SISTEMAS DE PROPULSION

A continuacin hablaremos de los medios de propulsin mecnica,en el esquema de la figura, sepuede apreciar tres elementos principales:

La mquina o planta propulsora que genera el movimiento. Las utilizadas en la propulsin marinason principalmente de tres tipos, turbinas de vapor, motores Diesel y turbinas de gas, cada una de lascuales ser explicada con posterioridad. La mquina alternativa ha cado en desuso y el motor degasolina no se utiliza en buques.

El propulsor o elemento que al girar, en contacto con el agua, produce por reaccin el movimientodel buque. En la figura se representa el caso ms general de una hlice, aunque tambin haremosmencin al propulsor Voith-Schneider.

El tercer elemento es el que transmite el movimiento de la planta propulsora al propulsor. Segn el tiporecib.e denominaciones, tales como caja de engranes, reductor, reductor-inversor. Suele consistiren unaserie de engranajes y en algunos casos tiene embragues. Su finalidad es adaptar las revoluciones dela mquina a las del propulsor para que ambos giren a su mximo rendimiento.

Se exponen a continuacin algunas definiciones de elementos relacionados con el sistema depropulsin.

Chumacera.- Anillo afirmado al buque, que sirve de gua al eje del propulsor;

Chumacera de Empuje.- En una chumacera de diseo especial que absorbe el empuje longitudinalque pueda tener el eje donde est insertada y por lo tanto evita el deslizamiento del mismo;

Tunel.- Se llama as a los espacios internos del buque dentro del cual gira el eje de la hlice;

Bocina.- La parte final del tnel por donde el eje sale al exterior. Tiene unas prensas para permitir aleje girar, al tiempo que evita la entrada de agua a bordo;

Arbotante.- Se utiliza en aquellos buques en que, a causa de la popa lanzada, el eje se proyecta unosmetros hacia afuera. Consiste en una especie de chumacera unida a la bovedilla por soldadura.

LA TURBINA DE VAPOR

Para explicar el funcionamiento de una turbina de vapor es preciso hacer tambin mencin de lacaldera, que es parte integrante de la planta propulsara. La turbina es una rueda de paletas en las queal incidir el vapor a alta velocidad producen el giro de la misma debido al principio de accin y reaccin.Este giro a travs de un adecuado engranaje har mover la hlice.

El vapor es generado en la caldera al calentar el agua quemando fuel-oil en los mecheros, hastallegar a la ebullicin y posterior vaporizacin de la misma. Antiguamente se utilizaba el carbn comocombustible y modernamente el combustible nuclear sirve a los mismos fines de producir vapor.

El vapor que sale a alta presin y temperatura de la caldera, se aplica a la turbina por medio deunas toberas que le producen un gran aumento de su velocidad para que, al incidir en las paletas, seorigine un gran par de giro. Tras entregar parte de su energa a la turbina, el vapor sale a una presininferior y se dirige al condensador, donde es enfriado por agua de mar y se convierte de nuevo en agua.El condensador en esencia consiste en una serie de tubos baados en su exterior por agua salada yen cuyo interior pasa el vapor. Para completar el ciclo, una bomba retorna el agua a la caldera.

El control de la velocidad de la turbina se efecta haciendo variar la presin o cantidad de vaporque incide en la turbina. Esto se consigue por medio de la vlvula de maniobra que regula el paso devapor as como modificando la cantidad de toberas que alimentan de vapor a la turbina. Esta regulacinpuede hacerse, sin embargo, dentro de unos lmites pues si se sobrepasan, el rendimiento de la turbinadisminuye extraordinariamente. En las turbinas, para obtener un gran rendimiento el tamao de lasaletas debe hacerse ms pequeo a medida que la presin del vapor aumenta. Por ello, una instalacinde turbinas suele tener ms de una. Normalmente constan de tres turbinas para la marcha avante(altapresin, baja presin y crucero) y una turbina para la marcha atrs (turbina de ciar). Las cuatro turbinasestn acopladas mediante engranajes al eje de la hlice de forma tal que todas se mueven solidarias.En cada caso particular, una o varias turbinas producen el esfuerzo y las dems giran arrastradas.Veamos los casos que se presentan para diversos regmenes de revoluciones:

Rgimen de Alta Velocidad.- El vapor procedente de la caldera llega a alta presin e incide en laspaletas de la turbina de lata. Tras producir el giro de sta, disminuye de presin y velocidad y entra enla turbina de baja a la que tambin empuja. A continuacin el vapor llega al condensador. El esfuerzocombinado de las turbinas de alta y baja hace mover el eje de la hlice, mientras las turbinas de cruceroy de ciar son arrastradas.

Rgimen de Velocidad Media o de Crucero.- El vapor que viene a presiones intermedias incide en laturbina de crucero y tras moverla va a parar al condensador. El resto de la5 turbinas son arrastradas.

Rgimen de Baja Velocidad o de Maniobra.- En este caso el vapor a baja presin y velocidad incidesobre la turbina de baja, produciendo potencias pequeas. El resto de las turbinas estn arrastradas.

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Rgimen de marcha atrs o de ciar.- Ahora es la turbina de ciar sobre la que incide el vapor. Esta turbinaes idntica a la anterior, pero gira al contrario. Ahora las dems turbinas van arrastradas por la de ciar.La turbina de ciar, por su tamao, no permite desarrollar gran potencia.

Si se aplica la mxima potencia de vapor a la turbina de ciar, el rendimiento obtenido es muy pobre.En comparacin con la marcha avante, a igualdad de potencia aplicada a la turbina, se obtiene en eleje un tercio de las revoluciones. Tras lo dicho hasta aqu es fcil comrpender que para controlar lasrevoluciones de la hlice, hay que actuar sobre la disposicin de las turbinas, sobre el nmero de toberasy sobre la cantidad de vapor que incide en ellas. Adems es preciso actuar en la caldera para que lapresin del vapor no vare en exceso, debido a un cambio de rgimen. Como es lgico, si se estrangulael paso de vapor a la turbina, la presin en la caldera tiende a subir y habr que apagar mecheros paraque se mantenga. Todo esto indica que un cambio de rgimen en las revoluciones, implica una actuacinconjunta de mucho personal lo que trae consigo retrasos y requiere un enorme adiestramiento. Eninstalaciones modernas. el control de las revoluciones est automatizado electrnicamente.

Para aumentar el rendimiento se utiliza en la mayora de las turbinas modernas el llamado vaporrecalentado. Este se obtiene del calentamiento posterior del vapor saturado que es el que sale de laebullicin del agua. El vapor saturado tiene partculas de agua en suspensin, mientras que elrecalentado tiene propiedades ms prximas a un gas perfecto, por cuya razn el rendimiento al utilizarlo

mejora grandemente.

El vapor saturado se introduce por unos tubos llamados recalentadores, los que en contacto conel hogar de la caldera, elevan la temperatura del mismo y lo convierten en recalentado. De aqu el vaporse encauza a mover las turbinas con un mayor rendimiento y ahorro de combustible.

La utilizacin de los recalentadores tiene el inconveniente de que no permite cambios bruscos enel rgimen de revoluciones. Si, navegando con los recalentadores funcionando, se intenta detener laturbina cortando el paso del vapor, los tubos recalentadores en la caldera adquirirn instantneamenteuna temperatura excesiva que podra destruirlos. Trabajando con vapor saturado, este peligro no existeya que el vapor saturado no est en contacto directo con el hogar de la caldera.

Cuando, llevando puestos los recalentadores, se haga preciso parar el buque por algunaemergencia (obstculos imprevisto, hombre al agua, etc.) puede hacerse balanceando el eje, lo queconsiste en dar vapor alternativamente a las turbinas de avante y atrs. Con esto el eje gira avante yatrs alternativamente, sin cortar el vapor del vapor. El buque queda prcticamente parado, sin que latemperatura del vapor suba. Entre tanto, se da tiempo para quitar de servicio a los recalentadores. Nique decir tiene, que esta maniobra de balancear los ejes requiere un enorme adiestramiento por partedel personal de mquinas.

Para poner y quitar del funcionamiento los recalentadores, hay que hacerlo de forma progresiva.Dicha operacin lleva un tiempo que oscila segn las instalaciones de unos diez a veinte minutos. Porestas razones los recalentadores deden ponerse nicamente en navegaciones de larga duracin y

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quitarse con tiempo suficiente cuando se prevea que hay que maniobrar con el barco

A veces, en barcos de dos hlices, se hace preciso realizar en la mar la operacin de trincar el ejepara hacer reparaciones en l, o salvar un obstculo. Si se deja suelto sin vapor en la turbina, el eje giraarrastrado por la marcha del buque. Para trincarlo se le da vapor a la turbina de ciar hasta que deje degirar, en cuyo momento se trinca con un freno o un virador. El virador es un mecanismo que se acoplaal eje y sirve para virarlo o girarlo lentamente, cuando se realizan operaciones de mantenimiento. El giropuede controlarse a voluntad por medio de un motor. Al tratar de las instalaciones de vapor, es til hacerreferencia al soplado de las calderas, operacin peridica que tiene por objeto expulsar con aire apresin el holln depositado entre los tubos de la caldera y en la chimenea. El holln en contacto con lahumedad del ambiente, produce cidos que corroen los tubos de las calderas. El soplado debe hacerseal menos cada seis horas. Durante la citada operacin debe orientarse el buque para producir un vientorelativo que aleje el humo lo ms afuera posible del buque. Como resumen, de la planta propulsora conturbinas de vapor, se puede decir que sus caractersticas principales son:

-Desarrollo de grandes potencias (desde 35,000 o ms de 100,000 CV) aunque con unos rendimientosmuy bajos.-Instalaciones muy pesadas y voluminosas, ya que cuentan con muchos elementos auxiliares (bombas,motores, etc.)-Aceleraciones y deceleraciones bajas para pasar de un rgimen a otro de revoluciones. Necesitan elconcurso de mucho personal para cambiar de rgimen.-La gama de revoluciones que puede dar, va desde cero hasta la mxima.- El sistema suele ser robusto y simple en su mantenimiento.- La puesta en marcha de la instalacin requiere mucho tiempo, por encima de 3 horas.

EL MOTOR DIESEL

Los motores por regla general, tienen varios cilindros que determinan la potencia a desarrollar. Elnmero de cilindros va desde cuatro en pequeas embarcaciones, hasta 16 que llevan algunas lanchasrpidas y patrulleros. Cuando el nmero de cilindros es grande, se suelen disponer en V, lo que significaque cada dos bielas de otros tantos cilindros, comunican su movimiento a una sola cigea del eje,formando un ngulo oblcuo.

En los motores marinos se utiliza con profusin la tcnica de la sobrealimentacin. Esta consisteen suministrar el aire al cilindro a una presin muy superior a la atmosfrica, lo que permite inyectar unamayor cantidad de combustible con el consiguiente aumento de la potencia. Cunado el motor Dieselest girando, el empuje debido a las combustiones lo mantiene girando. Sin embargo, partiendo de unmotor parado, para ponerlo en la posicin inicial de giro, es preciso un medio externo que lo arranque.Este medio externo puede serun motor auxiliar elctrico, aunque el caso ms utilizado en la propulsinnaval es el arranque por aire a presin. Para arrancar el motor se inyecta aire a cada cilindro, siguiendouna secuencia adecuada por intermedio de unas vlvulas existentes en cada uno de ellos. Al propiotiempo el combustible es aplicado a los inyectores en el momento preciso. La mayora de los motores

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modernos tienen un sentido nico de giro y la inversin de la hlice se obtiene mediante embraguesapropiados.

En algunas instalaciones, sin embargo, el motor puede girar en ambos sentidos. Para cambiar elgiro se acta sobre los jefes de camones que mueven las vlvulas. La maniobra con este tipo de motoreses, lgicamente ms lenta, pues el tiempo para cambiar el sentido de la marcha es apreciable. Cuandose maniobra con estos motores, conviene estar atento al consumo del aire de arranque. En efecto, ,elaire para el arranque proviene de unas botellas que se cargan mediante un compresor movido a su vezpor el motor. Puede suceder que en una maniobra se arranque muchas veces avante y atrs, sin queel motor est en marcha el suficiente tiempo para que el compresor cargue las botellas. Llegado estecaso, est claro que no se puede arrancar ms el motor. Las revoluciones del motory con ello la potenciadesarrollada por el mismo, se pueden variar fcilmente modificando la cantidad de combustible y airesuministrados. Cuanto ms rica es la mezcla, ms potencia entrega. Esta es una ventaja importante conrespecto a las turbinas de vapor. Como desventaja del motor de combustin es preciso sealar que giraa unas revoluciones mnimas, por debajo de las cuales se apra. Este es un inconveniente paramaniobrar, pues la potencia mnima disponible suele ser alta. El resumen de las cualidades quecaracterizan al motor Diesel en comparacin con otro tipo de mquinas en el siguiente:

- Las potencias desarrolladas son bajas (entre 250 y 25,000 CV);- El tamao de las instalaciones por unidad de potencia es menor que en las turbinas de vapor, peromayor que en las turbinas de gas.- El tiempo para poner la planta en funcionamiento suele ser pequeo.- Cualquier rgimen de revoluciones se alcanza de forma prcticamente instantnea, con el inconve-nient.e de que la velocidad mnima es alta.- El mantenimiento requiere mayor precisin y personal especializado que en la turbina de vapor.

LA TURBINA DE GAS

Esta mquina reciente ha venido a revolucionar la propulsin naval en los ltimos aos y a medidaque aumenten las potencias alcanzadas, en el futuro continuar extendindose su utilizacin.La figura representa un sencillo esquema de una turbina de gas. Supngase aqu tambin que lamquina est en movimiento para la explicacin que sigue. .

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El compresor movido por la turbina, aspira el aire del exterior y lo introduce a presin en la cmara decombustin de una manera continua. All, tambin de forma continua, se le inyecta el combustiblepulverizado. La mezcla, muy rica en combustible y aire, arde a consecuencia de la chispa condesprendimiento de gases y aumento de presin. Esta presin, al pasar la tobera, se traduce en unaumento de la velocidad de los gases, los que al incidir en las paletas de la turbina hacen que gire a granvelocidad. Como se ve, la produccin continuada de gases y posterior incidencia de los mismos en laturbina, originan a sta un giro suave y sin trepidaciones.

Para poner en marcha la turbina de gas es preciso tambin arrancarla mediante un medio auxiliarque puede ser un motor elctrico. Las turbinas de gas se disean para un rgimen de revolucionesdeterminado y si trabajan apartadas de dicho rgimen, el rendimiento de potencia queda reducidoenormemente. En comparacin con el motor Diesel, admiten un margen de revoluciones menor queaqul. Por otra parte, las potencias y revoluciones mnimas obtenibles son mayores que en los motores.Normalmente una planta de turbinas de gas lleva ms de una con el objeto de ampliar el margen depotencias obtenibles.

A continuacin se detallan las caractersticas que distinguen a las turbinas de gas:- Las potencias que se desarrollan son intermedias (entre 500 y 40,000 CV)- El tamao de las instalaciones a igualdad de potencia es el ms reducido entre todas las plantaspropulsoras. Slo a potencias pequeas, este tamao es comparable al de motores Diesel;- El tiempo para poner la planta en funcionamiento es prcticamente instantneo.- Las aceleraciones y deceleraciones son rpidas. El rgimen mnimo de revoluciones es superior al delos motores Diesel.- El mantenimiento es ms difcil de llevar que en las restantes mquinas.

ACOPLO DE LA MAQUINA AL PROPULSOR

La conexin directa de la planta propulsora a la hlice, slo se da en contados casos de motoresde pequea potencia. Por regla general, en los buques el giro de la mquina se transmite al eje propulsora travs de una serie de mecanismos con embragues incluidos. Esto viene obligado por razones deobtener un mejor rendimiento y economa en la propulsin.

Las mquinas que se han visto con anterioridad, se disean para girar a altas velocidades,mientras que el giro de los correspondientes propulsores es mucho ms lento. Una turbina de vapordesarrollando su mxima potencia, gira a unas 5.000 r.p.m., mientras que la hlice a la que mueve lohace a unas 200 r.p.m. para producir el mximo empuje.

El acoplo utilizado en las instalaciones de turbinas, es directo; todas las turbinas estn enlazadascon el eje y todas se mueven al tiempo. En cada rgimen una o varias turbinas producen el esfuerzoy el resto giran arrastradas. En este caso no hay embrague.

En las instalaciones de motores y turbinas de gas, el acoplamiento al eje propulsor es algo ms

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complicado y viene condicionado por las premisas siguientes:- El eje motor gira siempre en el mismo sentido;- El eje motor no puede girar por debajo de unas revoluciones mnimas.

Consecuente con estas dos premisas, el acoplo debe incluir un mecanismo de cambio de marchay otro para anular el empuje de la hlice, aunque el motor est en marcha. Entre las soluciones dadaspor la tcnica, se destacan las siguientes:

MECANISMO REDUCTOR-INVERSOR. El eje motor puede transmitir su movimiento al eje propulsormediante uno de dos mecanismos a base de embrague y engranajes de reduccin. El giro proporcionadoal propulsor es de distinto sentido segn se emplee uno u otro mecanismo.

El motor est siempre rodando y segn se emplee un embrague u otro, se hace girar a la hliceavante o atrs, a unas revoluciones mnimas. El aumento de las revoluciones de la hlice se consigueacelerando el giro del motor. Aqu, la cantidad de potencia aplicada al propulsor es independiente delsentido de giro de ste.

Los embragues existentes en la propulsin naval, que no detallaremos, pues se salen del propsitode esta obra, son de varios tipos, bien a base de discos de friccin, bien hidrulicos o bienelectromagnticos.

UTILIZACION DE HELlCES DE PALAS REVERSIBLES: La hlice de paso variable y reversible que sever ms adelante tiene como caracterstica principal que siempre gira en el mismo sentido. El empujeavante o atrs se consigue modificando el ngulo de ataque de las palas con respecto al aguacircundante.

En este caso, el acoplo de moto-propulsor se realiza mediante un engranaje de reduccin sinembrague, de forma que el propulsor gira siempre a las revoluciones mnimas del motor. El movimientoavante o atrs se consigue aumentando progesivamente el paso de la hlice en un sentido u otro,pudindose obtener una aceleracin progresiva y rpida, empezando desde cero. Para potenciassuperiores, se aumentan adems del paso las revoluciones del motor.

PROPULSION DIESEL ELECTRICA: En este sistema el elemento que transmite la ptencia del motorDiesel al propulsor, es una combinacin generador-elctrico. El motor Diesel mueve un generadorelctrico a revoluciones constantes. Este ltimo proporciona la energa elctrica necesaria para accionarel motor elctrico acoplado a la hlice. Las revoluciones de la hlice se graduan con exactitud actuandosobre la tensin o corriente aplicada al motor elctrico.

Este tipo de instalaciones suele tener ms de un motor Diesel o turbina de gas con sucorrespondiente generador elctrico asociado para aumentar el rendimiento de la misma. Estainstalacin combinada con una batera de acumuladores, es tpica de los submarinos. Cuando elsubmarino est en inmersin, la energa elctrica que acciona los motores elctricos, provienen de una

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batera de acumuladores. Por el contrario, si el submarino est en superficie, la energa elctrica seobtiene directamente de los generadores elctricos movidos por los motores Diesel. Esta energaelctrica, en superficie, es empleada tambin para recargar las bateras. El submarino puede pasar desuperficie a inmersin o viceversa, sin ms que cambiar el interruptor de la corriente elctrica.

EL PROPULSOR DE HELlCE

El propulsor de hlice, o ms simplemente hlice es un dispositivo giratorio instalado en el exteriord elos buques, bajo la flotacin, el cual al moverse en el agua origina, por el principio de accin y reaccin,el movimiento del buque. La hlice en la actualidad es el tipo de propulsor ms universalmente aceptadoy utilizado. Otros dispositivos, tales como el Voith-Schneider y el chorro de agua, se utilizan en contadasy especficas circunstancias en que las ventajas son superiores a la hlice.

ESTUDIO GEOMETRICO DE LA HEL/CE

Se llama curva hlice a la descrita por un punto que se traslada sobre la superficie de un cilindroanimado de dos movimientos simultneos en los planos horizontal y vertical. (Ver figura)

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Si el desplazamiento del punto en ambos planos se hace de forma regular, se obtiene la curva ABCdenominada hlice regular. Esta curva desarrollada sobre un plano, aparece como hipotenusa AD deltringulo rectngulo ADE. Cuando el desplazamiento de mabos sentidos se hace de forma irregular, lahlice obtenida AHC se llama no regular y al desarrollarla sobre el plano se obtiene una curva no rectaAFD.

Se define como paso de la hlice en un punto al producto de la circunferencia del cilindro generadorAE por la tangente trigonomtrica del ngulo formado por la tangente a la curva en dicho punto y el planonormal al cilindro.

En el caso de la hlice regular, la pendiente de la hlice es constante y el paso tambin es constantee igual a la longitud ED. En este caso se aprecia con claridad el concepto de paso que no es otro queel avande longitudinal de la hlice tras dar una vuelta completa.

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En la hlice no regular, la tangente a la curva generatriz es diferente en cada punto. Enconsecuencia, 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 iguala JK. Una etapa ms en el conocimiento del propulsorde hlice es la definicin de la helicoide o superficiehelicoidal. Consiste la helicoide en la superficie engendrada por un segmento (generatriz) que sedesplaza paralelo sobre s mismo, con un extremo apoyando en la hlice (directriz) y el otro en un cilidrointerior siempre en direccin radial. La helicoide de la primer figura es de paso constante porquecorresponde a una hlice de este tipo.

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La interseccin de la helicoide con el cilindro interior es otra hlice de igual paso que la exterior.De igual manera, cualquie punto intermedio de esta helicoide regular tiene el mismo paso. En cao deque el segmento generador se apoye sobre una hlice de paso no constante, se obtiene una helicoidede p~so variable. La segunda figura constituye una mayor aproximacin al propulsor. En ella se hanadosado al eje central dos trozos idnticos y opuestos de helicoide a los que se denomina palas. Estahlice, al girar dentro del agua, produce por reaccin un empuje que har mover el buque.

Utilizaremos esta hlice rudimentaria para definir algunos trminos de uso general.- CARA ACTIV A.- Es la superficie del helicoide que empuja al agua.- DORSO.- Es la superficie opuesta del helicoide.

CAVITACION

En el dorso de cada pala se produce una disminucin de la presin del agua. La cada de presines tanto mayor cuanto mas grande sea la velocidad de la pala. A velocidades pequeas las lneas deagua en el dorso se deforman, pero de una manera uniforme. A medida que se aumenta la velocidadangular, la depresin se har cada vez mayor. Hay una velocidad a la cual la presin alcanzada en eldorso se hace menor a la que se necesita para vaporizar el agua a dicha temperatura ambiente. Enconsecuencia el agua aneja al dorso se vaporiza formando burbujas o cavidades, de ah el ttulo decavitacin dado a este fenmeno.

Las cavidades de vapor de agua, as como las debidas al aire disuelto en el agua que tambin seexpanden, producen dos efectos perjudiciales, a saber:

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- Como estn inmersos en el flujo de agua, distorsionan las lneas de agua formando remolinos y en-_o una prdida del rendimiento del propulsor.- Las burbujas generadas chocan con las palas eriosionndolas y produciendo ruido.

En caso de guerra, el ruido es un factor muy importante a tener en cuenta, para no ser detectadopor submarinos. El ruido de cavitacin puede ser odo por un submarino a muchas millas de distancia.La cavitacin depende de la velocidad lineal de la pala, por lo que suele empezar a producirse en la parteextrema de sta. Por lo expuesto aqu, cada tipo de hlice no debe sobrepasar unas determinadas

- - - - - - - ~ 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, a su vez, tiene por razonesobvias un techo.

EFECTOS DE LAS CORRIENTES GENERADAS POR EL BUQUE Y HELlCES.

Varias son las corrientes existentes en las proximidades de un barco de hlice, las cuales producenunas consecuencias osbre el movimiento del mismo. Estas son:

CORRIENTE POR RAZONAMIENTO: Al ponerse un buque en movimiento, nace la llamada corrientede arrastre o estela, que es el volmen de agua que arrastra a su marcha del buque, acompandoloy es de una intensidad que vara de unas zonas a otras con referencia a la carena.

La intensidad es mxima en las proximidades del casco, pues las molculas de agua inmediatasal mismo, llevan prcticamente la misma velocidad. A medida que se aleja del casco, la velocidad dela e~tela disminuye rpidamente hasta hacerse nula a unos metros de distancia. Por los efectos queacarrea sobre la propulsin, diremos que la estela tiene una velocidad grande (40% o 60% de lavelocidad del buque) en las aguas baadas por la parte superior de la hlice, mientras que su velocidades prcticamente nula en la zona inferior. Veamos los efectos de esta corriente sobre la hlice. En lasiguiente figura se obtena la velocidad real de la pala con respecto al agua circundante, lo que setraduca en un ngulo de ataque y un empuje determinado. Esto es slo vlido para las palas queinstantneamente estn en la parte inferior, cuya estela es cero. Las palas de la parte superior estnbaadas por un volmen de agua que se desplaza en la misma direccin y a una velocidad VE deaproximadamente la mitad de la del buque.

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consecuencia la pala se desplaza en sentido longitudinal respecto a su agua circundante, a la--- - _-VE, lo que se traduce en un ngulo de ataque mayor y por ende un empuje superior. De- ,--. .-. -_o -.- - . -_o - - Ia marcha del buque con independencia deja-.. ~- la pala. Por su parte, la componente transversal ET, debida a las palas superiores, es de

-,-- la de las inferiores, por lo que aquella predomina. Por lo tanto y debido a la estela,-- -- -.. - - la derecha tiene tendencia a llevar su popa a babor. Este efecto es contrario al que-.. -. apartado anterior, por lo que ambos efectos se cancelan prcticamente. Como es lgico,barco a otro hay diferencias. Lo ms corriente, sin embargo, es que la popa caiga a estribor.

DE ASPIRACION: Es la corriente del agua extrada por la hlice en movimiento. Cuandoo_. Ia corriente de aspiracin hace que las aguas laman simtricamente ambos

..- ,_o .-- -. -. - _.~_. .-. la direccin de dicha corriente es paralela-- .- . Con la hlice en marcha atrs, el agua es atrada naturalmente en sentido contrarioel timn a la va no produce tampoco efecto evolutivo.

CORRIENTE DE EXPULSION: Es la debida al agua "arrojada" pr la hlice. Este agua sale en una--- - - ---v-- --- _la pala. Cuando la hlice va avante, la corriente de expulsin sale hacia atrs. En

Ia mayora, en que el timn est colocado independientemente detrs de la hlice, lacorriente debida a las palas superiores lo golpea intentando Ilevarlo a estribor, mientras la corriente de

- inferiores tiende a Ilevarlo a babor. A consecuencia del ngulo de ataque mayor, predomina, de expulsin de las palas superiores y el buque tiende a llevar la popa a estribor.

Despus de que se estudie con detalle el timn y sus efectos, se tratarn estos efectos combinados- Cuando la hlice va atrs, el efecto de la corriente de expulsin se obtiene al incidir

sobre la bovedilla del barco y los resultados son opuestos a los de marcha avante.

En barcos de dos hlices, cada propulsor suele tener un sentido de giro diferente. Por ello, losefectos de empuje transversal debido a los tres tipos de corrientes detallados en este apartado se-_o .-. -.. , con lo que el barco no tiene tendencia a ninguna de las dos bandas. En buques de doshlices y un slo timn entre ambas, la corriente de expulsin no ejerce presin sobre el mismo, por estarmuy alejado. No sucede as cuando hay dos timones, unos detrs de cada hlice, caso en que la corrientede expulsin produce un gran empuje lateral en cada timn. Este empuje, aunque en marcha de crucero,se cancela con el parejo, genera grandes ventajas al maniobrar el barco, tanto con una sla mquinacomo manejando el timn.

HELlCES DE PASO CONTROLABLE

En este tipo de hlices desarrollado con excelentes resultados, el paso puede variarse a voluntaden cualquier momento. Se denominan tambin de paso alterable u orientable.

En esta hlices (ver la siguiente figura), las palas se encuentran unidas al ncleo mediante unplatillo que puede girar alrededor de un pivote, merced a la accin de unas bielas.

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J, la pala gira en una direccin o en otra, segn el sentido de desplazamiento. El. medio de un telemotor de aceite, que se maneja desde el puente

invertir de una manera total su primitiva posicin con lo que el buque dar atrs sin necesidad de-" el sentido de giro de la mquina propulsora. Estando el mando del telemotor en el puente, la-. - puede realizarla el mismo Capitn o el timonel. Desde el punto de vista hidrodinmico, el- de la hlice de palas orientables presenta grandes ventajas con relacin a la hlice vulgar.--, el rendimiento del propulsor en navegacin libre no es nunca inferior al de un propulsor. --_o Las principales vnetajas de estas hlices son: economa de combustible, porque permite dar_0__- en cada estado de calado, el paso que ms convnega para que la mquina propulsora trabaje"'-J_O -- -_o 0_0_0_0 .-- -- . -. '_.0.0'_' 0'_, mayor rapidez y facilidad de maniobra, pues evita el tener

la mquina antes de dar atrs; aumento d vida de la maquinaria propulsora, pues suprime, --, especialmente en las motonaves, pudiendo quedar los motores en marcha

-- toda la maniobra; ahorro de peso, pues desaparecen todos los dispositivos necesarios parareversible la mquina propulsora.

El uso de hlices de paso controlable, se extiende cada vez ms sobre todo en buques queJ gran facilidad de maniobra, como transbordadores y remolcadores.

DE DISEO ESPECIAL

Exponemos a continuacin diversos dispositivos que a veces llevan los propulsores modernos conel fin de mejorar el rendimiento u otras causas.

HELlCES CON TOBERAEn la hlice tradicional, parte de la energa se pierde por razonamiento al mover las capas de lquido,exteriores y adyacentes a los bordes de las palas.

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\2__~Para evitar en lo posible estas prdidas, las hlices se construyen dentro de un tnel o tobera cuyodimetro interior es solamente algo superior al del crculo generado por las palas al girar. De esta forma,el volmen de agua que trata de pasar desde la cara activa al dorso de la pala, se reduce al mximoy portanto el retroceso disminuye. Ahora el funcionamiento del propulsor es ms parecido al de un tornilloque rosca en madera y el rendimiento aumenta considerablemente. En la figura anterior puedeapreciarse una hlice dentro de su tobera. La superficie interior del tnel tiene perfil hidrodinmico paraque la corriente de agua al llegar a la hlice lo haga a gran velocidad y se transfiera sin prdidas a laestela.

Ventaja adicional de la tobera y para aprovechar al mximo la corriente de expulsin, el timn suelecolocarse en la misma tobera delante o detrs de la hlice. Con ello se consigue una gran maniobrabilidad.

el timn cuando est a la va no queda vertical sino ligeramente inclinado. De esta forma

la corriente de expulsin en componente longitudinal aprovechable.

Un efecto similar al anterior se consigue haciendo que el arbotante tenga una forma e inclinacin-- El efecto producido por estos diseos no es reversible; con el barco dando atrs, la

.. Las hlices con tobera se emplean cada vez- --, -- ; -- tonelaje. Su utilizacin se halla muy extendida entre remolcadores, pesqueros,de desembarco, etc.

E

TOBERA KORT. Es una disposicin particular de lo explicado anteriormente. Como puede

Y. El agua es aspirada por los extremos E y se expulsa por S. Este sistema Kort se emplea. . ~_. --, obtenindose ms reducidos y velocidades y esfuerzos superioresAdems, la maniobra de giro se hace ms cmoda.

HELlCE CON GIROS OPUESTOS. Cosiste esta disposicin en colocar dos hlices sobre le, una inmediatamente detrs de la otra y con sentido de giro contrario. Aqu, la corriente de

Como el giro de esta segunda hlice es al contrario, se deshace la componente lateral

~. El inconveniente del sistema de doble hlice es su complejidad mecnica, ya que debe poseer~I tal como indica la siguiente

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La doble hlice en el pasado fu utilizada en aplicaciones especficas, tales como torpedos. En

--,-'--', caso de disponer de una sla hlice, la potencia requerida supondra, contar con unatamao prcticamente enorme.

Cuando se vi el fenmeno de la cavitacin se hizo incapi en que el

.~ -; las lneas de agua se distorcionan formando remolinos y las burbujas chocantrayendo como consecuencia ruido y erosin en las palas. Si una vez que la hlice

~ "la generacin de vapor de aguaPor encima de una velocidad determinada el dorso de la pala est completamente en

r, por lo que el medio vuelve a se homogneo. Por otra parte como el buque lleva, bastante grande, el vapor de agua no llega a dar en la siguiente pala, sino que sale en

.. A velocidades muy altas pues los inconvenientes de la cavitacin desaparecen.

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Bajo estos principios se disean hlices llamadas supercavitantes, montadas en pequeosbuques (lanchas rpidas) y que los impulsan a velocidades superiores a 40 nudos.

HELICES DE MANIOBRA: Cada da son mas utilizadas hlices de pequeo tamao instaladas endiversos lugares de los buques y que sirven de gran ayudad en las maniobras de atraque y desatraque.Estas hlices rebatibles suelen ir colocadas principalmente a proa por debajo de la lnea de flotacin.Se utiliza este tipo de propulsores en aquellos buques que requieren una gran capacidad de maniobra.Tales como transboradores, remolcadores, ro-ro.

HELlCES CON ENMASCARAMIENTO: El ruido producido por la hlice al cavitar puede ser detenllinanteen la deteccin hidrofnica del buque por parte de un submarino. Un mtodo para eliminar este ruidoconsiste en aislar la hlice mediante una cortina de aire a presin. Existen hlices perforadasinternamente por unas canales que van a salir al exterior por los borde de las palas. Por esos canalesse inyecta aire a presin hacia el exterior, el cual produce la cortina de enmascaramiento anteriormentecitada. Este tipo de hlices dada su complejidad se utilizan solamente en aquellos buques que por sualto valor militar lo demanden.

NUMERO DE HEL/CES QUE LLEVAN LOS BUQUES

La mayora de los buques mercantes de cualquier tonelaje llevan una sla hlice, lo que se traduceen una gran economa y facilidad de manejo, no obstante lo anterior determinados buques que requierenuna gran maniobrabilidad y velocidad, trasboradores, portacontenedores, etc. llevan por lo general doshlice gemelas. En buques de guerra el caso general es de que lleven 2 hlices sin embargo y dada lasofisticacin y caresta a que se ha llegado en las instalaciones propulsoras de este tipo de barcos, seconstruyen barcos de gran porte con una sla hlice. Hasta aqu el caso general. Mayor nmero dehlices slo lo llevan algunos buques de guerra de gran porte (cruceros, acorazados, porta-aviones) quesuelen llevar cuatro. Buques mercantes con cuatro hlices no existen apenas grandes trasatlnticosy con 3 hlices (una central y dos laterales) hay algunos de los modernos portacontenedores.

Cuando el buque lleva una sla hlice, ya dijimos que sta suele ser de giro a la derecha. En elcaso de que posea un nmero par de hlices (2 4) el sentido de giro suele ser al exterior, es decir lasde estribor tienen paso a la derecha y las de babor son de paso a izquierda.

TRANSMISION DE ORDENES A MAQUINAS:

El hecho de que el local donde se dirige la maniobra del buque (puente) y el compartimiento dela instalacin propulsora estn separados fsicamente. Exige que haya un mtodo rpido y eficaz paraordenar los cambios de rgimen en las revoluciones, todas las precauciones son pocas para que elintercambio de informacin se lleve a cabo correctamente. Adems de los medios mecnicos o elctricosdisponibles conviene que se disponga de un ciruito telefnico de emergencia sobre todo cuando se estmaniobrando. El sistema tradicional de rdenes es el denominado telgrafo de mquinas, cuyoesquema se expone en la siguiente figura.

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PUENTE SALA I\DE MAQUIN~S

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STOP SHAFT TRINCAR EL EJEEsta ltima orden consiste en dar vapor a la turbina de ciar para trincar el eje y salvar as algn

obstculo.

PROPULSOR VOITH-SCHNEIDER

Este tipo de propulsor permite reunir en un slo rgano a los dos elementos, hlice y timn, deque disponen ordinariamente todos los buques, tiene la ventaja de mejorar las cualidades evolutivasdel buque sobre todo cuando se encuentra casi parado, circunstancias en que los buques no obedecena la accin de los timones corrientes esto permite a los buques dotados de este nuevo propulsormaniobrar rpida y fcilmente.

El propulsor Voith-Schneider es de eje vertical y va montado algunas veces a popa y otras a proa.Se compone de varias palas verticales fijadas por su parte superior a un disco rotativo horizontal o rotora cuyo eje con paralelos los ejes de las citadas palas; El perfil de estas es anlogo al de las alas de losaviones, la superficie inferior del rotor se encuentra en el mismo plano que la superficie del casco esdecir que ste no pierde su continuidad y no existen mas salientes en la obra viva que las palas delmencionado propulsor. Este propulsor desplaza el agua sin formar remolinos consiguiendose unrendimiento muy elevado que puede llegar al 80%. Hasta ahora este propulsor slo se ha montado enpequeos buques de recreo, barcos de rios y remolcadores.

PROPULSION POR CHORRO DE AGUA.

.. Este moderno sistemas de propulsin a venido a solucionar o en todo caso disminuir losproblemas que existen en buques que alcanzan grandes velocidades (por encima de 30 nudos) este

-- y el de la hlice de sobrecavitacin son los empleados en la actualidad en la propulsin debuques muy rpidos, tales como lanchas rpidas hidrofoils, ferries e incluso barcos de recreo. Elfundamentos es sencillo y se explica con la ayuda de la siguiente figura:

BOMBAMOTORTOBERA

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rOMA DE AGUA

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~

Una bomba aspira agua del mar atravs de un conducto y la expulsa por una tobera hacia la popa. Porel principio de accin y reaccin se egenera una fuerza de empuje que produce la marcha avante, latoma de agua puede estar en unos patines como se indica en la figura anterior, en el propio casco comose indica en la siguiente figura:

TOBERA

V2---

L:==J~ v "" TOMA

f OEAGUA

Este tipo de buques no suele llevar timn sino que el cambio de rumbo se consigue haciendo variarla direccin del chorro de agua a la salida de la tobera mediante un deflector se eliminan pues losapndices externos del casco cuya importancia en grande para la resistencia a la marcha.

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