Agua

Publicado el 31 de julio de 2022 a las 17:59 por The Maritime Executive

(Artículo publicado originalmente en la edición de mayo/junio de 2022).

Vivimos en un mundo hiperconectado y enfocado digitalmente.

A través de la globalización y los avances tecnológicos, estamos mejor conectados y tenemos un mayor acceso a bienes, servicios e información que nunca. Así que es fácil olvidar que el 90 por ciento de todo sigue viajando exactamente como lo hacía hace 500 años.

en barco

Ese comercio lo realizan los aproximadamente 55.000 barcos mercantes que comercian internacionalmente. Ya sea carga general, contenedor o cisterna, cada uno de estos está equipado con una o más hélices que impulsan la embarcación a través del agua. La hélice, a su vez, está conectada al motor a través de un eje, y ese eje está soportado por varios cojinetes para que siga girando sin problemas.

Estos cojinetes a menudo requieren lubricación con grasa o aceite. En la década de 1950 se introdujo un sistema de tubo de bocina lubricado con aceite para ayudar a controlar la vida útil de los cojinetes del eje. Uno de los componentes del sistema se conoce como cojinete de la bocina, y su trabajo principal es sellar la bocina llena de aceite y evitar que el aceite vaya al mar y provoque contaminación marina.

Sin embargo, los accidentes siguen ocurriendo.

Las redes de pesca, los ejes de las hélices desalineados, los sellos mal mantenidos o los defectos de fabricación pueden hacer que el sello falle. La pérdida resultante de la contención de petróleo puede ser costosa para el propietario del buque y dar lugar a multas o incluso penas de cárcel para la tripulación.

Los sistemas de tubos de bocina lubricados con aceite se desarrollaron aparentemente para controlar la vida útil de los cojinetes. Pero, ¿y si estos sistemas no necesitaran aceite en absoluto?

Cojinetes enfriados por agua

Los rodamientos enfriados por agua tienen la ventaja de no requerir lubricación con aceite o EAL (lubricantes ambientalmente aceptables), lo que reduce el riesgo de contaminación a cero. Mientras el eje gira a gran velocidad, el agua crea una cuña que separa completamente el eje del material del cojinete, lo que reduce el coeficiente de fricción a menos de 0,001. Esto reduce el desgaste del sistema a una cantidad insignificante.

El agua también tiene el doble del calor específico del aceite. Un peso igual de agua absorberá el doble de calor que los lubricantes de aceite, lo que hace que las propiedades de enfriamiento sean muy superiores. Al usar agua como lubricante, no se requieren sellos de contaminación. Si no se requieren sellos, es posible que no se necesiten bombas ni tanques. Esto conduce a un sistema de cojinetes de eje más simple y a ahorros de costos inmediatos en la fase de construcción.

Los cojinetes de la bocina están diseñados con una serie de ranuras y ranuras que se extienden longitudinalmente. Cuando un contaminante, como arena o gravilla, ingresa al sistema, el agua lo lavará en una ranura donde se expulsará. Debido a la construcción del material de este estilo de cojinete, evita rayar el eje de la hélice, a diferencia de un cojinete de metal, que no cede.

Además, un eje engrasado atrapará los contaminantes, convirtiéndolo esencialmente en un compuesto de pulido. Esto desgastará continuamente el eje con cada rotación.

Los rodamientos refrigerados por agua se han desarrollado utilizando la tecnología más moderna disponible y uno de los recursos sostenibles más antiguos conocidos por el hombre.

Rodamientos compuestos

Thordon Bearings, una empresa de Thompson Gordon, es un fabricante con sede en Ontario que se especializa en la producción de cojinetes y sellos libres de aceite y grasa. La empresa utiliza un material de polímero lubricado con agua, sin grasa y patentado. Este material de cojinete de bajo coeficiente ayuda a reducir la fricción entre el eje y el cojinete y elimina el efecto stick-slip. Recientemente, Thordon produjo el cojinete de timón más grande jamás fabricado, ¡en veinticuatro horas, nada menos!

Se descubrió que un portacontenedores atracado en dique seco en Dubai tenía holguras de apoyo del timón en el límite. Con el final del período de mantenimiento acercándose rápidamente, el propietario necesitaba decidir si volver al dique seco o reemplazar el cojinete de metal existente con la tecnología de lubricación por agua de Thordon. El socio local de Thordon, Ocean Power International, aseguró al astillero que podría entregar el rodamiento a tiempo.

Con solo un dibujo de la culata del timón como referencia, el equipo de Burlington, Ontario de Thordon lanzó una pieza de gran tamaño con un amplio margen de seguridad. La pieza terminada medía 1250 mm x 1050 mm x 1350 mm y pesaba 2500 lbs. Si bien el rodamiento más grande jamás entregado, aún era siete veces más liviano que un rodamiento de bronce comparable y lo suficientemente liviano como para cargarlo en un avión comercial esa noche.

Veinticuatro horas más tarde, el rodamiento llegó a Dubái, donde el equipo local completó el mecanizado final según las especificaciones exactas. Luego, la pieza se sobreenfrió con nitrógeno líquido, lo que provocó que el diámetro exterior se encogiera en 21,93 mm y permitiera que el cojinete se colocara fácilmente en su lugar. La instalación resultante tiene una mayor resistencia a la abrasión que el cojinete de bronce que reemplazó con el doble de la vida útil esperada.

Contrato de Buques Múltiples

Las ventajas de los cojinetes refrigerados por agua junto con el rápido tiempo de entrega de Thordon han llevado a un acuerdo de múltiples embarcaciones con Maritime Partners, el operador de embarcaciones de navegación interior más grande del mundo.

Está previsto que se entreguen doce botes de empuje de doble tornillo desde el astillero FMT con sede en Luisiana con equipos que incluyen cojinetes de eje de cola RiverTough, cojinetes de timón ThorPlas-Blue con sellos Pucker, bujes de varillaje de dirección ThorPlas-Blue, arandelas de empuje SXL y sellos de eje de cola TG100. una de las flotas más modernas, nuevas y ambientalmente eficientes en toda la red fluvial interior de los EE. UU., Maritime Partners hizo todo lo posible con las soluciones refrigeradas por agua de Thordon para garantizar un funcionamiento confiable y cero riesgo de contaminación.

Cojinetes de madera

En el otro extremo del espectro se encuentra la solución de rodamientos refrigerados por agua de más larga duración de la historia: rodamientos de madera hechos de lignum vitae.

Lignum vitae ha estado en servicio durante más de tres siglos. Recibió su primera patente en 1852. Incluido en SNAME en 1882. Utilizado en toda la flota en la Primera Guerra Mundial, luego nuevamente en la Segunda Guerra Mundial. Fue elegido para su uso en el USS Nautilus, el primer submarino de propulsión nuclear del mundo. El transatlántico más rápido del mundo, el SS United States, recibió el Blue Riband por la travesía más rápida del Atlántico en su viaje inaugural en 1952, un récord que mantiene hasta el día de hoy.

El cojinete del eje estaba hecho de guayacán.

Ningún otro material de cojinete tiene la historia o la longevidad de LV. Y debido a que es un recurso totalmente renovable, tiene el honor de ser la solución disponible más respetuosa con el medio ambiente.

¿Que lo hace tan bueno?

Lignum vitae es la más dura de todas las maderas comercializadas, con una lectura de 4,390 lbf en la escala Janka, equivalente al aluminio. También es la más densa de todas las maderas duras con 6,8 lb/bd ft. en comparación con el ébano con 5,8 lb/bd ft. Se necesitan siglos para que uno de estos árboles alcance la madurez.

Posee aceites naturales que provocan autolubricación y resistencia al desgaste. Un estudio realizado por la Marina de los EE. UU. encontró que LV tenía el coeficiente de fricción más bajo jamás registrado. Estos aceites también aportan resistencia a la putrefacción y, al ser una madera, no es susceptible de sufrir daños por electrólisis.

La mayoría de estas propiedades son el resultado de su estructura celular única. A diferencia de la mayoría de la madera, que forma sus vetas en un patrón longitudinal, LV se forma como una matriz tejida con un ángulo de 60 grados de las vetas. Esto actúa como un resorte precargado. Se puede comprimir con una prensa de 100 toneladas y recuperará su forma con una memoria perfecta después de unos días.

Es esta última propiedad la que lo hace perfecto para su uso en bocinas. El cojinete de madera se adapta al eje con el tiempo, esencialmente lamiendo, que es cuando se forma el coeficiente más bajo. Y debido a que la vibración del eje es una función de demasiado juego, esta propiedad eliminará casi por completo la vibración, incluso con un eje desalineado.

Desarrollo constante

Bob Shortridge, el fundador de Lignum Vitae North America, está constantemente ampliando los límites del material. Actualmente tiene sus rodamientos sometidos a pruebas por parte de HydroTech, una empresa con sede en Canadá que se especializa en tecnología de rodamientos para las industrias marina e hidroeléctrica.

Trabajando para desarrollar el mejor rodamiento posible para todas las condiciones, la pareja está probando LV contra todo tipo de materiales y diseños. Encontrar un material que pueda desarrollar la cuña de agua más efectiva a altas velocidades y al mismo tiempo limitar el desgaste a bajas velocidades es el objetivo final, y los resultados iniciales de lignum vitae muestran que está llegando a la cima.

Shortridge también es un aficionado a la historia con una fascinación de larga data con las SS de Estados Unidos y lo que la hizo tan rápida. Al momento de escribir este artículo, está donando material que contiene lignum vitae para exhibirlo en el museo SS United States Conservancy y está esperando el permiso para abordar el barco para inspeccionar el cojinete del tubo de bocina con el objetivo de refinar aún más sus diseños. La aplicación de métodos de producción modernos a uno de los materiales confiables más antiguos es una receta para el éxito sostenible.

Cuando las cosas van mal

Reacondicionar o instalar cojinetes y sellos mientras está en dique seco es una cosa. Repararlos o reemplazarlos mientras la embarcación está en el agua después de una avería es algo completamente diferente.

Especializada en sellos de popa y sistemas de propulsión, Aegir Marine proporciona un enfoque flexible para el mantenimiento de embarcaciones. Si bien está feliz de coincidir con su cronograma de dique seco, donde realmente se destaca es realizar reparaciones flotantes y de emergencia bajo el agua.

El SealDock patentado de Aegir es un hábitat submarino que crea un entorno de trabajo seco debajo de la línea de flotación. Diseñado a medida para adaptarse a los requisitos del proyecto, SealDock utiliza un mecanismo de sellado de goma combinado con presión de aire positiva. Esto permite que sus técnicos capacitados accedan al lugar de trabajo y completen las reparaciones.

Aegir tiene su marca Prime interna o piezas de repuesto fabricadas en sus instalaciones aprobadas por DNV. Con una red de distribución global, está en una posición ideal para reparar, reacondicionar y volver a poner en marcha su embarcación.

Estas capacidades dieron lugar a una asociación en 2022 con Spliethoff para suministrar piezas y servicios de sellado de bocinas. Operando una flota global de carga seca de más de 50 buques, Spliethoff entrega carga de alto valor y requiere el máximo tiempo de actividad de la flota. La asociación con Aegir ayudará a garantizar un suministro y una respuesta globales para todas las piezas y servicios de sellado de bocinas necesarios para mantener la carga en movimiento.

Tecnología respetuosa con el medio ambiente

Cuando se trata de progreso en el sector marítimo, la misión es clara: desarrollar y ofrecer soluciones ambientalmente sostenibles para la industria del transporte marítimo mundial. La tecnología de rodamientos refrigerados por agua es la opción más respetuosa con el medio ambiente y sin riesgo de contaminación.

Ya sea que use lo último en tecnología de polímeros o una madera antigua con propiedades aún por descubrir, hay excelentes opciones para hacer el trabajo. – Sean Hogue, colaborador frecuente de MarEx, es vicepresidente sénior de operaciones en Baker Marine Solutions.

Las opiniones expresadas aquí son del autor y no necesariamente las de The Maritime Executive.