El consumo de combustible y su influencia en el desplazamiento

Descripción: Uno de los principales motivos de cambio del desplazamiento de un buque es el consumo de combustible

Etiquetas del tema: Combustible Consumo Desplazamiento

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Stephen Maturin
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El consumo de combustible y su influencia en el desplazamiento

Mensaje por Stephen Maturin » 18 12 2012 16:28

La lectura recientemente de un artículo sobre definiciones navales me ha hecho pensar en las variaciones del calado de un buque en función de las variaciones del desplazamiento, uno de los principales motivos de cambio del desplazamiento de un buque es el consumo de combustible, a medida que un buque va realizando un crucero va consumiendo el combustible y a menos combustible, menos peso, menor desplazamiento y menor calado, pero esta regla general tiene una excepción, los sumergibles.

En los sumergibles los depósitos de almacenamiento están abiertos en su parte inferior y por allí entra libremente el agua de mar, a medida que se va consumiendo el combustible entra mas agua de mar y el depósito se mantiene siempre lleno, como el combustible es mas ligero flota sobre el agua de mar, la salida del combustible se realiza por la parte superior del depósito y así se evita la mezcla, cuando por el tubo de alimentación sale agua de mar significa que se ha gastado todo el combustible de dicho depósito.

Pero vamos a ver que sucede con su peso, si tomamos una densidad del agua de mar de 1.027 gr/litro, aunque tiene variaciones según la zona tomamos esta como media, respecto al gasóleo que usan como combustible los sumergibles no se la densidad exacta del mismo, sin embargo considerando que el gasóleo actual de automoción tiene una densidad media de 836 gr/litro (Gasóleo normal de la marca Cepsa a 15º) estimo podemos considerar como una densidad media aproximada de unos 850 gr/litro.

Con estos datos vemos que un litro de agua de mar pesa 1,208 veces mas que uno de gasoleo.

El regreso de un crucero con las reservas de combustible agotadas un tipo IXc con una capacidad de 208 tn de combustible lleva en sus depósitos agua de mar con un peso de 251 tn aproximadamente es decir su desplazamiento a aumentado en 43 toneladas. Si hacemos el mismo cálculo con un tipo VIIc con una capacidad de depósitos de 113 tn llevara un peso de agua de mar de 136,5 tn aproximadamente, su desplazamiento habrá aumentado en 23,5 tn.

Existe otra manera de hacer los cálculos, las 113 tn de combustible de un tipo VIIc con la densidad tomada de 850 gr/litro, que es aproximada pues no sabemos la exacta del gasóleo usado por los u-boot ocupan un volumen de 132,9 m3, esta volumen de agua de mar con una densidad de 1.027 gr/litro pesan 136.48 tn lo que coincide con el dato anterior. Si hablamos de un tipo IXc las 208 tn de combustible con una densidad de 850 gr/litro ocuparan 244,70 m3 lo que en agua de mar es un peso de 251,3 tn, nuevamente coincide.

Siempre hablamos de cantidades aproximadas por las posibles diferencias en las densidades, pero creo que son bastante realistas aunque no exactas.

En un sumergible, diariamente el ingeniero de abordo realiza los cálculos para el llamado trimado diario, para ello tenía en cuenta el mencionado aumento de peso por el consumo de combustible, la pérdida de peso por el consumo de comida, agua dulce torpedos y munición gastada etc... se comprobaba la densidad del agua de mar en la zona y en base a estos datos se harán los cálculos para hacer el mencionado trimado diario y que cada día el sumergible tenga el mismo desplazamiento y no varíe sus características y cualidades de navegación.

Es una curiosidad con poca importancia pero que nos ayuda a comprender la complejidad del mundo de las sumergibles en general.
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Re: El consumo de combustible y su influencia en el desplazamiento.

Mensaje por albertoa » 19 12 2012 00:56

Al final vas a conseguir que me guste la física. Gracias por acercarnos de una manera tan amena estos temas tan complejos.

Saludos.

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Re: El consumo de combustible y su influencia en el desplazamiento

Mensaje por Erwin Rommel » 19 12 2012 02:02

Camarada Maturin, muy interesante, como de costumbre.

No creo que sean "pequeños" estos detalles, sino más bien tremendamente interesantes al ser cosas que normalmente uno no se plantea. Yo por ejemplo no me había ni siquiera parado a pensar en esa cuestión que nos has explicado tan correctamente. Ya hace tiempo que tus intervenciones tienen ese sello distintivo. Yo siempre aprendo con ellas.


Saludos y gracias
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Re: El consumo de combustible y su influencia en el desplazamiento

Mensaje por Luis Soccal-Uruguay » 19 12 2012 04:00

Pequeño gran detalle, máxime teniendo en cuenta que a veces los submarinos pasaban varios meses en alta mar, y son detalles que los que no están inmersos en el tema ni siquiera saben que existen, y son factores importantes a la hora de idear una operación.

Es decir, para el dia D, ¿Cuántos de estos aparentemente ínfimos detalles, se debieron tener en cuenta para que la suma de todos ellos no hiciera fracasar la operación?.

Algo parecido es un calculo que muchas veces he hecho; un ejército de 500.000 hombres, que no se puede considerar una gran fuerza, a un promedio (bajo) de medio kilo de comida por dia por soldado, necesita un aprovisionamiento diario de 250 toneladas.

Los camiones de la época no se si llegaban a transportar 10 toneladas, por lo que se necesitaría como mínimo 25 camiones viajando todos los días, a eso hay que sumarle el combustible de los camiones, los conductores, caminos normalmente malos, y no iban a paseo.

Por eso una operación no se podía realizar con menos de 5 o 6 meses de preparación.

Es el primer articulo que leo del Camarada Maturín, pero los voy a buscar.
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Re: El consumo de combustible y su influencia en el desplazamiento

Mensaje por Marklen » 19 12 2012 04:06

Mi pregunta va por este lado ¿A mayor peso, mayor consumo de combustible? lo digo por experiencia, ya que en mi vehículo con mas peso aumenta el consumo en la relación distancia/litros
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Re: El consumo de combustible y su influencia en el desplazamiento

Mensaje por Stephen Maturin » 19 12 2012 09:44

En primer lugar gracias por vuestros comentarios, en el fondo lo que hago son aplicaciones prácticas de sencillos problemas de física, un poco de física recreativa, siempre he creído que si en las escuelas se enseñaran mas las asignaturas técnicas con aplicaciones prácticas que fueran atractivas gustarían mas y los alumnos aprenderían mejor.

Respecto al comentario de Marklen, como bien dices a mas peso (lo correcto sería decir masa) mas energía se necesita para que un vehículo mantenga su velocidad y digo mantenga pues una vez dotamos a un objeto de una velocidad si se moviera en el vacío del espacio esta se mantendría indefinidamente, pero en la tierra hay muchas otras fuerzas que lo van frenando, la primera la componente provocada por la gravedad, rozamientos internos, rozamiento del aire etc... debemos consumir una energía para contrarrestar estas fuerzas de frenado para mantener la velocidad, y como la fuerza es directamente proporcional a la masa a mayor masa a mayor masa necesitaremos mas energía y por lo tanto un mayor consumo.

En un buque que se desplaza por la mar independientemente del rozamiento con el aire, hay un punto muy importante que es el desplazamiento, cuando hablamos de un buque siempre se da el dato de su desplazamiento, estae equivale a la cantidad de agua que desplaza su casco al estar sumergido, es una sencilla aplicación del principio de Arquímedes, al moverse el buque mueve toda esa cantidad de agua, un acorazado de 50.000 tn mueve este peso de agua de mar y un crucero de 10.000 tn esta cantidad mas pequeña, con un mismo casco y formas hidrodinámicas este crucero de 10.000 tn si aumenta su desplazamiento a plena carga y sube por ejemplo a 12.000 tn moverá esta mayor cantidad de agua y por lo tanto necesitará mas energía y aumentará su consumo.

Pero en un sumergible esto no ocurre, cada día se realiza el trimado diario y con el se mantiene un desplazamiento constante y se equilibra el trimado del casco, por lo que sus condiciones de navegación son constantes y por lo tanto sus consumos. Esto es necesario no solo para asegurar unas óptimas condiciones de navegación pues los cascos con bajo francobordo de los sumergibles son muy susceptibles de las variaciones, pero también el mantener el desplazamiento es muy importante para asegurar las condiciones adecuadas para una rápida y segura inmersión, una excesiva flotabilidad dificultaría la inmersión alargando el tiempo de la misma lo que podría ser peligroso en caso de sufrir un ataque, pero una baja flotabilidad podría provocar que al iniciar una inmersión de emergencia el sumergible se hundiera demasiado rápidamente alcanzando altas cotas de inmersión de una manera incontrolada que pueden llegar a ser peligrosas.

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Re: El consumo de combustible y su influencia en el desplazamiento

Mensaje por Luis Soccal-Uruguay » 20 12 2012 02:23

Stephen Maturin hablo de "fisica recreativa", Yakov Perelman, que murio de hambre en Stalingrado, escribio muchos libros de este tipo.

Aquí se pueden bajar algunos. http://www.portalplanetasedna.com.ar/yakov_perelman.htm

También es muy interesante su biografía, ya discutía con otros científicos los rudimentos de los viajes espaciales y de la computación.
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Re: El consumo de combustible y su influencia en el desplazamiento

Mensaje por Stephen Maturin » 20 12 2012 09:29

NOTA IMPORTANTE

Tras hacer el primer trabajo he continuado haciendo gestiones para buscar información, en estas he localizado la que parece ser la densidad del gasóleo marino usado, esta es de 890 gr/litro,diferente de los 850 gr/litro que había usado, la base del trabajo continúa siendo válida pero hay que efectuar algunos cambios en los valores que haré en breve.

Ahora pongo una continuación del trabajo inicial, en este caso ya he usado el nuevo valor indicado de la densidad del gasoleo, espero resulte interesante.

He intentado mirar el pequeño estudio anterior desde un punto de vista práctico, para ello voy a poner un ejemplo con un sumergible tipo VIIc en una misión en aguas lejanas, es una zona poco concurrida y tranquila, estudiamos una singladura o sea 24 horas, navegando siempre en superficie sin buques a la vista, una velocidad de crucero normal, en esas circunstancias estimo se puede sacar una potencia de unos 600 cv por motor para obtener un consumo económico (la potencia máxima es de 1.400 cv por motor o sea que usamos menos del 50% de la misma) en estas circunstancias la potencia total usada será de 1.200 cv entre los dos motores, considerando que por lo que he podido averiguar el consumo medio de estos motores era de unos 165 gr/cv/hora, por lo que con 1.200 cv el consumo estimado será de 198 kg/hora lo que en la singladura de 24 horas será un total de 4.752 kg de combustible. Si la potencia usada fuera solo de 1.000 cv el consumo bajaría a 3.960 kg.

Si tomamos la cifra inicial de navegar usando 1.200 cv nos daría un consumo medio aproximado de unas 4.75 tn por 24 horas, lo que equivaldría con una densidad de combustible de 890 gr/litro un volumen de unos 5.337 litros de combustible. El agua que entraría en los depósitos para compensar con un volumen de 5.337 litros pesaría unos 5.481 kg, como el peso de combustible consumido era de 4.750 kg resultaría que hemos aumentado el desplazamiento en 731 kg.

En una singladura tranquila como la que estamos estudiando, navegando en superficie y sin combates estimo que los únicos consumos serán los derivados de la alimentación de los tripulantes, unos dos litros de agua por persona, comida. desperdicios etc... podemos considerar unos 3-4 kg por tripulante un consumo total de unos 150 kg aproximadamente.

Luego si restamos de los 731 kg que hemos aumentado por consumo de combustible los 150 por alimentación nos dará que el desplazamiento ha aumentado en unos 581 kg. lo que traducido en volumen de agua de mar nos da 565 litros. Esto implica que al día siguiente al realizar el trimado diario hemos de descargar 565 litros de los depósitos de lastre, después habrá que calcular de que depósito la expulsamos para mantener el equilibrio en función de la situación del depósito de almacenamiento de combustible que ha aumentado de peso.

Si fuera el ingeniero de a bordo y tuviera todos los datos exactos, tanto de consumos como de las diferentes densidades podría poner cifras exactas, pero con los datos de que dispongo solo pueda dar estas cifras aproximadas.

La verdad es que nunca me había planteado que para hacer el trimado diario de un sumergible se tuviera que expulsar lastre, la lógica me hacía pensar que se debía aumentar para compensar lo consumido.
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