Análisis del motor por medio de diagramas indicados

El Análisis de funcionamiento por medio de diagramas indicados es un método muy valioso para conocer el estado de funcionamiento de un motor diésel. Por esta metodología de análisis se puede conocer cómo se está realizando el ciclo de funcionamiento de un motor de combustión interna, ya sea de dos tiempos como de cuatro tiempos. Para cada cilindro se puede saber la potencia generada y su rendimiento termodinámico, así como la presencia de cualquier anomalía en su funcionamiento.

 

El dispositivo utilizado para la extracción de diagramas indicados, denominado "Indicador de Presiones", se ha utilizado tradicionalmente desde hace mucho tiempo por los maquinistas en los buques, principalmente eran usados en los motores lentos de dos tiempos. En motores de media velocidad y rápidos, las altas velocidades de operación generaban inercias en sus piezas que daban como resultado diagramas deformados, por lo que no permitían su aplicación práctica para obtención de datos y diagnosis en este tipo de motores.

En años más recientes, se diseñaron indicadores de presiones mecánicos más pequeños y construidos con aleaciones ligeras, para reducir en lo posible las inercias y poder ser utilizados en motores de más altas velocidades de rotación.

En la actualidad se utiliza el "Indicador de Presiones Electrónico", el cual está compuesto por una unidad de adquisición de datos portátil que está unida, por medio de un cable, con un sensor de presión piezoeléctrico de cuarzo, el cual tiene las ventajas de elevada precisión en las mediciones y no verse influido significativamente por las fuerzas de inercia, por lo que podría utilizarse tanto en motores lentos como de media y alta velocidad. Las lecturas tomadas son almacenadas en la memoria interna de la unidad de adquisición de datos, para posteriormente ser descargadas en un PC donde son analizadas por medio de un programa informático específico.

El Indicador de Presiones Electrónico es una herramienta muy valiosa para la monitorización de la condición de funcionamiento de los motores diésel. Permite calcular la presión media indicada (pmi) y la potencia desarrollada en cada cilindro, además poder realizar los ciclos cerrados y los abiertos, los cuales pueden ser comparados de unos cilindros con otros y respecto a un historial de mediciones interiores, lo cual ayuda en el diagnóstico de averías o detección de pequeñas anomalías en el funcionamiento interno del motor.

Los principales atributos que se requieren en un Indicador de Presiones Electrónico son:
a) Precisión.
b) Fiabilidad y duración.
c) Facilidad de uso.
d) Software eficiente.

Estos atributos son independientes de la implementación del sistema, es decir, si se utiliza una técnica portátil, fija o permanente en línea.

La obtención de una elevada precisión en la toma de datos es de gran importancia y depende de las dos entradas de datos principales al sistema de adquisición de datos;

• Una de las entradas es el ángulo instantáneo del motor (grados de giro el cigüeñal) y puede obtenerse con exactitud utilizando un sensor específico en el volante del motor (angle encoder). Algunos fabricantes se esfuerzan mucho para proporcionar una señal con una precisión angular muy grande. Una idea de la importancia del ángulo, es que un error angular de un grado da lugar a un error del 7 % en la potencia calculada. Los sistemas que miden continuamente la posición del volante proporcionan mejores resultados y pueden compensar las variaciones de velocidad durante cada revolución del motor. En la práctica, un buen compromiso es tener un indicador cada revolución y múltiples referencias alrededor del volante para proporcionar una corrección a intervalos regulares.

• La otra entrada es la presión en el interior del cilindro, donde también pueden producirse errores en la toma de datos que pueden influir en la precisión. Los sensores de la presión deben ser suficientemente estables para no verse afectados por las variaciones de la temperatura, y deben ser capaces de trabajar a temperaturas muy altas durante largos periodos de tiempo. La tecnología piezoeléctrica ha proporcionado esa solución y, aunque no al menor coste del mercado, sin duda el comportamiento es el mejor. No requieren compensar la temperatura, y no se fatigan ni se desgastan.

Estos equipos deberán ser utilizados por la tripulación de máquinas durante largos periodos de tiempo, por lo que es esencial que sean fiables y duraderos;

La fiabilidad asegura que el equipo esté a bordo el mayor tiempo posible. Los sistemas que pasan mucho tiempo enviándose a reparación caerán rápidamente en desuso. Además, en las rutas de tráfico de muchos buques no siempre es posible enviar equipos a reparar en el primer puerto que paran y la recepción está limitada también a ciertos puertos. Por tanto, es muy importante tener un sistema que sea inherentemente fiable. La fiabilidad también asegura que los resultados sean precisos.

La duración de cualquier equipo que se utiliza en los buques es vital. Las tripulaciones dan un uso intensivo a estos equipos de diagnóstico para solucionar problemas en los motores, por lo que estos elementos deben de durar muchos años sin estropearse, y garantizar la existencia de recambios a lo largo del tiempo para poder sustituir los elementos dañados, especialmente los sensores de presión.

Es muy importante también la facilidad de uso de estos equipos. La toma de lecturas debería ser lo más fácil posible y que se puedan ver los datos al tomarlos en cada cilindro. Esto es muy útil cuando se realizan ajustes ya que se puede hacer una prueba rápida y un reajuste que daría lugar a una mejora de la configuración.

Para diagnosticar el estado de un motor, el software necesita tener gráficos de buena calidad, un zoom sencillo para ver detalles, la posibilidad de superponer resultados, cursores para comparar los resultados a determinados ángulos, una presentación del resumen de los resultados y un bloc de notas. Esto debería formar parte de un paquete intuitivo que tuviera a Windows como sistema operativo ya que hoy día es el que se utiliza principalmente en el sector marítimo.

Los Indicadores de Presiones Electrónicos pueden ser equipos individuales portátiles o pueden ser instalados fijos en sistemas en red. Los sistemas en red necesitan un sensor por cada culata que está permanentemente conectado, por medio de la red de comunicaciones los motores están permanentemente monitorizados.
 
La Instalación de los sensores de presión permanentes, la válvula de purgas queda después con una conexión Thompson que permite conectar un equipo portátil.

Normalmente los sistemas en red se utilizan sólo en motores principales de dos tiempos, y para monitorizar los motores auxiliares es bastante común que los buques lleven también un sistema portátil. Este debería poder utilizarse como apoyo al sistema en red en el caso de que éste tenga algún problema.

La elección entre sistemas en red y portátiles es a menudo una cuestión de la política de cada compañía, que habrá de tener en cuenta los factores que se recogen a continuación:

Sistemas en red:
- Elevado coste inicial.
- Elevado coste de funcionamiento si los sensores de presión necesitan cambiarse.
- Uso sencillo.
- Monitorización las 24 horas del día, todos los días de la semana.
- Disponibilidad directa de las lecturas.
- Alertas y alarmas.
- Normalmente monitoriza sólo un motor.
- Puede ser complicado de reinstalar (normalmente instalado durante la construcción).
- Normalmente permanece en el buque si éste se vende.
 

Sistemas portátiles:
- Menor coste inicial.
- Bajos costes de funcionamiento.
- Necesita que un operador tome las lecturas (normalmente 15 minutos para un motor).
- Los resultados están disponibles en el momento.
- La monitorización es intermitente.
- La instalación es más sencilla.
- Puede controlar varios motores con facilidad.
- Puede llevarse de un buque a otro.
- Si está reforzado no sufrirá daños al caerse.

El problema de los Sistemas en red, con los sensores permanentemente conectados y realizando lecturas las 24 horas del día, es el elevado número de horas que acumulan al año. Por ejemplo, un motor lento puede estar sometido a unos 50 millones de ciclos de temperatura y presión al año. Los intervalos de re calibración y vida útil de los sensores es un dato importante en la evaluación de los costes de este sistema. También si el motor usa fuel oil pesado, este puede crear depósitos en los propios sensores, por lo que es necesario un sistema de limpieza que no desgaste o dañe el sensor.  

AUTOR:

- Carlos Rodríguez Vidal (Maquinista Naval y Doctor en Energía y Propulsión Marina por la Universidad de La Coruña)

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Patrullero P-63 ARNOMENDI (2000)

El patrullero de altura Arnomendi fue construido en los astilleros Construcciones Navales P. Freire, S.A., Vigo (Pontevedra), denominado internamente como clase Freire 311. La botadura se celebró el 6 de enero del año 2000, siendo entregado a la Armada el 13 de diciembre de 2000. La madrina del buque fue Loyola de Palacio, a la sazón Ministra de Agricultura y Pesca y Alimentación. El buque tiene Ferrol como puerto base, estando frecuentemente atracado en la base militar de la Graña.

 

En el año 1991 como resultado del acuerdo entre el Ministerios de Agricultura, Pesca y Alimentación y el Ministerio de Defensa, el pesquero Pescalonso se entrega a la Armada como patrullero Chilreu iniciando su actividad con muy buenos resultados. En base a esto, a partir de 1995 se comienza la construcción de los patrulleros Alborán, Arnomendi y Tarifa, buques diseñados específicamente para las misiones de inspección, vigilancia y apoyo de la flota pesquera y protección de los intereses pesqueros nacionales. Salvo el patrullero Arnomendi, el resto de los buques ha seguido la tradición de adoptar el nombre de una isla de soberanía española.

A lo largo de estos años, el Arnomendi ha realizado campañas en los calderos nacionales, destacamentos permanentes en el Atlántico y Mediterráneo para apoyar a las flotas boniteras y despliegues en las zonas NAFO (Terranova) y NEAFC (Islandia). 

Se dice que inicialmente el Arnomendi se iba a llamar "Alegranza", pero finalmente adoptó el nombre de "Arnomendi", monte vasco situado en la franja costera de la provincia de Guipúzcoa al que iba de vacaciones desde pequeña Loyola de Palacio, Ministra de Agricultura y Pesca.

Desde su entrega ha efectuado un gran número de campañas en los caladeros nacionales de Canarias y Cádiz, ha apoyado a la flota bonitera del norte y ha participado en las campañas internacionales en aguas de NAFO (North-west Atlantic Fisheries Organization) en 2003 y NEAFC (North-east Atlantic Fisheries Comisión) en 2001 y 2002.

CARACTERÍSTICAS:

El patrullero de altura Arnomendi cuenta con un desplazamiento de 1.414 toneladas a plena carga. Sus dimensiones generales son; eslora: 66,5 m, manga: 11 m y calado: 4,4 m. Está equipado con un motor principal MAK 8M25 diésel, que desarrolla una potencia nominal de 3.250 cv, y que acciona, por medio de una caja reductora, una hélice de paso controlable. La velocidad máxima es de 17 nudos. Cuenta con una autonomía de 22.000 a 16 nudos. La  dotación es de 44 personas,  30 personas de tripulación + 4 inspectores de Pesca + 2 personal médico + 8 personal de transporte. El Armamento es de 2 ametralladoras Browning de 12,7mm. El buque cuenta con una plataforma en la popa en la que puede operar un helicóptero ligero.

Dispone de los medios de navegación más avanzados, quirófano, GMDSS, comunicaciones VHF/ UHF/ HF/ satélite, embarcaciones RHIB, gran capacidad de almacenamiento de combustible, de víveres y una buena habitabilidad, lo que le permite grandes permanencias en la mar en el cumplimiento de sus misiones.

El buque consta de dos embarcaciones neumáticas Valiant PT-650, cuyo cometido principal es la realización de inspecciones pesqueras, aunque también son utilizadas en operaciones de búsqueda y salvamento, en la prestación de asistencia en la mar a la flota pesquera, pudiendo ser ésta técnica o médica, y operaciones que requieran abordajes a otros buques. 

VIDEOS:

ENLACES:

• Patrulleros clase Serviola
• Corbetas clase Descubierta
• Fragatas clase Santa María
• Fragatas Clase Baleares 
• Fragata Almirante Juan deBorbón (F-102) 
• Fragata Cristóbal Colón F-105
• Destructores de la clase Lepanto
• Patrullero Chilreu 
• MAK 8M25 diésel 

SMS Scharnhorst (1907 - 1914)

El crucero acorazado SMS Scharnhorst (Caballo de hierro en alemán) perteneciente a la Kaiserliche Marine (Armada Imperial Alemana) fue la primera unidad de su clase, que estaba constituida solamente por dos unidades; el Scharnhorst y el Gneisenau. Recibió su nombre en honor al general prusiano Gerhard von Scharnhorst. SMS corresponde a Seiner Majestät Schiff (Navío de Su Majestad) en idioma alemán. Las dos unidades de la clase fueron hundidas en acto de servicio, durante combate naval contra fuerzas británicas superiores, en la batalla de las Malvinas del 8 de diciembre de 1914.

El crucero acorazado SMS Scharnhorst fue construido en los astilleros Blohm & Voss de Hamburgo, Imperio Alemán. Botado a la mar el 24 de octubre de 1907, su entrada en servicio fue el 24 de octubre de 1907. Los buques de esta clase ya se les consideró que quedarían pronto obsoletos en el momento de su botadura, por lo que se decidió que fueran destinados a las colonias alemanas en Asia.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES:

Los cruceros acorazados de la clase Scharnhorst  fueron los últimos del tipo clásico con reducto central, como también lo fueron el SMS Roon y el SMS York (1903 - 1904) que les precedieron. Todas estas unidades poseían unas lineas exteriores parecidas entre sí, con las cuatro chimeneas que les caracterizaban.

Las dimensiones de los buques de la clase Scharnhorst eran bastante grandes para la época, con una eslora de 144,6 m, una manga de 21,63 m y un calado de 8,37 m. Su desplazamiento era de 12.985 toneladas a plena carga. 

La disposición del armamento secundario en reducto central fue una característica de los cruceros acorazados alemanes construidos entre 1900 y 1906, pues con el SMS Blucher y los Cruceros de batalla Von der Tann, Goeben y siguientes, ya se pasó a los cañones en torres.

Estos buques tenían casco de acero de doble fondo que llegaba hasta el empalme de la obra muerta con la cubierta de protección y a proa con el espolón. Tenían un castillo y una superestructura central que se prolongaba hasta la torre e popa, dos mástiles militares constituidos por un tronco inferior, cilíndrico, que sostenía una cofa circular y un mastelero. En la base de cada uno de los mástiles había un pequeño casetón.

A proa y a popa, por encima de la cubierta de batería, el casco estaba delimitado en los costados por la obra muerta vertical y por unos entrantes que en los cuatro ángulos dejaban el campo libre para que los cañones extremos del reducto pudieran disparar hacia proa y hacia popa, tanto en la cubierta principal como en la batería. 

Las chimeneas, como se mencionó anteriormente, eran cuatro, mucho más altas que los troncos inferiores de los mástiles. Dicha altura de las chimeneas era característica de los buques que quemaban carbón y favorecía el tiro natural de las calderas.

La protección estaba constituida por una coraza en la linea e flotación, cuyo espesor era ed 150 mm en el centro, 80 mm a popa y 90 mm a proa, donde bajaba para unirse con el espolón reforzándolo. En la zona central, la coraza se extendía en altura hasta el cielo de la superestructura, con espesores de 150 mm en la obra muerta y de 120 mm en los mamparos transversales. La cubierta de protección tenía un espesor de 60 mm en el centro y de 35 mm en las partes laterales inclinadas.

La artillería estaba compuesta por ocho cañones de calibre principal, de 210 mm, cuatro se hallaban en dos torres dobles una a proa sobre el castillo y otra a popa sobre la cubierta. Los otros cuatro estaban  instalados en casamatas, en los cuatro vértices del reducto central. Los seis cañones de 150 mm se hallaban también en casamatas, tres por banda en el reducto central y al nivel de la cubierta de batería. Los veinte cañones de 88 mm estaban dispuestos cuatro a proa, cuatro a popa, cuatro sobre la superestructura en la base del mástil de proa, otros cuatro sobre la superestructura en la base del mástil de popa, y otros cuatro sobre el techo del reducto central.

Los lanzatorpedos, eran de 210 mm, todos ellos submarinos, uno a proa, otro a popa y dos por ambos costados, situados a la altura de la torre de proa.

La planta propulsora estaba constituida por tres máquinas alternativas de vapor de triple expansión, dos de tres cilindros para las hélices laterales y una de cuatro cilindros para la hélice central, todas ellas localizadas en salas separadas, con la máquina central a popa de las laterales. El vapor era generado por dieciocho calderas del tipo Schutz-Thornichroft alimentadas por carbón, distribuidas en cuatro salas a proa de las salas de máquinas. La potencia era de 26.000 CV, lo cual le permitía una velocidad máxima de 22,5 nudos.

HISTORIA OPERATIVA

En mayo de 1908 el SMS Scharnhorst es asignado como el buque insignia de las fuerzas de reconocimiento. En uno de sus primeros viajes, encalló, sufriendo graves averías, por lo que necesitó varios meses de reparaciones. A primeros de marzo de 1909 es destinado como buque insignia de la Escuadra de Asia Oriental con base en la colonia alemana de Tsingtao, China, al mando del almirante Maximilian von Spee. Esta escuadra estaba compuesta por el SMS Scharnhorst, su gemelo, el SMS Gneisenau, y los cruceros ligeros SMS Dresden, SMS Emden, SMS Nürnberg, y SMS Leipzig.

La escuadra hizo su aparición en el Océano Índico, con el SMS Emden atacando el tráfico comercial naval y los transportes de tropas aliados con devastador efecto. El resto de la escuadra cruzó el Océano Pacífico y el 1 de noviembre de 1914, se enfrentó y hundió a los cruceros británicos HMS Good Hope y HMS Monmouth en la Batalla de Coronel, en la costa de Chile. 

El 8 de diciembre de 1914, los cinco cruceros de la escuadra, intentaron atacar puerto Stanley, en las islas Malvinas con la intención de obtener carbón. Ignoraban que allí se encontraba anclada la escuadra del vicealmirante Sir Doveton Sturdee, que incluía a los cruceros de batalla HMS Invincible y HMS Inflexible, y varios cruceros ligeros más que habían arribado el día anterior. Enfrentadas ambas escuadras, se dio inicio a la llamada Batalla de las islas Malvinas. El SMS Scharnhorst se perdió con toda su tripulación, y junto a toda su escuadra, con la excepción del SMS Dresden, que fue hundido por su tripulación, tres meses después, en la Isla Robinson Crusoe, del Archipiélago Juan Fernández, Chile, después de ser perseguido y acorralado allí por una flotilla británica compuesta por los navíos HMS Orama, HMS Glasgow y HMS Kent.  

El SMS Scharnhorst en acción:

ENLACES RECOMENDADOS:

• SMS Scharnhorst (Wiki)
  
• Acorazado Brooklyn (CA-3)
• Crucero Infanta María Teresa
• Acorazado HMS Howe
• Crucero Cardenal Cisneros
• Crucero acorazado Gromoboi
• Batalla de las Malvinas 1914
• Batalla de Coronel
  
• HMS Invincible (1907-1916)

Materiales para hélices marinas

Los materiales empleados para la fabricación de hélices de barcos es variada, siendo en buques grandes muy extendida la utilización de diversas aleaciones de bronce, principalmente la aleación de bronce al manganeso, sin embargo existe la posibilidad de usar otros materiales que estudiaremos a continuación en el artículo.

La hélice de un buque es un dispositivo mecánico formado por un conjunto de elementos denominados palas, montados de forma concéntrica y solidarias a un eje que, al girar, las palas trazan un movimiento rotativo en un plano.​ Las palas no son placas planas, sino que tienen una forma curva, sobresaliendo del plano en el que giran, y obteniendo así en cada lado una diferencia de distancias entre el principio y el fin de la pala. Provocando una diferencia de velocidades del fluido de una cara y en la otra de la hélice. Lo cual causa que en una cara, del perfil de la hélice el fluido tenga una mayor velocidad pero con una presión menor y en la otra cara del mismo perfil el fluido tenga una menor velocidad pero que causa una presión mayor, lo cual provoca una fuerza perpendicular en el plano de rotación de las palas hacia la zona de menor presión. Esta fuerza es la que se conoce como empuje o fuerza propulsora.

 

Las hélices de barco pueden ser de paso fijo (FPP) o de paso controlable (CPP), éstas últimas disponen de un mecanismo interno que permite cambiar la orientación de las palas y con ello el paso de la hélice. Esto hace que sean más caras pero permite ajustar el paso de la hélice más conveniente para cada condición de navegación, además de permitir poner el propulsor en paso cero (sin empuje) y en paso negativo para la inversión de marcha, lo cual mejora la maniobrabilidad del buque.

 

Las hélices de barco más utilizadas desde hace muchos años son las de bronce al manganeso, que ha sido la norma para hélices grandes durante muchos años. Posteriormente se ha dado un paso más con el desarrollo de los bronces al aluminio, también convenientes para hélices grandes.

Paralelamente a los bronces se ha desarrollado una serie de aleaciones de acero para ciertos tipos de servicio marítimo. Ninguna de esta serie de aleaciones se puede considerar ideal. Son intentos de alcanzar un compromiso de todas las propiedades que se requieren para ciertas clases de servicios, o de satisfacer estrictamente dos o tres requisitos importantes y al menos parcialmente los demás. Una investigación un tanto detallada de esta serie de aleaciones ofrecerá una base crítica y sugerencias para otras investigaciones.
 

1. Hierros fundidos.
a) Fundición gris. La principal ventaja de esta aleación su precio bajo, que se vuelve menos importante debido al creciente valor de la mano de obra empleada en el producto acabado, mayores exigencias en el control de la calidad, y una tendencia muy razonable a aceptar mayores gastos iniciales con el objeto de obtener una vida más satisfactoria. La resistencia relativamente escasa y la elevada susceptibilidad a la corrosión, conducen a hélices de mucho peso e ineficientes. La falta de ductilidad es desde luego un factor que se tiene que considerar en las fundiciones para la mayoría de los servicios.
b) Fundición maleable al níquel. Las fundiciones maleables son un avance reciente y la variedad que contiene níquel tiene una resistencia a la corrosión apreciablemente mayor que la del hierro fundido ordinario. Pero este metal aún no ha sido probado por completo en esta aplicación debido al elevado coste en relación con la resistencia.
 

2. Bronces al manganeso.
Estas aleaciones son latones 60-40 con adiciones que aumentan su resistencia y tenacidad a la corrosión.
a) Bronce al manganeso "blando". Este es el bronce al manganeso común, llamado "blando" porque se caracteriza por la resistencia a la tracción relativamente escasa y un elevado alargamiento. Es una aleación extraordinariamente tenaz, notable por su capacidad de doblarse considerablemente sin fractura. El gran alargamiento ligado a esta característica facilita considerablemente su reparación. Se pueden hacer excelentes soldaduras con técnicas adecuadas.
b) Bronce al manganeso duro". Mediante ciertas alteraciones en su composición se puede aumentar la resistencia a la tracción hasta un 50 por 100 a expensas del alargamiento. Sin embargo, en el servicio marino la tendencia a agrietarse debido a la fatiga-corrosión (aun en aguas dulces) pone un límite práctico a la resistencia a la tracción que se puede obtener. Debido al inferior alargamiento de esta aleación, hay una tendencia mayor a las averías y se debe tener en cuenta este factor cuando el proyectista use bronces al manganeso de este tipo.
c) Bronces al níquel y manganeso. Mediante la adición de níquel en los bronces al manganeso corrientes se puede obtener alguna mejora en las propiedades físicas, junto con otra importante en la resistencia a la corrosión. El desarrollo de este tipo de aleación ha conducido al de los bronces al níquel y aluminio, y ahora que ya se han establecido los últimos, los bronces al níquel y manganeso parecen haber sido eclipsados.

 

3. Bronces al aluminio.
Esta serie de aleaciones no es nueva, y los esfuerzos para aplicar este material a las hélices precedieron a la última guerra mundial. Los bronces al aluminio sin otros elementos de aleación requieren tratamiento térmico para obtener una combinación de gran resistencia y buena ductibilidad. Pero se puede evitar la necesidad de tratamiento al calor mediante la adición de ciertos elementos aleados.
a) Bronce al aluminio. Como en los bronces al manganeso de elevada resistencia, las primeras aleaciones de hélices de bronce al aluminio dieron excelentes cualidades físicas, pero fallaron debido a las grietas por la corrosión combinada con la carga mecánica. El material que se usa ahora para hélices tiene propiedades físicas sólo ligeramente mejores que las del bronce al manganeso 'blando", pero muestran una resistencia a la corrosión muy superior. Existe alguna evidencia de que esta aleación ofrece mejor resistencia a la corrosión que la de los bronces al níquel y aluminio.
b) Bronce al níquel y aluminio. Esta serie de aleaciones se considera corrientemente como el mejor material que se dispone para grandes hélices que se usan en el mar. La adición de ciertos elementos (níquel especialmente) en el bronce al aluminio afina la estructura, dando mayor resistencia y más aguante a la erosión por cavitación u otras causas. Sin embargo, como en la mayoría de las aleaciones, hay que buscar un compromiso entre la resistencia y la ductibilidad.
c) El bronce al aluminio, níquel y manganeso representa un estadio ulterior en el desarrollo de estas aleaciones. El incremento en el contenido de manganeso está compensado por una reducción del níquel. Las aleaciones que resultan tienen propiedades físicas y resistencia a la corrosión ligeramente mejores que las de los bronces al níquel y aluminio. Sin embargo, la mayor ventaja se encuentra en la facilidad de fabricación, lo que se refleja en el precio.
 

Generalmente la familia de bronces al aluminio ha presentado serias dificultades al fabricante y se ha dedicado mucho tiempo y esfuerzo desde la guerra (2ª Guerra Mundial) al problema de obtener buenas piezas de fundición del peso que por lo común se usan en hélices de buques. El metal es propenso a las inclusiones de gases y óxido, y las técnicas de colada de estas grandes piezas han presentado considerable dificultad. Aunque los problemas todavía existan, ya se pueden producir piezas de fundición satisfactorias. Un problema en la elaboración de las hélices de esta aleación es el de las reparaciones, ya que este metal es muy sensible al calor, y los métodos usuales de reparación sólo se deben emplear en reparaciones menores en los cantos de las palas de hélices grandes. Se pueden realizar excelentes soldaduras con operarios experimentados con tal de que se mantenga el contenido de ciertos elementos en el metal original (especialmente plomo y silicio) por debajo de ciertos límites.
El desarrollo de estas aleaciones se ha realizado en el Reino Unido y en los EE. UU aproximadamente por igual (los nombres comerciales Cunikal, Nialite, Nialma, Nibral, Nikalium y Novaston o Superston 40, son familiares a la mayoría de la gente relacionada con los asuntos marinos). Sin embargo, en el Reino Unido el desarrollo parece haber producido aleaciones de elevadas resistencias a la tracción con buenos alargamientos, mientras que en los EE. UU. parece haber disminuído las resistencias a la tracción al objeto de obtener el alargamiento requerido. Por otra parte, los fabricantes de los EE. UU. han tenido alguna experiencia en la cuestión de las reparaciones, y un éxito considerable en la soldadura, mientras que existe poca experiencia en estas técnicas en el Reino Unido. En ambos países, como en Europa, se evitan las reparaciones mayores en las palas.

 

4. Otros bronces.
Algunos otros materiales que pudieran elasificarse como bronces, se usan para hélices marinas. Existe una clase de bronce al fósforo que se usa en ciertas zonas del Océano Pacífico, donde las aguas calientes del mar producen un efecto muy corrosivo en el bronce al manganeso. Sin embargo, debido a que la resistencia de este material es más baja, las hélices deben ser más gruesas. Es dudoso que tales hélices sean prácticas.

 

5. Aceros de baja aleación.
Las aleaciones normales de acero se caracterizan por elevadas resistencias junto con alargamientos aceptables, si no elevados. Son muy sensibles a la erosión de cavitación y a la corrosión (la resistencia a la corrosión es esencialmente la misma para todos los aceros de baja aleación). Por esta razón su aplicación se limita generalmente a remolcadores, buques-taller, rompehielos y similares, en que la resistencia al impacto y la tenacidad que ofrece este material compensan su escasa resistencia a la corrosión.
a) Acero dulce. Es la aleación común de acero fundido que se usa en muchas partes de la estructura del buque.
b) Acero al níquel. Metal más tenaz, que se obtiene mediante la adición del 2 por 100 de níquel. Sin embargo, esta cantidad es insuficiente para reducir la corrosión.
e) Acero al níquel y vanadio. Esta aleación es una novedad canadiense hecha originalmente para el servicio de rompehielos. El límite elástico y el alargamiento están un tanto aumentados sobre los del acero al níquel.
 

En la serie de aceros de baja aleación es este metal el que aguanta condiciones más duras y ha sido probado en los servicios más difíciles de hielo, maderos e incluso grava.
 

En general, los aceros de baja aleación se prestan a reparaciones y soldaduras. Sin embargo, se debe tener en cuenta que la mayoría de las hélices de acero son gruesas, lo que presenta dificultades físicas en el enderezamiento de las palas.

6. Aceros (inoxidables) de mucha aleación.
Esta es una clase de materiales que puede estar lejos de que se desarrolle por completo en aplicaciones de hélices. Los avances hasta la fecha se han limitado a los hechos en algunas países bajo la presión de la escasez de ciertos elementos, o a los hechos con materiales desarrollados adecuadamente para necesidades especiales de servicio de hélices. El mayor inconveniente de la mayoría de los aceros inoxidables es que requieren tratamiento térmico. Algunas aleaciones necesitan templarse para obtener las propiedades requeridas, imposibilitando su uso en hélices aun de dimensiones relativamente pequeñas, debido a la tendencia de las palas a deformarse. Otras aleaciones requieren un tratamiento menos radical, pero generalmente cualquier forma de tratamiento térmico imposibilita obtener exactitud en las hélices, calidad bastante difícil de conseguir en piezas de fundición de acero en cualesquiera circunstancias.
a) Acero al cromo 13 por 100. Este ha sido quizá el material más comúnmente usado, ya que tiene una resistencia extraordinariamente elevada. La resistencia a la corrosión no es elevada, debido a su tendencia a picarse, pero representa ciertamente una mejora sobre los aceros de baja aleación. El tratamiento térmico requiere un temple relativamente suave, y esto se realiza frecuentemente por medio de una ráfaga de aire sobre los piezas fundidas. Sin embargo, el mayor peligro de esta aleación es su tendencia a formar grietas en forma de pelos si el tratamiento térmico no es satisfactorio. Estas micro-grietas existen en la hélice terminada antes de entrar en servicio; los repetidos cambios de tensión en el funcionamiento pueden originar un fallo completo tras un corto período de servicio. En ciertos países europeos esta aleación se usa regularmente en las hélices. Algunos constructores no siguen todos los requisitos precisos para obtener piezas libres de grietas en forma de pelos, y toda la superficie de las hélices es simplemente mecanizada, quitándose de este modo cualesquiera grietas. Este es un método completamente práctico de hacer una hélice, aunque no siempre sea económico.
Las reparaciones en la clase de aceros al cromo 13 por 100 pueden ser difíciles debido a la resistencia del material. Las soldaduras se limitan generalmente a pequeñas zonas, debido a la necesidad de tratamiento térmico local; aquí, de nuevo, la tendencia del metal a agrietarse puede presentar dificultades.
b) Acero inoxidable 18-8. Esta familia de aleaciones requiere normalmente tratamiento térmico y temple para retener el estado austenítico. Sin embargo, también se puede conseguir el estado austenítico mediante estabilización con colombio y tántalo, y se obtiene una aleación de adecuadas propiedades físicas y resistencia a la corrosión sin tratamiento. La resistencia a la corrosión de la aleación estabilizada es ligeramente menor que la de la aleación tratada térmicamente, pero es completamente satisfactoria para servicios en agua salada. Aunque hay cierta tendencia a las picaduras en aguas tranquilas, la aleación es generalmente más resistente a la corrosión que el bronce al manganeso. Las propiedades físicas de los aceros inoxidables 18-8 no son elevadas y son comparables a las de los bronces al manganeso más fuertes. Sin embargo, la ductibilidad y resiliencia son muy elevadas y la resistencia a la fatiga-corrosión es una de las más elevadas entre los metales de los que se dispone de datos en la actualidad. La aleación estabilizada se puede calentar para enderezarla como se requiera y se pueden hacer excelentes soldaduras con técnicas adecuadas. En Norteamérica se ha usado la aleación con éxito considerable en el golfo de México y en canales interiores, donde la corrosión (procedente del agua salada y de los desperdicios industriales), la erosión por cienos suspendidos en el agua y el daño mecánico procedente de la navegación en aguas poco profundas, han contribuido a hacer que estos servicios sean muy duros.
c) El acero inoxidable al cromo y manganeso es un gran adelanto en el campo de hélices marinas. Esta es también una aleación austenítica, que tiene una resistencia a la tracción casi tan elevada como la de los aceros al cromo 13 por 100, y ductibilidad considerablemente mayor. Las pruebas preliminares indican que la aleación será casi tan resistente a la corrosión del agua de mar como el bronce al manganeso, aunque exista una ligera tendencia a formar picaduras. Las pruebas de soldadura han demostrado que se pueden producir excelentes soldaduras sin ninguna preparación especial.

 

7. Otros Metales.
Se usan otros muchos materiales metálicos para hélices pequeñas de lanchas rápidas y otras embarcaciones menores. Tales aleaciones, como el metal Monel, cobre al silicio, aluminio, magnesio y semejantes, tienen ciertas aplicaciones en las que son factores la resistencia mecánica, la resistencia a la corrosión o el peso. Sin embargo, no parece haber aplicación extensa de estos materiales en grandes hélices marinas, en las que los factores de precio, tratamiento al calor o resistencia pueden hacerlas no prácticas con tales dimensiones.
 

8. Revestimientos.
Se ha hecho mucho trabajo experimental en la búsqueda de un material que recubra las hélices hechas de material fuerte y duro con una capa de algún material que tenga una resistencia casi perfecta a la corrosión y a la erosión de cavitación. Esto ha sido probado con éxito en el campo de las turbinas hidráulicas, donde una capa sobrepuesta por soldadura de acero inoxidable evita con efectividad la erosión de cavitación en una pala de turbina. Los revestimientos con metal soldado, goma y productos plásticos, por lo general no han tenido éxito en las hélices. El material está sujeto a desgaste por el efecto erosivo del agua o el daño físico producido por objetos extraños. Cuando desaparece el revestimiento, aunque sea por poco tiempo, la concentración de corrosión resulta ser muy perjudicial.

 

9. Materiales no metálicos.
Se han efectuado desarrollos en Europa usando nylon en las hélices. Este material inerte no se corroe, aunque está un tanto sujeto a la erosión de cavitación. La resistencia es escasa y es necesario un aumento correspondiente en los escantillones. Debido a la flexibilidad del nylón se dice que no existe el daño del impacto físico. Sin embargo, ya que la fabricación de hélices de nylón requiere moldes de acero, los precios del utillaje son extraordinariamente elevados. Este precio se ha reducido un tanto mediante el uso de hélices de palas independientes, con lo que se puede cubrir una serie de potencias y velocidades con un solo molde. De este modo se han hecho hélices de paso variable y paso ajustable.

 

 

ENLACES:

• Revista Ingeniería Naval Noviembre 1959
  
• Hélices de superficie
• Propulsores de tornillo pioneros
• Propulsor conoidal
  
• Propulsor alternativo de paletas
• Propulsión por rueda de paletas
  
• Hélice de maniobra de accionamiento directo
• Características de las plantas propulsoras 

La bitácora

La bitácora es un armario, por lo general de forma cilíndrica o prismática que se sitúa en la cubierta de las embarcaciones, cerca del timón, para alojar la aguja o compás magnético. 

 

 

El compás magnético o aguja náutica se sujeta mediante suspensión cardan para que se mantenga siempre horizontal independientemente de los balances y cabezadas que experimenta el buque durante la navegación en el mar del. En su exterior llevaba la denominada línea de fe, alineada con el centro del buque o línea de crujía.

 

La aguja náutica, está alojada dentro de un recipiente denominado mortero, dentro del cual se aloja un líquido de bajo punto de congelación (alcohol), sobre el que flota la rosa de los vientos. La rosa de los vientos contiene las agujas imantadas que la orientan siempre hacia el norte magnético, para minimizar el rozamiento al girar se apoya en su punto central, denominado chapitel, sobre el estilo que está fijado a la parte inferior del mortero.

 

 

 

El buque tiene un magnetismo permanente (debido a los hierros duros), que por sus características no va a variar apenas en bastante tiempo, y un magnetismo Accidental o Inducido (hierros dulces) que es distinto según sea la posición del buque. Por lo tanto, ya podemos darnos cuenta que según sea el Rumbo del buque, el magnetismo del mismo va a afectar a la aguja de forma distinta. La compensación tiene por objeto igualar el Campo Magnético que rodea la aguja y reducir los desvíos lo máximo posible. La compensación de agujas es realizada periódicamente por un especialista, y los errores que no se pueden compensar quedan como remanentes registrados en la llamada "tablilla de desvíos", que registra la diferencia entre el el rumbo de aguja y rumbo magnético para cada rumbo de aguja que tome el buque. La tablilla de desvíos se comprueba periódicamente para detectar cualquier desviación en los valores registrados.

 

 

Los elementos correctores usados para la compensación de la aguja son; Imanes de hierro duro, Esferas de hierro dulce, y la Barra Flinders, (también de hierro dulce). En el interior de la bitácora se colocan unos imanes y las llamadas barras Flinders para contrarrestar la desviación del campo magnético terrestre. En los costados del cubichete (la cubierta esférica que aloja la aguja) hay dos esferas de hierro dulce, las esferas de Thomson, para anular el desvío producido por el hierro del propio buque y hacer uniforme el campo magnético que rodea a la aguja náutica con objeto de que, en todo momento, señale el norte magnético.

 

Antiguamente, cuando los buques carecían de puente de mando cubierto, solía guardarse en el interior de la bitácora el llamado, «cuaderno de bitácora» para preservarlo de las inclemencias del tiempo. Aunque el nombre se ha popularizado en los últimos años a raíz de su utilización en diferentes ámbitos, el cuaderno de trabajo o de bitácora ha sido utilizado siempre. Hoy en día se denomina «diario de navegación» y en él se anotan todos los hechos ocurridos durante la guardia de navegación. 

 

A continuación mostramos un catálogo de Kelvin Hughes, con los modelos de bitácoras clásicas comercializadas por dicha firma.

 

Los buques modernos suelen llevar el compás magnético en una bitácora situada en la parte superior del puente de gobierno, en el exterior del buque (normalmente tapada), desde la cual, por medio de un reflector situado en el techo se traslada la información del rumbo de aguja al timonel.

 

ENLACES: 

• El Sextante 
• El Astrolabio
• La invención del cronómetro marino
• Corredera de coronamiento o de patente
• Museo Provincial do Mar de San Cibrao
• Museo Naval de Ferrol 
• Museo Naval de Madrid
• Museo de ciencias de Londres (Science Museum)
• Exponav. Museo de la Construcción Naval de Ferrol (2014)