APUNTES DE MANIOBRA DEL CAPITAN ENRIQUE MONTI

Apuntes de Maniobra del Capitn E. Monti

APUNTES DE MANIOBRA DEL

CAPITAN ENRIQUE MONTI

PROLOGO

Estos apuntes se proponen desarrollar los temas que bajo el ttulo

de MANIOBRA DE BUQUE se estudian en la Escuela Nacional de

Nutica MANUEL BELGRANO" en el curso del Tercer Ao.

Se le han agregado algunos datos para que pueda servir de

consulta a profesionales y a los que pretendan rendir el ttulo de

ascenso a Capitn de Ultramar. Para escribirlos me he basado en

gran medida en la lectura razonada, pasada por el tamiz de

muchos aos de experiencia, de varias obras anteriores. Al final de

cada captulo se citarn esas fuentes y los artculos de revistas

tcnicas que he utilizado. Concuerdo con los marinos que opinan

que la ciencia nutica se apoya en dos pilares: la NAVEGACIN y la

MANIOBRA. Por la primera ubicamos al buque y determinamos el

rumbo que lo lleva a cualquier punto de la zona martima del

geoide, la segunda nos ensea como evolucionar y conducirlo en

ese rumbo. Para esto es necesario conocer al buque y los efectos

que en el producen las fuerzas a que est sometido.

El conocimiento del buque que debe tener un marino debe ser tal

que sepa como est construido el buque, no como construirlo.

Aclarado el propsito de estos apuntes y la concepcin del autor

sobre la materia, pasemos al desarrollo del programa.

UNIDAD 1

Introduccin a la maniobra. El arte de la maniobra. Factores que intervienen en la maniobra de un buque.

EL ARTE DE LA MANIOBRA

Dice el Capitn Ortiz en su "Teora de la Maniobra" : "Es el arte que ensea a gobernar las embarcaciones". La acepcin ms comn que se encuentra en los diccionarios del vocablo 'arte' es: el conjunto de reglas para hacer bien una cosa y es en este sentido que debe ser aqu tomado y no en el de creacin de valores tales como lo sublime o lo bello.

Resalto estas definiciones porque la ejecucin de una maniobra es uno de los hechos ms reconfortantes del marino y puede hacernos creer que nos hemos asomado al xtasis de la creacin artstica.

El epgrafe "arte de la maniobra" suele engaar en el mismo sentido, hacindonos pensar que las maniobras de los buques son para ser ejecutadas por artistas, en el sentido que tendran de especiales estos seres, de lo que se deducira la inutilidad de su estudio si no se tienen esos excepcionales dones.

Yo creo que esto no es as y an cuando haya en algunos profesionales una habilidad innata para el manejo de los buques, no hay nada que no se pueda suplantar con el estudio de la forma y las evoluciones de los barcos y experiencia y tranquilidad en las apreciaciones.

El filsofo Michael Polanyi denomin conocimiento tcito "al que tenemos intuitivamente o el que se deriva de una gran experiencia difcil de convertir en palabras": la tcnica de un mdico en el diagnstico, el sexto sentido que tiene un director experimentado ante una situacin difcil y yo agrego la ejecucin de una maniobra por un capitn.

En este curso ambicionamos alimentar esa intuicin con conocimientos tericos y descripciones de maniobras bien hechas.

Aqu pretendo aclarar otra confusin comn en nuestra profesin y que es aquella que nos dice que toda maniobra que obtenga el resultado deseado sin accidentes es buena, no importa el tiempo ni el esfuerzo realizado. Yo creo que esto no es as y como en realidad no conozco una definicin anterior adecuada propongo esta:

"Maniobra buena es la que logra su propsito sin accidentas en el tiempo ms corto posible con el margen mayor de seguridad y el menor gasto de energa, tanto humana como mecnica".

Es mi deseo que los que lean estas lneas puedan sentir alguna vez la maravillosa sensacin que he experimentado al comprobar que los hombres y las mquinas obedecen sincronizadamente a nuestro mando y llevan el buque a su destino.

FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA MANIOBRA DE UN BARCO

Los numerosos elementos que contribuyen en la ejecucin de una maniobra, se hallan a veces bajo el control total del maniobrista y otras, lo hacen solo parcialmente o estn definitivamente fuera de su control.

Saber como aprovechar al mximo ese dominio y como contrarrestar los efectos negativos de los elementos que estn fuera de control, constituyen el propsito del estudio de la maniobra.

Para dar una idea general de esos factores los enumeraremos dividindolos en dos grupos:

1) Propios: Constituidos por los medios de propulsin del buque, sistemas de gobierno, sus medios de amarre y fondeo, forma de la carena, disposicin de las superestructuras, su calado, su asiento, su escora, sus dimensiones, su inercia y su tripulacin.

2) Ajenos : Los producidos por las corrientes, el viento, las olas, las profundidades, visibilidad y trfico.

Muchos de estos factores se relacionan entre s: profundidad y calado, dimensiones y trfico, etc.

Algunos de los factores propios son fuerzas: las aplicadas en la hlice, el timn, las anclas y las amarras que el maniobrista puede dominar a voluntad para sacarles el mximo provecho. Estos factores ejercern su accin resultante sobre el movimiento del buque junto con la inercia del mismo, la cual se opondr tanto a las aceleraciones lineales de avance o retroceso como a aquellas que tienden a hacerlo girar.

Estudiaremos como el buque se mueve en un medio discontinuo, la carena en el agua y su obra muerta en el aire; fluidos ambos que ofrecen resistencias diferentes al movimiento en razn de sus diferentes densidades.

Recordaremos que el aire es susceptible de ser comprimido, no as el agua. Cuando se produce una fuerza en el agua mediante el movimiento de un cuerpo rgido, por ejemplo una hlice girando, se manifiesta en sus palas diferencias de presiones de acuerdo a la profundidad en que actan las diversas reas consideradas.

De los factores ajenos que escapan a nuestro dominio veremos como contrarrestar sus efectos desfavorables de manera racional y aprovechar las fuerzas del viento y la corriente para nuestros propsitos.

Para poder encauzarlos es necesario el estudio terico de los elementos de que hemos hablado, estudio que se complementa despus con la experiencia adquirida a bordo .

Creo que nada es ms reconfortante en nuestra profesin que poder coordinar y dominar estos factores y la satisfaccin que tal hecho brinda es cotejable con la que se debe sentir en las profesiones ms exigentes.

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Bibliografa

Nociones de Arquitectura Naval - Marcial Gamboa Snchez

Tratado de Maniobra - Barbudo.

Teora de la maniobra - Ortiz

Apuntes de Maniobra - Torra

Enciclopedia del MarUNIDAD 2

Amarras. Finalidad. Nomenclatura. Lnea de amarre. Capacidad de estiramiento. Fuerzas sobre el buque. Direccin de las amarras. Amarras destinadas a soportar distintos esfuerzos. Conclusin. Amarras pasadas por seno.

AMARRAS

Amarras: La Enciclopedia del Mar las define as: "Nombre que con carcter general se da a bordo a los cabos, cables y cadenas empleados en sujetar (amarrar) el buque y los botes o lanchas".

Finalidad: Su finalidad es mantener al buque fijo en una posicin, atracado a un muelle, amarradero, dolfin etc. o a otra embarcacin.

Tambin pueden usarse para modificar dicha posicin o para auxiliarse en maniobras de atraque o desatraque.

Cuando se las utiliza para cambiar de posicin cobrndose de ellas se llaman espas.

La accin de correr el buque utilizando slo las amarras se denomina espiarse sobre amarras.

Recordamos que el conjunto de los cabos y cables especficos de un buque se denomina jarcia o cabullera y que jarcia de amarre es el conjunto de cables y cabos utilizados en el amarre del buque. Est formado por cables y principalmente por cabos de fibras vegetales y sintticas de gran mena. En nuestra jerga llamamos alambres a los cables y a las amarras de fibra vegetal o sinttica estachas.

NOMENCLATURALas amarras reciben un nombre caracterstico que depende de la forma en que trabajen con relacin al buque. La figura ilustra estas denominaciones

Si saliendo de proa trabajan hacia proa o saliendo de popa trabajan hacia popa se dice que trabajan por largo o simplemente que es un largo.

Si sale de proa es un largo de proa (head line); si sale de popa es un largo de popa (stern line). Las amarras que salen de proa a popa y de popa a proa se dice que trabajan de esprn. Si lo hace de proa a popa es un esprn de proa (Forward spring). Si llama de popa es un esprn de popa (after spring). Las amarras que salen en direccin transversal decimos que trabajan de travs o travesn (breast line) y lo diferenciamos si est a proa o popa como travesn de proa o travesn de popa.

Lnea de amarre : Se denomina as a una determinada direccin o sentido seguido por una o ms amarras. Dos o ms amarras pueden estar tendidas desde diferentes puntos de afirmacin y sin embargo estar sobre la misma lnea de amarre. Su propsito es repartir el esfuerzo.

Fuerzas sobre la amarra: la accin que primero ejerce una fuerza sobre una amarra encapillada es rectificar el seno elevando su peso. Si la fuerza no es absorbida por este acto, la traccin prosigue, la amarra se estira y la energa que consume est determinada por la relacin resistenciaelongacin.

La energa (e) que absorbe depende de si es sometida a una carga lenta o a un impacto.

Siendo R la resistencia a la rotura expresada en Kg. y E la elongacin final en metros, para calcular la absorcin de energa (e) de la amarra se pueden utilizar las siguientes frmulas simplificadas:

Si se contina la traccin hasta llegar a la rotura, la energa (e) es prcticamente in-dependiente de la velocidad con que fue aplicado el esfuerzo de la traccin. Esto nos indica que si en una lnea de amarre hay tendidas amarras de distinto coeficiente de estiramiento, las que estiren menos soportarn la mayor parte del esfuerzo a que est sometida, la lnea de amarre y por lo tanto no se consigui el propsito de repartirlo. Como consecuencia, en caso de cortarse una amarra, es probable que se corten las dems.

CAPACIDAD DE ESTIRAMIENTO

La elasticidad de la amarra depende del material. del rea de seccin y de su longitud.

A igualdad de seccin y longitud los cabos de fibra sinttica tienen ms capacidad de estiramiento que los de fibra natural y los cables que le siguen en ese orden. El cuadro comparativo extrado del libro del Capitn Barbudo nos da las principales caractersticas de las fibras ms usadas en la actualidad.

El cuadro siguiente nos da algunas caractersticas de los cables. Recordemos que 6 x 6 significa que posee seis cordones de seis alambres.

FUERZAS SOBRE EL BUQUE

Cuando un buque est amarrado, el viento, la corriente, la marea, la carga o la descarga, tienden a modificar su posicin, ya sea corrindolo a lo largo del amarradero, apartndolo del mismo, o modificando su altura con respecto al muelle.

Cualquiera sea el vector representativo de la fuerza que acte, siempre podr descomponerse segn la longitudinal y la transversal respecto del buque.DIRECCION DE LAS AMARRAS

Las condiciones de trabajo ideales de una amarra son: estar extendida horizontalmente y en la direccin de la fuerza que anula. Los dibujos ilustran en estas condiciones. En la figura 1 vemos que T es la traccin que soporta la amarra, V, la componente vertical de F que es anulada por el par de estabilidad transversal del buque y el ngulo formado entre la amarra y la horizontal.

Lo que nos indica que T vara entre un mnimo igual a F e infinito segn sea igual a cero o noventa grados. Como corolario de esto decimos, que cualquiera sea la lnea de amarre el esfuerzo que debe soportar para anular una fuerza es tanto mayor cuanto mayor es el ngulo que forma con la horizontal. Del dibujo 2 se puede deducir la siguiente conclusin: Cuanto ms se aparte la lnea de amarre de la direccin de la fuerza que soporta la amarra tanto mayor ser la traccin ejercida sobre ella.

Vueltas a una bita: el cabo se amarra en el buque de fuera a adentro empezando por la parte de la bita ms alejada del punto de esfuerzo dndosele vueltas en ocho de abajo hacia arriba.

Cabo a tierra: cuando se da un cabo a tierra por medio de una gua ste debe estar bien adujado a bordo y con el chicote por fuera del costado. Una vez lanzada a tierra la gua se le amarra a la gaza del cabo con un nudo fcil de deshacer (as de gua).

AMARRAS DESTINADAS A SOPORTAR DISTINTOS ESFUERZOS

Con este ttulo estudiaremos las funciones de las amarras en el muelle y durante la maniobra

FUNCIONES DE LAS AMARRAS EN EL MUELLE

Los buques estn sometidos en el muelle a fuerzas laterales y longitudinales o lo que es ms probable, a la resultante de ambas, que tratan de apartarlo de su posicin. Los travesines contrarrestan las fuerzas laterales y los largos y esprines las longitudinales.

La combinacin de diferentes largos y esprines es la ms habitual forma de amarre y basta para contrarrestar las fuerzas laterales, las longitudinales o su resultante. Los cabos pasados por largo y dentro de lo posible y razonable cuanto ms largo mejor son los ms adecuados para soportar amarrado al buque durante su estada en el muelle debido a que su longitud le proporciona ms elasticidad. Su inconveniente es que tienen muy poca componente transversal y permiten que el buque se abra muy fcilmente del muelle. Esta tendencia se evita con los esprines o con largos ms cortos.

Los esprines que pueden anularla mas fcilmente tienen el problema de ser por lo general cabos muy cortos y por lo tanto fcil de cortarse. En algunos puertos, por ejemplo El Muelle Fiscal de Comodoro Rivadavia en la Argentina y algunos del Pacfico en Chile y Per, la ola de mar de fondo trabaja de tal forma que eleva al buque y lo lleva hacia atrs o adelante haciendo imposible amarrarse permanentemente con esprines o travesines, y slo se aguanta con los largos y el ancla y la codera fondeadas, que lo mantienen separado del muelle. La planchada para embarcar o desembarcar debe ser colocada y sacada inmediatamente cada vez que alguien la emplee. Al colocarse la planchada, en sus proximidades y en forma simultnea se coloca un travesn. No obstante el buque opera con carga pues las gras del muelle tienen plumas lo suficientemente largas como para trabajar an cuando el buque no est completamente atracado.

En los buques dotados de cabos y cables y siempre que el esquema de amarre y las reglamentaciones locales lo permitan, los cabos se utilizan como largos y los cables como esprines. En estos casos debe mantenerse a estos ltimos siempre tensos por que siendo poco elsticos absorben poca energa cintica cuando el buque se mueve.

Los travesines tambin pueden ser cables siempre que posean la resistencia suficiente como para soportar los esfuerzos laterales.

EFECTOS DE LAS AMARRAS DURANTE LAS MANIOBRAS

Las amarras producen efectos evolutivos, desplazamientos en el sentido de cruja (avance retroceso) y traslacin lateral de todo el buque. Dice Barbudo: "Para apreciar el efecto de una amarra templada consideraremos al vector F como la fuerza que lo representa. Si por el centro de gravedad G se trazan dos fuerzas F' y F" contrarias entre s e iguales a F se nos produce un par de evoluciones FF" y una fuerza F" que descompuesta nos origina una componente V en el plano longitudinal y otra A en el plano transversal, es decir, que al virar la amarra se producen los siguientes efectos: un giro que acerca la proa al muelle, un avance del buque y una traslacin lateral de todo l.

Claro es, que el momento de evolucin y las componentes longitudinales y transversales tienen valores muy distintos, segn se trate, de un largo, de un travesn o de un esprn. En la figura 1 vemos lo que sucede con un largo. Si este va abriendo el ngulo que forma con la proa, va aumentando el movimiento de evolucin que produce hasta alcanzar la posicin 2 de travs para la cual es mximo el momento evolutivo, se anula la componente longitudinal que produce atrancada avante y se hace mxima la componente transversal. Si el travesn se cierra a popa, es decir, pasa a ser esprn, contina el momento evolutivo y la componente transversal, pero la componente longitudinal es de direccin inversa a la del largo, para lo cual el buque tomar arrancada atrs. En forma anloga pueden analizarse los efectos de un largo o un travesn o esprn dado a popa pudindose entonces encontrarse la regla general que dice: al virar de una amarra la extremidad del buque sobre la cual est afirmado gira hacia el punto de amarre y toma arrancada avante si se trata de un largo de proa o un esprn de popa o arrancada atrs si la amarra es un largo popa o un esprn de proa.

Si un buque se halla sometido a la accin simultnea de varias amarras, el movimiento del buque ser la resultante de los distintos efectos parciales que producen. As, si un buque se encuentra virando un largo de proa y otro de popa (o con travesn de popa) se neutralizarn los efectos evolutivos y aumentarn los efectos de traslacin lateral. En las coplas que se producen al maniobrar para el amarre con nicamente los medios del buque la mayor es la que se produce por la accin del timn, la hlice y el ancla; le sigue la producida por el timn y la hlice; luego un cabo cobrado por el cabrestante y finalmente los cabos cobrados por medio de los guinches. El maniobrista es el que debe activar o moderar la intensidad de las fuerzas que actan en proa y popa modificando para su conveniencia el predominio de las cuplas.

CONCLUSIONES

El esquema de amarre ser el adecuado para contrarrestar las fuerzas que actan sobre el buque y estar dado por el conocimiento local y el trabajo que deber realizar el buque. Por lo tanto no ser el mismo para todas las circunstancias ni para todos los buques.

En cuanto al trabajo de las amarras durante la maniobra cabe preguntarse cual es el primer cabo que debe ser pasado a tierra. Tambin aqu debemos decir que la respuesta est dada por el conocimiento local y las circunstancias especiales de la maniobra.

AMARRAS PASADAS POR SENO

En circunstancias que se quiera reforzarlas o que no se cuente con amarradores para la zarpada, algunas amarras se pasan por seno. Es decir, salen del buque y vuelven a l para encapillarse tomando slo media vuelta en la bita de tierra. Esta forma de amarre aumenta la elasticidad de la amarra ya que duplica la longitud de la misma, siendo por lo tanto especialmente apta para amarraderos de fuerte oleaje que provoquen balanceos y ascensos y descensos del buque.

Si ambas piernas trabajan paralelas su trabajo estar correctamente repartido . Si no lo estn y forman un ngulo entre ellas cada pernada soportar una tensin mayor que la mitad del total.

Bibliografa

Nociones de Arquitectura Naval - Marcial Gamboa Snchez

Tratado de Maniobra - Barbudo.

Teora de la maniobra - Ortiz

Apuntes de Maniobra - Torra

Enciclopedia del MarUNIDAD 3

Gobierno. Sistema de gobierno. rganos componentes. Timn. Accin en marcha adelante: presin sobre la pala; efectos evolutivos; momento evolutivo. Accin en marcha atrs; momento de adrizamiento; rea de la pala. Diversos tipos y formas de timn; instalacin.GOBIERNO

Sistema de Gobierno: Se entiende por gobierno de un buque al conjunto de acciones encaminadas a conducir al mismo en una direccin determinada.

Por ejemplo; Se dice que un buque gobierna bien si slo un pequeo esfuerzo mecnico es suficiente para cambiar el rumbo. Si se dice, el buque navega al 120, se pretende indicar que lleva dicho rumbo.

El sistema de gobierno de un buque es el conjunto de elementos utilizados para mantener o alterar el rumbo del mismo.

En los buques modernos est constituido por cuatro rganos que cumplen distintas funciones y que son:

a) timn

b) aparatomotor

c) dispositivos para transferir los movimientos del aparato motor al timn

d) aparatos y medios de transmisin para dirigir a distancia la maquinaria que mueve el timn

a) El timn, pieza clave y tradicional en el gobierno de un buque es una pala de madera o metlica, instalada en la parte exterior del codaste, que gira alrededor de un eje vertical.

Rotando dicha pala con respecto al eje longitudinal del barco se consiguen esfuerzos transversales que alteran el rumbo del mismo.

La primera referencia histrica que se tiene de un sistema de gobierno data del ao 1600 AC (dibujo de un barco egipcio de la expedicin al Punt) que era gobernado por medio de dos palas, una a proa y otra a popa, que penetraban en el agua con una inclinacin de 45. Al construirse buques mayores y con palas ms pesadas stas quedaron fijas en uno de los extremos de los grandes barcos que pas a ser la popa, que tendera a ser ms alta porque proporcionaba un mayor alcance visual al timonel.

Para la mejor descripcin de un sistema de gobierno vayamos a las figuras:

Distinguimos en ellas la pala o azafrn, superficie plana sumergida en el agua, redondeada por la parte posterior y que en la superior termina en un eje o mecha que se introduce al interior del buque por una abertura existente en la bovedilla denominada limera. El conjunto mechalimera lleva su correspondiente prensaestopa que impide que entre agua, al mismo tiempo que permite al timn girar libremente.

DISTINTOS TIPOS DE TRANSMISION DE RUEDA DE CABILLAS A PALA DEL TIMON

La parte anterior de la pala va unida al codaste por varios conjuntos machohembra que transmiten los esfuerzos al resto del buque. En pequeas embarcaciones sin bovedilla el timn va directamente adosado al espejo de popa sin pasar por la limera. Este timn suele llevar unos cabos llamados varones que unen la pala al espejo y cuyo fin es evitar que se pierda la pala si en caso de mal tiempo zafan los machos.

Encastrada a la mecha va una palanca horizontal (caa) para hacer fuerza y girar el timn.

En los barcos de cierto porte el esfuerzo sobre la caa se realiza a distancia mediante cabos, cables o cadenas denominados guardines, los cuales son conducidos por roldanas hasta un tambor solidario con la rueda de gobierno. La costumbre ha hecho que a la rueda de gobierno se la denomine caa, a veces rueda de cabillas, a veces timn.

En los buques de acero la pala del timn es hueca, rellenada por un aceite ms liviano que el agua que aumenta su flotabilidad evitando construir refuerzos adicionales en sus soportes de giro.

Este es el sistema bsico usado para el gobierno de buques pequeos

b) En caso de buques mayores la fuerza que mueve al timn es producida por el aparatomotor o servomotor que puede ser de vapor, elctrico, hidrulico o electrohidrulico.

c) Dispositivos para transferir los movimientos del aparato motor al timn:

Reciben el nombre genrico de guarnimientos y pueden ser flexibles o rgidos. Los flexibles como ilustraban las figuras anteriores, se utilizan en embarcaciones pequeas y el ms simple es el compuesto por caa y guardines movidos por la rueda de cabillas.

Los guarnimientos rgidos son utilizados en embarcaciones de mediano porte. Los tipos

convencionales ms usados son: sector y tornillo sin fin y doble tornillo.

Sector y Tornillo sin Fin:

Una cruceta solidaria al eje o mecha del timn es accionada por las bielas al moverse el sector. El movimiento de ste es producido por el tornillo sin fin accionado por el servomotor.

Doble tornillo:

Un grueso tomillo de pasos encontrados al girar desplaza en sentidos opuestos a dos bielas que actan sobre la cruceta.

En los buques de gran porte el servomotor est vinculado en forma directa a la mecha del timn.

d) Aparatos y medios de transmisin para dirigir a distancia el servomotor:Estos rganos de gobierno suelen ser mecnicos, hidrulicos o elctricos. El mecnico, usado en buques antiguos, consiste en una larga transmisin que desde el puente acciona la vlvula diferencial del servomotor. Est constituida por delgados tubos de acero y ruedas y piones dentados.

El hidrulico, llamado tambin telemotor, al girar la rueda de cabillas transmite su movimiento a un pin solidario de su eje que mueve a dos cremalleras verticales de sentido contrario engarzadas a cada lado del pin y que independiente cada uno mueven un mbolo lleno de lquido oleoso. En un cilindro disminuye la presin en tanto que en el otro aumenta.

De cada cilindro sale una tubera cargada con el mismo lquido que termina en dos cilindros correspondientes al telemotor de popa. Los vstagos de los pistones de este ltimo actan sobre el dispositivo que pone en marcha el servomotor en un sentido o en el otro. El relleno de la tubera y cilindros se obtiene de un pequeo tanque compensador. Antes de cada zarpada se debe verificar el nivel de lquido en las tuberas.

Sistema elctrico: Consta bsicamente de:

a) Un transmisor elctrico que desde el puente enva sus impulsos de acuerdo con el giro del timn.

b) Un receptor instalado a popa que recibe dichos impulsos y acta sobre un mecanismo del servomotor.

c) Cables elctricos de transmisin.

COMPLEMENTOS

El sistema de gobierno consta adems de elementos complementarios que facilitan y mejoran el gobierno, ellos son: el aximetro y el autotimonel.

El aximetro es un indicador que muestra en todo momento la banda a que est metida la pala y el ngulo que forma con el plano de cruja.

El autotimonel (timn automtico) es un dispositivo que se conecta con el sistema de gobierno para mantener un determinado rumbo del girocomps. Cuando la proa se desva del rumbo establecido se cierra un circuito que pone en marcha un motor elctrico que hace meter el timn a la banda contraria hasta que alcanzado el rumbo deseado vuelve a llevar el timn a la va.

Con este implemento se gobierna con mucha precisin pues reduce las guiadas con el consiguiente ahorro de tiempo y combustible. Adems deja libre al timonel.

MEDIDAS DE PRECAUCION

Dada la importancia que tiene el sistema de gobierno para la seguridad del buque y previendo fallas en el mismo, el sistema de comando a distancia del servomotor siempre est duplicado de manera que si falla uno se pone en servicio el otro. Suele instalarse una rueda de gobierno encima o prxima al servomotor que constituye una estacin de gobierno secundaria.

Todos los oficiales deben estar perfectamente informados de los rganos de gobierno de su buque y de la manera como se pasa de un Sistema a otro, o de una estacin de gobierno a otra.

De la misma forma deben conocer cmo se conecta o desconecta el autotimonel y el aximetro.

Timn: Accin en marcha adelante. Presin sobre la pala.

En un buque que navega siguiendo una trayectoria rectilnea las direcciones de los filetes lquidos que bordean ambos lados son simtricas a banda y banda del timn. Si en estas condiciones se mete caa los filetes de sta se desvan bruscamente ejerciendo una serie de presiones sobre la pala cuya resultante representamos por el vector F aplicado en las proximidades del centro geomtrico y en direccin a popa. La fuerza F se descompone en dos: Una, la D en el plano de la pala que solo produce rozamiento y no se tendr en cuenta. La otra P denominada presin normal o resistencia del timn es la que origina la energa para el gobierno del buque. Esta fuerza P normal a la pala es ejercida en el centro de presin C cuya posicin vara con el ngulo formado entre el timn y la cruja. El valor de la presin se determina con la frmula de Joessel:

Pn = presin normal en Kgs

A = rea pala en m2

V = velocidad en metros por segundo del buque

( = ngulo de la pala con cruja

(Esta frmula ha sido copiada del libro de Preysler Pg., 112 y es la misma que da C. D. Fernndez en la Pg. 528/532).

Para poder conocer las consecuencias evolutivas de este vector P es preciso trazar por el centro de gravedad del buque dos vectores P y P paralelos e iguales a P y contrarios entre s. El vector P se descompone a su vez en otros dos R y T. Este es el conjunto de fuerzas generadas al meter el timn a una banda y que detallamos:

Par de evolucin: formado por los vectores P y P origina una rotacin del buque en el sentido indicado en la figura (la proa a babor y la popa a estribor). El momento mecnico de estas dos fuerzas llamado en este caso momento evolutivo tiene como valor P x L siendo L la distancia perpendicular entre ambas fuerzas. Cuanto mayor es este momento mayor es la capacidad de giro del buque.

Veamos un clculo aproximado del momento de evolucin a la vista de la figura y sabiendo que Sen ( . Cos ( = Sen 2(. 1 :

2

Me = P x L Como P = F. Sen ( L = CG. Cos (

Me = F sen ( x CG cos ( = F x CG x sen ( x cos (

Me = F x CG sen 2( . 1/2

De esta forma se comprende que el valor mximo terico que alcanza el momento evolutivo corresponde a un ngulo de 45.

Momento de adrizamiento: El producto P x OC se denomina momento de adrizamiento por ser el que lleva la pala a cruja. Este concepto lo desarrollamos de acuerdo al programa ms adelante pero aprovechamos ac la figura para mostrarlo.

La componente transversal T: es una fuerza que desplaza al buque hacia la banda opuesta a aquella en que se meti la pala o sea que lo hace abatir.

La fuerza longitudinal R: de sentido opuesto al de marcha disminuye la velocidad del buque (puede llegar a disminuir un 60% la velocidad). Estos efectos en la evolucin, rotatorio, transversal y retardatriz, se llaman efectos principales.

Con la ayuda de las figuras siguientes podremos entender los llamados efectos secundarios.

Efecto de aproamiento: La pala del timn acta sumergida y por ello el punto de aplicacin de la fuerza P se encuentra por debajo del centro de gravedad del buque en el cual se aplica en direccin opuesta al vector velocidad del buque. Esto produce un momento de aproamiento ( ver figura ) que es contrarrestado por el par de adrizamiento longitudinal de la embarcacin.

Efecto de escora: En las figuras siguientes vemos cmo al estar el centro de gravedad situado por arriba del centro de presin de la pala se genera un par de escora. Desde popa se aprecia que el par PP tiene una componente de giro que tiende a escorar el barco a la banda a la que se meti el timn es decir la banda interior de la evolucin. Transcurrido un breve lapso el buque recorre un arco de manera uniforme y entran en funcin otras fuerzas, resistencia de la carena, presin lateral de la hlice, cuya resultante es una fuerza centrpeta que acta sobre la banda exterior de la virada y que se aplica en un centro de presin (C.p.) situado debajo del centro de gravedad.

Como curiosidad diremos que en los submarinos en superficie la escora es contraria debido a que el centro de gravedad est situado por debajo del centro de presin. Resumiendo podemos decir que los efectos del timn en marcha adelante son:

a) Evolutivos: rabeo de la popa a la banda contraria

b) Transversal: deriva del casco a la banda opuesta

c) Retardatriz: disminucin de la velocidad

d) Aproamiento

e) Escora

Accin en marcha atrs: Cuando el buque se mueve hacia atrs el efecto del timn disminuye considerablemente. Como vemos en la figura 1 los filetes inciden directamente sobre el plano inclinado formado por lo que se origina un vaco brusco en la cara opuesta que es rellenado con agua procedente de la otra parte con formacin de remolinos y la consiguiente disminucin del empuje.

Por otra parte los filetes que inciden en la cara de presin tambin lo hacen en la bovedilla con lo que el punto de aplicacin de la fuerza P ya no esta en el timn sino mas hacia proa y mas cerca del centro de gravedad del buque. En consecuencia el par de evolucin es mas pequeo.

Momento de adrizamiento: anteriormente nos hemos referido al momento de adrizamiento y lo mostramos como el producto entre la presin de la pala y la distancia del centro de empuje y el eje de giro del timn.

Para conseguir que el timn adquiera un determinado ngulo es preciso vencer una resistencia y generar por lo tanto un par contrario al de cada timn.

Este par recibe el nombre de par de adrizamiento y tiene por valor P x d (Fig.2). en la marcha atrs el timn tiende a adquirir por si solo el mximo ngulo posible y el par de adrizamiento debe evitarlo manteniendo el timn en el ngulo indicado. Si el par de adrizamiento no fuese el indicado el timn puede llegar a sus topes y averiarse.

Timn compensado: si el eje de giro se hace coincidir con el centro de empuje el esfuerzo necesario para mover el timn ser mnimo. Esto es lo que se hace en un timn compensado y tiene por objeto manejar el timn con el mnimo de energa posible (Fig.3).

En realidad es imposible hacer coincidir ambos puntos porque el eje de presin varia con el ngulo de timn. Por lo tanto se compensa para un determinado ngulo con lo que en las dems posiciones se necesita un pequeo par de adrizamiento. Si el centro de presin quedara a proa del eje de giro el timn seria inestable y tendera a atravesarse con peligro de rotura.

El que muestra la figura es el mas comn. Como el eje de giro esta ligeramente a proa del centro de presin el momento de adrizamiento P x d es pequeo y si el timn se abandona a si mismo en marcha avante tiende a recuperar por si solo la posicin a la va.

Relacin de compensacin: es la existente entre el momento de adrizamiento de un timn compensado y el mismo timn sin compensar.

Grado de Compensacin: es la relacin entre las dos superficies en que se divide la pala (a proa y a popa del eje de giro). Su valor oscila entre un 10 y un 25%.

rea de la pala: tanto de la practica o por la formula de Joessel se deduce la enorme influencia del tamao del timn tanto sobre el momento evolutivo como sobre el momento de adrizamiento. En efecto, cuanto mayor es la superficie mas grande es el efecto de giro obtenido pero a la vez ser necesario mas esfuerzo para moverlo.

En la practica suelen fijarse las dimensiones del timn de un buque por la relacin entre el rea de una cara del timn y el rea del plano de deriva o diametral que es aproximadamente igual al producto de la eslora entre perpendiculares y el calado medio (Fig.4).

Esta relacin es de 1/60 a 1/50 para los buques mercantes comunes; 1/50 a 1/40 para buques de guerra y de 1/40 a 1/30 para remolcadores y buques fluviales que requieren gran maniobrabilidad.

Diversos tipos y formas de timn: ya hemos hablado de timones no compensados o simples y de timones compensados. La mayora de los timones modernos tienen un cierto grado de compensacin, pero dado que el momento de evolucin de un timn compensado es algo inferior a uno sin compensar, todava se sigue utilizando este tipo cuando se posee un rgano de gobierno poderoso y se necesita que la embarcacin evolucione muy rpidamente.

Las formas, dependen para que tipo de embarcacin sea usado y responden al diseo experimental. En los buques fluviales de poco calado compensan su menor altura con mayor longitud. La experiencia ha demostrado que la instalacin clsica del timn en la parte exterior del codaste, es la mas efectiva pese a la pobre accin que ejerce en marcha atrs. Para lograr un mejor gobierno en la marcha atrs ciertos buques que necesitan gran maniobrabilidad tienen un timn retrctil instalado a proa debajo del plano del casco.

Los buques de dos hlices pueden tener una sola pala instalada en la lnea de cruja, dos palas una a popa de cada hlice y aun tres palas, una central y dos a popa de cada hlice.

En la figura 5 podemos ver la instalacin moderna de un buque con dos hlices y dos timones: estos son de codaste abierto.

En este caso el timn aparece como colgado de la bovedilla.

En la figura 6 representamos diversos tipos de timones:

Son semicompensados y de codaste cerrado, llamado as porque el codaste coincide con el eje de giro.

En algunos timones los perfiles son distintos de una seccin a otra para enderezar la corriente de expulsin del propulsor. A este timn se le llama currentiforme o asimtrico (Fig. 7).

Una instalacin que se extiende en buques de gran maniobrabilidad es la que muestra la figura 8 y que mejora la maniobrabilidad en marcha atrs al tener palas situadas a proa de la hlice.

Timones gemelos: The Schilling Vec Twin System, cuya instalacin ilustra la figura 9, es uno de los mas modernos sistemas de timn. Cada timn, en barcos de una sola hlice puede maniobrarse en forma conjunta o independiente llegando hasta los 70o de ngulo de pala.

De esta manera se los puede utilizar como freno y detener al buque en menos espacio que uno convencional.

La corriente de la hlice es dirigida entre los dos timones como si fuera guiada por una tobera funcionando en maniobra como un aft thruster.

En buques muy especializados (hidrogrficos, de guerra) se utilizan timones activados que no son otra cosa que un timn convencional con una hlice en su parte superior que ejerce su empuje en el plano del timn y puede ser invertida en su sentido de rotacin.

Esto no agota el tema de los diversos tipos de timones pues se sigue siempre investigando (Ver.: timones articulados) para lograr aumentar su eficiencia.

Rendimiento de los timones: interesa al maniobrista saber que cuando la pala trabaja cerca de la superficie (buques en lastre), si se mete timn a una banda se produce en la cara posterior una depresin y se absorbe aire de la atmsfera.

El aire forma burbujas que disminuyen la fuerza de la evolucin.

Por lo tanto cuanto mas cerca esta la pala de la superficie peor gobierna el buque. Del mismo modo al escorarse el buque la pala del timn no acciona en forma vertical sino que trabaja inclinada disminuyendo su eficiencia en forma proporcional al coseno del ngulo de escora.

BIBLIOGRAFIA

Tratado de Maniobra Barbudo

Historia del Barco Gibson

Teora de la Maniobra Ortiz

Teora del Buque Preysler

Manual de Maniobras Rennella

Apuntes de Maniobra Torra

Safety at Sea October 1991

Mecnica Aplicada al Buque Cesreo Daz Fernndez.

UNIDAD 4

PROPULSIN. Diversos tipos de propulsin. hlice: Generalidades palas: Diferentes tipos-ncleo-dimetropaso: Definicin; clasificacin terica rea disco superficie propulsora retroceso: Aparente y verdadero; coeficientes rendimiento- instalacin cavitacin: Causas y efectos evolutivos. Fuera de programa: hlices no tradicionales.

Diversos tipos de propulsin:

Los medios habituales por los cuales una embarcacin se autopropulsa son sirga, prtiga, remo, vela, chorro, rueda, propulsin cicloidal y hlice.

1) Sirga: consiste en espiarse desde tierra mediante estachas.

2) Prtiga : es una vara larga que tocando fondo en lugares poco profundos moviliza la embarcacin.

3) Remo : la energa proporcionada por la persona que empua su

guin, al apoyar la pala en el agua, propulsa el bote. Es una palanca de segundo gnero; la resistencia est aplicada en el luchadero.

4) Vela: aprovecha la energa proporcionada por el viento para impulsar el buque. Las repetidas crisis del petrleo y la bsqueda de fuentes de energa limpia, hacen que se siga investigando con este tipo de propulsin, para hacer ms econmicos a los buques. En realidad, lo que se busca, es un dispositivo de aprovechamiento del viento que alivie el motor principal, hacindose cargo de parte del trabajo de propulsin.

Son interesantes las experiencias realiza das con sistemas automatizados de velas rgidas plegables con aletas dirigibles y sistema de propulsin de rotores de Flettner que aprovecha el efecto Magnus.

5) Chorro: una bomba aspira agua del mar a travs de un conducto y lo expulsa por una tobera hacia la popa, generando una fuerza de empuje que produce la marcha avante.

La toma de agua puede estar en unos patines corno muestra la figura (1) o en el propio casco, figura (2).

Los buques provistos de estos sistemas no suelen llevar timn; el cambio de rumbo se consigue haciendo variar la direccin del chorro de agua a la salida de la tobera mediante un deflector. Se eliminan as los apndices externos del casco que aumentan la resistencia a la marcha. Este sistema impulsor se utiliza en la actualidad en buques muy rpidos, lanchas, hidrofoils y ferries.

6) Ruedas: al girar, sus palas proyectan el agua hacia la popa produciendo una reaccin que, transmitida al casco por el eje de las ruedas, mueve al buque. El sistema puede estar constituido por una sola rueda a popa o por dos situadas simtricamente a cada banda del casco, que giran independientemente sobre ejes horizontales normales a cruja ubicados arriba de la lnea de flotacin. Cada rueda tiene paletas en su periferia, que pueden ser fijas o mviles. Estas oscilan alrededor de su articulacin, para que durante el movimiento en el interior del agua permanezcan verticales, produciendo el mximo de impulso. Las paletas mviles proveen, por lo tanto, mayor rendimiento, pero ocasionan mayor costo inicial y de mantenimiento.

Cuando las ruedas van a los costados, llevan una cubierta llamada tambor que las defiende de los golpes de mar e impide que el agua llegue a cubierta. Este sistema ha sido abandonado en buques que navegan en mar abierto, por estar muy sujeto a sufrir averas en caso de mal tiempo. Sin embargo, se siguen construyendo y surcan el Mississipi donde los prefieren por su limitado calado y tradicin.

7) Propulsin cicloidal o hlices de eje vertical: este propulsor est constituido por un rotor que tiene un movimiento de rotacin constante alrededor de un eje vertical. En la periferia de la parte inferior del rotor con forma de disco, estn afirmados dos o tres pares de aletas de perfil hidrodinmico, ubicadas en posiciones diametralmente opuestas, que participan del movimiento circular del rotor y pueden a su vez girar sobre sus respectivos ejes verticales. Al modificarse el paso de las aletas y su excentricidad se consigue que

la fuerza de empuje resultante acte en cualquier direccin que se desee, o que su empuje sea nulo, sin parar la mquina. De esta forma manteniendo el giro del rotor puede conseguirse pasar de marcha adelante a atrs y viceversa. As mismo, sin que vare el giro o el nmero de revoluciones, se aumenta o disminuye la velocidad y simultneamente se gobierna. Los diseos de este sistema ms difundidos son los de las marcas VoithSchneider y Kirsten Boeingn.

La principal ventaja de este mtodo es que mejora sensiblemente las cualidades evolutivas de los buques, especialmente cuando stos tienen poca o ninguna arrancada,

razn por la cual se los emplea en buques pequeos que operan en aguas limitadas y de trfico intenso corno ser remolcadores y barcos de bomberos. (Figura 3)

8) Hlice: Generalidades. La hlice es el propulsor ms usado de la actualidad. Los otros dispositivos que hemos mencionado se utilizan en contadas y especficas circunstancias en que sus ventajas superan a la hlice. Es este un dispositivo giratorio instalado en el exterior de los buques, bajo la flotacin, formado por dos o ms aletas solidarias a un ncleo que giran alrededor de un eje.

Al moverse impulsa el agua y origina por el principio de accin y reaccin el movimiento del buque. La nueva teora de la impulsin dice: que la accin que sobre el agua ejerce la hlice origina una depresin a proa y una sobrepresin a popa de la misma. Como consecuencia de dicha diferencia de presiones se ejerce un empuje que hace avanzar

al buque a una cierta velocidad. Sin embargo, aunque no sea rigurosamente cierto, el procedimiento ms usado y sencillo para explicar este propulsor es por asimilacin al tornillo, que por cada vuelta que da, se introduce una longitud igual al paso.

En su construccin se utilizan distintas aleaciones en las que generalmente predomina el bronce y el manganeso. Los trminos que se utilizan para definir las distintas partes de una hlice suponen siempre que se la mira desde popa. Si para producir propulsin

avante gira a la derecha, es decir en el sentido de las manecillas del reloj, se dice que son de paso a la derecha o dextrgira. Si la propulsin avante la logra girando a la izquierda la llamamos de paso a la izquierda o levgira. (Fig. 4)

Estudio geomtrico de la hlice. Palas de distintos tiposSeguiremos es este punto casi textualmente las explicaciones del libro de Barbudo. Se llama curva hlice a la descripta por un punto que se traslada (ver Fig. 5) sobre la superficie de un cilindro animado de dos movimientos simultneos en los planos

horizontal y vertical.

Si el recorrido del punto en ambos planos es regular se obtiene la curva ABC denominada hlice regular. Esta curva desarrollada sobre un plano aparece como la hipotenusa AD del tringulo rectngulo AED. Si el desplazamiento en ambos sentidos es irregular la hlice obtenida AHC se llama no regular y al desarrollarla sobre el plano se obtiene una curva, la AFD.

Se define como paso de la hlice en un punto al producto de la circunferencia del cilindro generador AE por la tangente del ngulo formado por la tangente de la curva en dicho punto y el plano normal al cilindro.

En el caso de la hlice regular, la pendiente de la hlice es constante y el paso tambin es constante e igual a la longitud ED.

En este punto se aprecia con claridad el concepto de paso que no es otro que el avance longitudinal de la hlice tras dar una vuelta completa.

En la hlice no regular, la tangente a la curva generatriz es diferente en cada punto. En consecuencia el paso tambin es distinto. La hlice en este caso es de paso variable o no

constante. El paso de esta hlice en A es el segmento EG mientras que en el punto F el paso es superior e igual a JK.

Una helicoide (Fig. 6) es la superficie engendrada por una recta que se mueve con dos movimientos uniformes y simultneos : uno de traslacin apoyado continuamente, con un cierto ngulo, sobre el eje del cilindro y otro de rotacin, apoyndose continuamente sobre la curva hlice.

La helicoide de la figura es de paso constante porque corresponde a una hlice de ese tipo. Cualquier punto intermedio de esta helicoide regular tiene el mismo paso. En caso que el segmento generador se apoye sobre una hlice de paso no constante se obtiene una helicoide de paso variable.

La distancia que avanza la generatriz de una superficie helicoidal paralelamente al eje de en superficie durante una revolucin completa, es el paso de esa superficie. En la figura 6, se muestra una superficie helicoidal del paso constante generada por el radio OA normal al eje del cilindro que tiene como curva directriz la hlice ABC. Si la superficie helicoidal, se limita con un perfil aproximadamente elptico, o una porcin tal de la BDEF se obtiene una de las palas de la hlice, en las que se toma como dimetro de la hlice, el del cilindro exterior sobre el que est trazada la curva directriz es decir el dimetro del crculo circunscrito a la proyeccin de la hlice sobre un plano normal al eje. La Fig. 7, constituye una mayor aproximacin al propulsor. En ella se han endosado al eje central dos trozos idnticos y opuestos de la helicoide a los que se denominan palas que tienen un contorno aproximadamente elptico y estn situadas simtricamente con el fin de obtener un equilibrio dinmico.

La cara activa de la pala es la que empuja el agua. Cada punto de la cara activa de la hlice tiene un paso propio. El dorso u la superficie opuesta a la cara activa; se la llama tambin cara inactiva.

Arista de ataque es el borde que entra primero al agua y arista de salida es el borde opuesto al anterior.

Las palas pueden ser fijas cuando forman con el ncleo una pieza solidaria. Independientes cuando se fabrican separadamente y se acoplan al ncleo por medio de

pernos y orientables cuando van acopladas de modo tal que pueda variarse a voluntad su inclinacin respecto del plano perpendicular al eje de rotacin.

La anchura de las palas oscila entre 0,30 y 0,50 del dimetro de la hlice, correspondiendo los valores bajos a buques de carga y los altos a buques "destructores". El grueso mximo varia entre 0,04 y 0,06 del dimetro de la hlice.

Dimetro de la hlice: es la medida del dimetro de la circunferencia dentro de la cual suscribe su revolucin. Cuanto mayor es el dimetro de la hlice tanto menor es la prdida de potencia por resbalamiento y mayor su

eficiencia; sin embargo, no debe sobrepasar los 4/5 del calado a popa.

Ncleo: se llama nuez o mozo al ncleo sobre el que van las palas. Su forma es cilndrica o esfrica y tiene un dimetro que oscila entre 0,15 y 0,23 del dimetro de la hlice (Enciclopedia del Mar). Por su interior pasa el eje portahlice que posee rosca y tuerca para fijar la hlice. La cara de popa de la nuez va tapada por el capacete, pieza casi cnica, que le da forma hidrodinmica al conjunto disminuyendo la resistencia a la marcha y cubriendo la tuerca del eje portahlice.

Paso de la hlice : Se llama as, a la distancia que avanzara en cada revolucin completa si, al igual que un tornillo roscase en una tuerca slida. Definicin prctica, que puede completarse con la geomtrica, que nos dice que es la distancia que la generatriz recorre a lo largo del eje mientras efecta un giro de 360 . La relacin habitual entre el paso y el dimetro se ajusta a los siguientes modelos segn el tipo de buque:

Clasificacin terica de las hlices segn el paso

De paso fijo : la cara activa de las palas de esta hlice son porciones de una superficie helicoidal de paso constante. De lo que vimos en el punto : "Hlice Generalidades" deducimos que una superficie de este gnero es la engendrada por una recta llamada "generatriz" que forma determinado ngulo con un eje fijo alrededor del cual gira a velocidad uniforme y al mismo tiempo avanza paralelamente a dicho eje, a velocidad tambin constante.

De paso variable: en este caso la cara activa de las palas de sta hlice son porciones de una superficie helicoidal no constante. Por razones de rendimiento se disean las palas de este tipo. Si el paso vara desde el centro a la periferia se aumenta el rendimiento del propulsor a un rgimen determinado de revoluciones. En este caso se dice que el paso es creciente radialmente. Si vara en el sentido de avance se consigue un alto rendimiento

sobre un margen amplio de revoluciones.

Este paso es creciente axialmente.

De paso ajustable : es la hlice cuyo paso puede variarse modificando la inclinacin de las palas en un taller.

De paso controlable : llamadas tambin de paso alterable u orientable . Su paso puede variarse a voluntad en cualquier momento. En estas hlices (Fig. 8 y 9), las palas se encuentran unidas al ncleo mediante un platillo que puede girar alrededor de un pivote merced a la accin de unas bielas. Estas, por uno de sus extremos van unidas al platillo que sostiene la pala y por el otro a una varilla mvil que se encuentra en el interior del eje portahlice. Cuando el eje de mando se desplaza en sentido longitudinal la pala gira en

una direccin o en otra segn el sentido del desplazamiento.

El eje de mando se acciona por medio de un telemotor que se maneja desde el puente de mando.

El paso se vara rpidamente segn convenga pudiendo llegar a invertirse su posicin con lo que el buque cambia de marcha adelanteatrs o atrsadelante sin cambiar el sentido de giro del eje propulsor.

Las principales ventajas de esta hlice son: ) economa de combustible, pues permiten dar a las palas, en cada estado del calado, el paso que ms convenga para que la mquina propulsora trabaje en las mejores condiciones de rendimiento; ) mayor rapidez y facilidad de maniobra al evitar parar los ejes antes de dar marcha atrs; ) aumento de vida til de la mquina, al eliminar los arranques sucesivos, pues los motores pueden quedar en marcha durante toda la maniobra; ) ahorro de peso, pues desaparecen todos los dispositivos para hacer reversible el eje propulsor ) evolucin a baja velocidad en forma completamente controlada.

Las desventajas ms notorias: ) son ms delicadas por su sistema de articulacin y ms costosas en su instalacin y reparacin.

Sin embargo su uso se extiende cada vez ms sobre todo en buques que requieren facilidad de maniobra como transbordadores y remolcadores.

Fraccin de paso parcial: es la relacin entre el espacio en que se desplaza la generatriz sobre el eje para engendrar la cara activa de una pala y el que se desplaza en una revolucin completa. Representa la porcin de superficie helicoidal correspondiente a una pala.

Fraccin de paso total: es la suma de las fracciones de paso de todas las palas de la hlice. En las de paso variable se toma como fraccin de paso el promedio de los valores

que tiene en los diversos puntos de la pala.

Fr. pt = Fr. pp x N de palas

rea disco : en las hlices se consideran varias reas. Cuando decimos rea de las palas de la hlice nos referimos al rea total de las caras activas de las palas. El rea disco es el rea de un crculo cuyo radio es la distancia del punto ms extremo de las palas al eje de giro.

A la relacin entre el rea de las palas y el rea del disco de la hlice se la llama "relacin de rea disco ".

La suma de reas discos de las hlices instaladas vara entre 1/4 y 1/2 del rea de la seccin maestra sumergida.

Superficie propulsor : es la suma de las proyecciones de las superficies de las palas sobre un plano perpendicular al eje de giro. Su valor es de alrededor de 1/3 del rea disco y est en relacin en forma directa con el empuje que proporciona la hlice para una potencia dada.

Todos estos elementos caractersticos de una hlice quedan relacionados por la

frmula de Mohl y las relaciones de Hutle:

Siendo Pi la potencia indicada en la mquina, K un valor experimental dependiente del tipo de buque, cuyo valor oscila entre 100/108 y 140/108, B la relacin entre el rea en m2 de la seccin maestra sumergida y el nmero de hlices, N el nmero de revoluciones en el primer minuto, D el dimetro en metros de la hlice, H el paso en metros de la hlice, f la fraccin de paso total y Z el nmero de palas.

Ei es el empuje indicado en Kilmetros, Z el nmero de palas de la hlice, D su dimetro en metros, A rea desarrollada de la pala en m2 (Enciclopedia del Mar-Hlice Pg. 720).

Retroceso aparente: Si el agua fuese un medio rgido, el producto del paso en metros (H) por el nmero de revoluciones por segundo (n), dara la velocidad del buque en metros por segundo (Vt velocidad terica y/o retrgrada). La diferencia (W) entre la velocidad Vt y la velocidad real se llama retroceso aparente o resbalamiento aparente W = Vt Vb y es la velocidad retrgrada de la estela que es = + 1/10 de la velocidad del buque.

Retroceso verdadero : la hlice se mueve en el interior de la corriente de estela que posee una velocidad directa W. Si medimos la velocidad de la hlice con respecto al agua, sta no es la misma que con respecto al buque. Llamamos retroceso verdadero Wv a la

variacin de la velocidad que sufre el agua que rodea al propulsor por efecto del mismo. Consiste en la anulacin de la velocidad de la masa de agua arrastrada por el buque (corriente de estela) y luego en su impulsin a la velocidad retrgrada W.

Como es la diferencia de velocidad terica (Vt) y la velocidad de la hlice en el agua (Vh), tambin podemos expresarlo as:

Wv = Vt Vh

Coeficiente de retroceso aparente : Cra es la relacin entre el retroceso aparente (W) y la

velocidad terica de la hlice (Vt).

Este coeficiente vara entre 0,10 y 0,30. Si conocemos este coeficiente se puede hallar la distancia recorrida por el buque en un lapso de tiempo.

Coeficiente de retroceso verdadero: Crv es la relacin entre el retroceso verdadero Wv y la velocidad Vt de la hlice.

Rendimiento : siguiendo a Baistrocchi decimos : que la propulsin consiste en impeler hacia popa cierta masa M de agua, cm una velocidad W, para recibir un impulso equivalente F = M.W, dirigido hacia proa que es la reaccin de la masa impelida o estela. La R ofrecida por el buque a la velocidad V ser igual al empuje debido a la reaccin

F = R = M.W

El trabajo til empleado para vencer la resistencia del buque a la velocidad V es: T = R.V.

El trabajo total : es la suma del "til" ms las energas perdidas en comunicar a la estela cierta velocidad retrgrada y se resume en la frmula

Tt=R x V + M.W2El rendimiento de un propulsor : es la relacin entre trabajo til y el total.

Dado que R = M.W, reemplazando y luego factoreando obtenemos la frmula final.

Lo que demuestra que es tanto mayor, cuanto menor es la velocidad de la estela.

Por lo tanto para igualdad de resistencias a vencer, conviene actuar sobre grandes masas de agua con pequeas velocidades.

Nota: es el defecto del sistema a chorro que debe actuar sobre pequeas masas y a gran

velocidad de agua.

Instalacin : Las hlices se sitan siempre a popa, pues no han dado resultado favorable los experimentos para disponerlas a proa, para que ejerzan traccin en lugar de empuje. Dijimos, cuando hablamos del ncleo, que va unida al eje portahlice. Este eje, llamado tambin eje de cola es a veces suspendido por arbotantes. A travs de la bocina, se aplica a uno de los ejes intermedios o de transmisin, que, finalmente por medio del eje de empujes, quedan unidos al eje cigeal del aparato motor.

Para proteger las hlices de averas, se las instala de manera que el extremo de la pala inferior quede por encima de la quilla.

Si son laterales quedan dentro de la prolongacin del forro exterior de la cuaderna maestra.

Experimentalmente se ha llegado a las siguientes conclusiones sobre la instalacin de las hlices. El rendimiento aumenta si:

a) aumenta la inmersin (condicin limitada por lo dicho en prrafos anteriores).

b) se aleja la hlice de la popa (disminuyen los remolinos producidos al chocar los filetes del agua contra el codaste).

El rendimiento disminuye cuando el eje de la hlice est inclinado con respecto de la direccin del movimiento (a mayor inclinacin, menor rendimiento).

Si el eje de la hlice est fuera del plano diametral (buque de dos hlices) el rendimiento no disminuye, pero cambian las condiciones evolutivas. El sentido de rotacin es indiferente al rendimiento pero si son hlices gemelas es preferible que su giro sea exterior por las razones que se explican en la Unidad 6.

Cavitacin : la cada de presin que se produce en el dorso de la pala de la hlice

es tanto mayor cuanto ms grande sea la velocidad de sta. A cierta velocidad la presin alcanzada en el dorso se hace menor a la que se necesita para vaporizar el agua a dicha temperatura ambiente. Por lo tanto el agua prxima al dorso se vaporiza formando burbujas o cavidades que distorsionan las lneas de agua creando remolinos y disminuyendo en consecuencia el rendimiento del propulsor. Las burbujas as generadas chocan con las palas erosionndolas y produciendo ruido. El buque trepida y

deben reducirse las revoluciones para evitar daos a los mecanismos.

En todas las hlices, no se deben sobrepasar determinadas revoluciones, por encima de las cuales cavita. Para conseguir hlices que originen grandes empujes, es preciso aumentar el tamao en vez de la velocidad angular. El tamao tiene por razones obvias un techo.

Corrientes generadas por las hlices de los buques

Las corrientes que se originan al dar avante una hlice en la popa de un buque son la corriente de aspiracin ,la corriente de expulsin, corriente de rozamiento o estela y la presin lateral de las palas. (Ver Fig. 10)

Corriente de aspiracin : es una corriente paralela el eje de la hlice que es trada de proa a popa por la hlice lamiendo ambos costados. En marcha atrs fluye de popa a proa. En ninguno de los dos casos produce efecto evolutivo alguno si el timn est a la va.

Corriente de expulsin : la estudiaremos en el punto siguiente del programa.

Corriente de rozamiento o estela : cuando el buque comienza a navegar su casco arrastra un volumen de agua a banda y banda formando la corriente de estela que fluye en el sentido de marcha del buque. De su velocidad hablamos en el punto "retroceso aparente".

Es esencialmente una corriente superficial que se hace nula en la quilla. No tiene efecto evolutivo sobre el gobierno del buque tanto en marcha adelante o como en marcha atrs.

Causas y efectos evolutivos: Son los producidos por la corriente de expulsin y por la presin lateral de las palas.

a) Corriente de expulsin : Si consideramos una hlice dextrgira, la corriente de expulsin que origina participa del movimiento helicoidal incidiendo oblicuamente en la cara de estribor del timn puesto a la va. Como muestra la Fig. 12 el flujo producido por las palas altas golpea la parte superior del codaste y timn por la parte de babor tratando de mover la popa a Er. y las bajas lo lanzan contra la parte inferior del codaste y timn tratando de mover la popa a Br. Existen por lo tanto dos efectos opuestos.

La fuerza resultante depende de las reas relativas del timn y codaste ubicadas por encima y por abajo de la hlice y de la uniformidad de la corriente de expulsin.

En general, como la parte baja del codaste y timn tienen ms superficie que la alta y las palas trabajan en aguas ms profundas y de ms presin, en marcha adelante la fuerza que predomina lleva la popa a babor.

En marcha atrs el flujo de agua impelido por las palas altas incide en la parte de estribor de la bovedilla y tiende a empujar la popa a babor. Las palas bajas envan el flujo a la parte baja de la quilla pasando parte de l por abajo y con un ngulo de incidencia

muy pobre. (Fig. 13). Predomina en forma notoria la fuerza que lleva la popa a babor. En sntesis podemos decir que la corriente de expulsin tanto en marcha adelante como atrs lleva la popa a babor. Si la hlice fuera levgira la popa caera a Er.

Efectos evolutivos de la presin lateral de las palas: Este efecto, que el Capitn Rennella llama en su libro "efecto de rueda de paletas", tiende, en mquina adelante (hlice dextrgira) a llevar la popa hacia estribor y en marcha atrs a babor. Dice Rennella "las causas que producen este efecto no estn bien aclaradas pero se ha demostrado que el mismo no se debe a la diferencia de presin relativa entre las palas bajas y altas, por variacin de densidad del agua a esos niveles, como antes se supona". El mximo esfuerzo de esta fuerza ocurre cuando la velocidad del buque; es O, en que el trabajo de la hlice mueve al buque antes de que avance o retroceda (Gomez, 141). En otras palabras, a medida que disminuye la arrancada aumenta este efecto lateral.

CONCLUSIONES: Las hlices producen en su accionar, adems de la propulsin, ciertos efectos secundarios de carcter evolutivo que tienden a sacar el buque de su direccin de marcha. Estos efectos, lo recalcamos especialmente ac, son importantes durante la maniobra pues son ms notorios con el buque sin arrancada o con poca.

Destacamos que el ttulo "corrientes generadas por las hlices de los buques "lo elegimos para hacer notar el hecho. Experiencias realizadas en piletas han probado que una hlice aislada profundamente sumergida no experimenta fuerzas laterales apreciables ya que los componentes radiales de las palas se anulan entre s. El caso de la hlice de un buque es diferente por :

a) No est profundamente sumergida y a veces emerge parte de ella.

b) Est en las inmediaciones de la obra viva rodeada de estructuras que provocan cavitaciones.

c) El flujo de agua a travs de ella no es paralelo al eje ni uniforme en velocidad.

d) Al partir la hlice de la posicin de reposo comienza a batir el agua arrastrando gran cantidad de aire que afecta su desempeo. Estas circunstancias crean fuerzas laterales en un sentido u otro que son mayores a menor arrancada y que irn disminuyendo al tomar velocidad. Tomaremos en cuenta que en marcha adelante los efectos de la corriente de expulsin y los del efecto lateral de las palas son de sentido contrario pero que en la marcha atrs se suman para llevar la proa a Br.

Esto es de suma importancia para el maniobrista pues en marcha atrs con buque parado el timn no puede contrarrestar este efecto.

Instalaciones de la hlices no tradicionales : Ya hemos hablado de las hlices de paso

controlable; lo haremos ahora de otras hlices que sirven para aumentar el rendimiento del propulsor o para realizar trabajos especiales.

Bow Thrusters y Stern Thrusters (Fig 14)

Su denominacin vara segn estn a proa o a popa. Van instaladas en tneles perpendiculares a la cruja y con salida a ambas bandas. Adquieren su mxima efectividad con el buque sin arrancada y la pierden casi totalmente con el buque a toda marcha. Por lo tanto se las utiliza solo en maniobras donde evitan el uso de remolques. Su rendimiento disminuye al acercarse al muelle anulndose, si la distancia de la boca del tnel al muelle es menos de cuatro veces el dimetro del tnel.

Hlices con tobera (Ducted propellers) (Fig 15)

Para evitar la prdida de energa que por rozamiento se pierde en las hlices tradicionales al mover las capas de lquido exteriores y adyacentes a los bordes de las palas, se han construido hlices dentro de un tnel cuyo dimetro interior es solamente algo superior al del crculo generado por las palas. De esta forma el funcionamiento del propulsor es ms parecido al de un tornillo que rosca en madera y el rendimiento aumenta.

Como ventaja adicional el tnel o tobera sirve de protector a la hlice.

Sin embargo, problemas con la erosin, que la cavitacin produce en la tobera, no han sido resueltos y restringen su uso.

Hlice con tobera Kort (Fig. l6 a y b)

Es un caso particular del anterior y lo describe la figura. Se emplea preferentemente en remolcadores obtenindose consumos ms reducidos y velocidades y esfuerzos superiores.

Doble hlice con giros opuestos (contra rotation propellers) CRP

Se colocan dos hlices en el mismo eje, una inmediatamente atrs de la otra y de giros opuestos. (Fig. 17)

Las corrientes de expulsin que salen en sentido divergente se anulan al girar cada hlice en sentido contrario y se aprovecha todo el impulso. Raramente se han utilizado estas hlices en mercantes grandes debido a los problemas de un mecanismo que requiere girar dos hlices en direcciones opuestas y a diferentes revoluciones.

Hlice con rueda de paletas (Grim Vane Whell) (Fig. 18)

Con el propsito de ahorrar combustible y mejorar la maniobrabilidad, la casa Lips fabric un dispositivo como el que se ve en la figura que consta de dos paletas que giran libremente a popa de la hlice recuperando la energa de la corriente de expulsin.

Las paletas tienen un dimetro entro el 15 y el 20 % mayor que el de la hlice. Se usan en VLCC de media o baja velocidad, tales como el "Asclepios" o el "Draco", de 263.000 Tons DW.

Hlices construidas con materiales no tradicionales.

Se ha experimentado construyendo palas de fibra de vidrio o de carbono con el propsito

que su elasticidad reduzca las variaciones de carga que se producen durante la rotacin y se elimine as las vibraciones en el casco y el eje.

Sistemas de hlice y timn

Dirigen la corriente de expulsin combinando propulsin y direccin. (Fig. 19)

BIBLIOGRAFIA

HERMITE : BOLETIN 92 CENTRO DE CAPITANES

BAISTROCHI : ARTE NAVAL

BARBUDO : TRATADO DE MANIOBRA

Rennella : MANUAL DE MANIOBRAS

ORTIZ : TEORIA DE LA MANIOBRA

GOMEZ : ARTE DE LA MANIOBRA DEL BUQUE

TORRA : APUNTES

PREYSLER: TEORIA DEL BUQUE

MULLER: MANUAL DEL MARINO

PROA MAR NUMERO 50 PAGINA 31

THE NAVAL ARCHITECT MAY 1991 E 227

MARINE LOG JUNE 1991 PAG 61

WORK BOAT WORLD OCTOBER 1991

BOLETIN 92 CENTRO DE CAPITANES PAG 37

MARINE PROPUSION PAG 17- MAY/JUNIO 91

ENCICLOPEDIA DEL MARUNIDAD 5

RESISTENCIA

Generalidades. Resistencia de la carena: al remolque y a la propulsin. Velocidad en funcin de la eslora; frmula de la resistencia a la propulsin y su relacin con el porte. Efectos evolutivos de la carena: por deriva; por la diferencia de calado; por la escora; otros efectos. Resistencia de la obra muerta y superestructuras: valor de la resistencia; efectos evolutivos. Posicin de equilibrio. Resistencia adicionales: definicin; causas: carena sucia; golpes de mar; Pendiente de los ros; bajos fondos: efectos. Aguas restringidas; efectos de los veriles sobre el buque navegando paralelamente a ellos, entrando al canal o saliendo de l. Navegacin en curvas. Clculo del Squat. Proa bulbo. Proa de cuchara. Navegacin en reas de fondo blando.

RESISTENCIA.

Sabemos que la velocidad de un buque, est determinada para una potencia dada, por la resistencia al movimiento que se le oponga. Esta resistencia a la marcha es la suma de varios componentes y depende de la forma, dimensiones y naturaleza de las superficies en movimiento, de la velocidad de choque y de la densidad y/o viscosidad del aire o agua. Medirla, para poder dimensionar el propulsor adecuado, es tarea de los Ingenieros Navales, pero el marino debe estar informado de la intensidad de las diversas fuerzas que se oponen al movimiento, donde se aplican y que efectos evolutivos producen.

Para tener una idea somera del trabajo de los Ingenieros proyectistas, diremos que no hay mtodos completamente satisfactorios que permitan calcular esta resistencia mediante frmulas matemticas.

Por lo que predicen el comportamiento del buque basndose en la actuacin de otros semejantes al del proyecto y principalmente, fundando las previsiones en datos derivados de experiencias con modelos.

Aqu el programa, como en otros puntos, se basa en el Arte Naval de Baistrocchi por lo que tomaremos su nomenclatura y definiciones, que son bastante semejantes a las otras obras ms modernos.

RESISTENCIA DE LA CARENA.

Es la suma total de la resistencia que opone la superficie mojada cuando se propulsa al buque en aguas calmas y a velocidad constante.

Se la denomina tambin resistencia a la propulsin. Baistrocchi la define como la suma de la resistencia al remolque y la resistencia del propulsor.

Para determinarla se siguen varios pasos el primero de los cuales es establecer la

RESISTENCIA AL REMOLQUE: Es la que se opone al movimiento del buque cuando es remolcado (aguas calmas velocidad constante) .

Se mide por la traccin ejercida sobre la estacha de remolque.

El remolcador se coloca como indica la Figura 1 a fin que su estela no influya en el valor de la resistencia.

En el cable de remolque se intercala un dinammetro inscriptor.

Esta resistencia esta compuesta por la resistencia por rozamiento la resistencia por formacin de remolinos y la resistencia por formacin de olas.

1) LA RESISTENCIA POR ROZAMIENTO 0 DE FRICCION: Es debida a la viscosidad del lquido en que se mueve y a la adherencia de este lquido a la carena.

La frmula que resuelve la resistencia por rozamiento en libras inglesas es:

Resistencia ( R ) = F. A .V1,83F es el coeficiente de friccin, determinado experimentalmente por Froude y Tideman y que se indica en la tabla que reproducimos de Vela Berdeguer.

COEFICIENTE DE ROZAMIENTO DE LAS CARENAS

Eslora200 pies300 pies400 pies500 pies600 pies

FROUDE0,009000,008910,008840,008780,00872

TIDEMAN0,009420,009220,009100,009040,00898

A es el rea de la superficie mojada y V la velocidad en nudos. F esta dado para diferentes esloras de buques recin pintados navegando en agua salada a 55 F.

Como vemos que el coeficiente es inversamente proporcional a la eslora podemos deducir que proporcionalmente, necesita menos potencia (para una misma velocidad) por unidad de superficie de casco mojado, el buque de mayor eslora.

La potencia absorbida por la resistencia friccional se obtiene por la frmula:

Potencia de caballos efectivos

Las abreviaturas son las mismas de las frmula de resistencia.

2) RESISTENCIA POR FORMACION DE REMOLINOS O VORTICIAL.

Es debida a los remolinos formados por los rebordes salientes de la carena que producen

modificaciones en la velocidad de los filetes lquidos.

3) RESISTENCIA POR FORMACION DE OLAS.

La marcha del buque origina desplazamientos en la superficie del agua que traen como consecuencia la formacin de olas. La energa de estas olas es suministrada por el buque, lo que se traduce en una resistencia al movimiento.

Dos son los tipos de ola que se generan al paso del buque: las divergentes de proa y de popa y las transversales.

Las divergentes de proa, que los marinos conocemos como bigotes, son generadas por el choque frontal de las amuras con el agua o que produce un frente de olas de direccin paralela a la amura y cuyo sentido de avance es normal a aquella.

Las divergentes de popa se deben al vaco creado en el agua por las aletas.

Su direccin y sentido de avance son similares a las divergentes de proa. Las olas transversales se generan a todo lo largo del buque como consecuencia de los desequilibrios de presin creados en el agua a diferentes profundidades.. El buque al cortar el agua le transmite una aceleracin hacia arriba que vara de acuerdo con la velocidad. Este movimiento vertical acta contra la fuerza de gravedad tendiendo el agua a ocupar un nivel por encima o por debajo de la superficie lo que determina la formacin de una o ms olas que se mantienen estacionarias con respecto al casco mientras la velocidad de la embarcacin permanece constante.

Cuando la velocidad es muy reducida aumenta el nmero de olas pues en esas condiciones las molculas de agua disponen de tiempo suficiente para ascender y descender varias veces a lo largo del buque.

Los focos generadores son continuos, pero los principales son dos, uno a proa y otro a popa. Ambos extremos generan olas de direccin normal a la lnea de cruja, que avanzan en sentido contrario al del buque, con velocidad aproximada a la de ste.

Las crestas de las olas transversales son limitadas en sus extremos por las olas divergentes.

El conjunto de todos los trenes de olas divergentes y transversales presenta la imagen de las figuras 2, 3 y 4.

La resistencia total por formacin de olas se debe al sistema de olas resultante de componer los sistemas de proa y popa.

Los bigotes aumentan su tamao e importancia con la velocidad, incrementando por lo tanto la prdida de energa. Para el maniobrista no tienen mayor incidencia.

Las olas transversales modifican el asiento y el calado, condiciones a ser tenidas en cuenta por el que maniobra, sobre todo en aguas poco profundas.

La ola transversal de proa tiene su primera cresta algo a popa de la roda, la de popa nace con un seno un poco antes de la popa y su primera cresta est por la popa.

La distancia entre las dos primeras crestas de ambas olas es aproximadamente la eslora del buque. La velocidad de propagacin es la de la embarcacin. Suponiendo que las olas son trocoidales (ver Cp. XI) se ha demostrado que la longitud entre crestas consecutivas

tienen por valor en aguas profundas para L en pies y velocidad en nudos. (Simplificando y pasando L de pies a metros se obtiene L (en metros) = 0, 174 V2. Lo que nos dice la longitud de la ola aumenta con el cuadrado de la velocidad. Cuando la velocidad se duplica la longitud se cuadruplica.

La combinacin de olas de proa y de popa en la estela forman otra ola resultante cuya amplitud es indicativa de la energa suministrada (y perdida) por el buque.

Si en la estela coinciden la cresta de la ola de proa, con un seno de la de popa y viceversa, la ola resultante es pequea y la prdida de energa mnima. Si por el contrario en la estela coinciden las crestas y los senos la ola resultante ser de gran tamao y por lo tanto grande la prdida de energa. A partir del momento en que se incrementa notablemente la resistencia al avance, cualquier incremento en la velocidad se traduce en un brusco cambio del asiento. Se dice entonces que el buque ha llegado a una velocidad crtica. En aguas restringidas esta situacin se alcanza con menos velocidad.

La figura 5 reproduce el experimento de Froude con modelos y an cuando en l no se alcanz la velocidad crtica, nos sirve para apreciar las enormes variaciones para una misma eslora y como disminuyen las resistencias con un incremento de sta.

Estas variaciones se deben al sincronismo o no de los sistemas de olas; as cuando hay coincidencia la resistencia llega a su mximo e inversamente.

A medida que la velocidad de la embarcacin aumenta, la longitud de la ola se incrementa y la combinacin en la estela va siendo alternativamente grande y pequea. Dicho de otra manera, la curva de resistencia evoluciona en forma zigzagueante.

Es preciso alcanzar una velocidad mnima para que la ola de proa alcance a la de popa con alguna amplitud. (figuras 6,7 y 8)

LA RESISTENCIA POR LA FORMACIN DE OLAS generadas permanentemente en la roda se combinan con las del codaste (Unen de trazos). Navegando a poca velocidad el efecto es despreciable, pero a medida que ste aumenta la longitud de la ola de proa crece, de modo que stas y las de popa pasan alternativamente de encontrarse en fase (arriba) a estar desfasadas (en el centro). Cuando las olas estn en fase la resistencia aumenta muy rpidamente; en cambio, cuando estn desfasadas el incremento es menos rpido. Se da tambin el caso de que el buque alcanza una velocidad tal que la mitad de la longitud de la ola de proa es igual a la eslora (abajo). Esta velocidad crtica se puede incrementar dando ms eslora a la nave. En la ilustracin la altura de la ola se ha exagerado a propsito para mayor claridad

OLEAJE que produce en el agua el paso del buque. Constituye la expresin ms importante de la resistencia del fluido al avance del misma. A velocidad reducida (a), la formacin de las olas afecta escasamente al buque. Pero a medida que sta aumenta, lo hacen tambin la longitud y la altura de las olas. La ola de proa puede disminuir o aumentar la de popa, segn ambas estn desfasadas (b) o en fase (c). Finalmente, la cresta de la ola de proa tiende a levantar la cabeza del buque, al misma tiempo que el seno de la que se encuentra en el extremo opuesto hace descender la popa (d). Cuando esto sucede, el asiento del buque vara y ello produce que una parte cada vez mayor de potencia se invierta en hacerlo remontar la ola (e). Este inconveniente se evita haciendo la eslora del buque tan grande como sea posible. Por cuestin de claridad, las olas se han exagerado notablemente en la ilustracin.

Cuando la longitud de la ola L es el doble de la eslora la popa se hunde en el seno. El buque debe remontarla ola. La resistencia es mxima. Ni el propulsor ni el casco estn

diseados para navegar as. (Fig. 9)

El grfico del Alte. Taylor muestra como en un buque de guerra la proa se hunde ms que la popa hasta alcanzar la velocidad crtica y lo que sucede posteriormente.

Cuando la longitud de la ola es el doble de la eslora, la popa se hunde en el seno formado por la propia ola, el asiento varia y una parte mayor de potencia se invierte en remontar la ola: se ha llegado a la velocidad crtica en que la resistencia es mxima.

Por debajo y por encima de esta velocidad la resistencia por formacin de olas transversales es inferior y por consiguiente la potencia necesaria para vencerla ms pequea.

La mayor extensin con que se ha tratado el tema de la resistencia por formacin de olas, en relacin con las otras resistencias, obedece al hecho de ser la que ms interesa al maniobrista.

Un autor que desconocemos sintetiz gran parte del tema diciendo:

"Un buque navega en una depresin creada por l mismo; y se hunde ms cuanto mayor es su velocidad o menor la Profundidad" (tema que ahondaremos con el ttulo de "bajos fondos").

Con el propsito de minimizar el hundimiento, el cambio de calado y la resistencia por formacin de olas, los proyectistas navales se esfuerzan por disminuir la altura de las creadas por el buque.

Por lo pronto tratan de hacer la eslora del buque lo ms larga que el diseo permita.

Manteniendo la misma eslora en flotacin se ha logrado buenos resultados con diferentes diseos entre ellos la forma de bulbo o la proa de cuchara tambin llamada forma Maier.

PROA DE BULBO: (Fig. 10)

Consiste en prolongar la proa por debajo de la lnea de flotacin con un saliente redondeado.

En la marcha adelante el bulbo crea una sola sumergida, que est desfasada media longitud de ola con respecto a la de la ola superficial creada por la roda, con la consecuencia de anular a sta. Es el diseo actual ms difundido.

PROA DE CUCHARA: (Fig. 11)

Su fundamento es anlogo al anterior; crea una sobrepresin baja muy retrasada respecto a la alta. Otra funcin de este tipo de proa es el de disminuir los cabeceos, con lo que impide que con mar gruesa emerjan las hlices.

RESISTENCIA DEL PROPULSOR:

Se debe a la modificacin que el propulsor introduce en las fuerzas que actan en popa y en la forma de las olas, ya que por si solo produce una elevacin del agita en la zona donde acta. Resumimos entonces:

Resistencia al remolque = R por rozamiento + R por formacin de olas + R por formacin de remolinos.

Resistencia ala propulsin = Resistencia al remolque + Resistencia del propulsor.

Importancia comparativa de las resistencias: En buques grandes y lentos la resistencia por rozamiento es cercana al 90 % de la total.

En buques medianos y velocidad moderada representa entre el 70 % y el 80 % del total. Conforme aumenta la velocidad, la resistencia por formacin de olas se hace ms importante y en algunos casos, en buques que navegan a velocidad muy grande para sus esloras, la resistencia por friccin desciende al 40 % de la resistencia total y la de formacin de olas integra casi el resto.

En general las caractersticas que disminuyen la resistencia por formacin de olas influyen de modo contrario sobre la resistencia de friccin Del libro de Vela Berdeguer se reproduce la tabla que, para un buque de 18.000 Tons de desplazamiento, da las siguientes resistencias (equivalencia en caballos efectivos) a diferentes velocidades

Como vemos la resistencia por rozamiento alcanza el 86 % de la total, a diez nudos y a medida que la velocidad va en aumento disminuye el porcentaje hasta ser slo el 63 % de la total a la velocidad de 20 nudos.

En el grfico siguiente (Fig.12), correspondiente a un pequeo buque de poca velocidad, se corrobora lo dicho: a medida que aumenta la velocidad el porcentaje de resistencia correspondiente a la resistencia por formacin de olas se hace mayor.

VELOCIDAD EN FUNCION DE LA ESLORA: Siguiendo a Gamboa Sanchez (Nociones de Arquitectura Naval pag. 234) podemos decir que de estudios experimentales se ha obtenido una relacin entre la velocidad en nudos y la eslora en metros.

Esta velocidad fija el lmite a partir de la cual la resistencia aumenta en forma tal que hace costosa por dems, la potencia necesaria para superarla. Algunos autores la denominan velocidad crtica.

La relacin obtenida es y da a la velocidad un significado relativo al vincularla con la raz cuadrada de la eslora. Si es menor que 1,3 se dice que la velocidad es moderada; si est comprendida entre 1,3 y 1,8 es alta y si es mayor de 1,8 es altsima. Estas relaciones son para carenas normales. Casi todos los buques mercantes se proyectan con la previsin de tener la mxima velocidad relativa por debajo de 1,8.

Por ejemplo un Panamax que camina 16 nudos ( ) la velocidad es moderada.

En los buques de carga se procura que sea menor de 1,3; en los de pasaje, al ser necesario aumentar la velocidad para que la duracin de la travesa sea mnima, se han tenido que aumentar en su diseo los valores de la eslora para que la relacin no exceda de 1,8. El famoso "QUEEN MARY", con sus 310 metros de eslora y sus 32 nudos de velocidad () tena una alta velocidad.

El crucero norteamericano "COLUMBUS" de 204,91 m de eslora desarrollada una velocidad mxima de 34 nudos ( ) es decir una velocidad altsima.

FORMULA DE LA RESISTENCIA TOTAL Y SU RELACION CON EL PORTE. Dijimos que no hay frmulas matemticas completamente satisfactorias para calcular la resistencia total al movimiento del buque. Pero algunas de ellas se usan corno aproximacin bastante exacta.

Una de las ms empleadas para los clculos iniciales es:

Donde

K1 :coeficiente entre 0,14 y 0,15 (coef. de Froude)

S : superficie de la carena en m3

V : velocidad en nudos

K2 : coeficiente entre 0,05 (buques finos y veloces) y 0,065 buques (buques lentos)

Ef : eslora en flotacin en metros

V :velocidad en nudos

D : desplazamiento en toneladas

R : resistencia total en Kgs

De esta frmula Baistrocchi deduce que la resistencia total es siempre una fraccin del

desplazamiento, tanto ms pequea cuanto ms grande es el buque (D est elevado a la 2/3).

Por lo tanto la potencia necesaria para mover una tonelada de buque es tanto menor cuanto mayor es ste. Sigue explicando que la relacin entre la resistencia total y el desplazamiento no supera el valor de en buques de velocidad moderada.

Compara despus el porte con el desplazamiento llegando a la conclusin que el porte es del desplazamiento con lo que la proporcin del esfuerzo de traccin y la carga transportada es de .

En realidad en los buques actuales el divisor (250) del que habla Baistrocchi es mayor lo que favorece su razonamiento.

Nos dice adems que en el transporte ferroviario tal relacin es de y que por lo tanto

el esfuerzo de traccin por tonelada transportada es menor en el transporte martimo que en el terrestre.

En otras palabras deduce que el transporte martimo es el ms econmico. Desde la poca en que Baistrocchi escribi esto ha disminuido el peso del casco y de la maquinaria, por lo que el divisor 250 a aumentado contribuyendo al abaratamiento del transporte martimo.

Sin embargo, aunque este no sea tema de la materia, queremos dejar en claro que ya no lo es (el ms barato), superado donde ello es posible y con las mercaderas con que se puede hacerlo, por el transporte por tuberas. El martimo sigue siendo el ms rentable en

trficos voluminosos y distancias relativamente grandes. Lo siguen en baratura el transporte fluvial, el ferroviario, el de carretera y el areo. Pero todo condicionado al tipo de carga y distancia recorrida.

La capacidad de ahorro de energa del transporte martimo es quizs la contribucin ms importante de este medio a la conservacin del medio ambiente.

Pero la ventaja ms notoria que tiene es su necesidad mnima de terreno. Salvo el que utilizan los puertos, equivalentes al que ocupan las estaciones ferroviarias o playas de camiones, no ocupa espacios terrestres.

Destacamos que una lnea de ferrocarril de doble va es capaz de transportar el mismo nmero de pasajeros en una hora que 16 carriles de autopista, pero para ello necesita solo unos 15 mts de ancho contra los 122 de la ruta ("El resurgimiento de ferrocarril" de Marcia Lowe)

RESISTENCIA DE LA OBRA MUERTA Y SUPERESTRUCTURAS

As como el agua opone resistencia al movimiento de la carena, el aire opone resistencia al movimiento de la obra muerta y superestructuras. La densidad del aire a 0C y a la presin de 760 mm es de 0,001293.

Si la comparamos con la del agua de mar, densidad 1,025, pensamos que la resistencia que opone el aire es pequea respecto de la que opone el agua. Sin embargo, ella no es despreciable. Cualquiera que haya navegado, ha podido apreciar, la presin que ejerce un fuerte viento de proa sobre el cuerpo humano cuando estamos en una cubierta despejada.

Con vientos duros pueden llegar a tener un valor equivalente al 50 % de la resistencia total.

Los proyectistas navales la dividen en dos clases de resistencia: la de friccin y la vorticial.

Para calcularla se emplea la frmula: Rv = A. K. V2 (Barbudo Pag. 369).

En la que Rv = resistencia del viento en Kg.; A: es la superficie presentada normal a la direccin del viento en M2, V: es la velocidad del viento aparente en nudos y K: un coeficiente aerodinmico que oscila entre 0,025 y 0,032.

De la frmula se deduce que como la resistencia depende del cuadrado de la velocidad del viento aparente, si esta se duplica la resistencia se cuadruplica.

Esto explica porque vientos ligeros apenas hacen sentir su efecto mientras que al sobrepasar determinado valor, unos 15 nudos de viento, la fuerza sobre la obra muerta se incrementa vertiginosamente. El valor de carena a un 50 % segn el viento real sea nulo o muy fuerte de proa.

Hughes prob, que en buques convencionales, la mayor resistencia que ocasiona un viento, se produce cuando sopla con un ngulo de 30 (hablamos de viento real) y no cuando lo hace de proa.(Preysler pag. 128).

RESISTENCIAS ADICIONALES:

Son aquellas que circu