CÁLCULO DEL EQUIPO DE DRAGADO NECESARIO PARA UNA DRAGA DE

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE NÁUTICA

UNIVERSIDAD DE CANTABRIA

Trabajo Fin de Grado

CÁLCULO DEL EQUIPO DE DRAGADO NECESARIO PARA UNA DRAGA DE

SUCCIÓN DE 1000 m³ DE CAPACIDAD DE CÁNTARA

CALCULATION OF THE DREDGING

EQUIPMENT FOR A 1000 m³ HOPPER CAPACITY T.S.H.D.

Para acceder al Titulo de Grado en

INGENIERÍA MARÍTIMA

Autor: Joaquín Andrés Bosqued Carranque Director: D. Alfredo Trueba Ruiz

Octubre 2012

“The land divided; the World united”

Lema del antiguo sello de la Zona del Canal de Panamá

AGRADECIMIENTOS

Sirvan estas palabras para agradecer en primer lugar el buen hacer de D.

Alfredo Trueba Ruiz, como Director del presente trabajo, en su lectura,

consejos y correcciones del mismo.

En segundo lugar, y no por ello menos importante, expresar igualmente mi

sincero agradecimiento a la Escuela Técnica Superior de Náutica de la

Universidad de Cantabria por haberme brindado la oportunidad de estudiar

el curso de adaptación al Grado de Ingeniería Marítima. La modalidad

pionera de estudios por ella ofertada, ha hecho posible llevar a buen término

los estudios que con este Trabajo de Fin de Grado aquí terminan.

PRÓLOGO En el contexto de la contribución de la ingeniería a la economía global, la

industria del dragado abre camino al desarrollo local, regional e

internacional, cooperando con las demás ramas de la industria y permitiendo

que grandes proyectos sean hoy una realidad gracias a su aportación y su

alto grado de tecnificación. Sin esta contribución, la aplicación de las

economías de escala en la industria naval no pasarían de ser meras ideas

(dragado de puertos y canales para permitir que los últimos diseños de

portacontenedores de 18.000 TEU puedan entrar en ellos), la recuperación

de tierras para crear terrenos urbanizables o reservas bilógicas que aportan

valor y riqueza, o la preparación de zanjas para tuberías, canalizaciones y

tendido de cable de comunicaciones no serían hoy en día una realidad.

Palabras clave: Dragado, draga, draga portadora de succión en marcha

ABSTRACT

In the context of the contribution of the engineering to the global economy,

the dredging industry paves the way to local, regional and international

development, co-operating with other sectors of the industry allowing big

projects to become a reality thanks to its input and its high level of

technification. Without this contribution, the implementation of economies of

scale in the naval industry would merely be an idea (dredging of ports and

channels to allow the latest 18.000 TEU designs enter them), reclamation of

land to build residential areas or biological reserves which provide value and

wealth, or digging trenches for pipelines, conduits and laying of

communication cables would not be a fact today.

Key words: Dredging, dredger (dredge), trailing suction hopper dredger.


SUCCIÓN DE 1000 m³ DE CAPACIDAD DE CÁNTARA.



Universidad de Cantabria – Escuela Técnica Superior de Náutica

9

ÍNDICE

1. MEMORIA .............................................................................. 15

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROYECTO Y OBJETIVO. .......... 17

1.2. DESCRIPCIÓN DEL BUQUE. CARACTERÍSTICAS

ACTUALES. ............................................................................... 18

1.2.1. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES. ................................................ 19

1.2.2. CLASIFICACIÓN ............................................................................... 20

1.3. COMPARACIÓN CON DRAGAS SIMILARES. BUQUES

EXISTENTES EN EL MERCADO. .............................................. 21

1.4. DESCRIPCIÓN DE LAS DRAGAS PORTADORAS DE

SUCCIÓN EN MARCHA Y DE SUS EQUIPOS. ......................... 23

1.4.1. INTRODUCCIÓN. ............................................................................. 23

1.4.2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS. ......................................................... 26

1.4.3. MÉTODO DE OPERACIÓN. ............................................................. 27

1.4.4. EQUIPO DE DRAGADO. .................................................................. 33

1.4.4.1. Cabezal de dragado. .......................................................... 34

1.4.4.2. Tubo de succión. ................................................................ 37

1.4.4.3. Pescantes del tubo de succión. .......................................... 41

1.4.4.4. Compensador de olas......................................................... 43

1.4.4.5. Maquinillas de los tubos de succión. .................................. 45

1.4.4.6. Bomba de dragado. ............................................................ 46

1.4.4.7. Bomba de agua a presión. .................................................. 51

1.4.4.8. Tubería de descarga. ......................................................... 52

1.4.4.9. La cántara. .......................................................................... 53

1.4.5. CONFIGURACIONES. ...................................................................... 66




10

1.4.5.1. Dragas de cántara simple. .................................................. 66

1.4.5.2. Dragas de doble cántara. ................................................... 68

1.4.5.3. Dragas de cántara simple con bomba sumergida. ............. 69

1.4.5.4. Dragas con cántaras hendibles. ......................................... 71

1.4.5.5. Posición de la sala de bombas. .......................................... 71

1.5. BIBLIOGRAFÍA. .................................................................. 72

2. CÁLCULOS ............................................................................ 75

2.1. INTRODUCCIÓN ................................................................ 77

2.2. PROCESO DE DRAGADO ................................................. 77

2.2.1. PROCESO DE CARGA. .................................................................... 77

2.2.1.1. Excavación. ........................................................................ 77

2.2.1.2. Transporte de la mezcla. .................................................... 89

2.2.1.3. Depósito. .......................................................................... 121

2.2.2. NAVEGACIÓN DESDE Y HASTA LA ZONA DE DESCARGA ........ 128

2.2.3. LA DESCARGA. .............................................................................. 130

2.2.4. CICLO DE CARGA DE LA CÁNTARA. FASES. .............................. 131

2.3. MODIFICACIONES AL PROYECTO ORIGINAL.

VIABILIDAD TÉCNICA. ............................................................ 136

2.3.1. COMPARACIÓN DE PARÁMETROS ............................................. 136

2.3.2. COMPROBACIÓN DE LA VIABILIDAD DEL EQUIPO EXISTENTE A

BORDO. CÁLCULOS. ............................................................................... 137

2.3.2.1. Cálculo de la velocidad límite de depósito. ....................... 138

2.3.2.2. Pérdidas de energía debidas a la fricción y altura

manométrica requerida (succión). Pérdidas mayores y pérdidas

menores. Producción de sólidos. .................................................... 145

2.3.2.3. Pérdida de energía debida a la fricción y altura manométrica

requerida. (descarga). Pérdidas mayores y pérdidas menores.




11

Producción de sólidos. .................................................................... 160

2.3.2.4. Estimación de potencia de la bomba necesaria. Selección de

la bomba. ......................................................................................... 179

2.3.2.5. Cuadro resumen de los resultados obtenidos. ................. 181

2.4. MODIFICACIONES FINALES. .......................................... 182

2.5. BIBLIOGRAFÍA. ................................................................ 184

3. PLANOS ............................................................................... 185

3.1. PLANOS. .......................................................................... 187

4. PLIEGO DE CONDICIONES ................................................ 219

4.1. DATOS DEL BUQUE ........................................................ 221

4.2. REPRESENTACION......................................................... 221

4.3. RESPONSABILIDAD DEL CLIENTE. ............................... 221

4.4. RESPONSABILIDAD DEL ASTILLERO. ........................... 222

4.5. RESPONSABILIDAD POR DAÑOS AL BUQUE Y DAÑOS

PERSONALES/MUERTE Y OBLIGACIONES DE SEGURO. ... 224

4.6. RESPONSABILIDAD POR LUCRO CESANTE. ............... 225

4.7. PLAZO DE ENTREGA. ..................................................... 225

4.8. FUERZA MAYOR. ............................................................ 226

4.9. TRABAJOS REALIZADOS POR TERCERAS PARTES. .. 226

4.10. CHATARRA/MATERIAL DE DESECHO. ..................... 227

4.11. PRECIOS. ................................................................... 227

4.12. PAGO .......................................................................... 227

4.13. TIEMPO LÍMITE. ......................................................... 228

4.14. NOTIFICACIONES. ..................................................... 228

4.15. LEY VIGENTE Y TRIBUNALES. .................................. 229

4. PRESUPUESTO .................................................................. 231




12

4.1. PRESUPUESTO. .............................................................. 233

4.1.1. SERVICIOS GENERALES. ............................................................. 233

4.1.2. USO DE GRÚAS PARA TRABAJOS DE LA TRIPULACIÓN. ......... 234

4.1.3. VARADA, BOTADURA Y ESTADÍAS. ............................................. 234

4.1.4. PREPARACIÓN DE SUPERFICIE Y PINTADO. ............................. 235

4.1.5. PROTECCIÓN CATÓDICA. ............................................................ 235

4.1.6. ANCLAS Y CADENAS. ................................................................... 236

4.1.7. VÁLVULAS (NO DEL EQUIPO DE DRAGADO). ............................ 236

4.1.8. TOMAS DE MAR. ............................................................................ 236

4.1.9. LIMPIEZA DE TANQUES. ............................................................... 237

4.1.10. TRABAJOS DE TUBERÍA (NO DE DRAGADO). .......................... 237

4.1.11. TRABAJOS EN ACERO (NO DE DRAGADO). ............................. 237

4.1.12. CAMBIO DEL EQUIPO DE DRAGADO. ....................................... 238

4.1.13. PRUEBAS DEL EQUIPO DE DRAGADO. .................................... 240

4.1.14. CUADRO RESUMEN. ................................................................... 240

5.1.14.1. Precio de venta, coste y margen de beneficio. ................. 241

4.1.15. PLAZO DE ENTREGA. ................................................................. 242

4.2. CÁLCULO DE COSTES OPERATIVOS CON EL NUEVO

EQUIPO DE DRAGADO. ......................................................... 242

4.2.1. PRINCIPIOS BÁSICOS DEL ESTÁNDAR DE COSTES. ................ 242

4.2.2. DEFINICIÓN DE PARÁMETROS DE COSTE ESTÁNDAR. ........... 243

5.3.2.1. Valor estándar V (€). ........................................................ 243

5.3.2.2. Vida de servicio N (años). ................................................. 244

5.3.2.3. Periodo de utilización (semanas/años). ............................ 244




13

5.3.2.4. Depreciación e intereses D+i (% de V). ............................ 245

5.3.2.5. Costes de mantenimiento y reparación M+R (% de V). .... 245

5.3.2.6. Costes fijos y variables. .................................................... 247

4.2.3. CÁLCULO DE COSTES. ................................................................. 248

4.3. BIBLIOGRAFÍA. ................................................................ 249




14




15

1. MEMORIA




16




17

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROYECTO Y OBJETIVO.

El proyecto que a continuación se presenta, parte del proyecto preliminar de

una draga de succión en marcha existente.

El armador del buque se plantea, dada la edad del buque, potenciar e

incrementar su versatilidad modernizando y ampliando su capacidad de

dragado por encima de la cota normal en buques de este rango de esloras,

frente a la construcción de una nueva unidad. Para la primera opción se le

deberá instalar el correspondiente nuevo sistema de dragado, comprobando

si la capacidad de su bomba de dragado es la adecuada para la nueva cota,

o si por el contrario la instalación de una nueva bomba de mayor capacidad

es necesaria. En conexión con ello, se estudiarán las nuevas longitudes y

diámetros de tubería que habrán de instalarse para cumplir los nuevos

requerimientos. Con ello, en este proyecto:

1 Se justificará mediante el estado de la ciencia los distintos equipos que

conforman el sistema de dragado del buque y el cálculo de los diferentes

parámetros (potencia de la bomba de dragado, caudales, diámetros de

CO2




18

tubo de dragado, pérdidas de carga, velocidad de llenado de la cántara,

etc.), para la cota de dragado estándar de diseño de esta unidad.

2 Se justificará la viabilidad técnica y económica para aumentar la cota de

dragado sobre la existente aumentando así su versatilidad para

determinados proyectos en los que se precise maniobrabilidad en

espacios restringidos (estuarios, puertos, radas protegidas, etc.). Las

dragas de estas dimensiones y capacidad de cántara tienen una cota de

dragado entre los 8 y los 15 m generalmente, y son pocas las que

pueden alcanzar mayores profundidades.

En este contexto, y para un mejor conocimiento del proyecto, previo al

desarrollo específico y técnico de los cálculos a los que va a ser objeto el

buque, se hará una exposición generalista de este tipo de dragas y los

factores que lo rodean, con el fin de que el lector se sumerja en esta rama

de la ingeniería civil desde distintas ópticas que le permitirán tener una base,

y que posteriormente se concretarán en el proyecto real descrito en este

estudio.

1.2. DESCRIPCIÓN DEL BUQUE. CARACTERÍSTICAS ACTUALES.

Buque de casco de acero y propulsión diesel especialmente construido para

el dragado de succión en marcha.

El buque fue construido y equipado de forma que fuera capaz, de manera

segura y eficaz, de realizar las siguientes tareas:

• Dragado en arrastre mediante tubo de succión.

• Descarga del material en la cántara.

• Descarga por puertas de cierre de fondo de tipo positivo.




19

• Dilución de la carga de la cántara mediante toberas situadas en la

parte baja de la cántara.

• Descarga a tierra a través de la conexión de rótula de proa.

1.2.1. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES.

Eslora total……………………………………………………… 55,00 m

Eslora entre perpendiculares…………………………………. 51,80 m

Manga de trazado……………………………………………… 10,50 m

Puntal en cubierta principal…………………………………… 4,00 m

Calado a la marca de dragado……………………………….. 3,50 m

Capacidad de la cántara………………………………………. 1000 m³

Peso muerto total hasta la marca de dragado……………… 1275 T

Cota de dragado por debajo de la línea de flotación en

rosca……………………………………………………………... Aprox. 15 m

Cota de dragado máxima……………………………………… 16,5 m

Diámetro interior del tubo de succión………………………... 400 mm

Potencia propulsiva……………………………………………. 2 x 578 kW

Potencia de motores auxiliares……………………………….. 3 x 280 kW

Velocidad máxima……………………………………………… 9,4 nudos

Velocidad de servicio………………………………………….. 9,0 nudos

Autonomía a 9,0 nudos………………………………………... 2.414 millas

Registro bruto…………………………………………………... 737 GT

Tripulación………………………………………………………. 10

Año de construcción…………………………………………… 1995

• Propulsores: dos hélices azimutales con tobera Schottel SRP-330 y un

propulsor auxiliar en proa Schottel SPJ 57T para maniobra y propulsión

auxiliar.




20

• Motores principales: dos unidades Caterpillar 3508 DITA JW.

• Bomba de dragado: bomba acoplada mediante reductora al motor

principal de estribor. Bomba tipo Grotius BP 3530 LD fabricada por De

Groot Nijkerk, de 135 kW de potencia y 500 r.p.m.

1.2.2. CLASIFICACIÓN

Buque construido bajo la inspección y requerimientos de la Sociedad de

Clasificación Bureau Veritas con la notación:

HOPPER DREDGER COASTAL WATERS, DREDGING WITHIN 15

MILES FROM SHORE WITHIN 20 MILES FROM PORT



1.3. COMPARACIÓN CON DRAGAS SIMILARES. BUQUES EXISTENTES EN EL MERCADO.

NOMBRE ARMADOR AÑO ESLORA (m)

MANGA (m)

PUNTAL (m)

CALADO MARCA DE DRAGADO

(m)

VELOCIDAD A PLENA CARGA (nudos)

VOLUMEN DE

CÁNTARA (m³)

CAPACIDAD DE CARGA

(T)

COTA DE DRAGADO

(m)

DIÁMETRO TUBERÍA

DE SUCCIÓN

(mm)

POTENCIA BOMBA

DE DRAGADO

(kW)

AL MASBAHIA Ministerio de Obras Públicas de Marruecos

1993 56,10 10,00 4,20 3,50 9,30 700 1.065 15,00 450,00 425

ARCO DEE ARC Marine Ltd., UK 1990 67,70 13,00 5,00 4,00 10,80 750 1.300 30,00 450,00 375

ARCO DART ARC Marine Ltd., UK 1990 67,70 13,00 5,00 4,00 10,80 750 1.300 30,00 450,00 375

BANDA Ministerio de Comunicaciones de Indonesia

1983 71,10 14,00 4,90 4,50 10,70 1.000 1.400 14,00 550,00 323

NIAS Ministerio de Comunicaciones de Indonesia

1983 71,10 14,00 4,90 4,50 10,70 1.000 1.400 14,00 550,00 323

NATUNA Ministerio de Comunicaciones de Indonesia

1983 71,10 14,00 4,90 4,50 10,70 1.000 1.400 14,00 550,00 323

HANSAKAWA Autoridad Portuaria de Sri Lanka

2001 66,10 12,60 5,20 4,80 12,00 1.200 1.852 20,00 600,00 375

MOUSTAKBAL Ministerio de Obras Públicas de Marruecos

1999 83,10 15,70 4,35 3,70 11,50 1.500 2.650 25,00 700,00 1.000

SINAI Puertos de Iraq 1980 65,30 12,00 4,30 3,50 9,40 600 1.080 12,00 650,00 312

SOSPAN Boskalis 1990 57,00 10,00 4,30 3,92 6,50 970 1.480 17,00 500,00 540

TANJUNG KEMARONG

Gobierno de Malasia 1990 57,40 12,00 3,00 2,50 8,00 500 850 15,00 400,00 160

YASIN Puertos de Irán 2004 70,30 14,00 4,80 4,00 11,30 1.000 1.425 8,00 500,00 -

PROYECTO UNICAN UNICAN 1996 55,00 10,50 4,00 3,50 9,00 1.000 1.235 16,50 400,00 135




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NOMBRE ARMADOR AÑO ESLORA (m)

MANGA (m)

PUNTAL (m)

CALADO MARCA DE DRAGADO

(m)

VELOCIDAD A PLENA CARGA (nudos)

VOLUMEN DE

CÁNTARA (m³)

CAPACIDAD DE CARGA

(T)

COTA DE DRAGADO

(m)

DIÁMETRO TUBERÍA

DE SUCCIÓN

(mm)

POTENCIA BOMBA

DE DRAGADO

(kW)

VIRGEN DEL ROCÍO Sociedad Portuaria Regional de Barranquilla

1966 72,52 12,60 5,39 4,60 12,00 1.000 - 18,00 750,00 -

NN OCEAN GROUP Ocean Group 2012 67,65 12,90 4,00 - - 1.180 - 30,00 500,00 -

WILMA Aannemingsbedrijf K. Krul en Zonen B.V

2007 63,36 8,20 3,10 - 11,00 500 - 10,00 400,00 -

AMAL Groupe Drapor World 2002 62,50 12,00 4,90 4,20 10,00 1.000 - 15,00 500,00 -

ST. GERMAIN Societé de Transports Fluvio Maritimes de l'Ouest (STFMO)

2001 75,00 12,00 4,50 4,00 11,50 1.150 - 26,00 500,00 -

RIVAL Van Oord 1999 74,85 9,50 5,90 3,05 9,30 762 - 12,00 500,00 -

MNO ANNA Aannemingsbedrijf K. Krul en Zonen B.V

1999 70,01 9,53 3,81 2,94 10,00 960 - 17,00 500,00 -

THIHA DIPA Myanmar Port Authority

1998 68,33 14,00 5,15 4,00 10,00 1.000 - - - -

CHAO THA H.10 Gobierno de la R.P. China

1997 65,00 14,00 - 4,00 - 800 - 12,00 - -

VOLANS Boele Dredging Contractors BV

- 79,76 10,10 2,90 - - 761 - 22,00 550,00 -

BDC TRAILER Bangkok Dredging Co, Ltd

- 57,40 12,00 3,00 2,00 - 600 - - - 160

La tabla anterior no pretende ser una base de datos exhaustiva, sino solo una referencia para que el lector tenga una

idea del orden de magnitud de los distintos parámetros que caracterizan a las dragas del porte de la del proyecto.



1.4. DESCRIPCIÓN DE LAS DRAGAS PORTADORAS DE SUCCIÓN EN MARCHA Y DE SUS EQUIPOS.

1.4.1. INTRODUCCIÓN.

Una draga de succión en marcha (en inglés, Trailing Suction Hopper Dredger

o T.S.H.D.) es una embarcación auto portante y autopropulsada, de

dimensiones variables, diseñada para dragar de forma continua elevados

volúmenes de material de una forma sencilla y económica, y admitiendo

condiciones marítimas adversas. El material es aspirado por una bomba

centrífuga a través de un tubo en cuyo extremo tiene un cabezal de succión.

A bordo del buque, en una sala de bombas específica o bien en la sala de

máquinas, lleva la mencionada bomba centrífuga que crea el vacío

necesario en el cabezal para poner en suspensión los materiales sueltos en

el agua, y que aspira la mezcla agua-material que finalmente vierte y

almacena en la cántara de la propia draga.




24

Durante el proceso de dragado, el barco sigue navegando, aunque a una

velocidad muy inferior a la de crucero (velocidad de dragado). El material

aspirado se vierte en la cántara, como ya se ha dicho, donde los sólidos

decantan hacia el fondo y el agua que queda por encima se va evacuando a

través de un dispositivo de rebose.

Cántara vacía vista desde la posición del dragador en el puente, mirando a popa

La capacidad necesaria de la cántara dependerá del trabajo a realizar,

pudiendo variar desde los 500 hasta los 46.000 m3. Una de las grandes

ventajas de este tipo de dragas es la posibilidad de transportar el material

dragado a grandes distancias. La descarga del material puede realizarse por

apertura del fondo o por bombeo. En caso de no poder llegar hasta la zona

de vertido debido al calado de la embarcación, el vertido sólo podrá hacerse

mediante tubería.




25

Sistema hidráulico con el mecanismo de apertura de puertas de fondo para el vaciado de la cantara

Las dragas de succión están principalmente preparadas para dragar terrenos

blandos, no demasiado compactos ni cohesivos, como fangos, arcillas

blandas, arenas y ciertas gravas. En casos extremos, se puede instalar un

montaje de dientes en el cabezal aspirador y un sistema de chorro para

poder dragar materiales más resistentes y romper su cohesión.

Las aplicaciones de las dragas de succión en marcha son numerosas,

pudiéndose utilizar tanto en dragados de mantenimiento de canales o

puertos, donde a causa del tráfico o de las condiciones marítimas no es

recomendable el uso de dragas hidráulicas estacionarias, como en la

reconstrucción de playas.

Estos equipos son los mejor preparados para resistir condiciones marítimas

adversas, estando diseñadas para trabajar principalmente en mar abierto.

Las dragas de portadoras de succión suelen a trabajar en zonas amplias,

debido a que sus dimensiones le impiden trabajar en zonas cerradas,

requiriendo un perímetro de giro mínimo de 75 m dependiendo del tamaño




26

del buque y de los medios auxiliares de maniobra (hélices transversales,

timones, etc.).

Durante los últimos años se ha diseñado una gran variedad de buques de

esta categoría, por lo que la definición de unas condiciones mínimas puede

resultar un tanto ambigua. Sin embargo, en términos generales, las dragas

de succión en marcha suelen trabajar entre 4 y 155 m de profundidad, según

el tamaño de la draga, con velocidades máximas de navegación de 18

nudos.

1.4.2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS.

Las principales ventajas de este tipo de buques son:

• Relativa inmunidad a la climatología y a las condiciones de la mar.

• Operación independiente.

• Efecto mínimo en el tráfico marítimo.

• Capacidad para auto transportar el material dragado largas distancias.

• Relativo alto ratio de producción.

• Procedimiento de movilización simple y barata.

Por otra parte, las desventajas que presenta son:

• Incapacidad de dragar materiales fuertes.

• Incapacidad de trabajar en aguas muy restringidas.

• Sensible a las concentraciones de escombros.

• Dilución del material dragado durante el proceso de carga.




27

1.4.3. MÉTODO DE OPERACIÓN.

Como ya se ha indicado, estas dragas navegan por sus propios y dedican

gran parte de su espacio para acomodar la cántara de carga. Las bombas de

dragado van alojadas normalmente a bordo del buque en compartimentos

específicos o en la misma cámara de máquinas según sea el accionamiento

primario que las mueva. También hay la posibilidad de encontrar bombas de

dragado sumergidas unidas a la tubería de dragado, con el fin de ganar

vacío y por tanto mayor producción.

Cuando el buque está en tránsito, la tubería de dragado va en posición

estibada sobre cubierta. La máxima profundidad a la cual el dragado es

posible viene limitada por la carga de vacío generada por la bomba de

dragado. Por ello, si la bomba se monta en la tubería de dragado en vez de

a bordo, se ganan unos metros que aumentan la producción.

Dentro de la cántara, los solidos se decantan por gravedad mientras que el

agua se elimina a través de un rebosadero, a modo de sumidero, ajustable

hidráulicamente en altura dentro de la cántara.

Rebose ajustable en altura dentro de la cántara




28

Este ajuste en altura del rebose permite cierto grado de control sobre el

volumen y carácter de la mezcla dragada que se retiene en la cántara.

Los materiales muy finos pueden no decantarse manteniéndose en

suspensión. Cuando se está dragando ese material, normalmente no se da

un incremento significativo de la carga mediante el bombeo continuo

después de que se haya alcanzado el punto de rebose.

La mayoría de las dragas se diseñan para cargar cargas completas de

material granular fino y no son capaces de llevar una carga completa de

arena o grava debido a la mayor densidad de estos materiales, lo que da

lugar a una carga del 80% de la cántara para estos casos. En estas

circunstancias, la altura de rebose debe ajustarse de acuerdo a las

particularidades del material que se está dragando.

La siguiente ilustración muestra la posición (en amarillo) del tubo de rebose

con su descarga por el fondo plano del buque.

Tubo telescópico de rebose

Material dragado

Agua sobrante




29

Al aproximarse a la zona de dragado, el tubo de dragado se desacopla de su

posición de estiba y se traslada por fuera de la borda por medio de

maquinillas y pescantes, y se arría el tubo a la vez que se reduce la

velocidad a unos 2 o 3 nudos. El extremo más a proa del tubo baja por unos

carriles embutidos (véase siguiente fotografía) en el costado del casco hasta

que conecta con la entrada al orificio de aspiración que lleva hasta la bomba.

Cuando el cabezal toca el lecho marino entre en funcionamiento el

compensador de olas, el cual funciona mediante un complejo sistema

hidráulico/neumático que hace que la posición del cabezal de dragado

respecto al lecho marino sea siempre la misma, independientemente del

movimiento del buque en la superficie debido al estado de la mar.

Este sistema compensador de presión actúa entre el cabezal de dragado y

su maquinilla de maniobra. El compensador de olas sirve también para

controlar la presión de apoyo del cabezal sobre la superficie del lecho

marino.




30

Compensador de olas

Por otra parte, el lado de la descarga de las bombas de dragado se conectan

mediante una red de tuberías con la cántara en su parte alta, donde

descargan la mezcla a través de unas tolvas o difusores con un diseño

especial para minimizar las turbulencias en la cántara.

El bombeo continúa hasta que la cántara está llena. Si se trata de material

fino, la carga máxima económica normalmente coincide con el comienzo del

rebose de la cántara. Por el contrario, en caso de material más pesado

(grano más basto), el bombeo puede continuar durante algún tiempo

después de comenzar la operación de rebose, con una mejora del llenado de

la cántara.

En el extremo inferior del tubo de succión, está el cabezal de dragado ya

mencionado con anterioridad. Su función es la de maximizar la

concentración de sólidos que se extraen del lecho. Cuando se draga

materiales livianos y sueltos, la entrada de este material en el tubo de

Chigre del cabezal

Relés de cambio Controlador

del chigre

del cabezal

Tanque

de aceite

y aire

Tubería de succión

Cabezal

Compensador de olas




31

succión se logra mediante la acción

erosiva de la mezcla que fluye por el

cabezal al tubo. La diferencia de

presión también ayuda a soltar el

material granular. En el caso de

materiales menos degradables, tales

como arenas densas o arcillas

duras, la descomposición del

material se consigue mediante la

inyección de agua a alta presión en

el cabezal, o dotando a éste de

cuchillas o rascadores.

La tubería de succión está normalmente articulada a lo largo de su longitud

mediante rótulas Cardan con una tubería de conexión de goma de alta

resistencia entre los tramos de tubería rígida que unen. Estas articulaciones

permiten los movimientos tanto en vertical como en horizontal del tramo de

tubería del cabezal de dragado y de la tubería de conexión respecto al

buque.

Las dimensiones y diseño de la cántara tienen una influencia muy fuerte en

el asentamiento de los sólidos en la cántara. Se debe minimizar las




32

turbulencias dentro de la cántara. Las dragas modernas cuentan un sistema

de detección de mezclas ligeras (Automatic Light Mixture Overboard –

ALMOB) que desvían el bombeo por la borda si la densidad de la mezcla

que se está dragando es inferior a la prefijada. De esta forma se maximiza el

ratio de sólidos en agua que entran en la cántara.

Muchas dragas están también equipadas con equipos de desgasificación en

las líneas de tubería de dragado para eliminar el gas de la mezcla bombeada

entrante antes de que llegue a la bomba. Sin este equipo, cuando se está

dragando en depósitos biogénicos gaseosos, el funcionamiento de la bomba

se puede ver afectado de forma adversa.

Sistema de desgasificación con acumulador

Sistema de desgasificación con tanque extractor de gas




33

Cuando la cántara está cargada, se

devuelve la tubería de dragado a su

posición de estiba en sus soportes

de cubierta mientras el buque se

dirige a la zona de vertido o

descarga. Los sólidos se descargan

normalmente por las puertas de

fondo, pero si han de descargarse a

tierra, esto puede hacerse mediante

tubería flotante conectada por proa o

mediante el sistema conocido como

“rainbowing” igualmente desde la

conexión de proa.

Conexión de proa. Esta configuración es para

conexión a tubería flotante

1.4.4. EQUIPO DE DRAGADO.

La siguiente ilustración muestra el equipo principal de dragado, parte del

cual se ha nombrado en los puntos precedentes, y que se describirá en

detalle a continuación. Esta descripción se hará siguiendo un orden de

aparición comenzando por el externo más alejado del buque, el cabezal de

dragado.




34

1.4.4.1. Cabezal de dragado.

Los cabezales deben ser capaces de romper la cohesión de un variado tipo

de terrenos. El proceso de excavación se puede realizar mediante erosión,

mecánicamente o utilizando ambos al mismo tiempo.

Los cabezales están diseñados para resistir las fuerzas que son necesarias

para soltar y succionar el terreno. Al mismo tiempo tienen que ser

suficientemente fuertes para resistir la colisión con objetos desconocidos en

la zona de dragado.

En general, el cabezal de dragado consiste en una parte fija (yelmo) que

está conectada a la tubería de succión con una o dos partes pivotantes, el

visor o visores, que están montados en la parte fija. La última parte es

autoajustable para mantenerse en contacto continuo con el lecho.

Cabezal de dragado


Tubería de inyección

de agua a alta

presión

Sala de bombas

(bombas de dragado)

Cántara

Pescantes de la tubería de dragado Hidráulicos de apertura de puertas de descarga del fondo




35

En la industria del dragado se emplean diferentes tipos de cabezales. Los

más conocidos son:

• El cabezal Holandés (Dutch Draghead), también llamado cabezal IHC

(ilustración izquierda).

• EL cabezal Californiano (ilustración derecha).

Ambos tipos están basados en el principio de la erosión generada por el flujo

de la bomba de dragado. Hoy en día, estos cabezales están equipados con

sistemas de inyección de agua a alta presión. Estos inyectores, además de

ayudar en la excavación, son también importantes para formar la mezcla en

el cabezal.

Los cabezales descansan en el lecho sobre unas taloneras remplazables

resistentes al desgaste.

Cuando se dragan materiales cohesivos, los cabezales se equipan con una

serie de cuchillas que se montan en el visor. La posición del visor se fija de

forma relativa al yelmo según la profundidad que se esté dragando. La

profundidad de dragado, la pendiente de la zona de dragado y la longitud del




36

tubo de succión determinan el ánulo que forma éste con respecto al lecho. A

veces la posición del visor se puede controlar mediante cilindros hidráulicos.

Aparte de los dos cabezales anteriores, existen otros tipos. Entre los más

conocidos figuran:

• Cabezal para limo: específico para cienos, limos y arcillas blandas.

• Cabezal activo: Consta de un rodillo giratorio mediante un

mecanismo hidráulico, que lleva unos accesorios cortantes capaces

de cortar arcilla firme o arenas compactas. La principal desventaja es

su facilidad para enredarse con cables.




37

• Cabezal Venturi: Tiene en principio un diseño hidráulicamente mejor

que los tipos Holandés y Californiano, con mejores ratios de

producción.

No obstante lo anterior, estos cabezales no son todo lo satisfactorios que

cabe esperar, siendo los tipos Holandés y Californiano los más ampliamente

utilizados.

Además de estos cabezales, es muy común que las propias compañías de

dragado, basándose en su experiencia, desarrollen sus propios diseños. Así,

no es difícil encontrar cabezales “VOSTA” o “Van de Graaf”.

1.4.4.2. Tubo de succión.

El propósito del tubo de succión es realizar la conexión entre el lecho y el

buque con el fin de hacer posible el transporte de la mezcla. Dado que una

conexión fija no es posible debido a las cotas de profundidad variable del

lecho y las distintas fuerzas en dirección y cantidad, el tubo de succión tiene

que cumplir una serie de requisitos importantes:

• La profundidad de dragado debe ser ajustable.

• Debe existir suficiente libertad de movimiento para mantener la

conexión con el lecho tan buena como sea posible.




38

• Los momentos flectores debido a las fuerzas que actúan en la tubería

deben mantenerse lo más bajos posibles por razones de resistencia y

peso.

• Deben ser resistentes a los golpes.

• Deben tener una baja resistencia al flujo de la mezcla.

El muñón deslizante (trunnion slide) -números 1 y 2 de la ilustración anterior-

que se desliza por las guías embutidas del costado del buque, está equipado

con unas levas cónicas que empujan el muñón deslizante contra el casco

cuando el tubo de succión está centrado con la entrada de succión del

buque.

1. Codo

2. Manguera de succión

3. Tubo intermedio

4. Sección alta de la tubería

5. Tubo intermedio

6. Manguera de succión

7. Junta universal

8. Tubo intermedio

9. Carrete o sección de giro axial

10. Sección baja de la tubería

11. Cabezal

11

10

9

8

7 6

5 4

3 2

1




39

Muñón deslizante

Foto izquierda: muñón deslizante con el codo. Foto derecha: muñón visto

desde la cubierta y en posición de comenzar el arriado por las guías del costado

En este muñón está el codo de fundición, el cual puede rotar alrededor de un

eje horizontal perpendicular al casco del buque, permitiendo así variar el

ángulo del tubo de succión respecto al lecho. El codo tiene dos brazos

posicionados en el plano vertical de la tubería de succión. En estos brazos,

se monta la sección alta o corta de la tubería, con articulación. Esto permite

el movimiento de la tubería de succión de forma lateral cuando el buque es

balanceado lateralmente por la corriente.

Pieza corta de tubería con brazos

Manguera de succión Codo del muñón con

brazos pivotantes

Pieza deslizante

Cáncamos

de

elevación




40

Entre el codo y la sección alta de la tubería se monta una manguera de

succión de goma que puede moverse 40º a cada lado. Lleva aros de acero

vulcanizados en la sección para prevenir el colapso de la manguera de goma

por la sobrepresión de la succión.

La sección alta de la tubería está conectada con la baja mediante una rótula

con una segunda tubería de goma similar a la anterior (gimbal) –números 6,

7 y 8 de la ilustración anterior-. Esta rótula o junta universal, permite el

movimiento independiente a los dos tramos de tubería, lo cual es necesario

para condiciones climatológicas adversas y para salvar el terreno irregular

del fondo.

Rótula o junta universal

Rótula con tramos de tubería de agua a alta presión para los inyectores del cabezal

Manguera de succión

Aro de la rótula

Lado del tubo

de giro

Carrete con

brazos

pivotantes

Carrete con

brazos

pivotantes

Lado de la

sección alta

de tubería




41

A continuación del conjunto de la rótula, se monta el carrete giratorio (turning

gland) –número 9 de la ilustración- en la parte baja de la tubería. Esta pieza

permite que la parte baja de la tubería rotar en torno a su eje longitudinal de

manera que el cabezal puede seguir la forma del fondo marino en la

dirección transversal.

Carretes giratorios. La imagen de la izquierda corresponde a tuberías de

menos de 900 mm de diámetro, y la de la derecha a tuberías de más de 900 mm

1.4.4.3. Pescantes del tubo de succión.

Los pescantes del tubo de succión suelen ser tres.

Los pescantes del cabezal y el pescante intermedio suelen ser soportes en

forma de pirámide que están conectados a la cubierta principal mediante una

Tubería interior Tubería exterior

Tubería exterior Tubería interior

Anillo de desgaste Anillo de desgaste

Anillo de desgaste Obturador de labio




42

estructura abisagrada. Mediante cilindros hidráulicos o cables de elevación

se controla el movimiento cuando se traslada el conjunto de la tubería de

succión hacia afuera o hacia a dentro de la borda.

Diferentes tipos de pescantes para maniobra de la tubería de succión

El pescante del codo del tubo de succión consta de una parte fija y de otra

móvil. La parte fija está soldada a la cubierta principal y tiene unas pistas

para las ruedas de la parte móvil, la cual se mueve sobre ellas hasta que

llega a una posición en la que las guías del codo entran en los carriles del

casco para descender verticalmente y conectar con la entrada de succión.

Pescante del codo




43

1.4.4.4. Compensador de olas.

Como ya se ha comentado anteriormente, la función del compensador de

olas es la de mantener el contacto entre el cabezal de dragado y el lecho,

debido tanto a las irregularidades del terreno y a los movimientos del buque.

El compensador de olas se sitúa en conexión con el sistema de maniobra del

pescante del cabezal. Además de mantener el cabezal en posición constante

respecto al lecho, mantiene una presión casi constante del cabezal sobre el

lecho.

El sistema consta de los siguientes componentes:

• Un cilindro hidráulico en cuya parte alta tiene una o dos poleas que

guían el cable de izado del cabezal.

• Una o más recipientes a presión, en las cuales la parte baja está

rellena de aceite y la alta de aire.

• Una bomba de aceite y un tanque.

Compensador de olas Chigre del cabezal

Relés de cambio Controlador

del chigre

del cabezal

Tanque

de aceite

y aire


Cabezal

Compensador de olas




44

• Un compresor de aire.

• Un circuito que conecta los sistemas neumáticos e hidráulicos.

El esquema junto a la fotografía de la página anterior muestran los

componentes mencionados.

Durante el movimiento de ascensión del buque, el pistón del compensador

es empujado hacia abajo como resultado del incremento de fuerza que

ejerce el cable. El émbolo comprime entonces el aire en el recipiente a

presión. Durante el siguiente movimiento de descenso del buque, el pistón

sale como resultado del incremento de presión en el recipiente. Este sistema

asegura que los cables estén siempre en tensión.

La presión media en los recipientes a presión está determinada por el peso

con el cual el cabezal de dragado va a descansar sobre el fondo. La

siguiente tabla sirve de guía para saber las presiones de trabajo en distintas

configuraciones.




45

Profundidad de Succión Compensación

Barro Arena

80% 50% 50% 20%

25 m

Peso del cabezal en el fondo kg 1.800 4.500 4.500 7.200

Presión de aire de llenado bar 15.0 15.0 8.0 8.0

Pistón dentro bar 26.2 17.9 18.6 9.8

Pistón a media carrera bar 24.7 17.1 17.1 9.4

Pistón fuera bar 23.3 16.4 15.8 9.0

17.5 m





Pistón fuera bar 26.1 18.2 17.5 9.8

10 m





Pistón fuera bar 27.1 18.9 18.1 10.1

1.4.4.5. Maquinillas de los tubos de succión.

Consta de un tambor acanalado con una longitud y/o diámetro tal que

queden 5 vueltas de cable en el tambor cuando la tubería de succión esté en

su posición más baja. Cuando la tubería sale del agua se vuelve más

pesada, por lo que para salvar este hecho el cable se pasa a otro tambor de

menor diámetro. Las maquinillas pueden ser hidráulicas o eléctricas.




46

1.4.4.6. Bomba de dragado.

La bomba de dragado centrífuga constituye indudablemente el corazón de la

draga. Los factores determinantes con respecto a la aspiración y el

transporte de la mezcla por la bomba son:

• Las dimensiones de la bomba.

• La potencia disponible para la bomba y la velocidad de régimen.

• El trazado del circuito de tuberías de succión y descarga.

• La posición de la bomba con respecto al nivel de agua exterior.

Cuanto más baja esté la bomba, mayores concentraciones de mezcla

se pueden conseguir.

Se debe cuidar que la dirección de rotación de la bomba cumpla con la

dirección de rotación de la mezcla causada por las curvas del sistema de

tubería.

Las características de la bomba son el producto de las dimensiones de la

bomba, de la cantidad de revoluciones y de la potencia disponible para la

bomba. Por regla general, estas características consisten en un campo de




47

velocidad constante y un par constante, o un campo de potencia constante

dependiendo del tipo de accionamiento.

El control de la velocidad de las bombas de dragado depende en gran

manera del accionamiento. Si es el motor principal el que acciona la bomba,

entonces la regulación de la velocidad no es posible o solo lo es de forma

escalonada mediante reductora. Si la bomba es movida por un motor diesel

independiente, entonces si se puede controlar la velocidad. Pero el mejor

control se logra cuando el accionamiento es eléctrico.

En estas dragas, se utilizan tanto las bombas de pared simple como de

doble pared. Las bombas de doble pared tienen una carcasa interior

separada que puede desgastarse por completo sin necesidad de repararla.

Esto se logra mediante compensación de la presión. La presión en una

bomba en funcionamiento es igual dentro que fuera de la carcasa interior de

la bomba. Para conseguir esto, el espacio entre la carcasa interior y la

exterior se llena con agua y se presuriza. Además de una extensión de la

vida operativa de la carcasa interior, estas bombas aumentan la seguridad

en caso de explosiones.




48

Ilustración izquierda: bomba de pared simple. Ilustración derecha: bomba de doble pared.

Las características de la bomba se

modifican dependiendo del material

que se vaya a bombear y la

concentración de la mezcla. Así por

ejemplo, cuando se trata de arcilla y

materiales limosos, la presión de

elevación manométrica, a un par

constante, aumentará más o menos

a razón de la concentración de la

mezcla, en tanto que el rendimiento

bajará algo. Si la bomba transporta

arena, la presión de elevación no

aumentará tanto y el rendimiento de

la bomba normalmente bajará más

que cuando se bombea arcilla o

materiales limosos.

A favor de un transporte continuo de la mezcla desde el lecho hasta el

interior de la cántara, hace falta una presión determinada para vencer la

altura estática de succión y de impulsión, así como las diversas resistencias




49

de tuberías, codos y bifurcaciones, y las pérdidas a la entrada del cabezal de

succión. Esta presión determinada que es suministrada por la bomba de

dragado, y que se llama también “altura de elevación manométrica”, equivale

a la diferencia que mide entre el nivel de energía inmediatamente después

de la bomba y el nivel de energía inmediatamente antes de la bomba.

Bomba de doble pared

Respecto a la presión del lado de succión de la bomba, desde un punto de

vista físico, el término de presión de succión absoluta es más correcto e

induce menos a confusión que el término de vacío tan común entre los

dragadores. Lo que ocurre es que cuando se aplica a una bomba sumergida,

existe la posibilidad de que se produzca un vacío negativo, lo cual significa

que hay una sobrepresión. Para completar, se recuerda que el vacío de una

bomba de dragado equivale a la altura barométrica menos la presión de

succión absoluta.

Incidiendo en la colocación de la bomba por debajo del nivel del agua,

recordaremos que ello dará lugar a una modificación considerable de las

circunstancias de succión para el equipo de bombeo. La bomba sumergida




50

no se aplica solamente con el objeto de posibilitar el dragado a

profundidades mayores. En teoría, repetimos, las ventajas que logra son:

• Aumento de la cota de dragado

• Aumento de concentración de la mezcla

• Regularidad en el desarrollo del proceso

Según las reglas de la técnica del transporte hidráulico, existe cierta

profundidad óptima donde la bomba ha de colocarse para que, a

determinada profundidad de dragado, con un determinado trazado de la

tubería y trabajando un material a dragar en particular, se alcance una

producción máxima con un determinado consumo de energía. Esto es en la

teoría, pero sirve para poco en la práctica realmente.

Como ocurre que muy rara vez se adquiere una maquinaria para una única

obra, y porque además ocurre que las circunstancias del trabajo no son

nunca iguales en un mismo proyecto, ni tampoco la clase de material a

dragar, la óptima colocación de la bomba bajo la línea de flotación no es

tarea fácil, y por eso se suele colocar la bomba siempre algo más baja de lo

que hace falta según la técnica del transporte hidráulico. Ello significa que el

margen entre la presión de succión que se produce normalmente y la

presión de succión mínima admisible se hace mayor y por lo tanto disminuye

el riesgo de cavitación y de parada de la bomba. De este modo se desarrolla

el proceso de dragado con más regularidad, debido a lo cual la producción

media aumentará.

El caso particular de las bombas sumergidas añade una ventaja adicional, y

es que posibilita la aplicación de bombas con una mayor presión de succión

mínima admisible. Si lo expresáramos en términos constructivos, estaríamos

hablando de bombas más pequeñas, de accionamiento eléctrico, que




51

funcionan a velocidades más altas con una reducción considerable de peso

del equipo de bombeo así como de la inversión.

Tramo correspondiente al conjunto de tubería con bomba sumergible

1.4.4.7. Bomba de agua a presión.

Estas bombas suelen ir instaladas en la sala de bombas o en la sala de

máquinas. Se emplean para dos tareas principalmente: inyectar agua a

presión en el cabezal para ayudar a romper el apelmazamiento del material y




52

ayudar además a diluir la mezcla en el cabezal y facilitar el transporte

hidráulico, y por otro lado inyectar agua en la cántara para romper los

puentes que pueda formar el material y a la vez diluir la cántara facilitando el

proceso de vertido o descarga.

1.4.4.8. Tubería de descarga.

La tubería de descarga conecta la bomba de dragado con el sistema de

carga de la cántara, o la bomba de dragado con la línea de conexión a tierra

o con la tubería que inicialmente era de succión y que ahora se convierte en

tubería de descarga si ésta se efectúa por el cabezal. Toda draga tiene la

posibilidad de descargar la mezcla directamente sin pasar por la cántara si

la concentración no es la adecuada (baja productividad). Antiguamente esta

descarga se hacía directamente por encima de la línea de flotación del

buque, pero hoy en día y debido a condicionantes medioambientales, la

descarga se efectúa bajo la línea de flotación (véase la siguiente ilustración).

Las dragas con una única tubería de succión tienen una única tubería de

descarga que se coloca longitudinalmente centrada sobre la cántara.

Aquellas que tienen dos tuberías de succión pueden igualmente tener una

única tubería central de descarga que se conecta a las anteriores mediante

una conexión en “Y”. El uso de una única tubería centrada de descarga tiene




53

la finalidad de hacer una carga uniforme y centrada en el buque

independientemente del tubo de succión que este trabajando, puesto que de

usar dos tuberías y trabajar una sola de las bombas, el buque podría cargar

más una banda que otra dando lugar a escoras.

El sistema de tubería de descarga también tiene una conexión por proa a

tierra. Esta conexión se hace a través de una conexión con una rótula de

bola para permitir los movimientos del conjunto buque-tubería de tierra.

1.4.4.9. La cántara.

Es el espacio del buque destinado a la carga y almacenamiento del material

dragado. A continuación se expondrán las partes, funciones y procesos que

se llevan a cabo en la cántara.

• Sistema de carga:

El objetivo del sistema de carga en la cántara es el de verter la mezcla

dragada de la manera menos turbulenta y lo más equilibrada posible en su

interior. Se pueden distinguir tres sistemas posibles (cada uno de ellos con

diversas variantes):

• El sistema de difusor.

• El sistema de descarga central.

• El sistema de carga profundo.

El Sistema de Difusor consta de un difusor abierto al final de la tubería de

descarga, el cual vierte la mezcla justo por debajo del punto más alto del

sistema de rebose.




54

Con este sistema se consigue una buena distribución transversal. La

desventaja del difusor abierto es la cantidad de aire que entra, que puede

obstruir el asentamiento del material.

Mediante el sistema de distribución cerrado (Sistema Central), el material se

vierte a través de un conducto de distribución colocado transversalmente en

la zona central de la cántara. La mezcla fluye hacia ambos lados de la

cántara, donde hay reboses telescópicos ajustables. En teoría, el grado de

turbulencia disminuye debido a la distribución del flujo por ambos lados. Una

ventaja adicional de este sistema es que debido a los reboses en ambos

lados de la cántara, el buque puede mantenerse a calados iguales más

fácilmente.

Reboses




55

El Sistema de Carga Profundo la mezcla se descarga en la cántara muy

cerca de su parte baja. La ventaja de este sistema está en la reducción de

energía que se alcanza como resultado del contacto de la mezcla con el

material ya decantado. Otra ventaja es el beneficio energético logrado por el

efecto sifón.

En principio esto es cierto, pero existen numerosas dragas con este sistema

para las cuales estos efectos beneficiosos no aplican ya que las tuberías de

descarga no son estancas al aire. La simple colocación de válvulas en la

línea son causantes de lo mencionado. Estas válvulas son necesarias

cuando se está cargando material basto o grava, ya que se decanta muy

Rebose




56

rápidamente en la zona de la descarga y se hace imposible llenar la cántara

de manera uniforme dando lugar a que el buque quede trimado con carga y

agua en la cántara (véase ilustración siguiente).

Otra desventaja del sistema, además de la entrada de aire, está en la

dificultad de descargar la mezcla uniformemente de manera transversal, lo

que da lugar a turbulencias que altera el material ya decantado.

Existe un cuarto tipo como combinación del Sistema de Difusor y el Sistema

de Carga Profundo. Este sistema se sitúa a media altura en la cántara

(véase siguiente ilustración).




57

• La forma de la cántara: La forma de la cántara tiene que cumplir con los siguientes requerimientos:

• Deben existir las mínimas obstrucciones dentro con el fin de mantener

el grado de turbulencia lo más bajo posible en conexión con el

asentamiento del material.

• Mamparos lo más rectos posibles con cierto chaflán en la parte baja

para mejorar la descarga.

• Fácilmente accesible para mantenimiento.

• El nivel de arena por encima del nivel de agua exterior al menos

cuando el buque haya alcanzado su máximo calado, pero

preferiblemente también con calado restringido (50-60% de la máxima

carga útil).

El objetivo es conseguir que el material dragado se asiente mientras que el

agua sobrante salga de la cántara a través de los reboses.

Las pérdidas por rebose dependen en gran medida del ratio entre el tiempo

que una partícula necesita para asentarse y el tiempo que permanece en la

cántara, y depende en menor medida del ratio entre la velocidad horizontal

en la cántara y la velocidad de asentamiento de la partícula, y es una medida

del grado de turbulencia en la cántara. Para un mejor asentamiento, las

cántaras, largas, estrecha y bajas son más favorables.

Existe, no obstante, el peligro de una distribución desigual a lo largo de la

cántara, como ya se ha visto, lo que obliga a la colocación de una serie de

válvulas de distribución en la tubería de descarga. Estas válvulas disminuyen

la longitud de asentamiento complicando el resultado final.




58

La siguiente ilustración muestra la evolución de las secciones de las

cántaras.

Las secciones en forma de “V” son las más

comunes en los diseños modernos




59

No obstante lo anterior, las formas más limpias y sin obstáculos se

consiguen en las dragas hendibles, como la de la ilustración, ya que el

buque carece de válvulas o puertas de descarga en el fondo.

• Tipos de rebose: Hoy en día la gran mayoría de las dragas se construyen con reboses

ajustables, además de la característica de que la mayoría de las dragas son

del tipo denominado Sistema de Tonelaje Constante, el cual requiere un

sistema de rebose ajustable continuo.

Hay, no obstante diferencias en la forma y posición del rebose con el fin de

incrementar la longitud efectiva de asentamiento.

Sistema estándar




60

Sistema estándar de rebose ajustable

Sistema ajustable en sentido transversal (manga) de la cántara

Rebose ajustable en toda la manga

de la cántara

• Sistema de descarga:

Como ya se ha mencionado con anterioridad, la descarga puede efectuarse

o bien mediante vertido por el fondo o por bombeo a tierra.




61

1) Vertido de la carga por el fondo.

El objetivo es el vertido en el menor tiempo posible. Para ello, existe una

amplia variedad de sistemas: válvulas cónicas de fondo, clásicas puertas

abisagradas de fondo, puertas de fondo correderas o la cántara hendible

mencionada también en este estudio.

A: Válvulas cónicas

B: Puertas de fondo abisagradas

C: Puertas de fondo correderas

D: Cántara hendible

E, F, G y H: Otros sistemas con muy poca o nula implantación

Los requerimientos que han de cumplir los sistemas de descarga para

vertido son:

• En primer lugar, el buque tiene que ser capaz de descargar la carga

en un corto espacio de tiempo, y tan completamente como sea

posible y para toda clase de materiales. Esto significa que la zona de




62

descarga tiene que ser suficientemente grande. Dependientemente

del material dragado, el ratio área-descarga (ratio total área-

descarga/área horizontal de la cántara) se incrementa desde el 10%

para mezclas fluidas hasta el 50% para tipos de materiales cohesivos.

• Evitar al mínimo salientes, ya que pueden causar la formación de

puentes de material. Adicionalmente tienen la desventaja de formar

obstrucciones para el asentamiento.

• Una obturación apropiada bajo todas las circunstancias. Esta

demanda se incrementa en importancia cuando el material dragado

es cieno (contaminante)

• No debe tener, o tener muy poca, influencia en la resistencia del

buque.

• Ser fácil de mantener. Las zonas de desgaste deben ser fácilmente

accesibles.

• Posibilitar el vertido en aguas poco profundas.

Con relación al primer

requerimiento, las puertas tienen la

ventaja sobre el resto de sistemas,

y para las 4 últimas demandas, las

válvulas cónicas o la cántara

hendible. La descarga por el fondo

en aguas poco profundas también

es posible si se usan puertas

específicas para estos calados

(véase la ilustración siguiente).

La operación de la descarga por el fondo se hace principalmente mediante

sistemas hidráulicos. Para las puertas y válvulas cónicas, los cilindros

hidráulicos se posicionan verticalmente. Las puertas o válvulas en este




63

sistema pueden ser operadas en grupos, generalmente de tres. En cada

grupo, el sistema hidráulico controla tanto el cilindro de babor como su

correspondiente de estribor.

Para las puertas correderas

horizontales, se necesitan dos

cilindros en el sentido longitudinal

del buque que activaran las

puertas. Ambos cilindros se

mueven simultáneamente de

manera que todas las puertas se

abren al unísono.

La draga hendible tiene una cántara sin obstáculos y en su posición abierta

se produce una descarga a alta velocidad que es especialmente útil para

verter sobre vertederos submarinos.

Para el vertido en este tipo de

dragas, el buque se abre en dos

en sentido longitudinal. Las dos

mitades están conectadas

mediante goznes y cilindros

hidráulicos. No es necesario decir

que el puente y la habilitación

permanecen en posición vertical

en todo momento. La ilustración de

la derecha muestra diversos

mecanismos para la apertura de la

cántara.




64

2) El sistema de descarga a tierra.

Excepto para el caso de descarga directa al fondo, pude ser deseable para

ciertos trabajos bombear directamente a tierra, no solo por razones técnicas

sino a veces por motivos económicos. En principio, la descarga directa del

fondo y la posterior re-manipulación con una draga cortadora de succión es

más barato, aunque no obstante se han de considerar una serie de

condiciones financieras:

• El trabajo debe ser de una envergadura tal como para recuperar los

costes de movilización de una draga cortadora de succión extra.

• Esto cuenta igualmente para la re-manipulación del vertedero

submarino, desde el que la draga cortadora de succión bombeará la

tierra depositada hasta la zona de recuperación en tierra. Esto puede

ser positivo si tal vertedero está dentro de la zona del proyecto.

Pero existen también ocasiones en las que el bombeo directo a tierra, el

llamado “rainbowing”, tiene grandes ventajas. Por ejemplo en trabajos como

la regeneración de playas.

El sistema de descarga a tierra debe ser instalado desde la construcción del

buque. Consiste en uno o dos canales de succión situados a ambos lados de

la quilla de cajón central, como se muestra en la siguiente ilustración.




65

O bien consta de una tubería centrada dentro de la quilla de cajón (véase la

siguiente ilustración).

En el primer caso, la parte alta de este o estos canales auto descargables

están equipados con puertas altas a través de las cuales el material dragado

entra en los túneles, los cuales están conectados de alguna manera con el

agua exterior y por la otra parte con la bomba de descarga. Las mezclas

bombeadas a tierra, si están bien diseñadas, alcanzan grandes densidades y

caudales (7.500 m³/h con tubería de 800 mm de diámetro, por ejemplo,

aunque cierto es que también depende del tipo de material del que se trate).

El resto de la carga que no puede ser descargada por este método no debe

ser superior al 5% del total.




66

1.4.5. CONFIGURACIONES.

Las principales configuraciones de estas dragas son:

1.4.5.1. Dragas de cántara simple.

Las dragas más comunes son aquellas con una única cántara. La sala de

máquinas se sitúa siempre a popa del buque, incluso cuando el puente y la

habilitación se colocan en proa. Es también práctica común el uso de doble

línea de ejes.

La posición de la sala de bombas, con mamparos estancos donde se sitúa la

o las bombas de dragado, tiene también una gran influencia en la disposición

general de las dragas portadoras de succión en marcha. La disposición más

simple es la de la sala de bombas justo a continuación de la sala de

máquinas.

En este caso, los motores principales accionan tanto a las líneas de ejes

(hélices de paso controlable) como a las bombas. Dado que las bombas de

dragado funcionan a un número fijo de revoluciones, la velocidad del buque

puede variarse fácilmente cambiando el paso de la hélice.

Si por el contrario el buque se equipase con hélices de paso fijo, la

disposición que le correspondería sería la de la siguiente ilustración.




67

Otra disposición del equipo, como alternativa a la anterior es la siguiente.

De las tres alternativas vistas hasta ahora, la primera es la que hace un

mejor uso de la potencia instalada. No obstante, la limitación que tienen está

en la longitud total de tubería y por lo tanto en la profundidad de dragado. No

hay que olvidarse que la tubería tiene que ir estibada en cubierta y si

consideramos cotas de dragado superiores a 70 m las disposiciones a

emplear son:




68

Esta última ilustración muestra una disposición muy usada últimamente en la

que se hace un uso masivo de energía eléctrica, la cual se obtiene a partir

de motores y generadores de alto rendimiento.

Las dragas más pequeñas suelen usar también doble línea de ejes por dos

razones:

• La cántara vacía determina el calado del buque y por tanto el

máximo diámetro de la hélice. Transferir cierta cantidad de

potencia a una sola hélice conduce a elevar las revoluciones a una

hélice sobrecargada dando lugar a bajos rendimientos.

• Los buques con doble línea tienen una mayor maniobrabilidad que

los de una sola hélice.

1.4.5.2. Dragas de doble cántara.

A finales de los años sesenta y principios de los setenta del pasado siglo, la

disposición con doble cántara se hizo bastante popular. En estos buques, la

sala de máquinas y/o la de bombas estaban colocadas entre las dos

cántaras. La principal ventaja de esta disposición era el menor momento

flector que tenían estos buques. Por el contrario como desventajas cabe

mencionar que los ratios de las cántaras los hacían desfavorable para la

sedimentación, además de las varias válvulas adicionales para trimar el




69

buque convenientemente. Esta disposición se puede ver en las siguientes

ilustraciones.

En estos buques, la habilitación iba localiza en el centro del buque. En

ambos casos, los motores principales accionaban tanto a las líneas de ejes

como a las bombas de dragado. Este sistema también admitía el uso de

energía eléctrica.

1.4.5.3. Dragas de cántara simple con bomba sumergida.

Para profundidades superiores a 50 m, la instalación de una bomba

sumergida se hace económica. Esta bomba va directamente incorporada en

la tubería de succión, a medio camino entre el cabezal de dragado y la

entrada al costado del buque. Puede ser accionada eléctrica o

hidráulicamente, aunque el sistema hidráulico se utiliza más en dragas de

menor porte.




70

En las dragas grandes, la bomba y el accionamiento eléctrico van en un

compartimento compacto directamente montado en la tubería de dragado

como ya se ha mencionado. El número de revoluciones del accionamiento

eléctrico se elige de manera que corresponda con las revoluciones que

necesita la bomba. Esta solución ha demostrado ser una construcción liviana

y económica.

Unas posibles disposiciones cuando se emplean bombas sumergidas

pueden ser las siguientes:




71

1.4.5.4. Dragas con cántaras hendibles.

Las dragas con cántaras hendibles, de las que ya se ha hablado

anteriormente, pueden en principio tener una disposición como las que se

muestran a continuación.

Como es evidente, tanto la sala de máquinas como la sala de bombas se

divide longitudinalmente en dos mitades.

1.4.5.5. Posición de la sala de bombas.

Lo colocación de la sala de bombas junto a la sala de máquinas presenta las

siguientes ventajas:

• El control y el mantenimiento puede ser realizado más fácilmente por

el personal de máquinas.

• Con el buque vacío, la entrada de succión está más baja respecto a la

flotación que si estuviera en proa, como resultado del trimado.




72

• Por las formas de la popa, los cabezales de dragado se moverán

menos frecuentemente bajo el buque cuando trabajan con poco

calado o sobre lomas.

• El accionamiento directo de las bombas de dragado por los motores

principales es considerablemente más eficiente que transportar la

energía desde la popa a la sala de bombas en proa.

Respecto a sus desventajas:

• La principal desventaja de la sala de bombas junto a la de máquinas

en popa está en la limitación de la profundidad de dragado por la

longitud del tubo de succión.

• La distribución del peso es menos ideal que con la sala de bombas en

proa. Por esta razón, las dragas de hoy en día llevan la habilitación en

proa.

• Dado que los cabezales de dragado están más cerca de las hélices,

siempre está el peligro de enredo de cables en las mismas.

1.5. BIBLIOGRAFÍA.

• Bray, R.N. “A Review of the Past and a Look to the Future”. Terra et

Aqua nº 70. Junio, 1998.

• Bray, R.N., Bates, A.D. y Land, J.M. “Dredging. A handbook for

Engineers”, Segunda edición. Editorial Butterworth-Heinemann. 2001.

• Escalante, Raúl S. “Consideraciones Generales”. Cátedra de Ingeniería

de Dragado. Escuela de Graduados en Ingeniería Portuaria. Facultad de

Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires.

• Ortego Valencia, Laia. “Técnicas de dragado en ingeniería marítima”.

Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos.

Universidad Politécnica de Cataluña. 2003.




73

• “Ports and Dredging”. Revista editada por IHC Merwede. Varios

números.

• “Turbidity”. International Association of Dredging Companies, number 2,

2007.




74




75

2. CÁLCULOS




76




77

2.1. INTRODUCCIÓN

A continuación se hará una introducción teórica a la Física que interviene en

las distintas fases del proceso de dragado, mostrando distintos modelos

usados actualmente.

2.2. PROCESO DE DRAGADO

El proceso de dragado de una draga portadora de succión en marcha

consiste en:

• Ciclo de dragado

• Navegación hasta la zona de descarga

• Descarga y navegación de vuelta a la zona de dragado

Cada parte de este ciclo contribuye en mayor o menor medida a la

producción, por ello, cuantos menos problemas se den en cada proceso por

separado, mayor será el ciclo productivo.

2.2.1. PROCESO DE CARGA.

El proceso de carga se puede dividir en:

• Excavación

• Transporte

• Depósito

2.2.1.1. Excavación.

En contraste con las dragas cortadoras de succión, las dragas portadoras

quitan las capas de terreno de manera horizontal. Este método tiene

consecuencias en la determinación del material a quitar. Normalmente la

variación horizontal (por ejemplo en cuanto a tamaño de grano o tipo de




78

material) es considerablemente menor que la variación vertical. Esto implica

que la mezcla de varias capas es menor lo que da menos significado a un

material “medio” dentro de la zona de dragado.

En principio, estas dragas pueden emplearse para gran variedad de

terrenos. El rendimiento depende del tipo de terreno y de la potencia y

medios para romper la coherencia del terreno.

En el proceso de excavación, se pueden encontrar los siguientes tipos de

materiales:

• Materiales líquidos o licuados (cienos o limos y arcillas suaves)

• Materiales cohesivos (arcillas firmes y rocas suaves)

• Materiales no cohesivos (arenas y gravas).

Excavación de materiales licuados. Cuando se dragan limos o arcillas suaves los índices de plasticidad y el

índice líquido (Límite de Attenberg) son importantes. El primer índice

determina si el tipo de terreno se comporta de forma arcillosa o arenosa.

Para un índice de plasticidad menor que 7, el material se comporta de forma

arenosa. El segundo índice determina si el material se comporta como un

fluido y de esa manera es fácil de dragar, o firme y tiene que ser cortado. Un

terreno se comporta como un fluido cuando el contenido de agua está cerca

al límite líquido. Para un comportamiento fluido, el índice líquido de ser

superior a 0,9.

Cuando se draga un material con comportamiento líquido, la concentración

volumétrica




79

es casi independiente de la densidad in situ. Tampoco las dimensiones y el

tipo de cabezal de dragado tienen mucha influencia. Esto significa que la

tasa de llenado es también casi constante. Para limos virginales fluidos

estaríamos hablando de un 70 o 75%. En estos casos, el buque se llena

hasta que rebose. El tiempo neto de succión queda totalmente determinado

por el comportamiento reológico del limo.

Si el terreno está contaminado con escombros, como piedras, cables o

basuras (bicicletas, por ejemplo), o si la longitud a dragar es muy corta

haciendo necesarios continuos virajes, la tasa de llenado decrece. Cuando

estos escombros taponan el cabezal, el operador de dragado tendrá que

diluir la mezcla, además de las paradas regulares para destaponar el

cabezal. En estas circunstancias las tasas de llenado suelen de ser del 40%

o inferiores. Cuando el limo alcanza un comportamiento más consistente, y

por lo tanto un índice líquido más bajo, la tasa de llenado decrece. Y como el

lodo en estas ocasiones es más consistente se comportará menos como un

fluido homogéneo y más como una mezcla de limo y arcilla en un transporte

de fluido pesado. La carga después de que se haya alcanzado el rebose,

con un altano nivel de pérdidas por dicho rebose, vuelve a hacerse

interesante ya que la tasa de llenado vuelve a estabilizarse aunque el tiempo

de succión se incrementará también.

Cuando se draga limo, como resultado del proceso de descomposición de

los materiales orgánicos, puede producirse gas en forma de burbujas.

Además, es también posible que este gas esté disuelto en los poros de los

gránulos de este material. Durante el dragado, estas burbujas de gas crecen

cuando van ascendiendo por el tubo debido a la caída de presión a la que se

ven sometidas. Ello equivale casi a la formación de burbujas de vapor en el

agua cuando hay una caída de presión, que da lugar a los fenómenos de

cavitación. Al igual que la cavitación hace disminuir la eficiencia de la




80

bomba, lo mismo ocurre con las burbujas de gas. La ventaja en el caso de

las burbujas de gas es que estas se forman en la tubería de succión antes

de su entrada en la bomba, lo que permite instalar unos sistemas de

desgasificación que ya se explicaron al final del punto 1.4.3. de este estudio.

Excavación en terrenos cohesivos. En la excavación en estos terrenos, por ejemplo con arcillas y rocas suaves,

el corte es lo que domina el proceso de excavación. Se han de montar

cuchillas o dientes en los cabezales de dragado.

Las teoría de corte lineal para roca y arcilla compacta aplican en este caso.

Las fuerzas de corte para la velocidad de arrastre son solo ligeramente

dependientes de dicha velocidad. Además, las fuerzas de corte se

incrementan linealmente con la profundidad. La diferencia de presión sobre

el cabezal apenas juega un papel en la fuerza de corte. Todo ello significa

que la energía específica es casi constante para este proceso de corte.

Para mantener las cuchillas rasgando el terreno, la diferencia de presión

sobre el cabezal es normalmente insuficiente y por ello el visor ha de estar

fijo al yelmo del cabezal. La profundidad del corte se ajusta bien colocando

un tope en el yelmo para cada profundidad de corte deseada, o mediante

cilindros hidráulicos. La fuerza de corte la ha de dar la propulsión.

A efectos de diseño, el cálculo de las fuerzas de corte se hace empleando el

concepto de energía específica Es, siendo ésta la energía necesaria para

cortar un m³:

Es: Energía específica [J]

Ns: Potencia de corte [W]

Ps: Producción de corte [m³/sg]




81

Donde:

v: Velocidad de arrastre [m/s]

Fs: Fuerza de corte [W]

d: Profundidad de corte [m]

b: Ancho del cabezal [m]

La energía específica para diferentes tipos de terrenos es conocida dentro

de las compañías de dragado, pero pueden ser calculadas mediante las

expresiones anteriores.

Del empuje disponible de las hélices, se puede obtener la fuerza de tiro

disponible. Para el cálculo de la producción del cabezal se debe utilizar, no

obstante, el promedio de la fuerza disponible, y ésta depende de la variación

de la profundidad del corte, entre otras cosas. Este valor adimensional varía

entre 1,25 y 1,5 llegando en ocasiones a 2.

Excavación en terrenos no cohesivos. Con estos materiales (arenas, gravas, etc.) el proceso de excavación dentro

del cabezal de dragado es físicamente complicado. Si no hay chorros de

agua para excavar el terreno, el trabajo del cabezal estará basado

únicamente en la erosión del flujo generado por la succión de la bomba de

dragado bajo los límites del cabezal. La diferencia de presión sobre el

cabezal generada por este flujo provoca otro flujo de agua bajo el terreno

que está inmediatamente por debajo del cabezal (véanse las ilustraciones

siguientes).




82

Veamos a continuación la situación estacionaria del potencial del agua bajo

el terreno. Usando la ilustración siguiente, el flujo viene dado por:

El flujo vertical bajo el terreno que está debajo del cabezal, generado por

esta diferencia de presión, causa una disminución en el esfuerzo sobre la

arena. Este gradiente hidráulico crítico para mover las partículas desde el

equilibrio de la fuerza del flujo con el peso sumergido de las partículas, lleva

a la siguiente ecuación y subsiguientes desarrollos:




83

Para x=0:

Para y=0:

Para y=0 la condición siempre se cumple. El término (100-n)/100 es el ratio

de partículas de arena sobre el volumen total. Para y=0 se cumple siempre

la condición puesto que x/b es siempre menor o igual a ½.

Para el caso x=0, la siguiente gráfica muestra la profundidad crítica, la cual

se ve que es relativamente alta.

No obstante, por efecto de la acción erosiva del agua entrando en el

cabezal, los granos tienden a separarse unos de otros con una caída de

presión en los poros que incrementa el esfuerzo de los granos. El proceso

dominante dependerá de un número de factores. La cuestión es si el flujo del

agua bajo el terreno es capaz de mantenerse con el incremento del volumen

de los poros de la arena. Si este no fuera el caso entonces una caída

adicional de la presión del agua tendría lugar, con una reducción del proceso

de erosión como resultado.




84

El ratio entre la tasa de flujo de la mezcal Qmezcla y la tasa del flujo de erosión

Qerosión en función de la concentración del transporte Cvd, viene dado por:

O bien:

Donde:

Qmezcla: Mezcla o tasa de flujo de la bomba de succión [m³/s]

Qerosión: Tasa de erosión del flujo, tomado bajo los límites del cabezal

de dragado [m³/s]

Qarena: Tasa de flujo de arena [m³/s]

Cvd: Concentración del transporte [-]

n0: Ratio de poros [-]

El balance del volumen se muestra en la siguiente gráfica. Desde un punto

de vista físico, la concentración se incrementará también cuando la

velocidad de erosión o de rotura bajo el cabezal de dragado se incremente

(línea de la erosión de la gráfica) cuando la Qmezcla permanece constante.

Por experiencia, se sabe que para un cierto tipo de cabezal sin chorros de

agua a alta presión, la concentración Cvd depende mínimamente de la tasa

de flujo de la mezcla, y por ello el cociente Qerosión/Qmezcla permanece

prácticamente constante.




85

Como regla rápida para calcular la profundidad “d” o promedio de

profundidad de erosión, se puede emplear la siguiente expresión:

Donde “k” es la permeabilidad de la arena al agua, “vt” la velocidad de

arrastre del cabezal de dragado en m/s y “α” un factor que depende de las

dimensiones del cabezal.

Incrementando el ancho del cabezal de dragado, la profundidad promedio

descenderá, si miramos al proceso de erosión alrededor del cabezal.

Desafortunadamente el conocimiento del proceso para determinar un ancho

óptimo del cabezal de dragado es todavía limitado. La máxima concentración

Cvd para cabezales sin chorros de agua a presión permanece limitada al

15% con arenas sueltas. En muchos casos no obstante, Cvd es inferior al

10%.

Si se emplean chorros de agua a presión en el cabezal para excavar la

arena, se consigue reducir la tasa de flujo de erosión, ya que el equilibrio de

volumen se debe cumplir:




86

Operando de igual manera que anteriormente se llega a las siguientes

expresiones:

Siendo

Que se corresponde con un conjunto de líneas en el diagrama

Qerosión/Qmezcla, Qchorro/Qmezcla para valores constantes de Cvd/(1-n), como se

ve a continuación:

Este diagrama representa la relación entre las capacidades para cumplir el

equilibrio de volumen en el cabezal de dragado, y muestra que las altas

concentraciones de densidades de mezcla se pueden alcanzar sólo para

valores bajos de Qerosión/Qmezcla y Qchorro/Qmezcla.

En el caso de emplear bombas de chorro de muy alta capacidad, la tasa de

flujo de erosión puede dar lugar a un efecto negativo que resulte en escapes

por detrás del cabezal. Si los chorros están bien distribuidos a todo lo ancho




87

del cabezal, se puede alcanzar un perfil de erosión con una profundidad casi

constante en toda su anchura.

Se puede suponer de forma razonable que la producción del chorro es lineal

con un momento total del sistema de inyección e independiente de la

velocidad de arrastre. De esto se desprenden las siguientes expresiones:

• Momento:

• Masa de arena erosionada en kg/s y por chorro:

Donde:

I: Momento de inercia

Marena: Masa de arena erosionada en kg/s y por chorro

pchorro: Presión del chorro en la tobera en Pa

Q: Caudal del chorro en m³/s

u: Velocidad del chorro en la tobera en m/s

α: Coeficiente que depende del tamaño de la partícula, presión

del chorro, caudal del chorro y velocidad de arrastre. Se puede

asumir razonablemente un valor para α de 0,1

ρw: Densidad del agua en kg/m³.

Cuando las toberas están uniformemente divididas a lo ancho del cabezal,

entonces la masa M deberá cumplir la relación:




88

b: Ancho del cabezal en m

d: Espesor de la capa erosionada en m

varrastre: Velocidad de arrastre en m/s

ρsitu: Densidad del terreno in situ en kg/m³

ρpartícula: Densidad de las partículas en kg/m³

El caudal de las bombas de chorro suelen ser de un 20 a un 30% del caudal

de las bombas de dragado, y con una presión de entre 5 y 15 bar.

Se puede calcular la presión a través de la expresión:

Los resultados se muestran en la siguiente gráfica:




89

2.2.1.2. Transporte de la mezcla.

Las características que describen el flujo de la mezcla en una línea de

tuberías en conexión con un proyecto de dragado, es de gran importancia

para la seguridad y economía de la operación. Van a indicar si el transporte

se lleva a cabo en un régimen que evita el peligro de bloqueo de la tubería y

determinan la cantidad de material que se puede transportar junto con la

energía que se disipará en el flujo para transportar la cantidad de material

requerido a través de dicha tubería.

La energía para este transporte es suministrada por la bomba de dragado.

Una combinación de tubería y características de la bomba determinará el

comportamiento del sistema de dragado y la producción de sólidos por el

sistema. La producción está limitada por los valores de la velocidad flujo de

la mezcla y la concentración que el sistema es capaz de establecer en la

línea de tubería.

La T.S.H.D. “Waterway” descargando a tierra a través de tubería flotante

conectada por proa




90

A continuación se desarrollará un modelo de interacción entre la bomba y la

línea de tubería a la que está unida.

• Ecuación de Bernouilli. La cantidad de energía mecánica disponible en el flujo dentro de una tubería

está cuantificada en la Ecuación de Bernouilli. Si el flujo es estable, sin

rozamiento e incompresible, entonces en un punto cualquiera a lo largo de

la línea se cumple que

h: Posición geodésica, elevación [m]

p: Presión en un punto de la corriente [Pa]

vf: Velocidad del fluido en un punto de la corriente [m/s]

ρf: Densidad del fluido [kg/m³]

g: Aceleración de la gravedad [m/s²]

Cada término de la ecuación anterior representa una “altura” que se mide en

metros de columna, “m”.

El primer término representa la energía potencial del fluido, el segundo

término representa la energía del fluido y el tercero la energía cinética. La

proporción de los valores de cata término en particular cambia con las

variaciones de las condiciones del flujo durante el movimiento de una

partícula de una posición a otra.




91

Considérese el flujo de agua a través de una sección de tubería. Se asume

el flujo estable (flujo constante) e incompresible (densidad constante). Si la

sección de tubería es horizontal y el diámetro de la tubería al comienzo de la

sección es menor que al final, entonces la presión al comienzo de la sección

es menor que al final de la sección (sección de tubería a la entrada de la

aspiración de la bomba en la siguiente ilustración).

Variación de presión a lo largo de la línea de tubería

conectada a una bomba de dragado

Altura geodésica

Altura piezométrica

Altura cinética

Nivel de referencia

V

H

a b

Altu

ra m

anom

étric

a

Nivel energético

Nivel piezométrico




92

Esto es debido a que la velocidad en la entrada es mayor que en la salida.

Una porción de la energía cinética es transformada en energía del flujo en la

sección de la tubería. Si la tubería permanece con diámetro constante, pero

la sección está inclinada, la presión en lo alto de la tubería es menor que en

el fondo de la misma (tramo inclinado de tubería en la ilustración anterior).

Se necesita hacer un trabajo (pérdida de energía de flujo) para elevar las

partículas desde el fondo hasta la parte alta de la sección de tubería. Las

partículas así elevadas han ganado energía potencial.

En la práctica, el medio de transporte que nos ocupa (agua o mezcla) se

considera incompresible pero el flujo no puede considerarse sin rozamiento.

Cuando el agua o la mezcla fluye por el interior de la tubería, disipan una

porción de su energía mecánica que se transforma en energía térmica

(calor). La pérdida de energía mecánica a lo largo de la sección de tubería

(entre los puntos 1 y 2), debe incorporarse a la Ecuación de Bernouilli de

manera que ésta queda en la forma:

Hpérdidas: Pérdida de carga total debido a la disipación de energía

mecánica entre las secciones de tubería 1 y 2 [m]

P: Presión absoluta media en una sección de la tubería [Pa]

h: Altura geodésica de una sección de la tubería [m]

v: Velocidad media en una sección de la tubería [m/s]

ρf: Densidad del fluido [kg/m³]





93

• Curva H-Q de una bomba centrífuga. El rodete de la bomba centrífuga añade energía mecánica al medio que

fluye a través de la bomba. Como resultado de esta adición de energía se

produce una diferencia de presión en el medio bombeado entre al entrada y

la salida de la bomba (véase la representación esquemática en la ilustración

anterior). La presión añadida al medio depende de la velocidad (r.p.m.) del

rodete y del ratio de flujo a través de la bomba. La relación entre la altura H,

el ratio de flujo Q (caudal) y las revoluciones por minuto del rodete se

presenta en forma de gráficas H-Q como la que se muestra en la siguiente

ilustración.

La altura H es una medida de la energía mecánica de un fluido en

movimiento por unidad de energía de gravedad. Se expresa como la altura

de una columna de líquido de densidad ρf que ejerce una diferencia de

presión ΔP de manera que

La altura debido a la presión diferencial generada por una bomba es

conocida como “altura manométrica”, siendo su unidad de medida el “metro

de columna de agua” (m.c.a.).

Caudal Q (m³/s)

Altu

ra

man

omét

rica

H

Curva H-Q para altas

velocidades de la bomba

Curva H-Q para bajas

velocidades de la bomba




94

Por tanto, la grafica Hman-Q de una bomba da la cantidad de energía que la

bomba suministra al sistema bomba-tubería para unas ciertas r.p.m. del

rodete de la bomba y caudal Q a través de dicha bomba. La altura

manométrica que entrega la bomba al medio está determinada por un

parámetro llamado “presión manométrica” que viene dada por la expresión:

Pman: Presión manométrica absoluta [Pa]

Pp: Presión absoluta en la descarga de la bomba [Pa]

Ps: Presión absoluta en la succión de la bomba [Pa]

hp: Distancia vertical entre el eje de la bomba y la descarga de la bomba

[m]

hs: Distancia vertical entre el eje de la bomba y la succión de la bomba

[m]

Vp: Velocidad media de la mezcla en la descarga de la bomba [m/s]

Vs: Velocidad media de la mezcla en la succión de la bomba [m/s]

ρm: Densidad del medio bombeado [kg/m³]





95

• Leyes de afinidad para las características de la bomba. Siendo Hman la altura manométrica, Q el caudal, Wout la potencia de salida

de la bomba, η el rendimiento y n las r.p.m., se cumplen las siguientes leyes

de afinidad:

• Efecto de los sólidos en las prestaciones de la bomba. Las siguientes gráficas muestran, a modo de ejemplo, la influencia que

tienen los sólidos en transporte hidráulico en las prestaciones de la bomba.

El test se realizó con una bomba con rodete de 0,5 m de diámetro,

conectada a un motor de 162 kW. Las revoluciones de la bomba fueron

1000 rpm y se bombeó arena de granulometría entre 0,2 y 0,5 mm (datos

del Laboratorio de Tecnología de Dragado de la Universidad Tecnológica de

Delft, Holanda).




96

Las partículas sólidas de una mezcla que está siendo bombeada,

disminuyen el rendimiento de la bomba de dragado, como se ve en las

gráficas anteriores. La relación de los rendimientos de la bomba cuando se

bombea mezcla o agua

es también una medida de la reducción de la presión manométrica y de la

reducción de la potencia de salida:



El parámetro fc para mezclas de arena y grava, de acuerdo con la fórmula de

Stepanoff (1965) relativa al tamaño de partícula d50, y con una concentración

Cvd de sólidos en la mezcla transportada, viene dado por:

En la ecuación anterior, Cvd es adimensional y d50 viene en mm.

La reducción del rendimiento de la bomba y el incremento de la presión

manométrica aumenta con el tamaño de la partícula y con la concentración

de sólidos. La reducción es relativamente pequeña para arenas finas pero es

bastante significativa si se bombean mezclas de arena y grava (véase la

gráfica anterior).

La Ecuación de Stepanoff no tiene en cuenta el diámetro del rodete de la

bomba y sin embargo éste puede tener una importancia significativa. Por ello

Miedma (1999) hace una revisión a dicha fórmula estableciéndola finalmente

como sigue:

Tamaño del grano (mm)




98

Como conclusión, se puede decir que en un sistema bomba-tubería se

requiere que la presión manométrica (o altura manométrica) de una bomba

de dragado supere la pérdida de carga total de la mezcla transportada por la

tubería a la que está conectada. La pérdida de carga total está compuesta

de:

- Pérdidas mayores y menores debidas a la fricción del flujo en la

tubería de succión.

- Pérdidas debidas a los cambios en la elevación de la tubería de

succión.

- Pérdidas mayores y menores debidas a la fricción del flujo en la

tubería de descarga.

- Pérdidas debidas a cambios en la elevación de la tubería de

descarga.

- Pérdidas debidas a la aceleración de la mezcla en la línea de

tuberías.

• Curvas H-Q de la línea de tuberías. La curva Hman-Q de una tubería muestra la cantidad de energía que la

tubería requiere para mantener un determinado caudal en el sistema

bomba-tubería.

La cantidad de energía mecánica requerida es igual a la suma de la energía

disipada debida a la fricción del flujo de la mezcla a través de la tubería y la

energía potencial entregada a (o perdida en) la mezcla para alcanzar la

salida de la tubería si ésta se encuentra a un mayor (o menor) nivel

geodésico que la entrada a la tubería.

La pérdida de carga debida al flujo de la mezcla en la tubería es debida a la

suma de las pérdidas mayores por fricción interna en el flujo de la mezcla a




99

través de secciones rectas de tubería, y pérdidas menores debido a

fricciones del flujo causadas por los accesorios de la tubería.

PÉRDIDAS DE CARGA EN TRAMOS RECTOS DE TUBERÍA (PÉRDIDAS

MAYORES).

La determinación de la pérdida de carga friccional para flujos de agua en

tramos rectos de tubería se determina mediante la Ecuación de Darcy-

Weisbach. Esta ecuación da una curva H-Q parabólica descrita por:

Hmayor,f: Pérdida de carga debida a la fricción del agua en la tubería

recta [Pa]

λf: Coeficiente de fricción del flujo [-]

L: Longitud de la tubería [m]

D: Diámetro de la tubería [m]

Vf: Velocidad media del fluido en la tubería [m/s]

Qf: Caudal medio en la tubería [m³/s]

A: Área de la sección de la tubería [m²]


Para mezclas, la obtención de la curva de resistencia de la tubería es más

complicada. Existen modelos disponibles capaces de predecir estas curvas

de resistencia para distintas mezclas que fluyen en una tubería haciendo

consideraciones de mezclas estratificadas (modelo Durand, modelo

Führböter, modelo Jufin-Lopatin, modelo Wilson-GIW, modelo holandés MTI)

y no estratificadas, que por su complejidad no se explicarán en este estudio

pero si se aplicarán en los cálculos para el diseño del equipo que se

instalará a bordo de la draga objeto de este proyecto. En cualquier caso, el




100

lector interesado puede encontrar información detallada en el texto “Dredge

Pumps and Slurry Transport” del Profesor V. Matoušek, de la Universidad

Tecnológica de Delft.

En definitiva, estos modelos predicen un gradiente hidráulico Im que se

interpreta como la pérdida de carga a lo largo de una tubería de longitud L.

PÉRDIDAS DE CARGA EN ACCESORIOS (PÉRDIDAS MENORES).

Los accesorios como curvas, juntas de rótula, expansiones o reducciones,

válvulas e instrumentos de medida actúan como obstrucciones para el flujo.

La entrada y salida de la tubería son fuente de pérdidas también. Las

obstrucciones provocan una separación del flujo y una disipación de energía.

Esta disipación de energía es adicional a la del flujo a través de secciones

rectas de tubería. Una porción de la energía disipada debido a los

accesorios es, normalmente, menor que las pérdidas por fricción en los

tramos rectos de tubería. En tramos largos de tubería de dragado detrás de

la bomba, las pérdidas menores pueden incluso despreciarse en

comparación con las pérdidas en los tramos rectos.

Las pérdidas menores para el caso del flujo de agua obedecen a una

relación cuadrática entre la pérdida de carga local y la velocidad media a

través del accesorio

Hmenor,f: Pérdidas de carga debida a la fricción del agua en los

accesorios [Pa]

ξ: Coeficiente de pérdidas menores [-]

NOTA: El valor de ξ para la descarga de la tubería es 1,0

Los siguiente cuadros muestran valores del coeficiente ξ para distintos

accesorios:




101

Para el caso de mezclas una vez más el efecto se complica, particularmente

para flujos estratificados. En la práctica se hace la suposición de que la

densidad de la mezcla representa suficientemente un efecto de sólidos en

las pérdidas menores de manera que:

Esta puede ser una aproximación adecuada para flujos totalmente

suspendidos en los que la densidad de la mezcla pudiera incidir

directamente en las pérdidas friccionales. En los flujos estratificados, no

obstante, una turbulencia local inducida del líquido en movimiento puede

recoger una porción de partículas del fondo y ponerlas en suspensión

reduciendo las pérdidas friccionales en una sección de la tubería de una




102

determinada longitud detrás del accesorio. Este efecto ha de tenerse en

consideración. Si no se asume ninguna suspensión adicional debido a las

perturbaciones (en flujos con materiales bastos), la disipación de la energía

tiene lugar a través de pequeños remolinos turbulentos del líquido portante

que se deteriora con la viscosidad de dicho líquido. La viscosidad del líquido

portador no se ve afectada por la presencia de partículas sólidas de material

basto. Por lo tanto el valor de una pérdida de carga menor no debería verse

influenciada tampoco. De esta manera, la última ecuación podría

sobrestimar las pérdidas menores en un flujo estratificado. No obstante,

todavía se sabe poco sobre el efecto de los sólidos en las pérdidas menores

en tuberías.

PÉRDIDAS DE CARGA TOTALES.

Las pérdidas de carga totales por fricción se obtienen de la suma de

pérdidas de carga debidas a la fricción en los tramos rectos de tubería y la

suma de estás pérdidas en los diversos accesorios montados:

La caída de presión por fricción total en una tubería recta de longitud L para

un flujo de agua, viene dada por:

y para un flujo de mezcla:

Esquemáticamente se puede ver en la siguiente gráfica el comportamiento

de la caída de presión con relación a la velocidad media en la tubería.




103

ALTURA GEODÉSICA.

También conocida como altura manométrica.

Hgeodésica: Altura geodésica [m]

Δh: Diferencia de altura sobre la tubería. Diferencia en altura

geodésica entre la entrada y la salida de la tubería [m]

Sm: Densidad relativa de la mezcla [-]

• Punto de trabajo del sistema bomba-tubería. La velocidad del medio de transporte en un sistema bomba-tubería está

determinado por el cruce de la curva H-Q de la bomba y la curva H-Q de la

tubería. El punto de cruce da la velocidad a la cual existe un equilibrio entre

la energía suministrada al sistema por la bomba y la energía necesaria para

superar la resistencia del flujo en la tubería y el cambio en la altura

geodésica entre la entrada y la salida de la tubería.

En la práctica, esto significa que si el agua es bombeada a través de una

línea de cierta geometría (dada por el diámetro, longitud, elevación y

Resistencia de la tubería

para la mezcla

Caudal Q (m³/s)

Altu

ra m

anom

étric

a H

(m.c

.a.)

Resistencia de la tubería

para el agua




104

número de accesorios), las r.p.m. de la bomba determinan directamente la

velocidad del agua en la tubería. Un incremento en las r.p.m. incrementa la

velocidad del agua ya que se obtiene un nuevo punto de trabajo en la curva

de resistencia de la tubería. Esquemáticamente, esto se puede ver en la

siguiente gráfica.

Las mismas reglas aplican cuando se bombea una mezcla si las condiciones

del flujo son estables (densidad de la mezcla y tamaño de los sólidos

transportados sin variaciones).

En la realidad, en las operaciones de dragado es muy típico encontrarse con

fluctuaciones en la densidad de la mezcla. Incluso si el resto de parámetros

permanece constante (r.p.m. de la bomba y tamaño de los sólidos

transportados), esta fluctuación de la densidad puede producir una

fluctuación de la velocidad media de la mezcla en la tubería. El incremento

de la densidad de la mezcla en la tubería es una fuente de incremento de

resistencia del flujo. De esta manera, el equilibrio entre la energía

suministrada (que es constante si las r.p.m. de la bomba no cambian) y la

energía requerida (que aumenta con la densidad de la mezcla en la tubería)

se encuentra a menor velocidad. La velocidad aumenta otra vez si la

Altura manométrica de la

bomba para bajas r.p.m.

1

Pérdida de carga de la tubería

para flujo de agua


bomba para altas r.p.m.

Caudal Q (m³/s)

Altu

ra m

anom

étric

a H

(m.c

.a.)

2

Q1 Q2




105

densidad media de la mezcla cae gradualmente en la tubería debido a una

menor densidad de la mezcla generada a la entrada de la tubería.

• Zona de trabajo del sistema bomba-tubería. Si la resistencia de una línea de tubería vienen dada por una única curva H-

Q (la disposición, propiedades del material y densidad de la mezcla

transportada son constantes en el tiempo), entonces existe un único punto

en el cual una instalación de bomba y tubería opera a velocidad constante.

Si la resistencia de la tubería cambia (normalmente debido a la fluctuación

de la densidad de la mezcla en la tubería) la instalación opera dentro de una

zona de trabajo en vez de en un punto solo. La siguiente gráfica muestra lo

aquí expuesto.

La zona comprendida dentro de la intersección de las cuatro curvas es la

“zona de trabajo” del sistema.

La densidad de la mezcla fluctúa con alta frecuencia y amplitud dentro de la

tubería de dragado. La siguiente gráfica muestra una medición comparativa

real que muestra las fluctuaciones de la mezcla en una tubería de 500 m

conectada a una draga portadora de succión en marcha (TSHD) y a una

draga de cortador (CSD).


bomba para bajas r.p.m.

Pérdida de carga de la

tubería para flujo de agua


bomba para altas r.p.m.

Caudal Q (m³/s)

Altu

ra

man

omét

rica

H

Resistencia de la

tubería para la mezcla

Puntos de trabajo




106

Esto causa fluctuaciones en la presión manométrica dada por la bomba. No

obstante, la posición del punto de trabajo de la instalación bomba-tubería

está influenciada por la densidad media de la mezcla en la línea de tubería

completa más que en la fluctuación de la densidad local en la bomba.

Considérese ahora una instalación compuesta por una bomba, una tubería

de succión y otra de descarga que es considerablemente más larga que la

de succión. La operación de dragado es monitorizada desde el comienzo al

fin del ciclo de transporte. Las fluctuaciones a corto plazo de las densidades

de la mezcla transportada pueden despreciarse. Los siguientes estados de

la operación bomba-tubería son de gran importancia:

1. El comienzo del ciclo: solo fluye agua a través de la tubería de

succión y la tubería de descarga.

2. El comienzo del proceso de excavación del material: la tubería de

succión y la bomba se llenan con mezcla. La tubería de descarga está

todavía con agua solamente.




107

3. El transporte de la mezcla: ahora tanto la tubería de succión como la

de descarga están llenas con mezcla.

4. El final del ciclo: la tubería de succión y la bomba están llenas de

agua y la tubería de descarga llena de mezcla.

OPERACIÓN DE LA BOMBA DENTRO DE UN RANGO DE VELOCIDAD

CONSTANTE.

Si la bomba opera bajo estas condiciones durante todo el ciclo de transporte,

la posición del punto de trabajo varía para las cuatro etapas diferentes en la

forma que se muestra en las siguientes gráficas.

El área definida por los puntos 1, 2, 3 y 4 delimita la “zona de trabajo”.

Mezcla

Agua Zona de trabajo

Mezcla

Ren

dim

ient

o (%

) P

resi

ón m

anom

étric

a (k

Pa)

Zona de

rendimiento Mezcla

Agua

Agua Mezcla

Pot

enci

a (k

W)

Zona de potencia

Caudal (m³/s)




108

OPERACIÓN DE LA BOMBA DENTRO DE UN RANGO DE PAR

CONSTANTE.

Mover un punto de trabajo durante el ciclo descrito por los puntos 1, 2, 3 y 4

es diferente si la bomba está trabajando a un régimen de velocidad

constante. Las siguientes gráficas muestran el comportamiento cuando se

trabaja a par constante.

• Determinación de la presión manométrica requerida en una

instalación bomba-tubería. La disposición de la línea de tubería, las propiedades de los sólidos a

transportar y las condiciones requeridas del flujo de la mezcla (velocidad de

la mezcla y densidad en la línea de tubería) determinan la presión

Caudal (m³/s)

Zona de potencia

Pot

enci

a (k

W)

Mezcla

Agua

Agua

Mezcla Zona de

rendimiento

Ren

dim

ient

o (%

)

Agua

Agua

Mezcla

Mezcla

Zona de trabajo

Pre

sión

man

omét

rica

(kP

a)




109

manométrica que debe producir la bomba de dragado. La presión

manométrica requerida para superar la resistencia de la línea de tubería de

dragado es la diferencia de presión sobre la bomba de dragado, esto es, la

diferencia entre la presión a la salida de la bomba a la tubería de descarga,

y la presión a la entrada de la bomba conectada con la tubería de succión.

Si no se considera altura geodésica entre la entrada y la salida de la bomba,

entonces se cumple que

Para el flujo de mezcla de densidad ρm, la presión de succión absoluta a la

entrada de la bomba es

Ps: Presión absoluta de succión a la entrada de la bomba

[Pa]

Patm: Presión atmosférica absoluta [Pa]

hs,tubería: Profundidad de la entrada de la tubería de succión bajo

el nivel del agua [m]

hs,bomba: Profundidad de la entrada de la bomba bajo el nivel del

agua [m]

Htotal,s,m: Pérdida de carga total debido a la fricción en la tubería

de succión [m]

Vs: Velocidad media de la mezcla en la tubería de succión

[m/s]

La presión absoluta de descarga a la salida de la bomba viene dada por la

expresión




110

Pp: Presión absoluta de descarga a la salida de la bomba

[Pa]

hd,tubería: Distancia vertical entre el nivel del agua y la salida dela

tubería de descarga [m]

hd,bomba: Profundidad de la salida de la bomba bajo el nivel del

agua [m]

Htotal,d,m: Pérdida de carga total debido a la fricción en la tubería

de descarga [m]

Vp: Velocidad media de la mezcla en la tubería de descarga

[m/s]


Estas tres ecuaciones últimas dan la relación entre la presión manométrica

entregada por la bomba a la mezcla y la velocidad de la mezcla en la línea

de tubería conectada a la bomba. Esta relación depende del tamaño de los

sólidos y la concentración en la tubería, y en la disposición de esta última. La

relación se usa para optimizar la producción y el consumo de energía del

sistema bomba-tubería durante la operación de dragado. El sistema




111

completo no trabaja de forma satisfactoria si la bomba de dragado opera

fuera de sus límites operacionales.

En un sistema bomba-tubería el caudal de la mezcla debe controlarse para

que permanezca dentro de una zona adecuada para una operación segura y

económica. El margen del caudal tiene un límite inferior que está dado por la

velocidad límite de deposición, y por un límite superior dado por la velocidad

a la cual la bomba empieza a cavitar. Estos dos límites se verán a

continuación.

• Límite superior para la operación del sistema. Cavitación. El fenómeno de la cavitación está asociado con la baja presión absoluta del

líquido. Es una condición en un líquido en el cual la presión local cae por

debajo de la presión de vapor y ello produce burbujas de vapor. La

cavitación disminuye considerablemente la eficiencia de las bombas y

puede ser causa de daños en las partes de la misma. Una bomba cavitante

da una menor altura manométrica y por tanto una menor producción de

sólidos a través de la tubería de dragado. La cavitación se debe evitar

durante las operaciones de dragado.

CRITERIOS PARA OPERAR EL SISTEMA DE FORMA NO

CAVITACIONAL.

Una bomba comienza a cavitar si la carga de aspiración neta (NPSH-Net

Positive Suction Head) disponible para prevenir la cavitación de la bomba es

menor que la NPSH requerida por la bomba para evitar la cavitación.

La condición de No Cavitación para el sistema bomba-tubería es:

(NPSH)r < (NPSH)a




112

Donde el (NPSH)a disponible es toda la energía (altura) disponible por

encima de la presión de vapor a la entrada de la succión en la bomba

durante la operación a la velocidad Vm en una tubería de succión con cierta

geometría y configuración:

(NPSH)a: Carga de aspiración neta disponible [m]

Pvapor: Presión de vapor [Pa]

La presión de vapor del medio bombeado limita la presión mínima absoluta

que puede teóricamente alcanzarse en el lado de la succión de la bomba. A

esta presión, el líquido (agua) se transforma en vapor con las

consecuencias que ya se han descrito. La presión de vapor depende de la

temperatura del medio. Los valores típicos para el agua son:

T: 10ºC Presión de vapor: 1,18 kPa

T: 20ºC Presión de vapor: 2,27 kPa




113

El (NPSH)r requerido es la mínima energía (altura) que la bomba requiere

para prevenir la cavitación a su entrada.

(NPSH)r: Carga de aspiración neta requerida [m]

Pvapor: Presión de vapor [Pa]

Ps,min: Presión absoluta de succión mínima sin cavitación [Pa]

En el momento de la cavitación incipiente la Ps,min a la entrada de la bomba

es igual a la diferencia entre la presión atmosférica y el llamado “vacío

decisivo” (Vac)d:

El “vacío decisivo” es la presión de succión relativa que representa el umbral

para una operación exenta de cavitación para una bomba determinada.

Relacionando las dos ecuaciones anteriores se obtiene la relación entre la

(NPSH)r y el (Vac)d:

El límite superior de la zona de trabajo de un sistema bomba-tubería está

definido por los puntos de intersección de la curva de vacío decisivo de la

bomba y el conjunto de las curvas de vacío de la tubería de succión para

varías densidades de mezcla. La curva de succión de la tubería recoge la

fricción, las alturas geodésicas y de aceleración a lo largo de la longitud de la

tubería en relación al vacío total, y lo relaciona con la capacidad de la

bomba. La carga (altura) de vacío total, Vac/ρfg, es la diferencia entre la

presión absoluta de succión y la presión atmosférica




114

Vac: Vacío. Presión relativa a la Patm [Pa]

ρf: Densidad del líquido [kg/m³]


Ps: Presión absoluta de succión a la entrada de la bomba

[Pa]


Sm: Densidad relativa de la mezcla (ρm/ρs) [-]

hs,tubería: Profundidad de la entrada de la tubería de succión bajo

el nivel del agua [m]

hs,bomba: Profundidad de la entrada de la bomba bajo el nivel del

agua [m]

Htotal,s,m: Pérdida de carga total debido a la fricción en la tubería

de succión [m]

Vs: Velocidad media de la mezcla en la tubería de succión

[m/s]

Esquemáticamente, la definición de límite superior se ve en la siguiente

gráfica:

Curvas de vacío de la tubería

de succión para varias mezclas

Capacidad Q (m³/s)

Vac

ío (V

ac) (

kPa)

Curvas de vacío

decisivo




115

Otros ejemplos de gráficas reales son:

La gráfica de la izquierda muestra las curvas cuando se transportan mezclas

de distintas densidades desde una profundidad de 9 m, y la de la derecha

cuando la profundidad es de 18 m.

La siguiente tabla muestra en cifras los puntos de intersección entre la curva

de vacío decisivo para diferentes densidades de mezcla. Los puntos de

intersección determinan la máxima producción de sólidos que se puede

alcanzar para una densidad de mezcla dada en un sistema bomba-tubería

desde una profundidad dada:




116

18 m 19 m

Densidad (kg/m³) Qm (m³/s) Qs (m³/s) Qm (m³/s) Qs (m³/s)

1000 2,840 0 2,840 0

1050 2,659 479 2,756 496

1100 2,491 897 2,644 952

1150 2,309 1247 2,538 1370

1200 2,105 1515 2,422 1744

1250 1,891 1702 2,320 2088

1300 1,627 1757 2,204 2380

1350 1,273 1604 2,089 2632

1380 0,864 1182 2,000 2725

1400 1,956 2816

1450 1,844 2987

1500 1,693 3047

1550 1,511 2992

1600 1,288 2782

1633 1,000 2279

Si en vez de emplear la bomba anterior de manera convencional a bordo del

buque, se emplea una bomba sumergida colocada en la tubería de succión,

la altura geodésica sobre la cual la mezcla debe ser elevada en la tubería de

succión se hace menor, con la ventaja añadida de menores pérdidas por

fricción en el tramo de la succión.

La curva de vacío para una tubería de succión más corta muestra un valor

de vacío más bajo para un cierto caudal para una mezcla de una

determinada densidad. De esta manera el punto de cruce entre la curva de

vacío decisivo y la curva de vacío para una mezcla con una densidad

determinada se alcanza para un caudal Q mayor (comparar la gráfica y tabla

siguientes con las mostradas para una disposición convencional de bomba a

bordo del buque).




117

Densidad (kg/m³) Qm (m³/s) Qs (m³/s)

1000 3,442 0

1100 3,233 1164

1200 3,007 2165

1300 2,788 3012

1400 2,548 3669

1500 2,301 4141

1600 2,027 4378

1700 1,699 4282

1800 1,272 3664

18300 0,959 2864

Tabla y gráfica considerando una bomba sumergida a 5 m bajo el

nivel del agua succionando mezcla a una cota de 18 m de profundidad

COMO EVITAR LA CAVITACIÓN.

Básicamente, la cavitación se evita si la presión absoluta de succión de la

bomba se mantiene sobre un cierto valor crítico. Esto lleva a las siguientes

propuestas:

- Reducir la altura manométrica que la bomba debe superar (por

ejemplo, situar la bomba lo más baja posible).




118

- Reducir las pérdidas de carga por fricción del flujo (por ejemplo,

minimizar las pérdidas locales y la longitud de la tubería de succión).

- Incrementar la presión empleando una tubería más grande en la

entrada de la succión de la bomba.

Durante la operación, si la posición de la bomba y la geometría de la tubería

de succión no se pueden alterar, se pueden reducir las pérdidas por fricción

de la siguiente manera:

- Disminuyendo la velocidad media de la mezcla en la línea de tubería.

- Reduciendo la densidad de la mezcla en la tubería de succión.

• Límite inferior para la operación del sistema. Continuando con las conclusiones del punto anterior respecto a la reducción

de la velocidad para evitar la cavitación, si esta velocidad es muy baja

puede provocar innecesarias pérdidas de carga debido a la fricción, e

incluso puede llegar a bloquear la línea.

CRITERIOS PARA UNA OPERACIÓN DEL SISTEMA LIBRE DE

DEPÓSITOS.

En el transporte de mezclas, una porción de los sólidos se deposita en el

fondo de la tubería. La cantidad de depósitos que se asienta en el fondo

depende en gran medida de la velocidad de la mezcla en la línea.

Incrementando la velocidad, el espesor de la masa asentada tiende a

disminuir ya que las partículas entran en suspensión debido a la intensidad

de la turbulencia del líquido portador. Por el contrario, si la velocidad

desciende, la masa de material depositado aumenta en espesor y a cierta

velocidad, conocida como “velocidad límite de depósito” o “velocidad crítica”,

las primeras partículas en el depósito del fondo de la tubería paran su

arrastre por la tubería. Si la velocidad desciende aún más, la masa total




119

depositada en el fondo se para y, bajo ciertas circunstancias, se producen

dunas. Entonces el flujo se convierte en inestable y la tubería puede en

última instancia bloquearse. Esto es más probable que ocurra en partes

críticas, como en codos, y en particular aquellos que conectan con secciones

verticales de tubería.

COMO EVITAR LA FORMACIÓN DE DEPÓSITOS ESTACIONARIOS EN

LA LÍNEA DE TUBERÍA.

Si la línea está compuesta de secciones de tubería de varios tamaños, el

caudal de la mezcla se debe mantener a un nivel que asegure un régimen

supercrítico (Vm>Vdl) en la sección de tubería más grande (tubería con la

sección más grande en diámetro), considerando que en la sección más

grande la velocidad de la mezcla es la más baja (ecuación de continuidad) y

el valor límite de depósito de la velocidad de la mezcla es el más alto debido

a que Vdl tiende a crecer con el diámetro de la tubería.

Si la concentración de sólidos fluctúa a lo largo de la línea, el caudal de la

mezcla se debe mantener al nivel que asegure un régimen supercrítico en la

sección con una concentración extrema. Para una predicción, se utiliza el

valor más alto de la velocidad límite de depósito de todas las

concentraciones de sólidos esperados. Vdl es sensible a la concentración de

sólidos, y es siempre mejor ser algo conservador en la determinación del

valor apropiado.

Si durante una operación se hace necesario alargar la línea de tubería, el

caudal suministrado por la bomba podría llegar a ser insuficiente para

asegurar un régimen supercrítico en la línea. En este caso, se pueden

considerar dos soluciones:




120

- Bombear la mezcla a menor concentración. Ello lleva a pérdidas por

fricción menor y por lo tanto a un mayor caudal.

- Instalar una bomba auxiliar de refuerzo que incremente la altura

manométrica y así el caudal.

- Instalar una nueva bomba adecuada a las nuevas características

(caso que nos ocupa en este proyecto).

• Producción de sólidos en un sistema bomba-tubería. La máxima producción teóricamente alcanzable en un sistema bomba-

tubería está limitado, como ya hemos visto, por el límite superior de

operación (cavitación). Para un sistema con una cierta geometría, la

máxima producción se obtiene de los puntos de intersección entre las

curvas de vacío para varias densidades de mezcla en la tubería de succión

y la curva de vacío decisivo de la bomba. Un punto de intersección de una

curva de vacío para cierta densidad de mezcla y una curva de vacío

decisivo da el máximo caudal de la mezcla, Qm, alcanzable para un flujo de

mezcla de densidad ρm. entonces, el caudal de sólidos correspondiente, o

producción de sólidos, se obtiene en m³/hr mediante la expresión:

En el eje X se representan los valores de Qm y en el eje Y, Qs.




121

• Efecto de la posición de la bomba sobre la producción. Continuando con lo ya explicado respecto a la posición de las bombas,

incluyendo el efecto de utilizar bombas sumergidas, se concluye también

que la producción de una bomba sumergida está limitada por un vacío

decisivo con valores más alto que para la posición de la bomba en el interior

del buque (véase la gráfica siguiente).

2.2.1.3. Depósito.

Con el fin de obtener la tasa de llenado más alta posible durante el llenado

de la cántara, la mezcla pobre (mezcla con densidad muy baja) será

devuelta al agua sin entrar en la cántara. Las dragas suelen llevar una

válvula controladora automática que redirige los flujos según convenga (a la

cántara o al agua).

Para mezclas capaces de asentarse, como trozos de arcilla, arena y grava,

una parte se depositará y otra se perderá a través del rebose. Una medida

de la calidad del proceso de depósito es la pérdida relativa por rebose

acumulada, que se define como la razón entre la cantidad total de sólidos

que salen por el rebose y la cantidad total de sólidos que se bombean a la




122

cántara. Este valor es, excepto para propiedades de material tales como

tamaño del grano, distribución del grano, forma y peso específico, también

dependiente de las condiciones de la carga tales como el caudal,

concentración, intensidad de la turbulencia, temperatura y geometría de la

cántara.

Estas pérdidas por rebose son, como se menciona, dependientes en gran

manera del parámetro

y en menor medida de

Al término Q/(BL) se le conoce como “carga de superficie”.

Q: Caudal de la mezcla [m³/s]

L: Longitud de la cántara [m]

B: Anchura de la cántara [m]

H: Altura de depósito en la cántara [m]

v0: Velocidad de caída [m/s]

El primer parámetro es la relación entre el tiempo que la partícula necesita

para asentarse y el tiempo que está en la cántara. El segundo parámetro es

la relación entre la velocidad horizontal en la cántara y la velocidad de

asentamiento de la partícula y es una medida del grado de turbulencia en la

cántara.

• Curva de carga. Independientemente del acuerdo de pago, ya sea considerando metros

cúbicos o en toneladas de sólidos secos (Tons Dry Solids – TDS), el




123

contratista necesitará saber el desarrollo del volumen en m³ o en TDS en la

draga durante el proceso de carga de la cántara. Para ello es necesario

medir el volumen de la carga total (arena y agua). Se suelen utilizar

indicadores silo-acústicos. El peso de la carga útil se mide determinando la

evolución del calado en función del tiempo. Del volumen y del peso de la

carga útil, el volumen en m³ o las TDS se pueden determinar si el peso del

volumen γz de la arena y el peso específico ρk de la arena y del agua ρw son

conocidos.

La curva de carga se puede dividir en tres fases:

1. Antes de que se alcance el rebose:

Donde Gcarga y Vcarga son el peso y el volumen de la carga total (agua y

arena). Varena es volumen de la arena (incluidos poros) y Garena el peso de la

arena (excluyendo el agua de los poros), esto es, el TDS.

Qi y Qu son el caudal de entrada y de salida. γi, γk, γz y γw son los pesos del

volumen (γ=ρg) de la mezcla, los granos de arena, el volumen de arena con

los poros y el agua.

Con ello, aquí se supone que la cántara está absolutamente vacía antes de

comenzar la succión. Si este no fuera el caso, entonces el volumen ha de

incrementarse con el valor V0 y el peso con el valor G0.




124

2. Cuando se alcanza el rebose tov, pero el buque todavía no ha alcanzado

su marca de calado de dragado máximo, el volumen de la cántara

permanece constante (carga a “volumen constante”):

Y con

Por lo tanto:

Donde y son el volumen de arena y el peso de los granos en el

momento que se alcanza el rebose.

3. El rebose se ha alcanzado y el buque ya está en la marca de calado

máximo de dragado.

En este caso el peso de la carga total (agua y arena) permanece constante

(cara a “tonelaje constante”).




125

y son el volumen de la arena con poros y el peso de los

granos de arena (TDS) en el momento en que la cántara alcanza la marca

de dragado válida.

La curva de carga total es ahora conocida tanto en masa como en volumen

si Qi, γi, γu, γk, γz y γw son conocidos. γu se puede determinar de las

pérdidas de rebose.

Ejemplos de las curvas de carga son:

Para cántaras que trabajan puramente a “volumen constante” el peso de la

carga es proporcional al calado del buque. Esto incrementa el tiempo,

aunque la mezcla-volumen en la cántara permanece constante.




126

Esto no cuenta para las cántaras que trabajan puramente a “tonelaje

constante”. Ene estos casos el calado permanece constante después de

alcanzarse el rebose.

Para calcular el peso de la carga, hacen falta datos adicionales: el volumen

de la mezcla y el volumen-peso (densidad) de la arena en la cántara. La

primera cantidad es medida con los indicadores de silo y la segunda

mediante probetas.




127

Ahora la determinación de la carga durante el proceso de dragado se hace

como sigue:

- Antes de comenzar el dragado, se determina el desplazamiento y el

peso del agua en la cántara. El desplazamiento se calcula midiendo el

calado del buque, y el volumen de del agua mediante los indicadores

de silo.

El desplazamiento del buque vacío viene dado por:

- Durante el dragado, se miden los calados de proa y popa del buque

continuamente así como el desplazamiento y el volumen de la mezcla

por medio de los indicadores de silo.

- Descontando los valores del comienzo de los valores del

desplazamiento y del volumen de la mezcla, el peso de la carga seca

(TDS) puede determinarse mediante la siguiente fórmula:

es el peso del volumen de la mezcla en la cántara.

Aunque hoy en día la carga se expresa en TDS, ello no implica que el pago

por contrato dependa necesariamente de la cantidad de TDS. Este puede

ser por:




128

1. Toneladas de sólidos secos (TDS)

2. m³ en la cántara (medio de transporte)

3. m³ en la excavación

La relación mutua entre estas cantidades es:

TDS con carga en volumen dentro de la cántara

Por lo tanto el factor de conversión para convertir TDS en m³ es:

Y para convertir m³ en TDS:

2.2.2. NAVEGACIÓN DESDE Y HASTA LA ZONA DE DESCARGA.

Es claro que la velocidad de navegación determinada durante las pruebas

de mar del buque, tanto en lastre como completamente cargado, no puede

utilizarse como media de velocidad durante la vida operativa del buque.

Entre periodos de varada el casco del buque se ensucia y los motores y

hélices se desgastan. Esto da lugar a una reducción del 5-10% sobre la

velocidad operacional obtenida en las pruebas de mar.

Como referencia para cálculos, se suele emplear la fórmula de Lackenby

para navegaciones en aguas poco profundas:




129

Donde

d: Distancia entre la quilla y el fondo [m]

D: Calado del buque [m]

A: Área de la sección maestra por debajo del agua [m²]

El tiempo de navegación se puede estimar como sigue:

g: Distancia a la zona de vertido [km]

Vg: Velocidad con la draga cargada [nudos]




130

2.2.3. LA DESCARGA.

Como ya se ha descrito anteriormente, las dragas pueden descargar como

sigue:

- Por proa conectando tubería flotante a la conexión de rótula o

mediante el sistema “rainbowing”.

- Abriendo las puertas o válvulas del fondo de la cántara y vertiendo el

contenido en la zona al efecto. Hoy en día, y por consideraciones

medioambientales o por necesidades del proyecto, se puede verter

también a través de la tubería de dragado y su cabezal. Por

consideraciones medioambientales, este último sistema evita el efecto

de turbidez que se genera en los procesos de descarga.

Cuando se descarga por el segundo método, la descarga lleva tan solo unos

cuantos minutos si es material poco cohesivo. Si los materiales son

cohesivos el tiempo puede aumentar algo, llegando a media hora para

arcillas con comportamiento plástico.

La siguiente gráfica muestra el ciclo de descarga en el tiempo.




131

2.2.4. CICLO DE CARGA DE LA CÁNTARA. FASES.

Este punto no es más que un resumen gráfico de parte de los procesos

explicados en los puntos precedentes de este capítulo.

En esta ocasión, se considerará que el ciclo comienza con la cántara

completamente llena de material y la draga comienzando a navegar hasta la

zona de vertido. Partiendo de esta premisa, el ciclo consta de las siguientes

fases:

• Fase 1. El agua sobrante fluye por el rebose. El rebose se va bajando hasta

alcanzar el nivel del material asentado de manera que el agua sobrante

vaya descargándose. Comienza la navegación a la zona de vertido.

• Fase 2. Navegación hacia la zona de vertido.

• Fase 3.

Descarga en la zona de vertido. Los métodos de descarga ya han sido

descritos en puntos previos.




132

• Fase 4. Se bombea el agua remanente de la cántara mientras se navega de vuelta a

la zona de dragado. A menudo ocurre que el agua remanente no es

bombeada al exterior sino que se carga agua en la cántara con el fin de

aumentar el calado y así dejar a la bomba de dragado lo más baja posible

con el fin de dragar mayor densidad, lo que da lugar a un tiempo menor de

dragado.

• Fase 5. Comienza el dragado y la cántara se empieza a llenar con mezcla hasta el

límite del rebose. Durante esta fase se asume que el 100% del material se

deposita en la cántara.




133

• Fase 6. Se continua la carga con pérdidas mínimas por el rebose. Durante esta fase

un porcentaje delos granos se asientan en la cántara. Este porcentaje

depende de la distribución del tamaño de grano de la arena.

• Fase 7. Se alcanza el máximo calado (sistema CTS – Tonelaje Constante). Desde

este momento en adelante, se baja el rebose telescópico.

• Fase 8. Los sedimentos de la cántara aumentan, se incrementa la velocidad de flujo

sobre los sedimentos dando lugar a un proceso de socavación. Esta es la

causa del rápido incremento de pérdidas por rebose.




134

En las siguientes dos gráficas se muestra la carga total, la carga efectiva, el

TDS (Tonnage Dry Solids) y las pérdidas por rebose durante las fases

anteriormente descritas. La forma en que ocurre cada fase en el ciclo

depende del tipo de draga, el método de trabajo y por supuesto, del tipo de

material que se está dragando.




135

Básicamente hay dos métodos principales de cargar la cántara. El “Sistema

de Volumen Constante” (Constant Volume System – CVS) y el “Sistema de

Tonelaje Constante” (Constant Tonnage System – CTS).

El “Sistema de Volumen Constante” tiene un nivel de rebose fijo de forma

que el volumen efectivo de la cántara es constante. Estas dragas están

diseñadas para cargar sedimentos con una densidad de 1,9-2,0 T/m³.

El “Sistema de Tonelaje Constante” tiene un nivel de rebose ajustable. La

cántara está diseñada para materiales con densidades de 1,3-1,7 T/m³ en

combinación con un tonelaje máximo. Cuando el contenido de la cántara

alcanza su máximo tonelaje, el rebose telescópico se baja con el fin de

mantener constante el tonelaje del contenido de la cántara. Este sistema

presenta ciertas ventajas, como es la de alcanzar el máximo tonelaje antes

que con el sistema CVS, lo que deja a la bomba en una posición más baja y

por tanto con capacidad para dragar mayor densidad.

La sedimentación en la cántara ocurre durante las fases 5, 6, 7 y 8. Durante

la fase 5 la cántara se llena con mezcla hasta alcanzar el nivel del rebose.

Durante esta base se asume que el 100% del material permanece en la

cántara y asienta. Cuando se alcanza el nivel del rebose en la fase 6,

dependiendo de la distribución del grano, un porcentaje especificado de

material no se depositará y saldrá de la cántara a través del rebose. Durante

estas fases el efecto de socavación no tiene mucho efecto en el proceso de

sedimentación. Cuando se alcanza el peso máximo de los contenidos de la

cántara, el rebose se mantendrá constantemente descendiendo con el fin de

mantener el peso del contenido de la cántara constante en su máximo valor

(solo para el sistema CTS). Cuando el nivel de sedimentos aumenta (fase

8), la velocidad del flujo por encima de los sedimentos se incrementa y el

efecto de socavación que se produce pone a parte de las partículas




136

depositadas en suspensión de nuevo, incrementándose las pérdidas por el

rebose.

2.3. MODIFICACIONES AL PROYECTO ORIGINAL. VIABILIDAD TÉCNICA.

2.3.1. COMPARACIÓN DE PARÁMETROS

En la siguiente tabla se muestran, de manera comparativa, las

características actuales del equipo de dragado, los datos correspondientes a

los nuevos requerimientos del armador y los parámetros a calcular como

resultado de la modificación requerida:

Situación antes de la

modificación

Modificación propuesta por

el armador

Eslora total 55,00 m 55,00 m

Eslora entre perpendiculares 51,80 m 51,80 m

Manga de trazado 10,50 m 10,50 m

Puntal en cubierta principal 4,00 m 4,00 m

Calado a la marca de dragado 3,50 m 3,50 m

Capacidad de la cántara 1000 m³ 1000 m³

Capacidad de carga 1235 T 1250 T

Cota de dragado máxima 16,5 m 23,5 m

Longitud de tubería de succión (fuera del buque)

21,0 m 30,5 m

Caudal de la bomba 1764 m³/h -

Densidad de sólidos in situ 1243 kg/m³ 2000 kg/m³

Potencia de la bomba de dragado 135 kW -

R.P.M. de la bomba de dragado 500 -

Diámetro de la tubería de succión 400 400

Diámetro de la tubería de descarga 350 350




137

Nueva condición de cota de dragado

2.3.2. COMPROBACIÓN DE LA VIABILIDAD DEL EQUIPO EXISTENTE A BORDO. CÁLCULOS.

En este apartado se comprobará el comportamiento de la mezcla con el

equipo existente a bordo y se analizará la viabilidad técnica de mantenerlo

para los nuevos parámetros, o si por el contrario se hace necesario cambiar

dicho equipo a la vista de los resultados.

DATOS:

• d50: 0,120 mm (arena fina)

• d50: 6,0 mm (grava media)

• ρs: 2650 kg/m³ (densidad de las partículas de arena)

• ρf: 1025 kg/m³ (densidad del agua de mar)

• νf: 1,082 x 10-6 m²/s (viscosidad cinemática del agua de mar a

20ºC.

• Cvd: 0,27 (concentración de sólidos en la mezcla transportada)

• Δh: 23,5 m (cota de dragado)

23,5 m




138

• ω: 45º (inclinación del tubo de succión)

• D: 400 mm (diámetro interior del tubo de succión)

• k: 20 micras (rugosidad de las paredes del tubo de succión –

0,00002 m)

2.3.2.1. Cálculo de la velocidad límite de depósito.

- Para la tubería de succión:

Se considera como tal la tubería de dragado inclinada 45º por fuera del

buque y los tramos horizontales interiores desde el costado de estribor

hasta la entrada de la bomba, toda ella de 400 mm de diámetro. Se harán

los cálculos para dos tipos extremos de material para los cuales se quiere

emplear la draga en próximos contratos.

Arena fina (d=0,120 mm):

Existen varios modelos para el cálculo, como ya se ha explicado en

capítulos anteriores. Para los cálculos que siguen a continuación, se

utilizará el modelo holandés MTI.

En este modelo, para tuberías horizontales, la correlación ha sido

desarrollada para el umbral de velocidad comprendido entre el régimen de

“flujo heterogéneo completamente suspendido” y el régimen de “flujo con las

primeras partículas depositándose en el fondo” de la tubería. Esta velocidad

se considera como la más baja aceptable para llevar a cabo una operación

segura y económica en una tubería de dragado. Se la conoce como

“velocidad crítica” y viene dada por la expresión:




139

Ss: Densidad relativa de los sólidos (ρs/ ρf) [-]

dmf: Diámetro de la partícula [mm]


Cvd: Concentración de sólidos en la mezcla [-]

También puede emplearse la siguiente gráfica si bien ésta no incluye el

efecto del factor Cvd.

Aplicando la ecuación anterior se obtiene:




140

Para hacer la corrección para tuberías inclinadas, se empleará el método de

Wilson. En este método se ha de tener en cuenta la siguiente expresión:

y la siguiente gráfica:

Donde:

Vsmω: Máxima velocidad de depósito en la tubería inclinada [m/s]

Vsm: Máxima velocidad de depósito en la tubería horizontal [m/s]

ΔD: Parámetro de depósito [-]

ω: Ángulo de inclinación de la tubería [grados]





141


De la gráfica anterior se obtiene que para un ángulo de inclinación de 45º el

parámetro de depósito ΔD es 0,33. Sustituyendo valores en la ecuación de

corrección:

Se considera que la velocidad de transporte adecuada debe ser un 10%

superior a la velocidad crítica, por lo tanto la velocidad de transporte para la

mezcla arena-agua sería:

• Tubería recta:

• Tubería inclinada:

Grava media (d=6,0 mm):

Los mismos cálculos se realizarán ahora para grava media.

La velocidad crítica para tuberías horizontales sería:

La corrección para la tubería inclinada de 45º:




142

La velocidad de transporte (mezcla grava-agua) sería en este caso:

• Tubería recta:


- Para la tubería de descarga:

Se considera tubería de descarga el tramo inclinado 60º desde la descarga

de la bomba a la cubierta principal, el tramo vertical desde la cubierta

principal a la cántara y el tramo horizontal recto a lo largo de la cantara

desde su comienzo en popa hasta el extremo más alejado en proa, toda ella

de 350 mm de diámetro interior.

Arena fina (d=0,120 mm):


dmf: Diámetro de la partícula [mm]



Sustituyendo valores:




143

Para hacer la corrección para tuberías inclinadas, se empleará el método de

Wilson. En este método se ha de tener en cuenta la siguiente expresión:

y la gráfica ya conocida:

Donde:

Vsmω: Máxima velocidad de depósito en la tubería inclinada [m/s]

Vsm: Máxima velocidad de depósito en la tubería horizontal [m/s]

ΔD: Parámetro de depósito [-]

ω: Ángulo de inclinación de la tubería [grados]





144


De la gráfica anterior se obtiene que para un ángulo de inclinación de 60º el

parámetro de depósito ΔD es 0,22. Sustituyendo valores en la ecuación de

corrección:

Se considera que la velocidad de transporte adecuada debe ser un 10%

superior a la velocidad crítica, por lo tanto la velocidad de transporte para la

mezcla arena-agua sería:

• Tubería recta:


Grava media (d=6,0 mm):

Los mismos cálculos se realizarán ahora para grava media.

La velocidad crítica para tuberías horizontales sería:

La corrección para la tubería inclinada de 60º:




145

La velocidad de transporte (mezcla grava-agua) sería en este caso:

• Tubería recta:


2.3.2.2. Pérdidas de energía debidas a la fricción y altura manométrica requerida (succión). Pérdidas mayores y pérdidas menores. Producción de sólidos.

ARENA FINA (d=0,120 mm):

- Para el flujo de agua en tubería horizontal (succión):

El coeficiente de fricción λf (Darcy-Weisbach) se puede obtener del diagrama

de Moody o bien a través de las ecuaciones de Churchill:

Donde:




146

Sustituyendo valores en las expresiones anteriores:

Las pérdidas por fricción por la ecuación de Darcy-Weisbach, para tubería

horizontal:

- Para el flujo de agua en tubería a 45º (succión):

Coeficiente de fricción λf (Darcy-Weisbach:




147

Donde:



inclinada 45º:

- Para el flujo de mezcla en tubería horizontal (succión):

Se sigue el modelo de Wilson para flujos heterogéneos.

Para el caso de la tubería horizontal aplican las siguientes fórmulas:




148

El exponente M se obtiene por aproximación mediante la expresión, y debe

estar comprendido entre 0,25 y 1,7:

Im: Gradiente hidráulico para el flujo de la mezcla [-]

If: Gradiente hidráulico para el flujo del agua [-]


Ss: Densidad relativa de los sólidos [-]

Vm: Velocidad media de la mezcla en la tubería [m/s]

V50: Valor de Vm en la cual la mitad de los sólidos están en suspensión en

el flujo circulante [m/s]


- Para el flujo de mezcla en tubería inclinada 45º (succión):




149

Se emplea la siguiente expresión:

Donde γ varía entre 0,333 para partículas muy finas y, hipotéticamente,

1,000 para partículas muy bastas.


- Gradiente manométrico. Tubo inclinado 45º (succión): La fórmula propuesta por Wilson, como modificación a la establecida por

Worster y Denny, es:


- Pérdidas de carga mayores del tubo inclinado 45º (succión):

La longitud del nuevo tubo de succión pasa de 21,0 m a 30,5 m. Por lo tanto:




150

- Pérdidas de carga mayores en los tramos horizontales por el interior del buque (succión):

La nueva longitud total de tubería de 400 mm de diámetro desde la entrada

por el costado de estribor hasta la bomba pasa de 23,4 m a 32,7 m.

- Pérdidas de carga menores (succión):

El valor de las pérdidas de cargas menores de la mezcla debido a

accesorios tales como válvulas, codos, etc., se obtiene a partir de la

expresión:

Donde ξ representa el coeficiente de pérdidas menores debido a los

accesorios a lo largo de la línea.

Haciendo uso de los coeficientes dados en las siguientes tablas:




151

ACCESORIOS (SUCCIÓN) ξ

Cabezal de dragado: 1,0

Curva de la pieza deslizante (90º): 0,16

Válvula de entrada al buque: 0,04

Codo de 90º (conexión de costado): 0,16

Codo de 90º (cámara de máquinas): 0,13

Válvula en cámara de máquinas: 0,04

Codo de 30º (cámara de máquinas): 0,06

En el tramo inclinado, estas pérdidas son:




152

Donde:

En el tramo recto:

- Pérdidas totales en la succión:

- Producción de sólidos del tramo horizontal (succión):

La producción de sólidos viene dada por la expresión:

Considerando una porosidad típica para estos materiales, de 0,4, la

producción in situ viene dada por:




153

- Producción de sólidos del tubo inclinado 45º (succión):

La producción de sólidos viene dada por la fórmula:

Producción in situ:

GRAVA MEDIA (d=6,0 mm):

- Para el flujo de agua en tubería horizontal (succión):

El coeficiente de fricción λf (Darcy-Weisbach) se puede obtener del diagrama

de Moody o bien a través de las ecuaciones de Churchill:

Donde:




154



horizontal:

- Para el flujo de agua en tubería a 45º (succión):

Coeficiente de fricción λf (Darcy-Weisbach):




155

Donde:



inclinada 45º:

- Para el flujo de mezcla en tubería horizontal (succión):

Para el caso de la tubería horizontal aplican las siguientes fórmulas:




156

Como ya se ha indicado anteriormente, el exponente M se obtiene por

aproximación mediante la expresión, y debe estar comprendido entre 0,25 y

1,7:









- Para el flujo de mezcla en tubería inclinada 45º (succión):

Se emplea la siguiente expresión:




157




- Gradiente manométrico. Tubo inclinado 45º (succión): La fórmula propuesta por Wilson, vista ya anteriormente:


- Pérdidas de carga mayores del tubo inclinado 45º (succión):

La longitud del nuevo tubo de succión pasa de 21,0 m a 30,5 m. Por lo tanto:




158

- Pérdidas de carga mayores en los tramos horizontales por el interior del buque (succión):

La nueva longitud total de tubería de 400 mm de diámetro desde la entrada

por el costado de estribor hasta la bomba pasa de 23,4 m a 32,7 m.

- Pérdidas de carga menores (succión):

El valor de las pérdidas de cargas menores de la mezcla debido a

accesorios tales como válvulas, codos, etc., se obtiene a partir de la

expresión ya fue calculada anteriormente para el caso de la arena fina:


Donde:

En el tramo recto:




159

- Pérdidas totales en la succión:

- Producción de sólidos del tramo horizontal (succión):




- Producción de sólidos del tubo inclinado 45º (succión):






160

2.3.2.3. Pérdida de energía debida a la fricción y altura manométrica requerida. (descarga). Pérdidas mayores y pérdidas menores. Producción de sólidos.

ARENA FINA (d=0,120 mm):

- Para el flujo de agua en tubería horizontal (descarga):

El coeficiente de fricción λf (Darcy-Weisbach) se calculará mediante las

ecuaciones de Churchill:

Donde:





161


horizontal:

- Para el flujo de agua en tubería a 60º (descarga):


Donde:




162



inclinada 60º:

- Para el flujo de mezcla en tubería horizontal (descarga):


Para el caso de la tubería horizontal aplican de nuevo las siguientes

fórmulas:






163









- Para el flujo de mezcla en tubería inclinada 60º (descarga):

Se emplea, al igual que para la succión, la siguiente expresión:






164


- Gradiente manométrico. Tubo inclinado 60º (descarga): Mediante la fórmula propuesta por Wilson:


- Pérdidas de carga del tubo inclinado 60º (descarga):

La longitud total del tubo de descarga es de 2,1 m. Por lo tanto:

- Pérdidas de carga en el tramo vertical entre la Cubierta Principal y la Cubierta C:

La longitud de este tramo de tubería de 350 mm de diámetro es de 2,6 m. Si

suponemos que la instalación debe mantener una producción de arena fina




165

Qs de 472 m³/h (0,131 m³/s), entonces la velocidad Vm puede calcularse de

la siguiente manera:

Bajo estas consideraciones, las pérdidas de carga para el tramo vertical se

pueden calcular como sigue:


Donde:

0,27×0,000020,3516=3,347×1022




166

Y por tanto:

Con el valor del coeficiente de fricción ya se puede calcular ΔPvert,f:

Por lo tanto; las pérdidas totales son:

- Pérdidas de carga en los tramos horizontales por la parte superior de la cántara (descarga):

La longitud total de tubería de 350 mm de diámetro desde la conexión por la

Cubierta C hasta la descarga en la cántara es de 36,8 m




167

- Pérdidas de carga menores (descarga):

Al igual que para el lado de la succión, el valor de las pérdidas de cargas

menores de la mezcla debido a accesorios tales como válvulas, codos, etc.,

se obtiene a partir de la expresión:

Haciendo uso de los coeficientes dados en las tablas utilizadas para el lado

de succión, se obtienen los siguientes datos:

ACCESORIOS (DESCARGA) ξ

Codo de 60º (descarga de la bomba): 0,10

Codo de 30º (conexión Cubierta B): 0,055

Codo de 90º (conexión Cubierta C): 0,13

Bifurcación (posición cerrada): 0,60


Bifurcación (posición abierta): 0,30

Válvula en bifurcación abierta: 0,04

Descarga: 1


En el tramo recto:




168

- Pérdidas totales en la descarga:

- Producción de sólidos del tramo horizontal (descarga):




- Producción de sólidos del tubo inclinado 60º (descarga):






169

- Producción de sólidos en los tramos horizontales por la parte superior de la cántara (descarga):




GRAVA MEDIA (d=6,0 mm):

- Para el flujo de agua en tubería horizontal (descarga):

El coeficiente de fricción λf (Darcy-Weisbach) se calculará mediante las

ecuaciones de Churchill:




170

Donde:



horizontal:

- Para el flujo de agua en tubería a 60º (descarga):





171

Donde:



inclinada 60º:

- Para el flujo de mezcla en tubería horizontal (descarga):





172

Para el caso de la tubería horizontal aplican de nuevo las siguientes

fórmulas:














173

- Para el flujo de mezcla en tubería inclinada 60º (descarga):

Se emplea, al igual que para la succión, la siguiente expresión:




- Gradiente manométrico. Tubo inclinado 60º (descarga): Mediante la fórmula propuesta por Wilson:





174

- Pérdidas de carga del tubo inclinado 60º (descarga):

La longitud total del tubo de descarga es de 2,1 m. Por lo tanto:

- Pérdidas de carga en el tramo vertical entre la Cubierta Principal y la Cubierta C:

La longitud de este tramo de tubería de 350 mm de diámetro es de 2,6 m. Si

suponemos que la instalación debe mantener una producción de arena fina

Qs de 617 m³/h (0,171 m³/s), entonces la velocidad Vm puede calcularse de

la siguiente manera:

Bajo estas consideraciones, las pérdidas de carga para el tramo vertical se

pueden calcular como sigue:




175


Donde:

Y por tanto:

Con el valor del coeficiente de fricción ya se puede calcular ΔPvert,f:




176

Por lo tanto; las pérdidas totales son:

- Pérdidas de carga en los tramos horizontales por la parte superior de la cántara (descarga):

La longitud total de tubería de 350 mm de diámetro desde la conexión por la

Cubierta C hasta la descarga en la cántara es de 36,8 m

- Pérdidas de carga menores (descarga):

Una vez más, el valor de las pérdidas de cargas menores de la mezcla

debido a accesorios tales como válvulas, codos, etc., se obtiene a partir de

la expresión:

Haciendo uso de los coeficientes dados en las tablas utilizadas para el lado

de succión, se obtienen los siguientes datos:




177

ACCESORIOS (DESCARGA) ξ

Codo de 60º (descarga de la bomba): 0,10

Codo de 30º (conexión Cubierta B): 0,055

Codo de 90º (conexión Cubierta C): 0,13



Bifurcación (posición abierta): 0,30

Válvula en bifurcación abierta: 0,04

Descarga: 1


En el tramo recto:

- Pérdidas totales en la descarga:

- Producción de sólidos del tramo horizontal (descarga):





178



- Producción de sólidos del tubo inclinado 60º (descarga):



- Producción de sólidos en los tramos horizontales por la parte superior de la cántara (descarga):







179

2.3.2.4. Estimación de potencia de la bomba necesaria. Selección de la bomba.

Con los datos calculados, se procede a hacer una estimación de la bomba

para las nuevas características de la draga. Para ello se harán las siguientes

consideraciones basadas en los nuevos requerimientos del armador:

- Densidad del material in situ ρsi: 2000 kg/m³

- Porosidad: 35-45%

- Densidad de sólidos ρs: 2650 kg/m³

- Pérdidas de carga totales: 46,641 m.c.a. (457,39 kPa)

(Caso más desfavorable: grava)

- Caudal de la bomba: 1440 m³/h (0,400 m³/s)

(Caso más desfavorable)

- Pérdidas de carga totales: 19,532 m.c.a. (191,54 kPa)

(Caso más favorable: arena fina)

- Caudal de la bomba: 2880 m³/h (0,800 m³/s)

(Caso más favorable)

- Potencia al eje disponible: 578 kW

Con estos parámetros, se determina la potencia de la bomba, para el caso

más desfavorable (grava media), como sigue:




180

Considerando un rendimiento de la bomba del 75%, la potencia al eje de la

misma sería:

Para el caso más favorable (arena fina), se tiene que:

Considerando un rendimiento de la bomba del 75%, la potencia al eje de la

misma sería:

El motor acoplado a la bomba es el motor principal de estribor, marca

CATERPILLAR, modelo 3508 DITA JW de 578 kW a 1600 rpm. El mismo

motor, con su reductora correspondiente, puede acoplarse a la nueva bomba

a instalar.

Se desestima la bomba actualmente en uso a bordo, de la marca DE

GROOT NIKERK, modelo GROTIUS BP 3530LD, ya que la máxima potencia

que admite es de 130 kW y por lo tanto no es apta para los nuevos

requerimientos de dragado a los que se va a destinar el buque.




181

Se propone el cambio de la bomba anterior por una bomba IHC de baja

presión y alto rendimiento, modelo Dz 400, tipo 70-17-40

y cuyas características se presentan a continuación:

- Diámetro del rodete: 700 mm

- Ancho del rodete: 170 mm

- Diámetro de la succión: 400 mm

- Tipo de cojinete: WA 160

- Peso de la carcasa: 2100 kg

- Peso del rodete: 350 kg

Las condiciones podrían mejorarse si en vez de mantener el tubo de succión

de 400 mm de diámetro interior, y el de descarga de 350 mm, éstos se

sustituyeran por mayores diámetros, pero la obra y el tiempo de parada del

buque encarecería mucho el proyecto. Se propone pues mantener la tubería

existente abordo.

2.3.2.5. Cuadro resumen de los resultados obtenidos.

A continuación, en el siguiente cuadro resumen, se muestran los valores

calculados para las nuevas longitudes de tubería a instalar:




182

DESCRIPCIÓN ARENA FINA (d=0,120 mm)

GRAVA MEDIA (d=6,0 mm)

• Velocidad límite en la tubería recta de

succión, Vm: 2,32 m/s 5,05 m/s

• Velocidad límite en la tubería de

succión inclinada 45º, Vm: 3,60 m/s 8,65 m/s

• Velocidad límite en la tubería recta de

descarga, Vm: 2,18 m/s 4,73 m/s

• Velocidad límite en la tubería de

descarga inclinada 60º, Vm: 2,98 m/s 5,53 m/s

• Pérdidas de carga totales en la

succión, Hmantotsuc: 14,393 m.c.a. 28,565 m.c.a.

• Pérdidas de carga totales en la

descarga, Hmantotdesc: 5,139 m.c.a. 18,076 m.c.a.

• Producción de sólidos (descarga) Qs: 204 m³/h 442 m³/h

• Producción de sólidos in situ

(descarga), Qsi: 340 m³/h 737 m³/h

• Potencia al eje de la bomba: 408,77 kW 488,05 kW

• Caudal: 0,800 m³/s 0,400 m³/s

2.4. MODIFICACIONES FINALES.

A la vista de los cálculos efectuados en el presente estudio, y comprobada la

viabilidad técnica del mismo, se proponen las siguientes medidas para

adecuar la draga objeto del proyecto a las nuevas condiciones de dragado

solicitadas por el armador:

1. Entrada del buque en varadero.




183

2. Desmontaje del tubo exterior de succión de 21 m de largo y 400 mm

de diámetro interior.

3. Desmontaje del cabezal de dragado.

4. Instalación del nuevo tubo exterior de succión de 30,5 m de largo y

400 mm de diámetro interior.

5. Instalación del cabezal de dragado antiguo en el nuevo tubo.

6. Instalación de la nueva tubería de inyección de agua del cabezal en el

nuevo tubo exterior de dragado.

7. Cierre del antiguo acceso de costado de estribor al tubo de succión.

8. Apertura del nuevo acceso de costado de estribor al tubo de succión,

situado a proa (véase plano de Disposición General con la

modificación propuesta). Colocación de carriles para la pieza

deslizante.

9. Apertura de cesárea en costado de estribor para meter el tramo de

9,3 m de tubería de succión para conectar el acceso de costado de

estribor con la tubería existente a bordo. Previamente, la curva de

conexión ha de haberse desmontado para su reutilización en el nuevo

acceso.

10. Apertura de cesárea en costado de estribor de cámara de máquinas

para sacar la bomba de dragado antigua y colocación de la nueva.

11. Recolocación de los pescantes intermedio y de la pieza deslizante

(véase plano de Disposición General con la modificación propuesta).

En el correspondiente documento económico, se adjuntará la propuesta

económica de la obra, incluyendo el suministro de la maquinaria necesaria

para la correcta puesta a punto de la draga.




184

2.5. BIBLIOGRAFÍA.

• Bray, R.N., Bates, A.D. y Land, J.M. “Dredging. A handbook for

Engineers”, Segunda edición. Editorial Butterworth-Heinemann. 2001.

• Matoušek, V. “Dredge Pumps and Slurry transport”. Universidad

Tecnológica de Delft (Holanda), Septiembre, 2004.

• Miedma, Sape A., “Dredging Processes. The Loading of Trailing Suction

Hopper Dredges”. Universidad Tecnológica de Delft, Holanda. 2012.

• Ortego Valencia, Laia. “Técnicas de dragado en ingeniería marítima”.

Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos.

Universidad Politécnica de Cataluña. 2003.

• Turner, Thomas M. “Fundamentals of Hydraulic Dredging”. Cornell

Maritime Press, 1984.

• Vlasblom, W.J. Diversas conferencias y artículos técnicos publicados por

la Universidad Tecnológica de Delft (Holanda). Mayo, 2005

www.dredgingengineering.com

• Wilson, K.C., Addie, G.R., Sellgren, A. y Clift, R. “Slurry Transport

Using Centrifugal Pumps”. Tercera edición. Springer Science+Business

Media Inc, 2006.

http://www.dredgingengineering.com/




185

3. PLANOS




186




187

3.1. PLANOS.

Se entregan los siguientes planos (fuera de escala los que siguen a

continuación en formato DIN A-3):

- Plano nº 1: PLANO DE DISPOSICIÓN GENERAL 1/3 (antes de la

modificación).


modificación).


modificación).

- Plano nº 2: PLANO DE DISPOSICIÓN GENERAL 1/3 (después de

la modificación).


la modificación).


la modificación).

- Plano nº 3: PLANO DE FORMAS.

- Plano nº 4: CABEZAL DE DRAGADO.

- Plano nº 5: PESCANTE DE LA PIEZA DESLIZANTE.

- Plano nº 6: PESCANTE INTERMEDIO.




188

- Plano nº 7: PESCANTE DEL CABEZAL DE DRAGADO.

- Plano nº 8: DISPOSICIÓN DEL TUBO DE SUCCIÓN CON

ACCESORIOS.

- Plano nº 9: ACOPLAMIENTO DESLIZANTE.

- Plano nº 10: PIEZA DESLIZANTE Y TUBO INTERMEDIO CON

BRAZOS.

- Plano nº 11: JUNTA UNIVERSAL.




189

PLANO 1




191

PLANO 2




193

PLANO 3




195

PLANO 4




197

PLANO 5




199

PLANO 6




201

PLANO 7




203

PLANO 8




205

PLANO 9




207

PLANO 10




209

PLANO 11




211

PLANO 12




212




213

PLANO 13




214




215

PLANO 14




216




217

PLANO 15




218




219

4. PLIEGO DE CONDICIONES




220




221

4.1. DATOS DEL BUQUE

Nombre del Buque:

GT:

Bandera:

Puerto de Registro:

Armador:

Consignatario:

Eslora Total:

Manga:

Puntal:

Sociedad de Clasificación:

4.2. REPRESENTACION.

Antes del comienzo de las reparaciones se debe informar por escrito al

Astillero del nombramiento o designación de un representante por parte del

Cliente para la firma del contrato, de cualquier modificación del mismo o

adición y de la eventual conformidad con las facturas. En caso contrario, se

sobrentiende que el Capitán tiene plena autoridad para representar al Cliente

en todos estos asuntos.

El Astillero estará representado por cualquier persona o personas

designadas para firmar en su nombre.

4.3. RESPONSABILIDAD DEL CLIENTE.

a) El buque permanecerá bajo la autoridad, responsabilidad y control del

Capitán en el período de reparación, sea cual sea su duración, tanto a flote

como en seco.




222

b) Cualquier servicio de remolque, incluso si lo solicitara el Astillero correrá

por cuenta y riesgo del Cliente.

c) A su llegada al Astillero, el buque debe estar limpio y desgasificado, a fin

de permitir la ejecución segura de los trabajos en caliente.

d) El Capitán entregará al Astillero un listado de los nombres de toda la

tripulación del buque con el fin de preparar las tarjetas identificativas

pertinentes.

e) El Cliente entiende y acepta que la distancia entre los picaderos es de

1.20, ó 2.40 ó 4.80 metros y el ancho de cada uno de ellos es de 35

centímetros. Si el Cliente solicitara otras dimensiones, se considerará como

trabajo extra.

4.4. RESPONSABILIDAD DEL ASTILLERO.

Respecto a mano de obra, piezas y equipos:

a) El Astillero llevará a cabo todas las reparaciones con razonable

habilidad y cuidado.

b) Considerando que el trabajo se llevará a cabo según las

instrucciones dada por el Cliente, el Astillero no será responsable de

una reclamación de la mano de obra defectuosa, salvo que el Cliente

pueda probar negligencia por parte del Astillero en la ejecución del

trabajo.

c) Cuando el Cliente pueda probar dicha negligencia, y el buque se

encuentre aún en el Astillero, estará obligado a subsanar sin cargos




223

la mano de obra defectuosa, como alternativa, a opción del Astillero,

éste puede pagar al Cliente una cantidad igual al coste de realización

de dichas reparaciones en sus propios talleres. En cualquier caso, la

responsabilidad para con el Cliente, sea cual sea y que surja como

consecuencia de las reparaciones negligentes, estará limitada a este

punto.

d) En los casos referentes a piezas o equipos defectuosos fabricados

por el Astillero según su propio diseño, el Astillero estará obligado a

remplazarlos a su propio coste.

e) En los casos referentes a piezas o equipos defectuosos

suministrados por el Astillero o sus subcontratistas, pero fabricados

según los diseños y/o planos de terceras partes, el Astillero estará

obligado a remplazar dichas piezas o equipos defectuosos sólo si el

Cliente puede probar que el Astillero ha fallado en la aplicación de

forma razonablemente cuidadosa de estos diseños y/o planos.

f) El Astillero no tendrá ninguna obligación sobre los casos referentes a

piezas o equipos defectuosos que no estén incluidos en los

apartados d) y e), asimismo no tendrá ninguna responsabilidad en las

piezas y equipos con vicios ocultos.

g) Sin perjuicio de lo anterior, cuando la reclamación surja una vez que

el buque haya abandonado el Astillero, cualquier responsabilidad por

mano de obra, piezas o equipos defectuosos estará limitada al valor

de la factura original del Astillero o a una cantidad equivalente al

coste de subsanar los alegados defectos, cualquiera que sea la

menor de ellas.




224

h) Cualquier pieza, material o producto elaborado en las instalaciones

del Astillero o aquellas de sus Subcontratistas para envío tras la

salida del buque del astillero a petición del cliente se considerará

entregada al Cliente una vez salidas de las mencionadas

instalaciones y serán por riesgo del Cliente a partir de ese momento,

aunque el transporte pueda ser efectuado a cuenta del Astillero.

i) El Astillero notificará al Cliente por escrito de la disponibilidad de las

mencionadas piezas, materiales o productos antes de la salida del

lugar de fabricación a fin de que el Cliente pueda inspeccionar las

mismas antes de la entrega.

El Astillero no será responsable de ningún retraso en la ejecución de las

reparaciones como consecuencia del retraso de la llegada a las

instalaciones del astillero de piezas, equipos o material suministrado por el

Cliente.

Bajo ninguna circunstancia el Astillero será responsable de cualquier

pérdida o daño consecuencial o indirecto, incluyendo pero no limitado a

pérdida, daño o gasto causado por retraso en la ejecución de la reparación.

4.5. RESPONSABILIDAD POR DAÑOS AL BUQUE Y DAÑOS PERSONALES/MUERTE Y OBLIGACIONES DE SEGURO.

1. El Cliente garantiza que ha asegurado el buque, su tripulación y

carga (si la hubiera) contra pérdida o daño de cualquier naturaleza ya sea

producida por negligencia del Astillero, sus empleados o subcontratistas o

cualquier otra causa a lo largo del período de reparaciones y está de

acuerdo en asumir responsabilidad y mantener al Astillero indemnizado

contra toda pérdida, daño y gasto como consecuencia de cualquier




225

reclamación, accidente o acontecimiento incluido en el ámbito de los

mencionados seguros.

2. En consideración a la cláusula 1., el Astillero garantiza que ha

asegurado su responsabilidad legal con respecto a cualquier daño al buque,

su tripulación y carga (si la hubiera) bajo una póliza de seguro en las

condiciones de “Ship Repairer’s Liability Clauses” con una reputada

compañía de seguros hasta un límite de Euro 18.000.000. Cualquier riesgo

que no esté cubierto por la mencionada póliza será por cuenta del Cliente.

Si el Cliente desea ampliar la cobertura del mencionado seguro, deberá

informar al Astillero por escrito antes del comienzo de los trabajos de

reparación en cuyo caso cualquier coste adicional será por cuenta del

Cliente.

3. El Cliente se hará responsable frente al Astillero de todas las

pérdidas y daños de cualquier naturaleza causada por el buque o cualquiera

de los empleados o agente del cliente. El Cliente mantendrá al Astillero

indemnizado y liberado contra todas las pérdidas y reclamaciones con

respecto a la muerte o daño personal a cualquier persona o pérdida o daño

a cualquier propiedad causada por el buque o cualquiera de los empleados

o representantes del Cliente y contra todas las reclamaciones de costes de

daño y cualquier gasto con respecto del mismo.

4.6. RESPONSABILIDAD POR LUCRO CESANTE.

Bajo ninguna circunstancia se hará responsable el Astillero por pérdida o

daño resultantes de la no utilización del buque.

4.7. PLAZO DE ENTREGA.

Cuando sea establecido un período de tiempo para cualquier acción a

realizar por el Astillero, tales como entrega de repuestos o realización de




226

trabajos, el tiempo no empezará a contar hasta que el Astillero haya recibido

todos los planos, dibujos, piezas o materiales necesarios.

4.8. FUERZA MAYOR.

Cuando la ejecución del contrato sea impedida o interrumpida por guerra,

preparaciones bélicas u hostilidades, huelgas, cierres patronales,

interferencia gubernamental, falta de disponibilidad de materiales o

repuestos, restricciones en la importación de los materiales necesarios,

repuestos o equipos, incendios, desastres naturales o por cualquier otro

suceso fuera del control del Astillero, el Astillero no tendrá ninguna

responsabilidad y no tendrá más obligación con respecto al contrato y el

Cliente pagará por el trabajo que haya sido realizado antes de las causas de

la fuerza mayor.

4.9. TRABAJOS REALIZADOS POR TERCERAS PARTES.

a) El Astillero tendrá derecho a subcontratar cualquier trabajo que

considere necesario o conveniente, aunque el Astillero mantendrá la

responsabilidad del mismo como si dicho trabajo hubiera sido realizado por

el Astillero.

b) A terceras partes, incluyendo miembros de la tripulación no

contratados por el Astillero no se le permitirá trabajos a bordo del buque sin

el previo consentimiento escrito del Astillero. El Cliente será responsable de

las consecuencias de cualquier trabajo realizado en el buque por tales

terceras partes, incluyendo miembros de la tripulación, aunque el Astillero

provea de cualquier herramienta o equipo a dichas terceras partes.

c) Todos los empleados y subcontratistas del Astillero tendrán derecho

a los beneficios de las exclusiones y limitaciones de responsabilidad aquí

expuestas.




227

4.10. CHATARRA/MATERIAL DE DESECHO.

Todo material de desecho generado como resultado de o en conexión con

los trabajos realizados por el Astillero será propiedad del Astillero, a menos

que se acuerde otra cosa.

El Cliente retirará del Astillero cualquier material o propiedad que reclame

dentro de los 30 días siguientes a la terminación de los trabajos. Cualquier

propiedad no retirada en este período de tiempo será considerada

abandonada y pasará a ser propiedad del Astillero.

4.11. PRECIOS.

El precio a pagar será según el presupuesto. Cualquier trabajo realizado

fuera del presupuesto será facturado según la práctica usual del Astillero.

4.12. PAGO

a) Se acuerdan los siguientes hitos de pago:

a. 25% a la confirmación de la orden.

b. 15% a la llegada del buque al astillero.

c. 15% a la mitad de la obra.

d. 40% a la terminación de las pruebas de mar y antes de la

salida del buque del astillero.

e. 5% en 30 días de fecha de factura.

Cualquier trabajo adicional que sea solicitado durante la ejecución de la

obra será valorado y acordado con el armador antes de su comienzo. La

forma de pago se valorará para cada orden pero en cualquier caso cualquier

pago pendiente por órdenes adicionales deberá quedar satisfecho con el

último hito de la forma contractual de pago mencionada al principio.




228

b) El Astillero tendrá derecho a que se le pague el total de todas las

facturas junto con el interés debido y sin deducción a cuenta por ninguna

reclamación o contrarreclamación por el Cliente.

c) Si por razones fuera del control del Astillero la realización de la

varada y/o reparaciones contratadas se hacen imposibles, el Cliente pagará

al Astillero una cantidad que represente el valor del trabajo realizado.

d) Antes de la salida del buque el Cliente o su representante designado

firmarán la factura del Astillero para indicar su aceptación del alcance de los

trabajos realizados y el precio final a pagar por los mismos, y el Cliente o su

representante designado deberá al mismo tiempo facilitar al Astillero

cualquier garantía financiera requerida para asegurar el pago del precio.

e) Todas las facturas pendientes tendrán un interés compuesto del

LIBOR + 3%.

4.13. TIEMPO LÍMITE.

Cualquier reclamación contra el Astillero deberá ser notificada por escrito

dentro de los seis meses siguientes a la salida del buque del Astillero, de no

hacerlo, se considerará suspendida y totalmente anulada. En cualquier caso

el Astillero será liberado de cualquier responsabilidad de cualquier

naturaleza, a menos que una reclamación se presente dentro de los doce

meses después de la salida del buque del Astillero o de la terminación del

trabajo principal, aquel de ambos que sea más corto.

4.14. NOTIFICACIONES.

Cualquier notificación, demanda o reclamación que deba ser dada o hecha

bajo este contrato, deberá ser por escrito y puede ser dada por carta, correo

electrónico o fax.




229

Y en el caso del cliente a la dirección señalada en la cabecera de su

documentación o a la dirección reseñada abajo, si fuera diferente.

4.15. LEY VIGENTE Y TRIBUNALES.

Este contrato será regido por la Ley Inglesa y cualquier disputa como

consecuencia o en relación con el mismo será planteada al alto Tribunal de

Justicia en Londres y cada una de las partes se compromete, si se le

requiere, designar un representante que acepte la notificación de la

demanda en Inglaterra dentro de los siete días de la recepción del

requerimiento.

En prueba de conformidad de estas Condiciones las partes firman con sus

nombres y direcciones abajo señaladas.

Dirección:

Teléfono:

Fax:

Firmado por:




230




231

4. PRESUPUESTO




232




233

4.1. PRESUPUESTO.

A continuación se presentan las diversas partidas de las que consta la

Memoria Económica del proyecto. Salvo donde se indique lo contrario, los

precios que se ofertan son de tarifa del astillero:

4.1.1. SERVICIOS GENERALES.

DESCRIPCIÓN PRECIO

SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA

CONEXIÓN Y DESCONEXIÓN (380 V) 275,00 €

SUMINISTRO POR kWh. 2500 KW/DÍA (ESTIMADOS 25 DÍAS) 14.250,00 €

SUMINISTRO DE AGUA DULCE

CONEXIÓN Y DESCONEXIÓN 115,00 €

SUMINISTRO POR TONELADA. 20 TON 98,00 €

SUMINISTRO DE AGUA DE REFRIGERACIÓN


SUMINISTRO A BUQUES. 25 DÍAS 3.750,00 €

CANALES DE DESAGÜE. 5 PCS 650,00 €

TAPONES EN EL COSTADO. 3 PCS 105,00 €

SERVICIO DE CONTRAINCENDIOS


SUMINISTRO A BUQUES. 25 DÍAS 6.625,00 €

RETIRADA DE BASURAS (RESIDUOS DE COCINA)

SERVICIO A BUQUES. 25 DÍAS 2.750,00 €

DESCARGAS ASEOS

CONEXIÓN 115,00 €

ALQUILER DE DEPÓSITO 1.750,00 €

VACIADO DE DEPÓSITO POR VEZ 220,00 €

COLOCAR Y RETIRAR ESCALA DE SUBIDA A BORDO

SERVICIO A BUQUES. 1 ESCALA 300,00 €

SUBTOTAL 31.233,00 €




234

4.1.2. USO DE GRÚAS PARA TRABAJOS DE LA TRIPULACIÓN.

Es apartado contempla la utilización de grúas móviles del astillero para usos

de la tripulación. Se han considerado, a efectos de presupuesto, 5 horas de

uso de grúa para estos fines durante la obra.

DESCRIPCIÓN PRECIO

GRÚA MÓVIL

GRÚA MÓVIL (HASTA 5 TON.) PARA TRIPULACIÓN. 5 HRS 775,00 €

SUBTOTAL 775,00 €

4.1.3. VARADA, BOTADURA Y ESTADÍAS.

DESCRIPCIÓN PRECIO

(a) PREPARACIÓN DE CAMA PARA VARAR

PREPARACIÓN DE CAMA 1.358,50 €

(b) VARADA, TRANSBORDO Y BOTADURA

VARADA, TRANSBORDO Y BOTADURA 1.283,22 €

(c) ESTADÍAS EN PUESTO DE VARADA

ESTADÍA EN PUESTO DE VARADA. 25 DÍAS 23.115,05 €

(d) ESTADÍAS EN MUELLE

ESTADÍA EN MUELLE. 2 DÍAS 1.035,55 €

HOMBRE RANA

SERVICIO DE HOMBRES RANA 265,00 €

INSPECCIÓN DE VÁLVULAS DURANTE LA BOTADURA

INSPECCIÓN DE VÁVULAS 230,00 €

SERVICIO DE EMBARCACIONES AUXILIARES

EMBARCACIONES AUXILIARES PARA MANIOBRA 1.150,00 €





235

4.1.4. PREPARACIÓN DE SUPERFICIE Y PINTADO.

DESCRIPCIÓN PRECIO

RASCADO Y CEPILLADO EN SECO

ESTIMADOS. 100 m2 850,00 €

LIMPIEZA CON AGUA A PRESIÓN

OBRA VIVA. 791 m2 988,75 €

OBRA MUERTA. 350 m2 472,50 €

CHORREO CON GRANALLA

GRITSWEEPING (OBRA VIVA). 370 m2 3.237,50 €

SA-2 (OBRA MUERTA). 350 m2 7.000,00 €

SA-2.5 (OBRA VIVA). 421 m2 8.420,00 €

PINTURA

OBRA VIVA. 791 m2, 2 F/C. 75 DFT/COAT 1.740,20 €

OBRA MUERTA. 350 m2, 1 F/C 75 DFT/COAT 402,50 €

PINTADO DE CALADOS Y DISCOS DE F.B.

CALADOS Y DISCOS 615,00 €

PINTADO DE NOMBRES

NOMBRES EN COSTADOS Y POPA 650,00 €

MARCAR LA LÍNEA DE FLOTACIÓN

LÍNEA DE FLOTACIÓN 405,35 €


4.1.5. PROTECCIÓN CATÓDICA.

DESCRIPCIÓN PRECIO

ZINES SOLDADOS. SUMINISTRO DEL ASTILLERO

2.5 KG. 8 PCS 376,00 €

11.5 KG. 20 PCS 2.400,00 €





236

4.1.6. ANCLAS Y CADENAS.

DESCRIPCIÓN PRECIO

ANCLAS Y CADENAS. BAJAR Y EXTENDER

ANCLAS Y CADENAS. BAJAR Y EXTENDER 1.039,50 €

MARCAR CADENAS

MARCAR CADENAS 385,00 €

LIMPIEZA CON AGUA A PRESIÓN

LIMPIEZA CON AGUA A PRESIÓN 1.127,50 €


4.1.7. VÁLVULAS (NO DEL EQUIPO DE DRAGADO).

DESCRIPCIÓN PRECIO

COMPUERTA

2". 2 PCS 430,00 €

3". 2 PCS. 520,00 €

4". 2 PCS. 620,00 €

6". 2 PCS. 780,00 €

8". 2 PCS 1.000,00 €

10". 2 PCS 1.160,00 €


4.1.8. TOMAS DE MAR.

DESCRIPCIÓN PRECIO

TOMAS DE MAR

DE 0.5 A 1 m2. 4 PCS 1.980,00 €





237

4.1.9. LIMPIEZA DE TANQUES.

DESCRIPCIÓN PRECIO

APERTURA Y CIERRE DE REGISTROS

APERTURA Y CIERRE DE REGISTROS. 5 PCS 850,00 €

DESMONTAJE DE TAPONES DE FONDO

DESMONTAJE DE TAPONES DE FONDO. 7 PCS 350,00 €

CERTIFICADO DE DESGASIFICACIÓN

VISITA INICIAL 450,00 €

CADA VISITA ADICIONAL. 1 VISITA 335,00 €

LIMPIEZA DE TANQUES DE LASTRE

TANQUE DE DOBLE FONDO. 4 TKS. 8 m3/TK 832,00 €


4.1.10. TRABAJOS DE TUBERÍA (NO DE DRAGADO).

DESCRIPCIÓN PRECIO

DIÁMETRO

HASTA 6". 5 m, 2 CURVAS, EN CBTA. 1.680,00 €

HASTA 8". 8 m, 2 CURVAS, EN CBTA. 4.125,00 €


4.1.11. TRABAJOS EN ACERO (NO DE DRAGADO).

DESCRIPCIÓN PRECIO

TOMA DE ESPESORES. ULTRASONIDOS

100 MEDIDAS 1.100,00 €





238

4.1.12. CAMBIO DEL EQUIPO DE DRAGADO.

DESCRIPCIÓN PRECIO

1. DESMONTAJE DE TUBERÍA DE SUCCIÓN DE 21 m Y PUESTA EN TIERRA

5.270,00 €

2. DESMONTAJE DEL CABEZAL DE DRAGADO, CODO Y 2 JUNTAS CARDAN DEL TUBO DE 21 m

16.275,00 €

3. SUMINISTRO DE LOS DOS TRAMOS NUEVOS PARA LA TUBERÍA DE 31 m DE LARGO Y DIÁMETRO INTERIOR 400 mm

35.000,00 €

4. SUMINISTRO DE TRAMO DE TUBERÍA DE SUCCIÓN NUEVO PARA LA GALERÍA INTERIOR DEL BUQUE. COSTADO DE ESTRIBOR. DIÁMETRO INTERIOR 400 mm Y LARGO 9,5 m

15.000,00 €

5. SUMINSTRO DE LA NUEVA BOMBA IHC DZ 400 90.000,00 €

6. DESMONTAJE DE CODO INTERIOR Y MONTAJE EN NUEVA UBICACIÓN A PROA

7.254,00 €

7. CESÁREA EN COSTADO DE ESTRIBOR PROA PARA INTRODUCIR NUEVO TRAMO DE TUBERÍA DE 9,5 m. CESÁREA DE 750X3000X10 mm. Y CIERRE DE LA MISMA.

5.400,00 €

8. MONTAJE DE NUEVO TRAMO DE TUBERÍA DE 9,5 m EN LA GALERÍA DEL COSTADO DE ESTRIBOR

9.920,00 €

9. CIERRE DE ORIFICIO DE CONEXIÓN CON LA TUBERÍA DE DRAGADO ANTIGUA Y APERTURA DE NUEVO ACCESO A PROA JUNTO CON NUEVOS CARRILES PARA LA PIEZA DESLIZANTE

9.600,00 €

10. MONTAJE EN TIERRA DE LOS DOS NUEVOS TRAMOS DE TUBERÍA DE SUCCIÓN CON EL CABEZAL, JUNTAS CARDAN Y CODO.

16.275,00 €

11. DESMONTAJE DEL PESCANTE INTERMEDIO CON SU CHIGRE Y DEL PESCANTE DEL CABEZAL CON SU CHIGRE Y COLOCACIÓN EN SUS RESPECTIVAS NUEVAS UBICACIONES.

35.960,00 €

12. CIERRE DE PASAMANOS DEL COSTADO DE ESTRIBOR Y APERTURA DE NUEVOS ACCESOS EN DICHO PASAMANOS PARA PERMITIR LA MANIOBRA DE LOS PESCANTES EN SUS NUEVAS UBICACIONES

3.500,00 €

13. APERTURA DE CESAREA EN SALA DE MÁQUINAS ESTRIBOR PARA PERMITIR EL CAMBIO DE LA BOMBA DE DRAGADO. ACCESO DE 3000X3000X10 mm Y CIERRE POSTERIOR

21.600,00 €

14. REMOVIDOS EN SALA DE MÁQUINAS PARA PERMITIR LA LIBRE MANIOBRA DE DESMONTAJE/MONTAJE DE BOMBAS DE DRAGADO

5.250,00 €




239

DESCRIPCIÓN (CONTINUACIÓN) PRECIO 15. DESMONTAJE DE LA BOMBA DE DRAGADO EXISTENTE, MANIOBRA DE RETIRADA. MANIOBRA DE INTRODUCCIÓN DE LA NUEVA BOMBA Y MONTAJE.

33.418,00 €

16. MODIFICACIÓN DEL POLÍN DE LA NUEVA BOMBA DE DRAGADO

6.550,00 €

17. CONEXIONADO DE LA NUEVA TUBERÍA DE DRAGADO CON LOS PESCANTES, IZADO Y ESTIBADO A BORDO

5.580,00 €

SUBTOTAL 321.852,00 €

Los precios arriba consignados se han obtenido como sigue:

1. 4 hrs grúa x 155 €/hr + 5 operarios x 20 horas x 46,5 €/hr-hombre


3. Estimación de precio de suministro de fábrica.



6. 6 operarios x 28 horas x 46,5 €/hr-hombre

7. Precio de tarifa.














240

4.1.13. PRUEBAS DEL EQUIPO DE DRAGADO.

DESCRIPCIÓN PRECIO 1. PRUEBAS SOBRE AMARRAS EN MUELLE DEL ASTILLERO. ARRANQUE Y CEBADO DE BOMBA. ARRIADO PARCIAL DE TUBO DE DRAGADO

5.580,00 €

2. PRUEBAS EN ALTA MAR. PRUEBA DE DRAGADO CON ARRIADO TOTAL DEL TUBO DE SUCCIÓN Y ARRANQUE DE BOMBA CON LLENADO DE CÁNTARA.

8.370,00 €


Los precios arriba consignados se han obtenido como sigue:



4.1.14. CUADRO RESUMEN.

DESCRIPCIÓN PRECIO

1. SERVICIOS GENERALES 31.233,00 €

2. GRÚAS 775,00 €

3. VARADA, BOTADURA Y ESTADÍAS 28.437,32 €

4. PREPARACIÓN DE SUPERFICIE Y PINTADO 24.781,80 €

5. PROTECCIÓN CATÓDICA 2.776,00 €

6. ANCLAS Y CADENAS 2.552,00 €

7. VÁLVULAS (NO DEL EQUIPO DE DRAGADO) 4.510,00 €

8. TOMAS DE MAR 1.980,00 €

9. LIMPIEZA DE TANQUES 2.817,00 €

10. TRABAJOS DE TUBERÍA (NO DEL EQUIPO DE DRAGADO) 5.805,00 €

11. TRABAJOS EN ACERO (NO DEL EQUIPO DE DRAGADO) 1.100,00 €

12. TRABAJOS DE CAMBIO DEL EQUIPO DE DRAGADO 321.852,00 €

13. PRUEBAS DEL EQUIPO DE DRAGADO 13.950,00 €

PRECIO TOTAL: 442.569,12 €

Las partidas directamente relacionadas con el proyecto de cambio del

equipo de dragado son:




241

1. SERVICIOS GENERALES (Los precios de los trabajos de este capítulo

son de tarifa).

3. VARADA, BOTADURA Y ESTADÍAS (Los precios de los trabajos de este

capítulo son de tarifa).

12. TRABAJOS DE CAMBIO DEL EQUIPO DE DRAGADO (Calculado

mediante estimación de horas-hombre más consumibles y materiales).

13. PRUEBAS DEL EQUIPO DE DRAGADO (Calculado mediante

estimación de horas-hombre más consumibles y materiales).

Cuyo coste asciende a un total de 395.472,32 €.

Las otras partidas (2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 y 11) se han añadido para

aprovechar el periodo de parada del buque y hacerle así un recorrido

general, si el armador así lo decidiera.

5.1.14.1. Precio de venta, coste y margen de beneficio.

Considerando varada con recorrido completo e instalación de nuevo equipo

de dragado:

Precio de venta: 442.569,12 €

Precio de coste: 335.025,00 €

Beneficio industrial: 24,30 %




242

4.1.15. PLAZO DE ENTREGA.

Se estima un plazo de entrega en astillero de veinticinco días en varada, dos

días de muelle y tres días de pruebas de mar. El plazo no contempla el

tiempo de entrega por parte de fábrica (IHC) de la bomba de dragado y los

tramos nuevos de tubería de succión.

El camino crítico lo marcan los trabajos relativos al equipo de dragado, por lo

que el plazo de entrega será independiente de la decisión del armador de

hacer o no los trabajos complementarios de recorrido general del buque

durante la parada.

4.2. CÁLCULO DE COSTES OPERATIVOS CON EL NUEVO EQUIPO DE DRAGADO.

4.2.1. PRINCIPIOS BÁSICOS DEL ESTÁNDAR DE COSTES.

Los siguientes valores para:

- El valor estándar V

- La tasa estándar de depreciación e interés (D+i) - La tasa estándar para mantenimiento y reparación (M+R)

derivan de datos técnicos, estadísticos y económicos.

Las tasas estándar por depreciación e intereses, y las tasas estándar por

mantenimiento y reparaciones no incluyen los siguientes costes:

• Carga, descarga y transporte

• Montaje y desmontaje




243

• Tripulación

• Combustibles y lubricantes

• Seguros

• Planta auxiliar, tales como remolcadores o embarcaciones de trabajo

(las embarcaciones propias del buque, transportadas a bordo, si están

incluidas)

• Desgaste y rotura por material dragado

• Supervisión a bordo

• Provisión de gastos generales

Las tasas estándar tampoco cubren los costes del departamento de

dirección de planta, los cuales pueden ser:

• Supervisión y almacenaje

• Apoyo técnico

• Seguros

• Provisiones especiales

• Modificaciones necesarias para proyectos particulares.

4.2.2. DEFINICIÓN DE PARÁMETROS DE COSTE ESTÁNDAR.

5.3.2.1. Valor estándar V (€).

Sea cual sea la edad de la planta que se esté usando, el valor estándar

necesita relacionarse al valor actual de remplazo del ítem. Esto se requiere

para reflejar el incremento de coste de los repuestos en el presupuesto de

mantenimiento y así permitir el remplazo de dicha planta al final de su vida

útil.




244

El valor estándar V es el valor de remplazo y considera que la planta se ha

fabricado siguiendo normas internacionales de seguridad, salud,

certificaciones, etc., incluye también la supervisión de construcción,

suministros y valor de stocks de respetos que forman parte del stock normal

de repuestos.

5.3.2.2. Vida de servicio N (años).

Se define como el periodo entre la entrega de la pieza del equipo y el

momento en que se convierte ineficiente el mantenerlo en uso, ya sea por

razones económicas o técnicas. Está basado en el estudio de registro de

datos a largo plazo.

5.3.2.3. Periodo de utilización (semanas/años).

En un momento cualquiera en el tiempo, el equipo está o bien:

a) En uso para un proyecto incluyendo interrupciones en el trabajo y por

movilización (excepto casos b) y c)).

b) Retirado de la producción para revisión o gran reparación.

c) Mantenido en parada a la espera de nuevo proyecto.

El periodo en el que el equipo está bajo el apartado a) anterior es conocido

como periodo de utilización. El periodo de utilización puede variar según las

categorías de los equipos y durante la vida de servicio de dicho equipo (por

ejemplo, época en la que el mercado de dragado está en expansión).

La utilización se usa normalmente para determinar el coste semanal del

equipo cuando está trabajando.




245

5.3.2.4. Depreciación e intereses D+i (% de V).

Cuando se determina la depreciación D y los intereses i para la mayor parte

de los equipos de la planta, hay que tener en cuenta un cierto valor residual.

El método elegido para determinar la depreciación es el método de la

anualidad, que está adaptado a los altos costes de inversión en pos de la

larga vida de servicio del equipo de dragado.

La tasa de interés i para los propósitos de cálculo se ha estimado en un 7%

anual. Esta es una tasa convencional que está generalmente aceptada para

asegurar un retorno viable de negocio en el capital, pero que puede variar

con de vez en cuando.

5.3.2.5. Costes de mantenimiento y reparación M+R (% de V).

El mantenimiento M y la reparación R se definen como todas aquellas

actividades que son llevadas a cabo con el propósito de mantener un

sistema en el estado técnico necesario para que dicho sistema trabaje

apropiadamente con respecto al tipo y alcance de las funciones que tiene

designadas.

Los porcentajes de M+R han sido calculados suponiendo unas horas de

servicio determinadas. Las horas de servicio son las horas que se considera

que el equipo está trabajando en un proyecto de dragado, incluyendo los

tiempos muertos en los que se incurre cuando se interrumpe la producción,

se para o se retrasa. Las horas de operación real o de producción son las

horas de servicio menos las de interrupción o retraso.

El desgaste o rotura de componentes en relación directa con el material que

se está dragando no se incluye en el porcentaje de M+R.




246

El porcentaje de M+R incluye los siguientes costes:

• Mantenimiento y reparaciones.

• Piezas de repuesto estándar.

• Consumibles técnicos y productos para limpiezas.

• Cables de acero.

• Gastos de transporte para los respetos necesarios para las

reparaciones.

• Costes de personal directamente atribuibles con respecto a M+R

durante las reparaciones.

Los costes no cubiertos por el porcentaje de M+R son:

• Gastos generales del departamento de servicios técnicos.

• Costes de personal, excepto los ya mencionados.

• Suministro para el personal, tales como comida para la tripulación.

• Lubricantes, combustible y agua.

• Periodos largos de amarre y parada.

• Seguros y deducibles.

• Desgaste por el transporte del material que se esté dragando.

• Respetos extra a los estándares ya existentes a bordo.

• Movilización y desmovilización.

• Modificaciones y equipos especiales para un trabajo en particular.

• Costes de transporte de respetos fuera del territorio nacional. Gastos

de viaje para técnicos especialistas.




247

5.3.2.6. Costes fijos y variables.

En los costes de mantenimiento y reparación, el 40% se suele considerar

como coste fijo y el 60% como variable según el número de horas de servicio

de la planta.

Basados en los costes variables del 60%, los valores de M+R dados deben

multiplicarse por el factor F, el cual se determina usando la ecuación

siguiente:

Donde:

F: Factor multiplicador para M+R

A: Número de horas de servicio reales

H: Horas de servicio estándar (tabla)

Con ello, se puede confeccionar la siguiente tabla donde se obtienen los

valores de F para 42, 84 y 168 horas de servicio A:

Factor multiplicador (F) Número de horas de servicio reales (A)

Hor

as d

e

serv

icio

está

ndar

(H) 42 84 168

42 1 1,6 2,8

84 0,7 1 1,6

168 0,55 0,7 1




248

4.2.3. CÁLCULO DE COSTES.

Se consideran los siguientes valores:

• Vida de servicio: 18 años

• Horas de servicio: 168 horas

• Valor residual: 10% de V

• Periodo de utilización: 33 semanas

• D+i: 9,647% de V al año o 0,292% por semana

El valor V estándar en Euros, para las dragas portadoras de succión en

marcha, viene dado por la siguiente fórmula:

Donde:

W: Peso en rosca (toneladas métricas)

Pt: Potencia de la bomba de dragado en funcionamiento (kW)

Jt: Potencia de la bomba de chorro del cabezal (kW)

S: Potencia propulsiva en navegación (kW)

La siguiente tabla muestra los valores reales del buque objeto del proyecto:

W: Peso en rosca (toneladas métricas): 408 T

Pt: Potencia de la bomba de dragado en

funcionamiento (kW): 488 kW

Jt: Potencia de la bomba de chorro del cabezal

(kW): 112 kW

S: Potencia propulsiva en navegación (kW): 1.156 kW




249

Sustituyendo valores en la expresión de V:

Este valor así obtenido es a fecha del año 2009. Puesto a fecha de julio de

2012, el valor de V es de 8.769.419 €. Este sería el valor aproximado de esta

draga al principio de su vida útil con su nuevo equipo de dragado.

Valor residual:

• 10% de V: 876.942,00 €

El valor de la depreciación e intereses (D+i) es de:

• 9,647% de V al año: 845.986,00 €

• 0,292% de V por semana: 25.607,00 €

El valor del mantenimiento y reparación (M+R) es de:

• 0.2068% de V por semana: 18.135,00 €

4.3. BIBLIOGRAFÍA.

• Bray, R.N. “A Guide to Cost Standards for Dredging Equipment 2009”.

CIRIA. 2009.




250



Este trabajo se terminó de redactar en Las Palmas de Gran Canaria el 16 de

septiembre de 2012

Documents

CÁLCULO DEL EQUIPO DE DRAGADO NECESARIO PARA UNA DRAGA DE