Cálculo y diseño de la unidad de empuje de propulsión de un buque carguero de 8200 ton. de desplazamiento

Abstract

La unidad de empuje de propulsión para usos navales es el artefacto mecánico encargado de trasmitir al casco del buque la fuerza de empuje generada por las máquinas principales para el movimiento de la embarcación. La finalidad principal de este proyecto es mostrar la posibilidad de la construcción de unidades de empuje de propulsión para buques de transporte de carga general de alto calado; desarrollando el cálculo para un buque carguero de 8,200 Ton. de desplazamiento de dimensiones y características similares a las construidas en astilleros nacionales. Estos equipos son actualmente importados. El buque carguero asumido para desarrollar el trabajo es el buque "NN" tomado como base en el libro "Elementos de Arquitectura Naval," por Antonio Mandelli, editado por Librería y Editorial Alsina 1960, Buenos Aires; que es de desplazamiento y velocidad similares a los petroleros Zorritos y Lobitos de 8,700 Ton y 7,000 Ton. respectivamente, construidos por el Servicio Industrial de la Marina (S. I. M. A.). La unidad de empuje de propulsión es un equipo independiente intercalado en el eje de propulsión principal, entre el motor y la hélice, que opera como si fuese un tramo de eje simple, pero a la vez cumple la función de trasmitir a la embarcación toda la fuerza de empuje generada por la hélice con las mínimas pérdidas. La unidad de empuje está constituida básicamente por dos chumaceras de empuje axial del tipo dé zapatas pivotadas, colocadas en forma opuesta, una para marcha adelante y la otra para retroceso, que absorben el empuje a través de un collar fijo al eje central de la unidad, que a la vez que absorbe el empuje axial trasmite el torque motor de propulsión. El eje central de la unidad para su funcionamiento va soportado en sus extremos por dos chumaceras para carga radial, todo el conjunto de partes va ensamblado en una estructura o carcaza de forma y base adecuadas para ser firmemente asegurada a la estructura del buque. Otro objetivo de este trabajo es difundir en nuestro medio el conocimiento de las chumaceras de empuje axial de zapatas pivotadas (conocidas con el nombre de Kingsbury en E.E. U.U. de N. A. y Mitchell en Inglaterra) que son empleadas en casi todas las máquinas rotativas para absorber cargas axiales de mediano y alto valor, debido a su gran versatilidad, eficiencia y seguridad de servicio que ofrecen. Los valores de los coeficientes de fricción son bajísimos, del orden de 0.002, debido a la ausencia de contacto metálico entre superficies deslizantes por la presencia de una película de aceite que las separa; este factor es decisivo cuando las potencias a trasmitirse son grandes, como en la presente aplicación, y en todo tipo de turbo maquinaria. La formación de esta película de aceite en casi cualesquiera condiciones de carga y velocidad que se obtiene con este tipo de chumaceras, es la gran ventaja que ofrece con respecto a los otros tipos de chumaceras de empuje. La capacidad de poder formar la película de aceite en condiciones variables, es posible por la libertad que tienen las zapatas de empuje de poder adoptar la inclinación requerida en forma automática. Otra exigencia a estas chumaceras es la de distribuir por igual la carga en todas las zapatas que generalmente varían entre tres y ocho; esto se consigue mediante un sistema de placas niveladoras. Todo el conjunto de zapatas pivotadas y placas niveladoras va montado en un aro base, que debe permitir el ensamble de las partes en forma sencilla y a la vez ofrecer firme apoyo. El diseño de las chumaceras de zapatas pivotadas requiere cálculos hidrodinámicos para la parte de capacidad de carga, calor generado por fricción y lubricación, y cálculos de diseño mecánico para todo el resto de las partes. El diseño de la unidad de empuje de propulsión, además del cálculo de la chumacera de empuje axial de zapatas pivotadas, requiere el cálculo del collar y eje central provisto de bridas en los extremos para su acople, de las chumaceras de descanso radial de los extremos, y de la estructura o carcaza en sí que ensambla todo el conjunto, teniendo en cuenta la forma más adecuada de fijación a la estructura del buque. Para mostrar el objetivo principal de la construcción de estos equipos en talleres nacionales, el diseño se hará en lo posible teniendo en cuenta materiales disponibles y la construcción unitaria de estos equipos. El alcance que se intenta en este proyecto es evidente debido al crecimiento y desarrollo de la industria de la construcción naval en nuestro medio, y de la importancia económica y técnica de la máxima integración de productos y equipos manufacturados en el país.