estructura del extremo de popa

ESTRUCTURA DEL EXTREMO DE POPA __________________________________________________________________________________________

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ESTRUCTURA DEL EXTREMO DE POPA

1. Consideraciones generales

2. Construcción de la popa

3. Codaste

4. Timón

i) Tipos de timones

ii) Pala del timón

iii) Pinzotes del timón

iv) Mecha del timón

v) Madre o pieza principal del timón

vi) Soporte del timón

vii) Bocina de la limera

viii) Timones especiales

5. Aparato de gobierno

6. Alerones y arbotantes

7. Bocina del eje

8. Hélice

i) Palas orientables

ii) De tobera

1. CONSIDERACIONES GENERALES

Se presta mucha atención al diseño general de la popa del buque, para mejorar el flujo

del agua alrededor de la hélice. Muchos buques en servicio de navegación oceánica tienen

popa de crucero; fig. 1; pero la tendencia actual es dotar a las nuevas construcciones de popa

de espejo, fig. 2. La popa de crucero ofrece a la vista un aspecto, tal vez, más agradable; pero

la popa de espejo proporciona más superficie de cubierta y mejora el flujo del agua en esa

zona.

1

CONSTRUCCIÓN NAVAL __________________________________________________________________________________________

Fig.1. Popa de crucero

En cuanto al timón existen gran variedad de formas; siendo, precisamente, la clase de

popa y el tipo de timón los que determinan, junto con el tamaño de la hélice, las

características del codaste. Especial interés presentan los dispositivos que permiten al eje

portahélice y a la mecha de timón atravesar el casco, manteniendo su estanqueidad. La

seguridad del buque puede depender de las mismas. Si se precisa más de una hélice para

conseguir la fuerza propulsora necesaria para alcanzar cierta velocidad, se instalan

henchimientos ó arbotantes para alojar y soportar los tramos de los ejes que quedan hacia

el exterior del forro.

2. CONSTRUCCIÓN DE LA POPA

Debido a que la bovedilla o parte en voladizo de la popa de crucero está sometida a

grandes golpes de mar, análogos a los pantocazos del extremo de proa, su construcción

requiere solidez y amplia consolidación. Se instalan varengas llenas en cada cuaderna y una

viga central se extiende hasta el extremo de popa, por debajo de cada cubierta y a crujía en __________________________________________________________________________________________

2


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el forro exterior. Las chapas de éste se consolidan con cuadernas oblicuas respecto a la línea

central del buque, llamadas rabogallos de costado; asociadas con baos cortos y oblicuos, o

rabogallos de cubierta, que se entienden hasta el bao transversal reforzado más próximo. La

consolidación se completa por medio de palmejares, unidas por sus extremos a la primera

cuaderna transversal.

En las popas de espejo no se precisa la instalación de rabogallos. Las chapas del

espejo se consolidan con refuerzos verticales (fig. 2). La parte inferior del mismo se consolida

con grandes varengas asociadas a una viga central.

Fig.2. Popa de espejo

3

CONSTRUCCIÓN NAVAL __________________________________________________________________________________________ 3. CODASTE

Según ya se ha indicado, la forma del codaste depende, fundamentalmente, del perfil

de la popa y del tipo de timón adoptados. Por otra parte, para evitar fuertes vibraciones en el

extremo posterior del buque, debe proveerse una adecuada separación entre la hélice y el

codaste; siendo este criterio el que determina, en gran medida, el tamaño de este

último.

El codaste de un buque puede ser fundido, forjado o construido con chapas y perfiles

de acero. En algunos casos se encuentran soluciones mixtas. El codaste para 1os grandes

buques se funde, generalmente, en talleres especializados ajenos al astillero. Para facilitar la

fundición y e1 transporte suelen fundirse en varias piezas que se sueldan o remachan

posteriormente en grada. Estas uniones, si son soldadas, requieren preparación especial y

precalentamiento. Si son remachadas se hacen a escarpe y se emplean remaches distintos de

los usados para las juntas de chapas. Los codastes armados, fig. 3 se fabrican, generalmente,

en el propio astillero. Los codastes forjados también se encargan a algún taller especializado y

pueden construirse en varias piezas, si el tamaño es excesivo o la forma complicada.

Las secciones horizontales del codaste son de perfil hidrodinámico para evitar 1a

formación de remolinos por detrás de las mismas, que aumentarían considerablemente la

resistencia opuesta por el agua al avance del buque. Interiormente se consolidan mediante

cartabones horizontales. En 1a fig. 3 se muestran dos tipos de codaste; uno fundido y el otro

armado, y en ella se ve la similitud entre las secciones de ambos.

Especial interés presenta la unión del codaste al resto de la estructura, que debe poseer

suficiente rigidez para que no aparezcan fuertes vibraciones inducidas por el funcionamiento

de la hélice. A tal fin, el codaste se prolonga hacia arriba uniéndose a la varenga del peto;

cuyo espesor se incrementa convenientemente. El codaste proel, si existe, se extiende también

hacia el interior del casco y se une a una varenga del pique. El pie del codaste se prolonga

suficientemente hacia proa para asegurar una unión efectiva con la quilla. Las planchas del

costado se sueldan directamente al codaste, fig. 3, dejándose, a veces, en el borde de éste un

rebaje o alefriz para que las planchas queden a paño con le sección del codaste.

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4


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Figu

ra 3

5

CONSTRUCCIÓN NAVAL __________________________________________________________________________________________ 4. TIMÓN

La mayor parte de los timones de los buques actuales (1979) son parcialmente

compensados; es decir, una pequeña fracción (menor del 20%) del área lateral de su pala está

situada hacia proa del eje de giro. En menor proporción se monta a timones totalmente

compensados con un 23% a un 30% del área lateral de la pala hacia proa, del eje de giro; y

timones ordinarios (no compensados) con toda el área lateral de la pala a popa del eje. El

fundamento de la compensación del timón consiste en acercar la posición del centro de

presión sobre la pala al eje de giro de la misma, disminuyendo el par necesario para su

movimiento. La posición del centro de presión, para pequeños ángulos de metida en timones

fuertemente compensados, está situada, a veces, a proa del eje de giro; con lo cual el timón,

para pequeños ángulos tiende a atravesarse, Esta circunstancia no importa demasiado si

existe servomotor; pero es menos satisfactoria si el mecanismo de funcionamiento del timón

es accionado a mano.

i) Tipos de timones

El tipo A fig. 4 y es un timón ordinario y apoyado; que se monta, únicamente, en

algunos buques pequeños de carga seca. Va asociado a un codaste popel, que cierra por la

popa el vano de la hélice, y que ofrece la ventaja de mantener unida la parte alta del codaste

con el talón del mismo. La mecha de ese timón está sometida, principalmente, a esfuerzos de

torsión.

En el tipo B, el codaste popel se sustituye por un eje vertical, unido por su parte

superior al casco del buque mediante un acoplamiento de palma provisto de seis pernos; e

inferiormente, al talón del codaste. Figs. 4 y 6. El uso del eje vertical permite la compensación

de la pala del timón; manteniendo, sin embargo, la conveniente unión entre la parte alta y el

talón del codaste. Los esfuerzos sobre la mecha son análogos a los del tipo A. Se instala en

muchos buques de carga seca, de mediano y gran tonelaje. Fig. 5.

El timón tipo C, fig. 4, es compensado y apoyado (con dos pinzotes); lo mismo que el

tipo B, pero en él no existe, en cambio, unión directa entre la parte alta del codaste y el talón

correspondiente. El codaste está abierto por su parte de popa; siendo, por tanto, mayores leas

flechas o "caídas" experimentadas por el talón del mismo. Los esfuerzos sobre la mecha son

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6


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análogos a los de los dos timones anteriores pero, ahora además, la pala está sometida a

esfuerzos de flexión. Se utiliza, fundamentalmente, en petroleros y bulkcarriers.

Fig.4. Tipos de timones

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Figura 5. Timón tipo B

El timón tipo D, fig. 4. es similar al C; pero con un sólo pinzote situado, precisamente,

en su parte inferir. La mecha soporta, por tanto, esfuerzos de torsión y de flexión; y la pala,

principalmente, esfuerzos de flexión. Es muy corriente en pesqueros y remolcadores.

Los timones tipo E (E1 y E2), fig. 4, son timones semicompensados, parcialmente

colgados; con uno y dos pinzotes, respectivamente, montados en un falso codaste. En el timón

E1, con un solo macho, la mecha soporta esfuerzos de torsión y de flexión; mientras que en el

E2, con dos machos, la mecha está sujeta a torsión más una pequeña flexión debida al huelgo

de los machos. Los timones tipo E son muy utilizados en buques de carga seca, de mediano y

gran tonelaje.

El timón tipo F, fig. 4, es compensado y colgado. La mecha, por debajo de la

chumacera principal, está sometida a torsión y flexión; y por encima de ella, a torsión más una

pequeña flexión debida a los huelgos. La pala soporta esfuerzos de flexión. Es muy empleado

en transbordadores y dragas.

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Figura 6 . Timones

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CONSTRUCCIÓN NAVAL __________________________________________________________________________________________ ii) Pala del timón

En los buques pequeños y en las embarcaciones menores se montan, generalmente,

timones de pala sencilla. En los demás buques, la pala es de chapa doble, de secciones

horizontales aerodinámicas para disminuir la resistencia opuesta por el agua. Esta se

construye con planchas de acero, consolidadas interiormente mediante un armazón de chapas

verticales y horizontales. El orden del montaje es el siguiente: se suelda, primero, el

entramado interno a la cara interior de una de las planchas laterales de la pala del timón. La

otra plancha lateral, llamada "de cierre", se suelda a continuación al entramado interno,

solamente desde el exterior. Ello se consigue soldando, previamente, una llanta a los bordes

de las chapas verticales y horizontales de consolidación; y uniendo, luego, la plancha lateral

"de cierre" a dichas llantas por medio de soldadura "de botones", según se ve en la fig. 6. A

veces, el armazón internó de consolidación se fabrica en acero fundido y a él se sueldan, por

el procedimiento antes indicado, las planchas laterales de la pala del timón.

Otras características de las palas de chapa doble son: un orificio de drenaje, con tapón,

situado en el fondo de las mismas; y varios orificios de izado, formados por pequeños trozos

de tubo soldado, que las atraviesan de banda a banda. Para evitar la corrosión de la estructura

interna de la bala se pintan, adecuadamente sus superficies y, en algunos casos, se rellena

dicho espacio con espuma plástica inerte. Una vez completada la pala, se verifica su es

estanqueidad probándola con una columna de agua de 2,44 m. de altura, medida desde la parte

superior de la misma.

iii) Machos o pinzotes del timón

Tienen por objeto prestar apoyó al timón a lo largo de la pala. Constan de una porción

cilíndrica, que gira en el interior de la hembra correspondiente, y cuyo diámetro se calcula en

función, de la velocidad del buque y de la superficie de la pala soportada por el pinzote. La

longitud de dicha porción se toma siempre, mayor que su diámetro. Por encima de la misma,

el diámetro del macho se reduce gradualmente. Para evitar un excesivo desgaste, debido al

continuo funcionamiento del timón; los machos, de los timones antiguos, iban provistos de un

forro o camisa de latón o de bronce, y en las hembras se montaba un casquillo de guayacán.

Actualmente, los casquillos de las hembras se fabrican con materiales sintéticos; p.e.: tufnol;

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11 __________________________________________________________________________________________

Figura 7. Timón semicompensado, parcialmente suspendido con dos pinzotes


el nombre de "pinzote de retenida”. Fig. 11.

y se emplea, a veces, acero inoxidable para las camisas de los machos. Fig. 8. En ambos casos,

la lubricación de las superficies de contacto se confía al agua del mar, debido a que resulta

difícil proporcionar y mantener en dicha zona, un engrase adecuado. Sin embargo,

modernamente, se ha dispuesto un sistema de lubricación con aceite en las camisas metálicas

de los machos del timón del "Queen Elizabeth 2".

Figura 8. Machos superior e inferior de un timón semicompensado, parcialmente suspendido, con dos pinzotes

DETALLE “A” DETALLE “B”

En los timones apoyados, el macho inferior soporta gran parte del peso timón. Para

disminuir su desgaste se instala, en el fondo de la hembra correspondiente, un disco de acero

con la cara superior redondeada, reduciendo así la superficie de fricción. Este disco, o lenteja

de apoyo, puede cambiarse con facilidad a través de un taladro practicado a lo largo del a

hembra del mismo. Fig 10. Para evitar que el timón pueda ser desmontado, accidentalmente,

por un golpe de mar; el macho superior, si existe, va provisto de una cabeza forjada,

sobresaliendo por debajo del borde inferior de la hembra correspondiente; recibiendo entonces

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DETALLE “B” Figura 9. Perno y tuercas de sujeción en un acoplamiento horizanotal de la

mecha a la pala del timón

Figura 10. Pinzote del fondo

Figura 11. Pinzote superior o de retenida

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iv) Mecha del timón

Se construye de sección circular, de acero fundido o forjado. Su diámetro se determina

en función del momento del par necesario para, el giro del timón, y del momento flector

máximo que ha de soportar. Su extremo inferior se une a la pala mediante un acoplamiento

vertical (de palma) u horizontal (de plato); asegurado con pernos y tuercas, convenientemente

frenadas. figs. 7 y 9. La sección recta de éstos debe ser adecuada para soportar el par de giro

aplicado a la mucha del timón. El diseño del acoplamiento se hace de modo que, una vez

desempernado, girando la pala hacia una banda y la mecha hacia la otra, pueda desmontarse el

timón sin impedimentos.

v) Madre o pieza principal del timón

Constituye la prolongación de la mecha a lo largo de la pala. Se construye de sección

rectangular o circular. La longitud y anchura de la sección rectangular no deben ser inferiores

al diámetro requerido para la mecha; y sus chapas laterales forman parte, entonces, de la

envuelta estanca de la pala del timón, siendo de mayor espesor que las otras planchas

adyacentes. Si la madre está formada por un tubo de sección circular, su diámetro interno no

debe ser interior al exigido para la mecha; no siendo necesario, entonces, aumentar el espesor

de las chapas de la superficie de la isla al nivel de la madre.

vi) Soporte del timón

Como ya se la dicho anteriormente, una parte del peso de los timones apoyados lo

soporta el pinzote inferior de los mismos. El resto descansa sobre una chumacera instalada en

la plataforma del compartimiento del servomotor. En los timones colgados, todo su peso recae

sobre la chumacera colocada en la parte superior de la mecha, en el interior del casco. Sobra

ésta se apoya la caña del timón, mediante la cual el servomotor produce el giro del mismo. La

caña abraza y mantiene a la mecha; la cual, a su vez, soporta a la pala. Generalmente, la

chumacera del timón incorpora, además, un prensaestopas estanco situado en la parte alta de

la bocina de la limera, como se ve en la fig. 12.

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14


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Figu

ra 1

2. C

ojin

etes

de

la m

echa

15



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16

vii) Bocina de la limera

La mecha del timón se aloja en un tronco o bocina; abierto por su extremo inferior,

llamado limera, y provisto de un prensaestopas estanco en su parte superior, a través del cual

la mecha penetra en el interior del casco intacto. Fig. 12. La longitud del tronco debe ser

razonablemente corta, para evitar que un tramo considerable de la mecha carezca de soportes.

Se construye con planchas soldadas, en forma de cajón, con la varenga del peto formando su

cara de proa. A veces se instala, en dicha bocina, una pequeña abertura provista de tapa

estanca, para poder inspeccionar la mecha desde el interior del casco.

viii) Timones especiales

Los timones convencionales, hasta aquí estudiados, son prácticamente ineficaces a

poca o nula velocidad. Esto ha motivado, con el transcurso del tiempo, la aparición de nuevos

tipos de timones, más eficientes, que mejoran la maniobrabilidad el buque. Entre ellos

citaremos:

Timón activo.- La unidad básica del mismo consiste en un motor eléctrico sumergido,

contenido en un cuerpo aerodinámico unido a la pala del timón, y que puede mover a una

pequeña hélice con tobera situada en su parte posterior. Fig. 13a y 13b. La mecha, de ese

timón debe ser hueca para la conducción de los cables de alimentación hasta dicho motor.

Para obtener toda la ventaja del sistema, se precisa poder girar al timón más allá de los 35º,

Br y Er, fijados como tope en los timones convencionales. Así, los servomotores utilizados

con los timones activos producen giros de hasta 70º a cada banda. Con ese dispositivo en

alcanza gran maniobrabilidad, a pequeñas velocidades o con el buque parado; en marcha

avante o atrás; se aumenta la seguridad del buque al contar con un pequeño propulsor auxiliar

en el supuesto de avería de la máquina principal y, además, se mejora el rendimiento

propulsivo pues, el efecto sobre la propulsión de la potencia aplicada por el motor eléctrico es

de 1,5 a 2,5 veces mayor une si se hubiese añadido la misma potencia al motor de la hélice

principal.

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16


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e

Se distinguen, básicamente, dos tipos de timones de aleta: a) de aleta articulada en

el cual el movimiento de la aleta posterior de curvatura obedece al de la superficie principal,

Fig.13a. Timón activo

Fig. b. Timón activo en tandem con la hélice principal

13

Fig.14a. Timón de aleta

Fig.14b. Timones de aleta

Timón de aleta.- Los timones son superficies de control que han de ser capaces d

producir, indistintamente, la misma fuerza lateral a una u otra banda. Por esta razón se

emplean perfiles aerodinámicos, simétricos respecto a su cuerda, para las secciones

horizontales de la pala. Sin embargo, tales perfiles simétricos distan mucho de ser las formas

más eficaces para obtener una determinada fuerza de sustentación. Esto se soluciona

haciendo móvil a la parte posterior de la pala, de manera que pueda girar en relación al cuerpo

anterior de la misma, variando así la línea media y el aspecto lo la sección horizontal; con lo

que se aumenta la circulación alrededor de la misma y, con ella, la fuerza de sustentación.

17

CONSTRUCCIÓN NAVAL __________________________________________________________________________________________ de manera que los ángulos lo la aleta son proporcionales a los de la pala; y b) de aleta

Todos los buques deben ir provistos de dos medios independientes para mover el

timón.

separada, en los que el movimiento de la aleta posterior de curvatura es independiente del

resto de la pala. Con este último, durante la navegación, se mantiene la parte principal del

timón a la vía y se gobierna, sólo, con la aleta posterior; evitando, de ese modo, la resistencia

que introduce la pala principal en las correcciones de rumbo. Fig. 14a y b.

La fuerza transversal producida por un timón de aleta se estima entre un 70% y un

90% mayor que la de un timón convencional de, iguales dimensiones. Esto permite reducir su

tamaño para obtener la misma fuerza requerida; disminuyendo, por tanto, la potencia del

servomotor y la resistencia opuesta por el agua. Además, se obtienen mayores fuerzas

transversales con menores ángulos de timón, lo cual aumenta su eficacia y economía. Con

todo el timón a la banda y el buque parado se obtienen, también, grandes fuerzas

transversales que facilitan las maniobras de atraque y desatraque.

Timón de cilindro rotativo.- Hace uso del conocido efecto Magnus, según el cual,

sobre un cilindro girando y desplazándose en un fluido aparece una fuerza normal a la

dirección de su movimiento. El cilindro rotatorio de eje vertical se dispone en la arista de

ataque del timón; evitando, así además, que se produzca la separación del flujo en la cara de

succión (o de baja presión) de la pala, para ángulos de metida de hasta 80º. Esto le permite,

también, desviar casi en ángulo recto a la corriente de expulsión de la hélice; produciendo una

fuerza lateral, aún con el buque parado, que combinada con la de una hélice de proa pueden

mover lateralmente al buque.

5. APARATO DE GOBIERNO

El servomotor del timón y su mecanismo de control figuran entre los aparatos

auxiliares más importantes de un buque. Durante la navegación, su funcionamiento es

continuo y cualquier fallo en los mismos puede producir la pérdida de la nave. Resulta

necesario, por tanto, que el diseño del aparato de gobierno y de su mecanismo de control sea,

a un tiempo sencillo y seguro.

En los buques de pasaje y en los de carga de registro bruto igual a mayor a 500

toneladas, el servomotor principal debe ser accionado mecánicamente. Si el diámetro de la

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uados para recibir

órdenes de ese último.

El servomotor principal, accionado mecánicamente debe ser capaz de mover el timón

desde 3

ulo de metida, debido a la lentitud de su movimiento en las

proxim

mecha del timón, a la altura de la caña, excede los 230 mm. en los buques de pasaje, y es

igual o mayor a 250 mm. en los de carga; el aparato de gobierno auxiliar también debe ser de

funcionamiento mecánico. En los buques de pasaje en los que el diámetro de la mecha a la

altura lo la caña sea superior a 230 mm., se dispone, además, un puesto de gobierno

alternativo, remoto del principal situado en el puente, con medios adec

Fig.15.Servomotor electrohidráulico

5º a una banda a 35º a la banda opuesta, con el buque avante a la velocidad máxima en

servicio. El tiempo invertido en cambiar el timón desde 35º a una banda a 30º a la banda

opuesta, en las condiciones citadas, no debe exceder de 28 segundos. Se toma la posición de

30º como referencia debido a que, en la práctica, resulta difícil precisar el instante en que el

timón alcanza el máximo áng

idades de dicha posición.

No se precisa aparato de gobierno auxiliar, en los buques de pasaje, cuando las

unidades que accionan el servomotor principal, así como sus conexiones al mismo se instalan

19


a la cabeza de la mecha es girada mediante

dos o cuatro émbolos hidráulicos, colocados paralelamente entre sí. Estos émbolos se mueven

agua,

al exterior del casco. Dicha pieza consiste en una estructura

central

por duplicado y cada una de ellas, por separado, es capaz de satisfacer los requisitos del

párrafo precedente. Lo mismo ocurre en 1os buques de carga; con tal de que las dos unidades,

actuando conjuntamente, satisfagan dichos requisitos.

Por lo general, el servomotor mecánico utilizado en la actualidad es del tipo

electrohidráulico en el cual, la caña enchavetada

por la presión del aceite suministrado por bombas eléctricas. Figura 15.

Es preciso instalar, en todos los servomotores un mecanismo de frenado capaz de

mantener al timón inmóvil cuando sea necesario. También se disponen topes a ambas bandas

para evitar que el timón rebase las posiciones extremas. Los topes de la caña se unen

rígidamente a la plataforma del servomotor. En éste se instalan, además, cortacircuitos que

actúan para un ángulo de timón ligeramente inferior al de los topes de la caña.

6. ALERONES Y ARBOTANTES

En los buques de dos o más hélices existen, siempre, porciones de sus líneas de ejes

que abandonan la superficie del forro exterior a cierta distancia a proa del codaste. Para

soportar estos tramos de ejes se instalan alerones o arbotantes. Los primeros son comunes en

los grandes buques de pasaje y consisten en unos henchimientos de los costados del forro que

albergan a los mencionados tramos de la línea de ejes; permitiendo, de ese modo, el acceso

desde el interior del casco a una mayor porción de la longitud de la misma; al tiempo que se

aumenta su protección. Esto, unido a un menor incremento en la resistencia opuesta por el

justifica la preferencia de los alerones sobre los arbotantes entre los buques mercantes.

Sin embargo, recientemente se han construido algunos grandes buques de pasaje y

transbordadores con los tramos exteriores de los ejes soportados por arbotantes de diseño

mejorado.

Las cuadernas y las chapas con forma en la zona de los henchimientos terminan en

una pinza, armada o moldeada llamada cuaderna de gafa, que proporciona el último apoyo a

la línea de ejes antes de su salida

, en forma cajón, soldada directamente a gruesas varengas de chapa, desde la que se

extienden sendos brazos que soportan los ejes. Fig. 16.

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bién, la unión del arbotante al resto de la estructura.

Por lo general, los extremos interiores de los brazos o patas del arbotante penetran en el casco

del buq as

Fig.16. Alerones y arbotantes

Los arbotantes se fabrican armados o moldeados. Son mas frecuentes los de estructura

mixta; en los que los brazos, cuyo armazón interno de acero laminado es similar al de la pala

de un timón de chapa doble, van soldados a un núcleo de acero fundido. De ese modo se

reduce el peso y el costo de los arbotantes y se facilita su eventual reparación. En cualquier

caso debe prestarse especial atención al diseño de la sección de los brazos de los arbotantes,

para evitar aumentos innecesarios en la resistencia opuesta por el agua y la aparición de

cavitación. Ofrece particular interés, tam

ue, donde se unen a una gruesa varenga, convenientemente reforzada, de modo que l

cargas de los mismos se distribuyan sobre una estructura suficientemente amplia y rígida que

impida la aparición de vibraciones locales en la zona. Se incrementa, además, el espesor de

las chapas del forro exterior alrededor del hueco de entrada de los brazos de los arbotantes.

Fig. 16.

21


representados en. la fig. 17.

ciones en la presión; bien a través de las chumaceras de la línea de ejes.

7. BOCINA DEL EJE

Se llama así al tubo estanco, de acero fundido o laminado, que proporciona el último

punto de apoyo a la de su salida al exterior del buque, y que incorpora prensaestopas estanco

alrededor del orificio por el cual el eje penetra en el casco intacto. Se extiende desde el

codaste proel, o desde la cuaderna de gafa, hacia proa; hasta el mamparo del prensaestopas

correspondiente; el cual, en buques de una hélice, coincide con el mamparo del pique de popa.

En los extremos de la bocina se montan sendas chumaceras.

Se emplean dos clases de bocinas; la más común tiene su extremo de popa abierto al

mar, que penetra en su interior y lubrica sus cojinetes. El otro tipo es cerrado en ambos

extremos y sus chumaceras, de metal blanco con un elevado contenido de plomo, van

lubricadas por aceite. En el primer caso, el material de desgaste de los luchaderos estaba

formado, tradicionalmente, por tiras de madera de guayacán; reemplazadas hoy en día por

material sintético; p.e.: tufnol. El eje de cola va enfundado, entonces, en una camisa

generalmente de bronce. La segunda clase de bocina se utiliza en muchos buques con

máquina a popa, en los que la línea de ejes es más corta y relativa mente más rígida;

tolerándose sólo pequeñas caídas en la misma. En ella se instalan prensaestopas en ambos

extremos para retener el aceite de engrase e impedir la entrada del agua. Los dos tipos están

8. HÉLICES

Durante muchos años, las hélices marinas se construyeron de tres ó cuatro palas,

unidas simétricamente a un núcleo, pues los ensayos realizaos con modelos indicaban que, al

aumentar el número de palas por encima de dichos valores, se producía interferencia entre las

mismas a la altura del núcleo, con la consiguiente disminución en su rendimiento. El

constante incremento en la potencia y velocidad de los buques, particularmente en los de una

sola hélice, hizo necesario aumentar el área de las palas para evitar la aparición de la

cavitación; pero al crecer el empuje desarrollado por cada pala aumentaban, también, las

fuerzas periódicas transmitidas por la hélice al casco; bien a través del agua, por

modifica

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Figu

ra 1

7. B

ocin

a

23



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24

Como resultado, se agravaban los problemas de vibración del casco. Un incremento en

el número de palas no sólo reduciría el empuje desarrollado por cada una de ellas y, por tanto,

la magnitud de las fuerzas periódicas perturbadoras, sino que, además aumentaría

su frecuencia; evitando, en algunos casos, la situación de resonancia y disminuyendo, en

general, la vibración forzada del buque debido al mayor amortiguamiento interno del casco a

elevadas frecuencias. Por estas razones son muchos buques, hoy en día, montan hélices de

cinco o seis palas; habiéndose hallado que, con un cuidadoso diseño, la disminución en el

rendimiento antes comentada es pequeña o no existe.

Las palas pueden ser fijas o móviles. En cualquier casó se funden junto con el

núcleo, que es de forma cilíndrica o cónica y cuyo diámetro exterior varía entre 0,15D y

0,25D (D = diámetro de la circunferencia circunscrita a las palas de la hélice). El orificio

central del núcleo debe ajustarse al eje de cola, al que se sujeta mediante una o varias chavetas

y una tuerca; cubierta esta última por un cono o capacate.

La generatriz de las palas suele dársele cierta inclinación o caída, generalmente hacia

popa, que aumenta su separación del casco, alerones o arbotantes, y beneficia, además, su

rendimiento. A veces también se utilizan contorno de palas sesgados para que su borde de

ataque entre, de forma gradual, en las regiones donde existe notable variación en la estela. El

rendimiento hidrodinámico de las secciones de una pala depende de la relación entre su

espesor y su cuerda y, en eso sentido, conviene mantener el espesor de dichas secciones tan

pequeño cono sea, posible. Esta circunstancia ha estimulado la búsqueda de materiales que

produzcan hélices ligeras, de secciones delgadas superficies lisas, resistentes a la erosión. Los

más utilizados han sido y son: hierro fundido, acero inoxidable, bronce al níquel-aluminio,

bronce al aluminio-manganeso y bronce al manganeso.

Las hélices de hierro fundido son económicas pero poco resistentes, por lo que sus

secciones requieren ser de mayor espesor; además, se corroen notablemente y sufren

considerable erosión por cavitación. Se utilizan, principalmente, en remolcadores de puerto y

en rompehielos pues, al chocar con un obstáculo, las palas se rompen y desprenden sin afectar

al casco o a la máquina. Las de bronce al manganeso, bronce al níquel-aluminio, etc., son

mucho más caras pero más resistentes, dan una superficie de acabado más fina y soportan

mejor la erosión; todo lo cual mejora su rendimiento.

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i) Héli

unden separadam

ciencia debido al mayor diámetro

del núcleo. Debe distinguirse entre estas hélices y las de paso variable; como son,

virtualm

En las hélices de palas orientables o de paso regulable como también se las llama, el

paso d

mbio de marcha, en una emergencia

mucho más rápido.

ncionadas hélices a unidades mucho

mayores. En la actualidad se montan hélices de paso regulable en buques convencionales de

mayor potencia y velocidad. Fig. 18.

ces de palas orientables

Son hélices cuyas palas se f ente del núcleo, al que se fijan mediante

pernos, y que pueden girar alrededor de ejes perpendiculares al de rotación del conjunto.

Tienen 1a ventaja de facilitar la sustitución de las palas averiadas y de poder cambiar o

invertir el paso de las mismas, a través de un mecanismo interno instalado en el núcleo,

mientras el eje propulsor sigue girando. Sus inconvenientes, en relación a las hélices de palas

fijas, son: mayor coste inicial; mayor peso y algo menor efi

ente, todas las instaladas en buques de una sola hélice en los que, debido a la

variación de la estela sobre el disco de la misma, con un elevado incremento en los radios

interiores, se reduce radialmente el paso de las diferentes secciones de la pala desde la punta

hacia el núcleo.

e las palas se ajusta mecánica o electromecánicamente para permitir absorber la

potencia máxima desarrollada por la máquina principal en las diferentes condiciones de

servicio. Se montan, frecuentemente en remolcadores y pesqueros con motores diesel.

Durante el remolque o el arrastre se reduce el paso de la hélice, permitiendo al motor seguir

funcionando a sus revoluciones máximas sin aumentar la presión media efectiva en los

cilindros, También se instalan en transbordadores, permitiéndoles dar marcha atrás con sólo

invertir el paso de las palas mientras la máquina principal sigue girando en el mismo sentido.

Desde el punto de vista de dicha maquinaria, esas hélices evitan la necesidad de mecanismos

de cambio de marcha en las máquinas alternativas; y de turbina de atrás en los buques de

turbinas, disminuyendo peso y costos y haciende el ca

Hasta 1965, la instalación de hélices de palas orientables se limitaba a buques con

plantas propulsoras de poca potencia; hasta 2000 CV aproximadamente. Sin embargo, la

introducción en el ámbito naval del motor diesel semirápido; la de los sistemas de control

automáticos; el control de la maquinaria desde el puente, junto con el concepto de sala de

máquinas automatizada (sin vigilancia permanente), proporcionaron suficientes incentivos

para extender, desde entonces, la aplicación de las me

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e la cara de proa de la tobera e s mayor que el de la hélice considerada, de

manera que la m

de

cierto empuje propulsor sobre la tobera y, por consiguiente, sobre el casco.

Fig.18. Helice de palas orientables

ii) Hélices de tobera

La idea de colocar un anillo o tobera alrededor de la hélice, debida al ingeniero alemán

Ludwing Kort, fué aplicada Por primera vez en el año 1933. Las secciones longitudinales de

dicha tobera son de forma aerodinámica. Fig19 (1, 2, 3 y 4). La longitud de la misma suele ser

igual a la mitad de su diámetro, para no aumentar excesivamente la estabilidad direccional del

buque que dificultaría su gobierno. Las formas de la estructura que unen la tobera al casco

deben diseñarse de modo que no aumenten indebidamente la resistencia opuesta por el agua.

El diámetro d

asa de agua que atraviesa el disco de esa última es superior al que

correspondería en aguas libres; al tiempo que la forma de la tobera en su extremidad de popa

evita, en gran medida, la contracción de la corriente de expulsión de la hélice. Fig. 19 (10.13).

De este modo, para un empuje determinado, la hélice comunica menor aceleración a una

mayor cantidad de agua, lo cual aumenta su rendimiento. Además, debido a la aceleración

experimentada por el agua que entra en la tobera, la presión en el borde de ataque esta

última, es menor en su interior que en el exterior de la misma. Como consecuencia, se ejerce

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Fig.19. Hélices de tobera


olcadores, con el

fin de aumentar su tracción a un punto fijo o remolcando a pequeñas velocidades. Sin

embargo, navegando libres de remolque alcanzan, generalmente, menor velocidad con tobera

que sin ella. Por las razones antes apuntadas, también se montan dichas hélices en los

pesqueros de arrastre. A veces, cuando se requiere una gran maniobrabilidad, la tobera se

instala de modo quo sea orientable alrededor de un eje vertical; convirtiéndose en un eficaz

mecanismo de gobierno, aún con la embarcación casi parada, que reemplaza, en general, al

timón. Entonces, la relación longitud/diámetro de la tobera suele ser del orden de 0,7 y el

máximo ángulo de metida de 25º a 35º. Más recientemente se ha iniciado la aplicación de

grandes toberas fijas alrededor de la hélice de algunos superpetroleros; la cual a la velocidad

de servicio, trabaja notablemente cargada, obteniéndose incrementos en el empuje propulsivo

de hasta un 6%. Fig. 19 (3).

Al principio, las hélices de tobera sé aplicaron solamente a los rem

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estructura del extremo de popa

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