seleccion de motor

7/26/2019 seleccion de motor

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PC-2

SELECCINMOTOR - CAJA Y HELICE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

Facultad de Ingeniera Mecnica

UNI 2016 I

CURSO : MOTORES DIESEL MARINOS

SECCIN : A

DOCENTE: ING. GARIBAY CALDERON JUAN

ESTUDIANTE: RIOS ZEGARRA VICTOR JESUS 20082141G


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ContenidoINTRODUCCION ............................................................................................................................. 3

CLCULO DE POTENCIA DE UN MOTOR DISEL MARINO: ............................................................ 4

EMBARCACIN .......................................................................................................................... 4

DATOS DE LA EMBARCACIN .................................................................................................... 4

ESTIMACION DEL RATING.............................................................................................................. 5

SEGN CATERPILLAR: ................................................................................................................ 5

SEGN CUMMINS: .................................................................................................................... 6

CALCULO DEL RATING DE LA EMBARCACIN TASA 44: ........................................................ 7

MTODOS DE ESTIMACIN DE POTENCIA: ............................................................................... 7

M. Libro Manual del Propulsor Gerr ..................................................................................... 7

CLCULO DE LA POTENCIA ........................................................................................................ 8CALCULO DEL BHP (POTENCIA AL FRENO) ................................................................................ 8

CONSIDERANDO EL LIBRO DE Teora del Buque: Introduccin a la Propulsin de Buques.

Antonio Baquero ....................................................................................................................... 8

MOTOR SEGN MANUAL DE SELECCIN ................................................................................ 10

NORMAS DE EMISIONES EN EL PER ...................................................................................... 13

SELECCIN DE LA CAJA REDUCTORA....................................................................................... 14

DISEO DE LA HLICE .............................................................................................................. 15

Luego segn el libro Curves of Wageningen, para hlice: ...................................................... 16CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 18

RECOMENDACIONES ................................................................................................................... 19


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INTRODUCCION

En esta unidad se desarroll el tema del clculo de la potencia de un motor marino.

Luego de haber calculado la potencia, se procede a seleccionar el tipo de motor de

acuerdo a los datos obtenidos de potencias y el factor de carga que calcularemos

tambin.

Una vez seleccionado el motor, se procede a calcular la hlice, teniendo en cuenta la

relacin DAR (rea/disco) y teniendo en consideracin las curvas de Wageningen.

Para terminar se calcula la caja reductora con la que se va a acoplar el motor, escogiendo

con criterio de acuerdo a la relacin de reduccin y RPM.

Por ltimo se procede a sacar conclusin y dar recomendacin de lo hecho en la unidad.


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CLCULO DE POTENCIA DE UN MOTOR DISEL MARINO:

EMBARCACINPara el trabajo se escogi la embarcacin TASA 44 del catlogo del SIMA Callao

DATOS DE LA EMBARCACIN

CARACTERISTICAS DEL BUQUE PESQUERO

Desplazamiento 968.73 Ton

Eslora 44.7 m

Manga 10.3 m

Puntal 5m

Velocidad 12.5 nudosCapacidad de bodega 400 m3

Autonoma 07 das

Coeficiente de bloque Cb 0.504


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ESTIMACION DEL RATING

SEGN CATERPILLAR:El rating del motor se elige segn el rgimen de trabajo de la embarcacin, ya sea por el factor

de carga promedio o las horas de trabajo al ao. Para esta parte hablaremos de la clasificacin

del Rating segn Caterpillar.

RATING A (Continuo Sin Restriccin)

Aplicaciones: Para los buques que operan en la clasificacin carga y la velocidad nominal de

hasta 100% de las veces sin interrupcin o carga ciclismo (80% a 100% de factor de carga). Las

aplicaciones tpicas pueden incluir buques tales como cargueros, remolcadores, barcos

arrastreros, o remolcadores fluviales profundos. Los rangos tpicos de operacin de 5000 a 8000

horas por ao.

RATING B (Heavy Duty)

Aplicaciones: Para los buques que operan con carga nominal y la velocidad nominal de hasta

80% del tiempo, o 10 horas fuera de 12, con algunos ciclos de carga (40% a 80% de factor de

carga). Las aplicaciones tpicas pueden incluir pero no se limitan a buques tales como los

arrastreros de media agua, cerco y los barcos de abastecimiento, transbordadores, o

remolcadores. Operacin tpica oscila desde 3.000 hasta 5.000 horas al ao.

RATING C (Continua Mxima)Aplicaciones: Para los buques que operan con carga nominal y la velocidad nominal de hasta

50% del tiempo, o 6 horas a cabo de 12, con la carga y la velocidad (20% a 80% de factor de

carga) cclico. Las aplicaciones tpicas pueden incluir buques tales como los transbordadores,

remolcadores de puerto, barcos de pesca, barcos en alta mar servicios, desplazamiento casco

yates o cortos cargueros costeras viaje. Rangos de operacin tpica de 2000 a 4000 horas por

ao.

RATING D (Servicio Intermitente)

Aplicaciones: Para los buques que operan con carga nominal y la velocidad nominal de hasta

16% del tiempo, o 2 horas de 12, (hasta 50% de factor de carga). Las aplicaciones tpicas pueden

incluir tales como la patrulla en alta mar, botes, barcos de polica de aduanas, algunos barcos de

pesca, fireboats o remolcadores de puerto. Rangos de operacin tpicos de 1.000 a 3.000 horas

al ao.

RATING E (De Alto Rendimiento)

Aplicaciones: Para los buques que operan con carga nominal y la velocidad nominal de hasta 8%

de las veces, o de 1/2 hora de 6, (hasta 30% de factor de carga). Las aplicaciones tpicas podranincluir, pero no se limitan a embarcaciones tales como embarcaciones de placer, barcos de


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patrulla, algunas embarcaciones de pesca o botes patrulla. Rangos de operacin tpica de 250 a

1000 horas por ao.

SEGN CUMMINS: SERVICIO CONTINUO (CON)

Previsto para el uso continuo en aplicaciones que requieren ininterrumpida servicio a plena

potencia. Esta clasificacin es una potencia de 15.550 ISO. Las aplicaciones tpicas incluyen los

buques de alta mar cascos de desplazamiento tales como los arrastreros de pesca, cargueros,

remolcadores, barcos rastreadores de arrastre de fondo y remolcadores.

HEAVY DUTY (HD)

Previsto para el uso continuo en carga variable donde la mxima potencia limitada a ocho horas

fuera de cada 10 horas de funcionamiento. Reducido operaciones de alimentacin deben estar

en 200 RPM o por debajo de la potencia mxima. Las aplicaciones tpicas incluyen buques de

casco de desplazamiento, tales como arrastreros de media agua, cargueros y remolcadores en

desaceleracin frecuentes es comn y la velocidad del motor y la carga es estable. Tambin se

utiliza en alta velocidad, buques tales como transbordadores y crewboats. Aplicaciones

auxiliares tpicas incluyen bombas y propulsores en modos de posicionamiento dinmicos.

SERVICIO CONTINUO MEDIO (MCD)

Previsto para el uso continuo en carga variable donde la mxima potencia est limitado por seis

horas de cada 12 horas de funcionamiento. Potencia reducida operaciones debe ser igual o

inferior a 200 RPM del rgimen mximo nominal. Esta calificacin es un combustible 15550

parada potencia ISO y es para aplicaciones que operan menos de 3.000 horas al ao. Las

aplicaciones tpicas incluyen los buques de casco de planeo ferries, barcos de pesca diseada

para la alta velocidad hacia y desde las zonas de pesca, (no de carga) desplazamiento casco yates

y aviones de carga costeras corto viaje en motor carga y la velocidad son cclicos. Aplicaciones

auxiliares tpicas incluyen powerpacks y algunas bombas de carga.

SERVICIO INTERMITENTE (INT)

Para uso intermitente en aplicaciones de carga variable donde la mxima potencia se limita a

dos horas fuera de cada ocho horas de funcionamiento. Reducido operaciones de alimentacin

deben estar en 200 RPM o por debajo de la potencia mxima (RPM). Esta calificacin es un

combustible 15550 parada potencia ISO y es para aplicaciones que funcionen menos de 1.500

horas al ao. Las aplicaciones tpicas incluyen los vasos cascos planos, como las aduanas,

militares y policiales buques, charter y algunos buques de pesca. Tpico aplicaciones auxiliares

incluyen powerpacks hidrulicos y propulsores para maniobras, as como bombascontraincendios de emergencia.


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CALCULO DEL RATING DE LA EMBARCACIN TASA 44:

Perodo. Tiempo (horas). Factor de carga (%)

Partida al fondeadero. 5 90

Bsqueda del cardumen. 1 50Faena de pesca. 3 60Regreso al muelle. 7 100Descarga de bodega. 3 20TOTAL HORAS 19

%78.7519

)3).(20()7).(100()3).(60()1).(50()5).(90(..

CF

En nuestro caso realizando el clculo del factor de carga promedio nos da 75.78% el cual nos

indica que ser un rating B en el caso de motores CAT y para el caso de motores CUMMINS sera

un rating Heavy Duty

MTODOS DE ESTIMACIN DE POTENCIA:

Existen distintos mtodos para calcular la potencia del motor que engloban clculos de

resistencia al avance y eficiencias de cada uno de los componentes que intervienen en estos, ya

sea el de la hlice, el casco, de la bocina y el eje propulsor, estos mtodos se aplican de acuerdoal tipo de embarcacin, es por eso que vamos a realizar nuestra estimacin de la potencia con

varios de ellos para poder obtener un valor promedio.

En nuestro caso se utilizara los mtodos para buques pesqueros:

Mtodo de Amadeo Garca.

Mtodo de Van Oortmerssen.

Mtodo de S.M. Calisal y D. McGreer.

Libro Introduccin a la Propulsin de buquesAntonio Baquero

M. Libro Manual del Propulsor GerrSe requiere seleccionar el sistema de propulsin de una embarcacin pesquera con lo cual

vamos a tener que seguir los siguientes requerimientos:

Desplazamiento de la embarcacin

Velocidad mxima alcanzada

Datos:

SL: Relacin velocidad-eslora

V: velocidad en nudos. =12.5


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L: eslora de flotacin en pies. =146.65

: Desplazamiento: 968.73 t 2135684,07 lb

=

=

12.5

146.65= 1.03

Se tiene un SL=1.03 que es menor a 1.34, se puede verificar que la embarcacin alcanzara dicha

velocidad.

CLCULO DE LA POTENCIA

= 10.665

/

Hallamos SHP:

= ( 10.665)

= ( 1.0310.665)

2135684,07 = 1923.83

CALCULO DEL BHP (POTENCIA AL FRENO)Es importante recordar que la SHP es la magnitud de potencia que realmente debe usarse pararealizar los clculos para el propulsor. A falta de informacin detallada, La mxima SHP puedeasumirse como igual al 96 % de la mxima BHP. Al igual que la potencia al freno, el trmino depotencia al eje, cuando no se especifique nada acerca de las RPM, se tomar como la mxima

potencia al eje (LIBRO DAVE GEER). SHP = BHP 0.96Entonces reemplazando datos:

BHP=1846.8768 HP

CONSIDERANDO EL LIBRO DE Teora del Buque: Introduccin a la Propulsin de

Buques. Antonio Baquero

=10.665 = 10.665

Reemplazando:

LbsHP=

10.6651.03 = 1110.12 Lbs/HP

DHP =DesplazamientoLbs/HP


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Reemplazando:

=2135684.07

1110.12 / = 1923.83

Segn el libro Teora del Buque: Introduccin a la Propulsin de Buques. Antonio

Baquero.

= Dnde:

nM: Rendimiento mecnico de la lnea de ejes, incluyendo el reductor si ha lugar.

Se puede calcular de la siguiente tabla:

REDUCCIN POTENCIA INSTALADA nM

NO P < 1000 BHP 0.97NO 1000 BHP < P < 10000BHP 0.98NO P > 10000 BHP 0.985/0.99SI P < 1000 BHP 0.93/0.94SI 1000 BHP < P < 10000 BHP 0.94 < nM< 0.96SI P > 1000 BHP 0.96/0.97

Entonces suponiendo:

= 0.95Reemplazando:

1701.32 = 0.95 = 2025.086

Se tiene dos valores distintos de BHP tomaremos como valido el menor valor de los dos ya que

se acerca ms al que se muestra en el catlogo del SIMA del TASA 44Entonces tendremos:

BHP =1846.8768 HP


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MOTOR SEGN MANUAL DE SELECCIN

De acuerdo a lo calculado, l

= . y un RATING B


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Para motor de la marca MITSUBISHI


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Para motores de la marca CATERPILLAR

Minimum Dry Weight 7487.9 KgMinimum Length 2646.68 mmMaximum Length 2646.68 mmMinimum Height 2222.5 mmMaximum Height 2222.5 mmMinimum Width 2037.08 mmMaximum Width 2037.08 mm

MOTOR CAT CUMMINS MITSUBISHI

BHP 1911 1875 1850

RPM 1600 1950 1650L/h 336.9 248.7 234.4

Para la eleccin del motor debemos tener en cuenta que este cumpla con los requisitos

necesarios como la normativa de emisiones en el lugar que va a operar y adems otras

consideraciones como consumo de combustible.


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NORMAS DE EMISIONES EN EL PEREn el 2010 se aprob normas para la prevencin de la contaminacin atmosfrica ocasionada

por buques, en el cual hace mencin que el estado peruano ratifico El Protocolo de Kyoto de la

Convencin Marco de las Naciones Unidas Sobre el Cambio Climtico en el cual diversos pases

se comprometen a reducir sus contaminantes.

El Per ha tomado estas medidas:

Documentacin que acredite que el contenido de azufre de todo fueloil utilizado a bordo

de los buques no exceder del 4.5% masa/masa; con la finalidad de reducir la emisin

de xidos de Azufre (SOX).

Para buques que operan dentro de una zona de control de emisiones en el cual el Per no tiene

ninguna regin.

Fueloil con un contenido de azufre que no excede del 1,5% masa/masa, segn consta

en las notas de entrega de combustible.

Un sistema aprobado de limpieza de los gases de escape para reducir las emisiones de

SOx a menos de 6.0 g de SOx/kw h.

Reducir las emisiones de SOx a menos de 6.0 g de SOx/kw h.

Como el motor cumple con la regulacin de NOx debido a que cumple con IMO II la tabla

sobre el anexo IV del MAPOL, adems los combustibles fuel ol N 5; 6, conocidos como

combustible bunker los cuales son usados para motores de propulsin tiene un

porcentaje masa/masa menor a 4.5 %.

Teniendo en cuenta los manuales de los motores y la norma de emisiones del Per, se podra

elegir el motor MITSUBISHIya que no es tan grande ocupa menos espacio, las RPM son casi

similares y su consumo de combustible es el ms bajo en comparacin con las otras marcas.

Pero para este caso seleccionaremos el motor CAT 3512C ya que es el que tiene menor RPM lo

cual implica tener una caja ms pequea adems que para los siguientes trabajos utilizaremos

el libro de mantenimiento e instalaciones de motores Caterpillar


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SELECCIN DE LA CAJA REDUCTORATeniendo en cuenta que el BHP= 1846.87 HP y un RPM=1600. Adems que el RATING es B por

lo tanto se seleccionara una caja reductora con rating MEDIUM.

Segn el manual de seleccin de cajas reductoras de la marca TWIN DISC,

usaremos un modelo para EL motor segn lo siguiente:

MODELO

MOTORkW (HP) @ RPM

MODELO

CAJA RED.RATIO RPM hlice

CAT 3512C 1425(1911) @ 1600 MGX-61000SC 2.22 720

CAT 3512C 1425(1911) @ 1600 MGX-61000SC2.54 630

CAT 3512C 1425(1911) @ 1600 MGX-61000SC2.72 588

CAT 3512C 1425(1911) @ 1600 MGX-61000SC3.03 528

CAT 3512C 1425(1911) @ 1600 MGX-61000SC3.39 472

Segn el MANUAL DEL PROPULSORde DAVE GERRpodemos calcular el dimetro de lahlice por medio de la siguiente frmula para 3 palas (pg. 86):


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=632.7 .

. Sabemos que

= 1923.83 MODELO

MOTORkW (HP) @ rpm

MODELO

CAJA RED.RATIO

RPMhlice

Dimetro

(pulg.)

CAT 3512C 1425(1911) @ 1600 MGX-61000SC2.22 720 55.5

CAT 3512C 1425(1911) @ 1600 MGX-61000SC2.54 630 60

CAT 3512C 1425(1911) @ 1600 MGX-61000SC2.72 588 62.6

CAT 3512C 1425(1911) @ 1600 MGX-61000SC3.03 528 66.75

CAT 3512C 1425(1911) @ 1600 MGX-61000SC 3.39 472 71.4

DISEO DE LA HLICE

Debemos cumplir la siguiente designacin segn el libro Ship Design for Efficiency and

Economypg. 63


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Por lo que D>2.903-e-c, donde D viene a ser el dimetro de la hlice calculado por

estimacin.

D(pulg) D(m) a (m) b (m) c (m) e (m) D(m)

55.5 1.41 0.141 0.40 0.296 0.049 2.558

60 1.52 0.152 0.44 0.319 0.0532 2.531

62.6 1.59 0.159 0.46 0.334 0.055 2.514

66.75 1.69 0.169 0.49 0.355 0.059 2.489

71.4 1.81 0.181 0.52 0.38 0.063 2.46

Por lo tanto D>D, siendo D lo mximo; entonces solo un ratio de la caja reductora

cumple la condicin, que es la de 1600 RPM

MODELO MOTOR

kW (HP) @ RPM

MODELO RED.

kW (HP) @ RPMRATIO

RPM

HELICE

Dimetro

HELICE

CAT 3512C1425(1911) @ 1600

MGX-61000SC 2.22 720 55.5

Luego segn el libro Curves of Wageningen, para hlice:

=

= 1 = 0.5 0.05 = 0.202 = 12.5 = 6.425

= 5.127 Luego, los datos para reemplazar a la primera frmula sern:

= 720 = 12 = 1.41 = 5.127 Entonces:

= 5.127121.41= 0.30


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Para la relacin Area-Disco me valgo del texto Sorensens Guide to Powerboatsy en la pag

151 menciona que la relacin apropiada para buques pesqueros es de 0.55.

Por lo tanto para un AE/AO=0.55, P/D=0.60(asumido),J=0.30.

Por lo tanto los resultados de la grfica son:

Calculamos nopor medio de la siguiente ecuacin:

= 2

=0.302 0.1460.0166 = 0.42

Obtenindose una eficiencia de 0.42.

Solo faltara calcular el paso, que viene a ser:

= 0.61.41 = 0.846 = 33.3

J KT KG nO

0.30 0.146 0.0166 0.44


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CONCLUSIONES

Para estimar la potencia del motor el cual nos da una idea de la posible potencia del

motor, se debe usar un mtodo el cual se adecue a la embarcacin a estudiar, sino la

potencia estimada nos saldr errnea y seleccionaramos mal el motor, la caja y hlice.

La estimacin del rating es muy importante, ya que nos da la idea de cunto opera el

motor, ya sea por un lapso de tiempo o de manera constante, lo cual es muy importante

a la hora de seleccionar un motor.

La caja reductora de un motor es muy importante, debido a que nosotros no queremos

velocidad, sino ms bien queremos torque para poder desplazar toda la masa de agua

con las palas de la hlice.

Para la seleccin de un motor es necesario saber las RPM de la hlice, ya que con dicho

dato podremos seleccionar la caja reductora a cierto ratio y adems nos ayudara a

seleccionar que no eleve el ratio, ya que sino la caja reductora seria grande y nos

convendra.

Para la seleccin de la hlice es muy importante saber el dimetro, paso, relacin de

rea entre las palas, numero de palas y el giro de la hlice, ya que con esos datos recin

se puede pedir al proveedor que fabrique dicha hlice.


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RECOMENDACIONES

Para realizar el clculo del factor de carga, se debe de partir de embarcaciones similares,

y as estimar un factor de carga apropiado. Como hemos visto el rating depende de la

marca del motor, por ejemplo para la marca CAT es rating B y para la marca CUUMINS

es rating HD.

Se recomienda tener conocimiento de la reduccin de las distintas cajas reductoras

(marcas), para poder apegar nuestra seleccin de nuestro motor y la seleccin de hlice

puesto que la caja es el medio que une estas dos RPM.

Se recomienda utilizar el mximo dimetro posible que no es permite la embarcacin

puesto que a un mayor dimetro se obtiene una mayor eficiencia, sin embargo tambin

se debe tener en cuenta los diferentes factores que intervienen en la eficiencia de mi

hlice.

Se debe tener conocimiento del amento de la resistencia al avance, debido al estado de

mar, puesto que son las condiciones reales a la cual operara nuestra embarcacin.

Mis clculos de los rendimientos a lo largo del sistema propulsivo fueron basados en el

libro del profesor Antonio Baquero, obteniendo as una estimacin aproximada de la

potencia de mi motor, por tal motivo recomiendo utilizar esta fuente de informacin.

EL error ms clsico a la hora de seleccionar nuestra hlice ocurre, cuando no podemos

alcanzar la potencia requerida, esto pues se logra evitar realizando el clculo del

empuje, mediante el coeficiente de empuje que nos proporciona las curvas de

Wageningen, y ver que esta sea mayor al empuje requerido.

Se recomienda seleccionar un motor que cumpla con las regulaciones de emisiones de

gases de escape puesta por la OMI y las diferentes instituciones mundiales que regulan

las emisiones de los gases de escape.

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