(Fig.2)

2- En la Tobera la velocidad del agua aumenta por que la velocidad en el disco de la hélice es mayor 3- Disminuye el coeficiente de carga, por lo tanto aumenta la eficiencia CT =

T

ρV

2 P

2 4- Siendo el flujo perdida

de

× AD

alrededor de la hélice

eficiencia,

al

lograr

una fuente de

diminuirlo

con

la

presencia de la tobera (el claro entre la tobera y la hélice es mínimo) consecuentemente la diferencia de presiones en la cara de presión

y la cara de succión en la hélice

disminuye, aumentando la eficiencia. 5- El empuje total del equipo Tobera-Hélice, es la sumatoria de los empujes de la hélice y la tobera, el cual siempre será mayor que el de la hélice.

Usando las ecuaciones recomendadas para el “DISEÑO DE HELICES CON TOBERAS KORT” Tales como: k'd = −

k 'n =

k ' 'η =

λp k1 + k H

λp 4

k1 + k H

75λ3p 2πk 2

=

=ν p D

νp η

=ν p D

4

ρ T + TH

ρ T + TH

ρν p DHP

Y los Gráficos 1 al 4

k ' 'η =

75λ3p 2πk 2

=

νp η

4

ρν p DHP

Fig. 2

Grafico 1

Grafico 2

Grafico 3

Grafico 4

Se obtuvieron las ordenadas para obtener el perfil de la tobera −

X = 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400

x l

−

Dx =

Dx D

−

e=

ex D

3350

101,6

3230

97,37

3124

93,34

3032

89,51

2954

85,88

2890

82,45

2840

79,22

2804

76,19

2758

74,9

2747

72,5

2750

70,3

2767

68,3

2798

66,5

2843

64,9

2902

63,5

Las unidades todas son en milímetros

Fig.3

Siendo el diámetro de la hélice = D =

νp 3.03 = = 3.06m λ pη 0.37 * 2.67

D e l o s d i a g r a m a s k1 + k 2 = f ( H / D, λ p ) = 0.18 E l e m p u j e d e l a h é l i c e + T o b e r a = Tt = ρk1η 2 D 4 = 102363.9kgf

E l A r r a s t r e RT = Tt (1 − t ) = 92128kgf L a r e s i s t e n c i a d e l R e m o l c a d o r RB =

75 EHP2 = 3495.14kgf 0.515ν p

L a f u e r z a d e r e m o l q u e FR = RT − RB = 88632kgf

PROCESO DE CONSTRUCCION

Se construyeron escantillones en T, en acero estructural A-36, un total de 16, formando un armazón circunferencial, colocados cada 22.2º,

forrado en lamina de acero A-131, con un espesor

de ½” y en la zona central interior de la tobera, un anillo de desgaste en acero inoxidable 304 de ½” espesor y ancho 12”, así como una franja interna de respaldo al anillo, en lamina naval A-131 de ½”. Colocando en el extremo de entrada un tubo de φ 3” SHC 40 y en su extremo de salida una barra de acero AISI 1045 de φ 1 ½”.

Todos los procedimientos de trazado, corte armada y soldadura fueron inspeccionados por el inspector de la casa clasificadora A.B.S

VISTA CORTE TRANSVERSAL

ESQUEMA DEL ARMAZON

Armada Anillo (Foto 1)

Armada esqueleto (Foto2)

Continúa el armado (Foto 3)

Anillo de desgaste en acero inoxidable (Foto4)

Colocación forro interno (Foto 5)

Escantillonado (Foto 6)

Estructura (foto 7)

(Foto 8)

Toberas del Remolcador Coveñas

φ= 2046 mm (foto 9)

Moldes de prensa para los escantillones Internos (Foto 10)

Aplicación Soldaduras de acabado (Foto 11)

Tobera del Remolcador Bajo Nuevo, sin forro externo y sin Pintura (Foto 12)

Tobera del Remolcador Coveñas con pintura de Base y sin forro exterior (foto 13)