Cargador de barcos: qué es, cómo se cargan los barcos y tipos

¿Qué es un cargador de barcos? Función y componentes principales

Un cargador de barcos es una máquina de manipulación de materiales diseñada específicamente para transferir sólidos a granel desde la infraestructura de transporte y almacenamiento en tierra de una terminal a un barco con el rendimiento nominal de la terminal. La máquina debe adaptarse a la geometría de la embarcación (longitud de la bodega, ancho de la bodega, tamaño de la abertura de la escotilla y el cambio en el francobordo de la embarcación (altura de la cubierta sobre la línea de flotación) a medida que el barco se carga progresivamente y se hunde más), todo ello manteniendo un flujo continuo de material.

Los componentes principales de un cargador de barcos giratorio estándar son:

Cómo se cargan los buques de carga: el proceso de carga de buques

La carga de un buque de carga a granel es una operación secuenciada con precisión que equilibra el rendimiento con la estabilidad del buque, el estrés estructural y el tiempo en puerto. La secuencia de carga de un granelero Capesize que transporta mineral de hierro ilustra el proceso en un contexto comercialmente realista:

• Llegada de buques y reconocimiento previo a la carga: Antes de que comience la carga, el buque se somete a un estudio de precarga: las mediciones de calado, asiento y escora se registran y se comparan con el plan de carga. Se inspeccionan las bodegas de carga en busca de residuos de la carga anterior que puedan contaminar la nueva carga. La secuencia de carga del barco (qué debe llenarse primero y en qué orden) se acuerda entre el oficial principal del barco, el capitán de carga de la terminal y el agente del barco.
• Posicionamiento del cargador de barcos: El cargador del barco viaja a lo largo de su vía férrea para alinearse con la primera escotilla designada. La pluma gira y orza para centrar el conducto de carga sobre la abertura de la escotilla. El paracaídas telescópico se extiende dentro de la bodega. 1–3 metros de la superficie del pilote . La posición inicial suele ser una espera hacia adelante o hacia atrás en lugar de una espera en el medio del barco, para comenzar a generar la distribución correcta del peso para la estabilidad durante la carga.
• Aumento de la tasa de carga: La alimentación de material se inicia a un ritmo reducido mientras el operador confirma la alineación, verifica que el conducto esté libre y la bodega despejada y establece comunicación con el barco. La velocidad de carga aumenta hasta alcanzar el rendimiento operativo total, normalmente 5.000-15.000 t/h en terminales de mineral modernas, una vez que se confirme que todos los sistemas funcionan correctamente.
• Recorte: A medida que se acumula la pila en la bodega, el operador gira periódicamente la pluma y reposiciona el conducto de carga para distribuir la carga uniformemente por el piso de la bodega. La carga sin recortar crea una pila puntiaguda que reduce la utilización de la bodega y puede moverse durante el viaje, creando una lista. El recorte se realiza durante las pausas de carga o mediante un giro lento y continuo mientras se mantiene el flujo de material.
• Secuenciación de nacimiento a nacimiento: Cuando una bodega alcanza su tonelaje total o parcial planificado, se detiene la carga, se eleva y retrae el conducto y la máquina se desplaza a la siguiente escotilla. La secuencia de carga está diseñada para mantener la estabilidad de la embarcación (mediante la carga simétrica con respecto a la línea central) y mantener las tensiones del casco dentro de los límites estructurales de la embarcación; exceder los límites de acaparamiento o hundimiento durante la carga puede dañar permanentemente la quilla de la embarcación.
• Borrador final de encuesta y finalización: Cuando todas las bodegas tienen el tonelaje objetivo, se asegura el cargador, se vuelve a medir el calado del buque en seis puntos (proa, popa, babor y estribor) y se calcula la cantidad de carga final a partir del estudio de calado. Esta cifra es el peso de la carga oficialmente certificado a efectos de conocimiento de embarque y pago de flete.

Tipos de cargadores de barcos y sus aplicaciones

Los cargadores de barcos se clasifican según su movilidad, configuración estructural y el tipo de carga que manejan. La selección del tipo correcto depende de los requisitos de rendimiento de la terminal, la geometría del muelle, el rango de tamaño de los buques y las características del material a granel que se carga.

El cargador de barcos giratorio montado sobre rieles domina las terminales de exportación a granel de alto rendimiento porque combina la gama completa de movimientos necesarios para dar servicio a cualquier escotilla en cualquier embarcación dentro de la ventana del atracadero (desplazamiento a lo largo del muelle, giro a través de la abertura de la escotilla, abatimiento para adaptarse al francobordo cambiante del barco) mientras mantiene la rigidez estructural requerida para operaciones continuas de alto tonelaje. Las máquinas más grandes de este tipo, como las de los puertos de mineral de hierro de Pilbara, en Australia Occidental, cargan a velocidades superiores 16.000 t/h y puede completar la carga de un buque de 180.000 DWT en menos de 14 horas.

Cómo cargar un barco: requisitos operativos y de ingeniería clave

Cargar correctamente un buque de carga a granel requiere gestionar cuatro limitaciones técnicas simultáneas que están en tensión entre sí: maximizar el rendimiento, mantener la estabilidad del buque, controlar la calidad de la carga y gestionar el cumplimiento medioambiental. El incumplimiento de cualquiera de los cuatro puede provocar daños al buque, contaminación de la carga, sanciones de la autoridad portuaria o detención del buque.

• Gestión de la estabilidad durante la carga: A medida que se agrega carga a las bodegas, la altura metacéntrica (GM) y el asiento del buque cambian continuamente. Una secuencia de carga que coloca todo el peso en las bodegas delanteras primero crea una tensión severa en la viga del casco, excediendo potencialmente los límites estructurales definidos en el manual de carga del barco. Cada granelero especifica momentos de flexión y fuerzas de corte máximos permitidos en cada estación del marco; el capitán de carga debe calcularlos en cada etapa de carga y ajustar la secuencia para mantener las tensiones calculadas dentro de los límites. Los sistemas modernos de gestión de terminales automatizan estos cálculos en tiempo real a medida que se acumula el tonelaje.
• Sincronización de transportador y alimentador: El transportador de pluma del cargador de barcos funciona a una velocidad y ancho de cinta fijos; su capacidad de rendimiento está determinada por el área de la sección transversal del material en la cinta. La velocidad de alimentación del sistema transportador principal de la terminal debe adaptarse a la capacidad del cargador. La alimentación insuficiente deja la pluma funcionando vacía y desperdicia tiempo de carga. La sobrealimentación derrama material o obliga al cargador a detenerse, lo que provoca interrupciones no planificadas que se acumulan en aumentos significativos del tiempo en puerto. En terminales automatizadas, las células de carga en el transportador y las básculas de cinta en el punto de alimentación del cargador mantienen la velocidad de alimentación dentro de ±2% del objetivo continuamente.
• Cumplimiento de la limitación del proyecto: Cada atracadero tiene un calado máximo permitido declarado: la profundidad más profunda que el barco puede permanecer en el agua cuando está completamente cargado en ese puerto. Este calado está determinado por la profundidad del canal, las ventanas de marea y los márgenes de seguridad de la autoridad portuaria. El capitán de carga debe calcular con precisión el calado final cargado y asegurarse de que el buque cargado no exceda el calado operativo del atracadero. un error de Calado de 10 cm sobre el máximo permitido puede encallar un buque en el canal de atraque y causar horas o días de retraso.
• Humedad y fluidez del material: Ciertas cargas a granel (mineral de níquel, finos de mineral de hierro, carbón con alto contenido de humedad) están sujetas al riesgo de licuefacción. Si el contenido de humedad excede el límite de humedad transportable (TML) de la carga, la carga puede comportarse como un líquido durante el viaje, provocando un desplazamiento catastrófico de la carga y el vuelco del barco. El Código Internacional de Cargas Marítimas Sólidas a Granel (IMSBC) exige pruebas del contenido de humedad antes de comenzar la carga, y la carga debe rechazarse si la humedad excede el TML. Esta es una restricción operativa que afecta la decisión de carga independientemente de la capacidad mecánica del terminal.

Criterios de selección de cargadores de barcos para proyectos de nuevas terminales

Especificar un cargador de barco Para un proyecto de nueva terminal se requiere traducir los requisitos operativos comerciales en especificaciones mecánicas y estructurales. Los siguientes parámetros definen las especificaciones de la máquina:

• Capacidad de rendimiento de diseño (t/h): La capacidad nominal nominal debe dimensionarse para cumplir con el objetivo de rendimiento anual de la terminal con una disponibilidad operativa realista. Una terminal dirigida 10 millones de toneladas por año con un año de 300 días de funcionamiento y 18 horas de carga efectivas por día necesita un rendimiento sostenido de aproximadamente 1.850 t/h al 100% de utilización, pero teniendo en cuenta el tiempo de cambio de embarcación, los retrasos climáticos y las ventanas de mantenimiento, la capacidad nominal de la máquina debe especificarse en 1,3–1,5 veces la tasa sostenida , lo que da una capacidad de diseño de 2400 a 2800 t/h en este ejemplo.
• Alcance del barco (DWT): La máquina debe adaptarse a toda la gama de tamaños de embarcaciones que utilizarán el atracadero, desde la embarcación costera más pequeña hasta la embarcación más grande que el atracadero pueda aceptar. Los buques más grandes tienen bodegas más profundas (la profundidad de las bodegas generalmente 12 a 18 m en embarcaciones Capesize ), escotillas más anchas y mayor cambio de francobordo durante la carga, lo que requiere rampas telescópicas más largas, arcos de giro más amplios y un mayor rango de abatimiento que las máquinas que sirven a embarcaciones más pequeñas.
• Carga en muelle (kN/m²): Las cargas estáticas y dinámicas impuestas por el cargador del buque sobre la estructura del muelle deben estar dentro de la capacidad estructural del muelle. El peso propio de la máquina, el peso de la carga en la pluma y las cargas dinámicas provenientes del desplazamiento, el giro y el abatimiento contribuyen. Se pueden optimizar nuevos diseños de muelles para el cargador; La adaptación de un cargador grande a un muelle existente a menudo requiere un refuerzo estructural que cuesta más que el propio cargador.
• Propiedades de carga: La densidad aparente, el tamaño de las partículas, el rango de contenido de humedad, la abrasividad (medida por el índice de abrasión Bond) y el ángulo de reposo afectan el ancho de la cinta transportadora, la velocidad de la cinta, la geometría del canal y la selección del revestimiento de desgaste. Un cargador de mineral de hierro que manipula material con una densidad aparente de 2,0–2,4 toneladas/m³ requiere una correa más ancha y un marco estructural más pesado que un cargador de granos que maneja material a 0,7–0,8 t/m³ para el mismo rendimiento en masa.
• Requisitos medioambientales: Los permisos ambientales de la autoridad portuaria especifican los niveles máximos permisibles de emisión de polvo en el punto de carga. Lograr el cumplimiento puede requerir transportadores de pluma cerrados, conductos telescópicos sellados con contención de polvo en forma de media de tela, sistemas de supresión de rociadores de agua o precipitación electrostática en el respiradero de escape del recinto del conducto de carga. Estos sistemas añaden costos de capital y requieren disposiciones de acceso para mantenimiento en el diseño de la máquina.

Puntos de referencia de rendimiento del cargador de barcos en las principales terminales a granel

El comercio mundial de productos básicos a granel se concentra en un pequeño número de terminales de gran volumen donde los puntos de referencia de rendimiento de los cargadores de barcos definen el estándar para la industria. Estos puntos de referencia se informan públicamente a través de estadísticas portuarias y son puntos de referencia útiles para el diseño de nuevas terminales: