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MANIOBRA DE LOS BUQUES Published by ATARAXIAINC 111 III World Street Hoboken, NJ 07030-5774 Copyright © 2006 by Ataraxiainc, Bogota, Chibchombia Published by Ataraxiainc, Bogota, Chibchombia Published simultaneously in the Earth planet All parts of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system or transmitted in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, scanning or otherwise, except as no permitted under Sections of the Copyright Act, without either the prior written permission of the Publisher, or authorization through payment of the appropriate per-copy fee to the Copyright Clearance Center, 2*2 Rosewood Drive, Danvers, MA 0+-23, (978) 75.-84/*00, fax (9”%) 646-·/600. Requests to the Publisher for permission should be addressed to the Legal Department, Ataraxiainc, Bogota, Chibchombia e-mail:
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Maniobra de los buques Ricard Marí Sagarra
© los autores, 1998; © Edicions UPC, 1998. Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorización escrita de los titulares del "copyright", bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamiento informático, y la distribución de ejemplares de ella mediante alquiler o préstamo públicos.
Prólogo
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Prólogo
El perfil de maniobra, reglamentos y señales abarca un amplio campo de conocimientos, procedimientos y prácticas, todas ellas procedentes de un dilatado período de tiempo que se adentra en la oscuridad de la historia. Nuestro país, si bien marítimo por naturaleza, perdió hace tiempo su preponderancia en ese ámbito, dejando su lugar a la influencia anglosajona, que desde entonces ha marcado la pauta, imponiendo sus criterios al resto de la comunidad que agrupa la actividad marítima. No obstante la importancia que ello representó para el sector marítimo internacional al cubrir las carencias y despreocupación de otros, puede decirse que bloquearon cualquier otra tentativa externa que no fuera de su misma procedencia. Esta situación ha llegado al extremo de no existir, en lengua castellana publicación actualizada y de nivel universitario que permita sentar las bases para cubrir, no solo las necesidades que la tecnología aplicada precisa, sino también las que abran las vías de investigación que el sector espera para mejorar su competitividad empresarial y, muy especialmente, las que permitan minimizar los trágicos accidentes marítimos, traducidos en cuantiosas pérdidas de vidas humanas, sin olvidar las consecuencias negativas sobre el medio ambiente marítimo. Por otra parte, las publicaciones existentes provocan ciertas perturbaciones a quienes la reciben; en este sentido, la bibliografía disponible para los estudios universitarios de Náutica provoca una gran confusión, incluso en los profesionales, por cuanto están mezcladas las aplicaciones para buques de guerra junto con las de embarcaciones deportivas, todo ello con las específicas de los buques mercantes, situación que no cumple con el requisito de aportar claridad a los objetivos académicos y su aprovechamiento por los actuales y futuros profesionales que las reciben. Esta publicación pretende aportar una visión actualizada de las nuevas técnicas de maniobra, algunas de las cuales todavía precisan esfuerzos para profundizar bajo los criterios y el rigor de la investigación, en beneficio inmediato para la seguridad marítima y de la gente de mar.
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Índice
Índice 1 Equipo de propulsión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.1 Características de los sistemas de propulsión a efectos de maniobra 1.2 Giro y número de las hélices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Efectos de las hélices en la maniobra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 Fuerzas y corrientes creadas por la hélice y la marcha del buque . . . 1.5 Otros efectos generados por las hélices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.6 Cuantificación de la corriente friccional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.7 Tipos de hélice y su relación con el timón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.8 Hélices de maniobra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.9 Pruebas de tracción a punto fijo de las hélices . . . . . . . . . . . . . . . 1.10 Consideraciones al conjunto hélice-timón . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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2 Equipo de gobierno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.1 Timón. Definición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Estructura del timón . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Tipos de tmón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4 Superficie de la pala del timón . . . . . . . . . . . 2.5 Acción del agua sobre el timón . . . . . . . . . . . 2.6 Punto de aplicación de la presión normal (Pn) . 2.7 Efecto de la presión normal (Pn) en la maniobra 2.8 Momento de torsión o adrizamiento (Ma) . . . . 2.9 Momento de evolución . . . . . . . . . . . . . . . . 2.10 Acción del timón en la marcha atrás . . . . . . 2.11 Otros tipos de timón y experimentales . . . . . 2.12 Autotimoneles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.13 Órdenes de timón . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Maniobra de los buques
3 Efectos combinados de la hélice y el timón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7
Tratamiento de las variables . . . . . . . . . . . . Buque partiendo de reposo . . . . . . . . . . . . . Buque con arrancada avante . . . . . . . . . . . . Buque con arrancada atrás y máquina avante Efectos combinados en buques de 2 hélices . Ciaboga en buques de una hélice . . . . . . . . Ciaboga en buques de dos o más hélices . . .
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4 Maniobrabilidad. Capacidad de gobierno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.1 Definición de maniobrabilidad y sus capacidades . . . . . . . . . . . . . 4.2 Capacidad de gobierno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Estabilidad dinámica. Curva de Pull-out . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Maniobras para la estabilidad de rumbo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 Inversa de Bech . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6 Método estadístico para la estabilidad de rumbo69 4.7 Maniobras para la capacidad de recuperación. Maniobra de Kempf . 4.8 Maniobra de Kempf revisada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.9 Respuestas a velocidades variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.10 Resumen y procedimientos para el registro de datos obtenidos . . 4.11 Ecuación del movimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.12 Efectos de los parámetros del buque sobre la estabilidad dinámica
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5 Maniobrabilidad. Capacidad de evolución . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 5.1 Capacidad de evolución . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Determinación de la curva de evolución . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Cuantificación de las variables en la curva de evolución . . . . 5.4 Equilibrio de las fuerzas en la evolución . . . . . . . . . . . . . . . 5.5 Características de la curva de evolución . . . . . . . . . . . . . . . 5.6 Factores condicionantes del tamaño de la curva de evolución 5.7 Proyección de la eslora en la evolución . . . . . . . . . . . . . . . 5.8 Rabeo de la popa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.9 Punto de giro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.10 Diagramas de maniobra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.11 Información relativa a la maniobra . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.12 Pruebas de mar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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. 81 . 82 . 84 . 85 . 86 . 87 . 93 . 94 . 95 . 96 117 122
6 Punto de giro (PG) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 6.1 Aspectos conocidos del punto de giro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 6.2 Fuerzas, presiones y parámetros en la evolución respecto del PG . . . . . . . . . . 124
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Índice
6.3 Determinación analítica del punto de giro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 6.4 Aplicaciones de maniobra relacionadas con el PG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 6.5 Aplicaciones de la posición del PG en maniobra avanzada . . . . . . . . . . . . . . . 133 7 Efecto de los agentes externos sobre el buque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 7.1 7.2 7.3 7.4
Efecto de la aceleración de Coriolis sobre el buque Efecto del viento en la maniobra del buque . . . . . . Efectos de la corrente en la maniobra del buque . . Efecto del oleaje sobre la maniobra del buque . . . .
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8 Maniobra de fondeo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 8.1 Maniobra de fondeo:definición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2 Equipos que intervienen en la maniobra de fondeo . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3 Planificación de la maniobra de fondeo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4 Aplicaciones del fondeo en distintas situaciones y circunstancias . . . . . . . 8.5 Fuerzas que intervienen en la maniobra de fondeo . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.6 Procedimientos para la cuantificación de las fuerzas . . . . . . . . . . . . . . . . 8.7 Selección de criterios según los datos disponibles . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.8 Influencia de la naturaleza del fondo con el tipode equipamiento disponible 8.9 Pérdidas de eficacia teórica de retención y situaciones críticas generadas . 8.10 Garreo voluntario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.11 Comportamiento del buque fondeado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.12 Determinación del área de fondeo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.13 Procedimiento de cálculo analítico para asegurar la situación de fondeado 8.14 Relación sonda-calado y cadena a filar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.15 Maniobra para fondear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.16 Fondeo con más de una ancla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.17 Fondear a barbas de gato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.18 Fondear a la entrante y a la vaciante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.19 Riesgos al fondear dos anclas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.20 Uso del fondeo del ancla de popa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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9 Remolque de altura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7
Teoría del remolque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Procedimientos para reconocer la resistencia del remolcado Cálculo de la potencia requerida en el remolcador . . . . . . . Aplicación de experiencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cálculo de parámetros sobre el equipo de remolque . . . . . . Composición y cálculo de la longitud del remolque . . . . . . . Remolque en la mar con oleaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Maniobra de los buques
9.8 Remolque realizado por buqes, sin ser del tipo remolcador . . . 9.9 Características básicas en remolcadores . . . . . . . . . . . . . . . . 9.10 Consideraciones a tener en cuenta en todo tipo de remolques 9.11 Períodos críticos en las maniobras de remolque . . . . . . . . . . 9.12 Preparación para el remolque de altura . . . . . . . . . . . . . . . . 9.13 Procedimientos para dar el remolque . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.14 Dar remolque en tiempos duros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.15 Equipos disponibles para efectuar el remolque . . . . . . . . . . .
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198 201 201 203 205 206 207 209
10 Maniobras de remolque en puerto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 10.8 10.9
Justificación del uso de remolcadores en puerto Consideraciones para tomar remolque en puerto Firme del remolque y sujección del remolcador . Posición de los remolcadores . . . . . . . . . . . . . Acción conjunta de varios remolcadores . . . . . . Maniobra con remolques abarloados . . . . . . . . Remolque en línea y tándem de remolcados . . . Remolque en línea y tándem de remolcadores . . Maniobras asistidas por remolcadores . . . . . . .
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11 Maniobra en aguas restringidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 11.1 Definición de aguas restringidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Efectos detectables en el buque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3 Asiento dinámico (squat) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.4 Cuantificación del asiento dinámico . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.5 Ancho y profundidad influcenciables . . . . . . . . . . . . . . . . 11.6 Velocidad crítica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.7 Gráficos y tablas para calcular el máximo squat . . . . . . . . . 11.8 Aumento de los parámetros de maniobra en aguas someras 11.9 Fenómenos de interacción con obstáculos laterales . . . . . . 11.10 Maniobras generales para prevenir los efectos de las aguas buque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.11 Maniobras específicas en aguas someras . . . . . . . . . . . . 11.12 Maniobras del buque en canales . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.13 Interacción con otros buques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.14 Cálculo analítico de los efectos de interacción . . . . . . . . .
............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ someras sobre el ............ ............ ............ ............ ............
231 233 234 236 237 239 241 245 246 248 249 251 254 260
12 Amarre de los buques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 12.1 Funciones de las amarras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 12.2 Características de las amarras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 12.3 Selección de la amarra requerida y su número . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
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Índice
12.4 Fuerzas que deben soportar las amarras . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.5 Efectos de los agentes externos sobre las amarras . . . . . . . . . . . 12.6 Características del equipo de fuerza relacionadas con las amarras 12.7 Procedimiento para el cálculo de las fuerzas sobre el buque . . . . 12.7.1 Método aplicable a buques no especiales . . . . . . . . . . . . . . . . 12.7.2 Método aplicable a buques de gran desplazamiento . . . . . . . . . 12.8 Cálculo de las fuerzas generadas por el oleaje . . . . . . . . . . . . . . 12.9 Definición de un plan de amarre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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267 271 272 273 273 285 291 196
13 Defensas portuarias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 13.1 Necesidad de las defensas portuarias . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.2 Proceso de impacto. Relación con la defensa . . . . . . . . . . . 13.3 Movimiento del buque después del primer impacto . . . . . . . 13.4 Influencia de la masa hidrodinámica . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.5 Energía absorbida por la escora en el impacto y otras causas 13.6 Importancia de la componente tangencial de velocidad . . . . . 13.7 Fuerzas condicionantes en el atraque . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.8 Influencia de las olas sobre el buque en amarre . . . . . . . . . . 13.9 Elementos constitutivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.10 Tipos de defensas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.11 Contradicciones en una defensa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.12 Ayudas al atraque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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14 Maniobras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 14.1 Planteamiento esquemático de la maniobra . . . . . . . . . . 14.2 Maniobras tipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.2.1 Buques de 1 hélice, atraque babos y estribor al muelle 14.2.2 Maniobras de atraque con viento . . . . . . . . . . . . . . . 14.3 Otras maniobras de atraque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.4 Maniobras de desatraque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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15 Maniobras especiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 15.1 Maniobra de aproximación buque-buque . . . . . . . . . . . 15.2 Maniobra de amarre a monoboya . . . . . . . . . . . . . . . . 15.2.1 Maniobra de aproximación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.3 Maniobras del buque para el salvamento de personas en 15.3.1 Principios básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.3.2 Acciones relacionadas con la maniobra . . . . . . . . . . 15.4 Selección de la maniobra según situación . . . . . . . . . .
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339 344 344 347 347 349 354
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16 Maniobra en hielos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357 16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6
Características de la navegación en zonas polares . . Identificación del hielo presente . . . . . . . . . . . . . . Características del buque para maniobrar en hielo . . Navegación en convoy en zona de hielos . . . . . . . . Maniobras en hielos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Comunicación entre buques en navegaciones árticas
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357 358 360 364 365 368
17 Simuladores de maniobra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 17.1 17.2 17.3 17.4 17.5 17.6
Justificación de los mismos . . . . . . . . . . . . . . . . . . Factor humano aplicado a los simuladores . . . . . . . . Evolución de los simuladores . . . . . . . . . . . . . . . . . Análisis general de un prototipo de simulador . . . . . . Simuladores de maniobra aplicables a la investigación Aplicaciones a la investigación . . . . . . . . . . . . . . . .
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369 370 371 374 379 380
18 Bibliografía seleccionada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383 18.1 Equipamiento de maniobra . . . . . . . . 18.2 Relativo a la vela . . . . . . . . . . . . . . . 18.3 Maniobra básica general . . . . . . . . . . 18.4 Agentes externos . . . . . . . . . . . . . . 18.5 Maniobras de fondeo y atraque . . . . . 18.6 Maniobra con remolques . . . . . . . . . 18.7 Aguas someras . . . . . . . . . . . . . . . . 18.8 Maniobra avanzada . . . . . . . . . . . . . 18.9 Simuladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.10 Guías de procedimiento y formación 18.11 Maniobras especiales . . . . . . . . . . .
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19 Referencias del texto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387 Anexos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391 Anexo I. Gráficos para la obtención de los coeficientes de viento y corriente . . . . . 393 Anexo II. Gráficos para la obtención de los coeficientes de olas . . . . . . . . . . . . . 401 Anexo III. Gráficos para la obtención de los coeficientes para el cálculo de las interacciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
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1 Equipo de propulsión 1.1 Características de los sistemas de propulsión a efectos de maniobra A efectos de las necesidades y pecularidades de la maniobra, se considerarán 2 tipos de propulsores: los buques con motor de explosión y los buques de vapor. Por su escasa representatividad no se tratarán los buques movidos por energía nuclear ni los eléctricos. En primer lugar el motor de explosión es el más instalado en los buques comerciales (>97%) en relación con los buques de vapor. Las características y condicionantes a tener en cuenta para las necesidades de la maniobra son: . Para la maniobra, usan fuel ligero que debe calentarse primero, lo que obliga a un preaviso con la suficiente antelación. . Arranca por inyección de aire comprimido en los cilindros, aportado por una reserva que rellena el compresor de la máquina principal. Cuando la maniobra se ejecuta con un elevado número de órdenes y con gran frecuencia, el compresor puede ser incapaz de reponer el consumo de aire que se realiza y agotar la reserva, situación que provoca la inutilización de la máquina hasta tener el mínimo de aire necesario. Por esta circunstancia, deben conocerse las características del buque en este sentido, para realizar las maniobras con el número mínimo de órdenes. Este condicionante ha sido superado por las hélices de paso variable, en las que el eje de la hélice gira constantemente en un sentido, lo que evita tanto los arranques como la dependencia de la ejecución de la orden desde máquinas, al depender su ejecución totalmente desde el puente. . Dificultad en cambiar el sentido de giro de la máquina, tanto partiendo de la marcha avante como de la marcha atrás, al girar la hélice en su propia estela hasta que se logra contrarrestrar, y sobre todo cuanto mayor es el régimen de revoluciones de partida para invertir el sentido de giro hasta que la hélice no está completamente parada, salvo riesgos de daños en el eje de cola. Por ello, es mejor reducir
© los autores, 1998; © Edicions UPC, 1998. Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorización escrita de los titulares del "copyright", bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamiento informático, y la distribución de ejemplares de ella mediante alquiler o préstamo públicos.
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la velocidad a la mínima posible antes de ordenar cambios de sentido en el trabajo del motor. Los buques de vapor o turbinas presentan las siguientes características: . La turbina de vapor es menos pesada que su equivalente diesel y más segura, sin embargo su consumo es mayor y más caro. . La respuesta a cualquier cambio de régimen es lenta, ya que requiere más tiempo para incrementar o disminuir las revoluciones. Por ello, cada movimiento de la maniobra debe ser planeado con suficiente antelación para ejecutarlo con el margen de seguridad relacionada con la de respuesta de la máquina. . Para la máquina atrás se utiliza una turbina que puede ser inferior a 2/3 de la marcha avante. Eso significa una pérdida importante de la disponibilidad en casos apurados para retener la arrancada en el menor tiempo y distancia posibles.
1.2 Giro y número de las hélices Salvo en casos especiales, conocidos bajo la expresión general de hélices de paso variable, de las que se hablará en apartado posterior, las hélices son fijas y solidarias al eje de cola, girando con él en uno u otro sentido. Cuando, para conseguir la marcha avante del buque, las hélices giran en el sentido directo, como las agujas del reloj, visto desde la popa del buque mirando hacia proa, se dice que giran a la derecha o dextrógiras, mientras que en sentido contrario, son llamadas de giro a la izquierda o levógiras. Con máquina para lograr atrás, las de giro a la derecha lo hacen a la izquierda y las de giro a la izquierda lo hacen a la derecha. Entre las hélices ordinarias tienen una mayoritaria instalación las de giro a la derecha en la marcha avante, por lo que un buque que las equipe constituye la aceptación generalizada y su comportamiento es el más esperado. Cuando las hélices del buque tienen el giro a la izquierda en la marcha avante es necesario indicarlo expresamente a los oficiales o prácticos que embarquen en el buque, ya que, como se verá en el siguiente apartado, los efectos sobre el buque serán distintos provocando situaciones durante la maniobra que serán condicionantes de su realización, y por tanto hay que tenerlos en cuenta en todas las situaciones en que se utilice la máquina como propulsor. Del mismo modo, según las numerosas variaciones que permite la construcción naval y las necesidades de navegación y maniobra según tipo de buque y destino de explotación asignado, los buques pueden equipar un número variable de hélices, aunque si bien una hélice es lo más aceptado en el mayor número de buques, también pueden considerarse normales los buques de hélices gemelas, mientras que son pocos los que disponen de tres y escasos los que tienen 4. En cualquier caso, a efectos de maniobra el estudio queda
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reducido a buques con 1 o dos hélices, ya que en buques de 3 la maniobra se efectúa con la central y en buques de 4 las 2 de cada banda son equivalentes a 1 y por ello como si equipara 2 hélices gemelas. Cuando el sentido de giro de las hélices gemelas es en avante son llamadas hacia afuera si la de Er. es de giro a la derecha y la de Br. a la izquierda, o de giro hacia adentro si la de Er. es levógira y la de Br. dextrógira (Fig. 1.1).
Fig. 1.1 Giro de las hélices
1.3 Efectos de las hélices en la maniobra Junto con el timón, la hélice constituye uno de los elementos más importantes para la maniobra del buque. Por tanto es necesario no solo conocer sus características bajo el punto de vista de la construcción naval(1) y su instalación a bordo, sino muy especialmente los efectos que proporciona sobre el buque y los procedimientos de maniobra para su aprovechamiento eficaz. Esta es la parte que interesa a la maniobra operativa y que se analizará en éste y los siguientes apartados. Al moverse avante, parte del agua fluye a Pp. creando la estela donde opera la hélice, acelerándola y empujando al buque. Una hélice trabaja mejor en el flujo de la estela que fuera de ella. El objeto de la hélice es producir un empuje al buque, como resultado de las altas presiones inducidas en el plano inferior de la pala (baja velocidad de las partículas sobre ella, y, a su vez, la acción de la baja presión en la cara alta en cada una de las palas altas) y la velocidad de las partículas de agua (Fig. 1.2).
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Las variaciones de flujo en las palas con fluctuaciones de carga durante la revolución crean vibraciones. Cuando la pala alta está en la vertical superior, la presión hidrostática es baja y el empuje alto, pudiendo ocurrir que el extremo de la pala llegue a ser suficientemente baja para alcanzar la presión del vapor de agua, lo cual provoca la cavitación, con producción de ruido, erosiones, vibraciones, que se incrementan al aumentar los flujos de estela irregulares. El timón también se ve afectado por la cavitación y la vibración, debiendo mantener una separación longitudinal crítica para reducir tales efectos negativos.
Fig. 1.2 Presión y velocidad de las partículas en la hélice
1.4 Fuerzas y corrientes creadas por la hélice y la marcha del buque Si consideramos una sección vertical de la hélice y otra longitudinal en su relación con el codaste del buque (Fig. 1.3), obtendremos el siguiente desarrollo de fuerzas resultantes:
Fig. 1.3 Fuerzas creadas por la hélice La partícula de agua (a) de la pala superior (A) produce una presión normal (r) que, aplicada a la superficie total de la cara activa de cada una de las palas, dará la presión normal total
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(R). La fuerza (r) se descompone en una fuerza longitudinal (e) de empuje y una transversal (l) de presión lateral. A su vez, la pala inferior (A') producirá los mismos efectos que su homóloga situada en la vertical superior con una fuerza normal (r') y las resultantes de su descomposición en (e') y (l'). La suma de todas las fuerzas normales provocadas por las de todas las partículas de agua impulsadas por las palas de la hélice dará la fuerza total (R), cuya descomposición en fuerzas longitudinal y transversal producirá el empuje total (E) en la chumacera de empuje y la fuerza lateral (LR). El efecto de empuje provocado por todas y cada de las fuerzas (e) tiene el mismo signo de aplicación, por lo que el empuje total (E) tiene la máxima eficacia, sea cual sea el sentido de giro de la hélice. Mientras que la fuerza lateral (LR) es el resultado de la suma algebraica de fuerzas parciales de signo distinto, ya que las producidas en medio sector (180E) circular en el sentido de giro tienen un signo y el otro semicírculo (180E) el signo contrario. La resultante de guiñada provocada por la presión lateral de las palas tiene un valor variable teniendo en cuenta las condiciones de carga (calado) del buque y si parte o no de la situación de reposo. Considerada una hélice de cuatro palas cuando se encuentre en una posición dada (Fig. 1.4), para una hélice de giro a la derecha, la condición de trabajo de cada una de las palas será la siguiente:
Fig. 1.4 Resultante de la presión lateral de las palas Pala núm. 1. 1 Si el buque parte de la situación de reposo, la variable que condiciona su comportamiento y eficacia es su trabajo en una zona de menor presión, con lo cual el empuje y presión lateral no son elevados y la tendencia de caída de la popa a Br también será escasa. Popa a Br. con intensidad relativa. Mientras que si se encuentra en movimiento, en su giro tiende a pasar a la parte superior del fluido a una zona de relativas altas velocidades de la estela y por tanto el valor de la velocidad del avance decrece, aumentando el ángulo * de ataque de
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la pala. Vo actuará sobre la pala en un mayor y más efectivo ángulo de ataque, aumentando el valor del empuje y la presión lateral, lo que significa un incremento en la tendencia de llevar la popa a babor. Popa a Br. con intensidad media. Pala núm. núm. 3. 3 Con el buque en reposo, la pala pasa a una zona de mayor eficacia con una resistencia al giro, semejante a trabajar en un medio más denso que su pala opuesta 1, lo que provoca una poderosa tendencia de llevar la Popa a estribor, con clara ventaja sobre la opuesta pala núm. 1. Popa a Er. con intensidad alta. Buque con arrancada, la influencia de la corriente de estela es menor, y por tanto, la fuerza lateral a Er. es menor ya que se encuentra en una zona más profunda y alejada de aquella. Popa a Er. con intensidad media. Pala núm. 2. 2 Tanto si el buque parte de reposo como con arrancada, la pala se mueve hacia abajo en contra del flujo ascendente del agua bajo la bovedilla. El flujo equivale a incrementar N en el término 2BrN. Todos los demás valores también aumentan. Popa a Er. con intendidad media. Pala núm. 4. 4 También como en el caso de la pala núm 1, el movimiento de la pala hacia arriba, que con el flujo y experiencias anteriores proporcionan unos efectos con tendencia a su incremento. Popa a Br. con intensidad baja, aunque creciente. creciente. La resultante de considerar el efecto de las cuatro palas es: Para el buque partiendo de reposo una clara tendencia de caída de la popa hacia la banda a la que tiene su giro. Para el buque ya con arrancada, la influencia de la corriente de agua que recibe la hélice, en especial sus palas altas, equilibra las presiones de trabajo en relación con la bajas, llegando incluso a tener una tendencia de llevar la popa ligeramente a la banda contraria de giro. El empuje lateral de las hélices es importante desde que el buque parte de reposo hasta que se crea el flujo de la estela que equilibra las diferencias de trabajo de las palas superiores a las inferiores durante el giro de la hélice, cuyo resultado es un efecto de guiñada en la dirección de giro, es decir, caída de la popa a estribor en las hélices de paso a la derecha, o bien, la popa a babor en las hélices levogiras. Dicha tendencia se reduce, anula o cambia de banda al incrementarse la velocidad. Con un criterio de aplicación semejante, deberá tratarse la influencia del asiento y el calado del buque, en cuanto a la posición de la hélice respecto a la profundidad de agua en que trabaje. El resultado es un mejor equilibrio de las fuerzas cuando la hélice trabaja en aguas más profundas, correspondiendo a las condiciones de buque a plena carga o buque en cualquier condición de carga pero con un importante asiento apopante. Por el contrario,
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para los buques en lastre, asiento aproante o fuertes cabezadas, significa que las palas superiores descubran parte de su superficie por encima de la superficie del agua, con pérdida evidente de empuje y una notable diferencia con la incidencia de las palas inferiores, por lo que todavía es más clara la caída de la popa a la banda de giro de la hélice. Si en principio uno de los objetivos del propulsor en la maniobra queda plenamente conseguido por la acción del empuje, imprimiendo en el buque un movimiento avante o atrás según el sentido de giro de la hélice, la fuerza lateral (LR) tiene unos efectos negativos sobre el buque, ya que tenderá a llevar la popa del buque hacia una banda sin pretenderlo el maniobrista, ya que en todo caso, si fuera su voluntad, usaría el timón para conseguir dicha caída, siempre claro está que, por ser conocidos tales efectos, sean aprovechados cuando sea posible hacerlo, como de hecho se utilizan para determinadas maniobras de atraque (ver capítulo de maniobras de atraque).
1.5 Otros efectos generados por las hélices Además del empuje en el sentido de la marcha y el empuje lateral, las hélices generan corrientes de agua con efectos relativos sobre el buque, que se deben considerar y conocer, tanto en su intensidad relativa, como en su dirección y sentido. Corriente de de estela: estela constituida por el avance del buque, es variable con la resistencia que ofrece el buque, con poca influencia por quedar a popa del buque, si bien, la dirección de Pp. a Pr. llena el vacío que deja la hélice. Corriente de aspiración: aspiración al mover el agua que se encuentra en el sentido de la marcha hacia el lado contrario. En la marcha avante el agua recorre ambos costados del casco del buque sin influencias significativas. En la marcha atrás, no tienen ninguna influencia sobre el buque al proceder de una zona exterior y a popa de la hélices. Corriente de expulsión: expulsión con influencia sobre la pala del timón con la marcha avante, ya que el agua expulsada por las palas según su posición representa una fuerza aplicada superior para la que tiende a ocupar posiciones altas al ser recibidas integramente por la pala del timón, mientras que las aguas impulsadas por las palas de la hélice que tienden a ocupar las posiciones inferiores la echan hacia la parte baja de la pala del timón con pérdida sustancial de parte de ella. En la marcha atrás, las corrientes de expulsión generadas por las palas altas de la hélice inciden sobre la bovedilla más próxima mientras que las corrientes de las inferiores tienden a perderse por debajo del codaste y quilla del buque, lo cual significará una tendencia de caída de la popa más pronunciada a la causada por la presión lateral de las palas, por ello, la caída es más significativa que en las mismas condiciones con marcha avante.
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1.6 Cuantificación de la corriente friccional La corriente friccional es mayor en superficie, en la vertical del plano longitudinal y a popa. Se reduce hacia afuera y hacia abajo de cada costado. Los valores de la velocidad de la estela pueden darse según la posición de las palas de la hélice (Fig. 1.5), o bien, para la distancia lateral exterior al buque (Fig. 1.6).
Fig. 1.5 Valor en profundidad de la corriente de estela
Fig. 1.6 Valor lateral de la corriente de estela
La velocidad relativa del agua cerca del casco es pequeña, ya que la corriente de estela arrastra al buque. Así, para un buque que se mueve a 15 nudos y arrastra con él una corriente de estela de 3 nudos, la hélice solo avanza a 12 nudos.
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El máximo rendimiento de la hélice se desarrolla a 0,7 de la longitud de la pala desde el eje, que debe ser aplicada a la fórmula para obtener la velocidad correspondiente a la de giro (Vg). No deberán confundirse los conceptos anteriores con el significado y valor del llamado resbalamiento de la hélice, cuyo valor se obtiene como diferencia entre el avance teórico proporcionado por el número de revoluciones y el paso de la hélice, con la velocidad real del buque, es decir, R = (Paso x rpm) - Vb.
1.7 Tipos de hélice y su relación con el timón Los problemas de robustez y cavitación se ven agravados por el campo de estela no uniforme detrás del buque, en particular en los buques de una hélice en los que la variación de la velocidad axial a la hélice puede ascender al 60-80% de la velocidad del buque. El consumo de combustible está directamente relacionado con el rendimiento propulsivo, y con el fin de conseguir el mayor rendimiento posible, el diámetro de la hélice será lo más grande posible con una velocidad óptima del eje de la hélice correspondiente. En principio, el área de la pala de la hélice debería elegirse lo más pequeña posible, con el fin de reducir las pérdidas friccionales; sin embargo, el límite menor para el área de la pala se determina por la exigencia de márgenes de seguridad contra la cavitación. Independientemente del tipo de hélice, de la evolución hacia potencias mayores y velocidades más altas, así como a buques más grandes, en ocasiones con líneas no ortodoxas, han aumentado los problemas de las vibraciones inducidas por la hélice y del ruido en los cuerpos de popa de los buques. Las vibraciones del casco se producen principalmente por el funcionamiento de la hélice en campos de estela no uniformes, y por la pulsación de la hélice con la cavitación inducida por el fluctuante ángulo de ataque de la pala. Todo ello comporta una búsqueda de soluciones que reduzcan la incidencia, tanto de las vibraciones como de la cavitación, siempre sin olvidar su mejor rendimiento, dándose opciones varias, entre ellas: Por el número número de palas, palas las hélices pueden disponer de 2 palas en embarcaciones y motores muy revolucionados, mientras que son consideradas normales las de 3, 4 o 5 palas, sin excluir hélices con un número superior. Por su generatriz, generatriz muy curvada de diseño, se han diseñado con el fin de reducir las vibraciones inducidas por la hélice, mediante una interacción más suave entre la hélice y la estela del buque.
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Por su situación respecto al al timón, timón hélices entubadas o hélices ocultas, (toberas KORT) con toberas fijas, la caña del timón está fijada en el recorrido convencional, lo que representa un incremento de 1,2 a 1,5 tons. de aumento de tiro por cada 100 BHP, debido a la aceleración de la corriente de expulsión de la hélice al pasar por la tobera, respecto a la corriente de aspiración. Más tarde, evolucionó a una unidad compuesta que gira compacta (caña, hélice y tobera), del tipo SCHOTTEL(2) (timón tobera) que permite ceñir mejor y empujar en la dirección prevista, además de no perder potencia, máxima capacidad de maniobra sin restrinciones, la misma potencia avante que en atrás, etc. lo que aplicado a específicos tipos de buque que necesitan la mayor maniobrabilidad, como son los remolcadores de puerto, les aporta la máxima eficacia. La operatividad del sistema se indica en la figura 1.7.
Fig. 1.7 Maniobra de un remolcador con sistemas SCHOTTEL
Cuando se instala en buques VLCC(3), el diámetro interior de la tobera alcanza los 8 m, tiene 0,75 m de espesor y representa una masa de unas 70 tons., con una luz de 0,050 m. entre el extremo de las palas de la hélice y la pared interior de la tobera. En sus aplicaciones iniciales, el mencionado intersticio causaba un flujo secundario y la consiguiente cavitación, cuyas burbujas llegan a crear corrosión en la cara interior de la tobera, lo que fue solucionado con el reforzamiento de dichas zonas con aceros especiales de propiedades más resistentes a la abrasión.
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Sistema Schilling(4), en la que una hélice ordinaria de paso constante aporta las corrientes de expulsión a un sistema de timones que según la posición y orientación que adoptan proporcionan el empuje al buque (avante o atrás) o actúan como timón (Fig. 1.8), según permitan el flujo entre las palas del sistema Schilling.
Fig. 1.8 Sistema Schilling como propulsor y gobierno
Si bien la primera versión del sistema empezó constituida por un solo timón con un gran sector para el ángulo del timón (hasta 90E a cada banda), por el cual el buque obtenía toda la caída de su proa dentro de su propia eslora, más tarde, el sistema se perfeccionó con la instalación de dos timones Schilling por lo que se aumentaba la eficacia de la maniobrabilidad. El manejo es tan sencillo como la orientación de una empuñadura que sitúa un punto de referencia en un eje de coordenadas, por el que se conoce la acción que provoca la orientación del sistema. Por la variabilidad del paso paso, las hélices de paso variable constituyen un sistema de enormes ventajas para la maniobra, en principio basadas en la respuesta más rápida en el régimen
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de máquinas seleccionado; no obstante, deben considerarse todas las aportaciones que son inherentes a este tipo de hélices, ya que también presentan ciertas desventajas con las ordinarias, sin contar las propias de su delicada construcción, instalación y mantenimiento que las hace más vulnerables en todas sus partes constituyentes, como son el núcleo y las palas, la línea de ejes, el mecanismo de accionamiento del paso de la hélice y los sistemas de control remoto del paso. Las hélices de paso variable presentan las siguientes características: . Cuando se reduce la velocidad del buque, el flujo de agua sobre el timón queda apreciablemente roto, a menos que el paso se reduzca gradualmente. El efecto adverso es importante de cara a la maniobrabilidad. La hélice, por seguridad, no debe ponerse con paso cero para reducir la velocidad mientras se requiera timón. . En marcha atrás es menos efectiva que la convencional, por los mismos problemas anteriores, lo que requiere el cero de máquina atrás más dilatado para pararlo. . Menos eficaz a menor velocidad. . Al estar girando siempre, hay problemas con los cabos. . Necesita datos de las velocidades desarrolladas en cada orden de máquinas, dispuestas visiblemente en el puente próximo al telégrafo de régimen. En cuanto al giro de las hélices de paso controlable (Fig. 1.9), aun pudiendo ser en uno de los dos sentidos, es más frecuente el giro constante a la izquierda, para que en atrás el buque pueda comportarse como los buques convencionales, respecto al sentido de aplicación del empuje lateral de la hélice, es decir, LR a Br. y por ello la Pr. a Er.; mientras que si fuera el giro de paso a la derecha, al dar atrás solo cambiará la orientación de las palas, no su giro, y por tanto, la popa caería a Er. y la proa a Br., circunstancias no esperadas, a menos de ser conocidas con antelación.
1.8 Hélices de maniobra Desde que en 1959 la primera hélice de maniobra de paso variable entró en funcionamiento en el buque de bandera danesa "Prinsesse Benedikte", su uso se ha extendido a muchos y variados tipos de buque, especialmente en aquellos en que concurra la necesidad de maniobra y funciones específicas, entre ellos: . Ferries con frecuencia de atraques en zonas congestionadas y rápida realización de la maniobra. . Remolcadores, por la elevada necesidad de evolución, potencia de tiro y maniobrabilidad. . Buques de investigación y cableros, por su necesidad de mantener el rumbo en condiciones extremas.
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. Costeros y navegación de cabotaje, por cuanto les independiza del uso de remolcadores. . Portacontenedores, pasaje y buques de alta velocidad, para reducir su elevado período de maniobra en puerto.
Fig. 1.9 Empuje lateral en hélices de paso variable No obstante, su empleo, en aumento de las cotas de seguridad, es aplicable a todo tipo de buque, incluso los VLCC, al proporcionarles una mejor capacidad de evolución en las condiciones más desfavorables (viento y corriente), controlando su inercia(5). Son una aplicación de las hélices de paso variable, instaladas transversalmente en una y/o las dos cabezas del buque, con el fin de proporcionar fuerzas laterales que asistan la acción poco relevante del timón a bajas velocidades, básicamente correspondientes con las maniobras de atraque/desatraque y navegación en aguas confinadas. Puede decirse a efectos de cuantificación, aunque solo aproximadas según la potencia aplicada, que equivalen a un tiro lateral comprendido entre 10 y 15 tons., calculado por un valor normal de la relación empuje/CV, que viene a ser unos 11 kg/CV de BHP (CV de potencia al freno). Una pérdida significante de empuje y de momento de giro en el buque aparece cuando el buque usa la hélice de maniobra con importante arrancada avante, (Fig. 1.10), debido a una extensa y profunda área de baja presión a la salida del chorro y otra, también de menor presión entre el chorro y el casco, lo que representa una reducción del 50% en el empuje lateral cuando el buque navega tan solo a 2 nudos avante. Otro aspecto negativo de acción opuesta a la deseada es el llamado efecto Coanda, por el que el chorro tiende a adherirse al pantoque produciendo una zona de presión negativa, en oposición al chorro (Fig. 1.11).
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Fig. 1.10 Comportamiento hélice maniobra con arrancada avante
Fig. 1.11 Efecto Coanda Presentan las siguientes ventajas (Fig. 1.12): . Máxima eficacia lateral, por su situación en los extremos del buque. En el diagrama se muestra la relación de tiempo/potencia aplicada para caer 90E hacia vientos de velocidad (varias curvas en m/sec), inicialmente recibido por la banda de caída, para un buque contenedor de PM = 26650 tons., E = 242 m., C =
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10,7 m., superficie de apantallamiento de 4300 m2 y 2700 m2 bajo la línea de flotación.
Fig. 1.12 Caída de 90E contra el viento con h.p.c. . Disponibles en toda condición y circunstancias. . Proporciona buen control lateral, sin provocar movimientos longitudinales. . Reduce las necesidades de disponibilidad de remolcadores, sobre todo en espacios muy reducidos. . Puede ayudar en el gobierno a velocidades muy pequeñas y en navegación en canales y pasos angostos. . Puede ser utilizada en asistencia de las amarras en circunstancias críticas. . En máquina atrás partiendo de reposo, no necesita tanto espacio por la popa y controla bien la proa. . A baja velocidad, la hélice de maniobra junto con el timón proporcionan un momento de giro prácticamente constante. Presentan las siguientes limitaciones: . Poca eficacia a determinadas velocidades, entre 2 y 5 nudos, aunque las hay que operan bien a velocidades entre 5 y 10 nudos, si bien a esas velocidades son más importantes los efectos del timón. . No son muy eficaces con poco calado por estar cerca de la superficie . Menos potencia que los remolcadores actuales, y por tanto más lento en su propósito de lograr el giro. . No puede ser usada para disminuir arrancada . Requiere constante mantenimiento. . Disponibilidad de rejillas en túneles que eviten introducción de objetos.
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. Aplicaciones de construcción naval en las aberturas de los túneles que no produzcan resistencias adicionales. . Debe tener clara definición de los efectos que produce según el régimen, visibles para uso del maniobrista.
1.9 Pruebas de tracción a punto fijo de las hélices Las condiciones del buque para poder realizar dichas pruebas son(6): . El calado del buque deberá ser el mayor posible, con la finalidad de reducir la extensión de la cavitación que se desarrolla sobre las palas de la hélice, y evitar en la medida de lo posible que se produzca una pérdida de empuje de la hélice a consecuencia de la cavitación. La inmersión de la hélice contribuye también a que no se produzca succión de aire por su parte. Durante la realización de las pruebas, se hace patente el inicio de la succión de aire o de la pérdida de empuje producida por un desarrollo excesivo de la cavitación, por el hecho de que el cociente entre la fuerza de tracción leída en el dinamómetro y el cuadrado de las revoluciones disminuye cuando las revoluciones de la hélice aumentan. El desarrollo excesivo de la cavitación sobre las palas de la hélice se hace patente, en ocasiones, por la aparición de fuertes vibraciones del casco. El trimado del buque durante la experiencia ha de ser lo más similar al de explotación, o bien nulo. . El fondo ejerce un efecto de frenado sobre el chorro de agua lanzado por la hélice, y en consecuencia, le resta cantidad de movimiento disminuyendo, por consiguiente, el empuje ejercido por la hélice. Se recomienda que la profundidad de agua bajo quilla sea por lo menos dos veces y media el calado medio. La aparición de barro o aguas turbias durante las pruebas es indicio de que se están obteniendo resultados negativos. . Lo ideal sería que el chorro de agua lanzado por la hélice progresase en aguas abiertas hasta que se anulase su velocidad, a consecuencia de las fuerzas de viscosidad ejercidas sobre él por el fluido que le rodea, pero ello, por lo general, no resulta factible. La longitud del cable, en principio, debería ser adecuada para que se produjese el frenado del chorro de agua lanzada por la hélice, antes de que éste alcanzase los parámetros del muelle, escollera, etc. A efectos prácticos, se recomienda que la longitud del cable no sea nunca inferior a 150 m., si bien alguna sociedad de clasificación requiere que el cable tenga una longitud no inferior a 300 m. Cuando la longitud del cable es escasa, la fuerza del tiro se reduce considerablemente, debido a que, al incidir el chorro de agua lanzado por la hélice sobre un paramento, sufre una reflexión y se produce una recirculación de agua que cambia el grado de avance de la hélice, originando un resbalamiento aparente de ésta. Es
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preciso mencionar también que cuanto mayor es el empuje que puede proporcionar una hélice, mayor es la corriente de circulación que origina. . Las mediciones deberán hacerse por un período de tiempo no inferior a cinco minutos, si bien otros recomiendan que dicho período no exceda de diez minutos, siendo preciso que el motor del buque se haya calentado previamente, y que durante la realización de las pruebas se ponga la máxima atención en alcanzar las revoluciones deseadas con la mayor rapidez posible, pero procurando que el buque parta de una situación tal que el cable resulte pretensado con objeto de que, por la acción de las fuerzas de inercia del barco, no se desarrollen tensiones sobre el cable que pudiesen exceder de su carga de rotura. . Se comprobará la correspondencia existente entre las revoluciones de la hélice y las temperaturas máximas del motor. . Se dispondrá de un torsiómetro, mientras que los dinamómetros deberán estar tarados con una antigüedad no superior al año. . A efectos del control de los resultados obtenidos en la prueba, si se midiesen potencias propulsoras, deberían de resultar constantes los cocientes entre éstas y los cubos de las revoluciones. . Aplicando la ecuación de estado de los gases perfectos al volumen de uno de los cilindros del motor, se deduce que las presiones medias internas han de ser proporcionales a las temperaturas absolutas de los gases de exhaustación. Al ser los pares entregados a la línea de ejes proporcionales a las presiones medias y ser los pares proporcionales a las revoluciones al cuadrado, deberá suceder que las temperaturas absolutas de exhaustación sean también proporcionales a las evoluciones al cuadrado.
1.10 Consideraciones al conjunto hélice-timón Si bien, tanto por los distintos tipos de timones existentes y de posible instalación, como por las características de diseño que presenten las hélices como propulsores, existen tendencias cualitativas a tener en cuenta: 1.- Al aumentar la velocidad del flujo incidente, aumenta la fuerza del timón; por ello, la mejor disposición relativa de ambos entre sí es que el timón esté situado en el chorro de la hélice. No obstante, el efecto de la estela producido por el casco es negativo, así que, buques de dimensiones similares y estelas más altas, necesitan timones más grandes que otros con estelas más bajas. 2.- El reparto vertical de velocidades dentro del chorro de la hélice causa pérdidas de sustentación en el timón a causa de la heterogeneidad del flujo y el gradiente de dicho perfil de velocidad. Estas irregularidades aumentan con la carga del propulsor y son mayores cuanto más cercano esté el timón de la hélice.
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3.- La localización del centro de presiones del timón por la influencia del chorro de la hélice tiene su centro de presiones más a proa que en flujo uniforme y esta tendencia es tanto más acusada cuanto mayor es la carga de la hélice.
.
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2 Equipo de gobierno 2.1 Timón. Definición Instrumento que, con la marcha del buque, permite gobernar el buque, constituyendo uno de los elementos básicos de la maniobra. No obstante, no es el único sistema con que cuenta el buque para variar la proa, ya que puede conseguirse un rudimentario gobierno de los equipos propulsores y equipos auxiliares de maniobra, así como la asistencia de otros elementos del buque, como las anclas, o timones de fortuna (de muy variada constitución) en caso de avería importante de los timones estructurales. En los buques actuales, su colocación está casi reservada al codaste, si bien, en buques de otras épocas, su situación era lateral en la zona de popa (espadillas), o incluso, en los últimos años, se han experimentado sistemas de timón auxiliares situados en el mismo bulbo de proa (Navy flux). Todos los timones que fundamentan su trabajo en el seno de las aguas deben aprovechar los efectos hidrodinámicos de aquella y por ello necesitan la incidencia de las partículas de agua sobre el timón, lograda, bien por la marcha del buque por medio de sus medios de propulsión, bien por la acción del agua en movimiento a causa de corrientes de cualquier tipo (marea, fluvial). Por tanto, la eficacia del timón, en la maniobra voluntaria del buque, estará siempre directamente relacionada con el equipo propulsor y la propia eficacia del mismo. El objetivo de este capítulo es conocer los efectos del timón en la maniobra, no sus características(1), si bien se reciclarán los conocimientos adquiridos en construcción naval para mejor seguimiento de las necesidades de la maniobra. Los requisitos exigidos a los timones son: . Ha de tener suficiente resistencia para soportar los esfuerzos dinámicos provocados en la evolución.
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. Los soportes, tanto para cargas verticales como horizontales, han de ser los adecuados y con poca fricción. . Las deformaciones debidas a su propio peso no deben ser motivo de bloqueo. . Los huelgos de apoyo y soporte han de ser los correctos, para que no haya un desgaste anormal. . Deben tener un fácil mantenimiento. Por su construcción, la eficacia del timón dependerá de: . La superficie total de la pala. . Su posición respecto a los propulsores y del buque. . Del número de timones. . De las formas del codaste.
2.2 Estructura del timón Los elementos que en su conjunto constituyen los timones de los buques comerciales son (Fig. 2.1):
Fig. 2.1 Componentes del timón
. Mecha: pieza que, relacionada con la cruceta del servomotor, proporciona la movilidad a la pala del timón. Es de acero forjado, cuyo diámetro de diseño es obtenido por fórmula empírica en la que se relacionan la superficie de la pala, la propia longitud de la mecha, la velocidad de servicio del buque y su posición respecto a las hélices.
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.Palma: también llamada coper, constituye la pieza cuya superficie servirá para el ensamblaje de la mecha con la pala. El espesor es aproximadamente la cuarta parte del diámetro de la mecha. La unión con la pala se efectúa por bulones y pernos de ajuste en un número superior a 6 con chavetas. La distancia del centro del perno al borde de la palma será superior al diámetro del bulón. . Limera: cierra en la cubierta del servomotor en chumacera de empuje, consiguiéndolo por empaquetadura y casquillo prensaestopa. En su paso, la mecha lleva casquillo o forro. . Machos: ejercen presión sobre las hembras, en función directa a la superficie de la pala y la velocidad de diseño del buque, e inversamente con el diámetro del macho y la superficie de apoyo de la hembra. Las presiones no superan los 75 Kg/cm2 en cojinetes metálicos, los 60 en sintéticos y 50 en aquellos recubiertos de guayacán. Los alojamientos de los machos se llaman tinteros. . Madre: en timones de doble plancha, el eje sobre el que gira y soporta la pala. . Canto de ataque: la arista situada a proa de la pala. . Canto de salida o cierre: la que está situada a popa de la pala. . Refuerzos verticales y horizontales: los elementos resistentes internos sobre los que se sueldan las chapas que constituyen la pala. . Lenteja: elemento de roce en el soporte inferior en el talón del codaste. . El escantillonado de las chapas lo es en función del diámetro de la mecha. En general, las chapas deben transmitir bien los esfuerzos a su mecha, madre y machos sin discontinuidades. . La pala sufrirá prueba hidráulica o neumática para comprobar su estanqueidad. Por su geometría, las definiciones más importantes son (Fig. 2.2): - Altura (h): en la dimensión del flujo - Cuerda (c): en la dimensión paralela al flujo - Espesor (t): en la dimensión perpendicular al plano de crujía. - Tipo de perfil: distribución de espesores a lo largo de la cuerda(8) - Relación de espesor: entre el máximo espesor del perfil y la cuerda (t/c). Esta relación tiene poca influencia en el valor de la fuerza generada por el timón, si bien los timones esbeltos son preferibles a los de perfil grueso, salvo en perfiles de timón muy cargados (mucha fuerza por unidad de cuerda) se produce, a un ángulo determinado y de forma brusca, la separación de la capa límite alrededor del mismo, dando origen a una sensible disminución de la fuerza un aumento del par en la mecha y vibraciones, fenómeno que es conocido como desprendimiento. En estos casos, son preferibles perfiles de timón de mayor relación (t/c). - Alargamiento: relación entre la altura del timón y la cuerda media (Õ=h/c). Esta relación tiene gran influencia en la fuerza generada por el timón. Para un área dada, un timón alto y estrecho genera una fuerza mayor que uno de poca altura y mucha cuerda. - Area del timón: referida normalmente al área total obtenida de (h.c)
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- Relación de compensación: al cociente entre el área situada a proa del eje de giro y el área total móvil.
Fig. 2.2 Geometría del timón
2.3 Tipos de timón Los timones colocados en el codaste del buque se clasifican: - Por su estructura (Fig 2.3). De plancha simple, consistente en una plancha gruesa reforzada. De plancha doble, constituida por dos planchas unidas por una estructura interior, de mayor o menor escantollinado. En este caso, las planchas de acero están separadas por refuerzos interiores entrecruzados y soldados a un marco de acero constituido por llantas y piezas de acero moldeado. Su interior es estanco y puede o no estar rellenado con sustancias de poco peso específico,
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como es la espuma de poliuretano. En este caso, la pala soporta grandes esfuerzos de flexión y tensión.
Fig. 2.3 Por su estructura
Currentiformes, en las que sus chapas constituyentes desarrollan formas curvas para mejor aprovechamiento de las corrientes hidrodinámicas de los filetes líquidos cuando incidan sobre la pala. - Por su montaje (Fig. 2.4). Soportados, cuando, además del superior, tienen un soporte inferior situado en el talón del codaste.
Fig. 2.4 Por su montaje
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Semisuspendidos, cuando el soporte inferior está en una zona intermedia de la pala. Colgantes, cuando no disponen de otro soporte que el superior. - Por su distribución (Fig. 2.5).
Fig. 2.5 Por su distribución
Sin compensar, cuando toda la pala se encuentra a popa del eje de giro (A1 = 0). Semicompensado, cuando distribuye parte de la pala a proa del eje de giro (A1 es del 10 al 15% de la superficie total). Compensado, cuando la parte de la pala situada a proa del eje del giro es superior al 20% de la superficie total. - Por su movimiento. Pala móvil, la que se mueve en su totalidad simultáneamente. Pala parcialmente móvil, principalmente con pala móvil a popa del eje de giro y la parte de proa fija al codaste. Activos, parte móvil a proa y popa del eje de giro. Flap activo, a popa de la pala del timón.
2.4 Superficie de la pala del timón La superficie del timón viene definida por las dimensiones de la eslora y el calado de diseño a la línea de verano.
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Según la eslora del buque se aplica: ST ' 0,02(E(Cv
para E$ 120 metros ST ' 0,03(E(Cv
para E$ 30 metros
(1)
También se obtiene el área aproximada de la pala del timón por la fórmula experimental en función del tipo del buque: ST '
E(Cv n
(2)
en la que el coeficiente n adquiere los valores, 20 para remolcadores de aguas quietas 40 para remolcadores de altura 60 para buques de navegación marítima Cuanto mayor es la necesidad de maniobra, mayor superficie de la pala del timón será necesario, de ahí su relación con el valor del coeficiente n. Del mismo modo, la superficie del timón de 2 buques de un mismo tipo variará según su destino de explotación. Otro parámetro importante del timón es su longitud (L) máxima medida en sentido Pr-Pp., respecto a su altura (H). Cada tipo de timón tiene su relación L/H en función de varios factores, entre ellos su colocación, el tipo de las secciones (plancha, hidrodinámicas), el tipo de buque, etc.
2.5 Acción del agua sobre el timón Si la pala del timón está en la prolongación del plano longitudinal, se dice que se encuentra a la vía, y su efecto sobre el buque es nulo. Si se coloca la pala del timón formando un cierto ángulo ("), se dice que el timón está x nº de grados a la banda, llamándose ángulo de metida el ángulo que forma la pala con el plano longitudinal. El timón en esta posición presenta una resistencia directa a la marcha, las líneas de corriente que siguen las formas del casco son lanzadas sobre la pala del timón. Así, el filete líquido F (Fig. 2.6) llega al punto A del timón creando la fuerza P. Esta línea o filete F incide con un ángulo i y se refleja con otro ángulo r sobre la normal a la pala. A su vez, la fuerza P se descompone en la fuerza Pn perpendicular a la pala y otra Pr de deriva que se desliza sobre la superficie restante de la pala, perdiéndose a popa del buque.
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Cada filete líquido que incide sobre la cara activa del timón, en este caso las de babor, proporciona un efecto útil, con la suma de todas ellas elementales componen la resultante P de la masa de agua sobre la pala.
V
*
V'
PN' G
A
PN''
PR
PN
P
"
PN
Fig. 2.6 Fuerzas creadas sobre el timón Existen varias fórmulas para determinar la Pn(9), siendo la de Joessel la más admitida y de fácil aplicación: PN '
k.S.V 2.sin" 0,2 % 0,3.sin"
(3)
siendo, ", el ángulo de timón metido a una banda S, la superficie de la pala del timón en m2. V, la velocidad del buque en m/s o nudos. k, coeficiente según la unidad utilizada en la velocidad, 5,3 si en nudos y 41,35 si en m/s. Como se analizará posteriormente en el capítulo correspondiente a la maniobrabilidad en su capacidad de evolución, la velocidad (V) es constante al principio de la metida, pero luego disminuye a otra inferior (V') según el plano de deriva (*), por lo que la fórmula para el cálculo de la presión normal (Pn) quedaría expresada: PN '
k.S.V 2.sin("&*) 0,2 % 0,3.sin("&*)
en la que " - * es casi igual a 2/3 de "
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(4)
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2.6 Punto de aplicación de la presión normal (Pn) El punto de aplicación de la presión normal (Pn) no coincide con el c. de g. de la superficie del timón, ya que no están distribuidas uniformemente las presiones aplicadas en su superficie. En la parte de popa del timón, las presiones son menores que en la zona de proa del mismo, por este motivo el punto de aplicación de Pn está más a proa que el c. de g. de la pala. Lo mismo pasa con su posición vertical, ya que la parte baja del timón está sometida a mayor presión que la zona opuesta por encontrarse a mayor profundidad, y, por ello, el punto de aplicación de Pn está más bajo que el c. de g. de la pala. La distancia del punto de aplicación de Pn al eje de giro del timón disminuye con el ángulo de metida. El área del timón debe distribuirse de tal modo que la posición del punto de aplicación sea lo más independiente posible del ángulo de metida para asegurar un esfuerzo constante en el trabajo del servomotor. Para la determinación del punto de aplicación se sigue también el criterio de Joessel con la fórmula: d ' (0,2 % 0,3.sin")l
(5)
en la que, d, distancia al canto de proa o ataque del timón ", ángulo de timón metido a la banda l, longitud de la pala del timón Al aumentar el ángulo de ataque del flujo sobre la pala, o sea el ángulo de timón, el centro de presiones se mueve hacia popa. La relación de alargamiento influye en la posición del centro de presiones. De hecho, al aumentar el alargamiento, el efecto anterior se hace menos importante, pero aumenta la distancia mínima al borde de proa para el timón al medio.
2.7 Efecto de la presión normal (Pn) en la maniobra del buque Si se aplican dos fuerzas iguales y de sentido contrario sobre un punto, el sistema no se altera. Aplicando sobre G dos fuerzas iguales (Pn' y Pn") a Pn y de sentido contrario, y descomponiendo Pn", (Fig. 2.7) se obtiene:
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PN' G
"
PR
"
Pa PN''
PN
Fig. 2.7 Efectos de la fuerza Pn La fuerza PR, resistente, se opone al empuje del buque y por tanto reduce la velocidad del buque. PR = Pn. sen " La fuerza Pa, de abatimiento, traslada transversalmente al buque hacia la banda opuesta a la que se ha metido el timón. Su efecto en el conjunto de las fuerzas que estamos analizando es el de deshacer el movimiento circular convirtiéndolo en uno curvilíneo. Pa = Pn. cos " El par de fuerzas (Pn y Pn') crea un par de giro que hace caer la proa del buque hacia la banda en que se metió el timón. La relación entre las componentes normal y transversal (PN y Pa) puede expresarse como: P PN ' a siendo C ' 1 & 0,00286" (6) C donde C es una constante determinada empíricamente.
2.8 Momento de torsión o adrizamiento (Ma) La acción de meter timón a una u otra banda debe realizarse en unas condiciones tales que represente una normalización en la respuesta obtenida, sobre todo en el tiempo.
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La Regla 29 del Capítulo II-1 del SEVIMAR(10) hace referencia a dichos cumplimientos, que en síntesis establecen que el tiempo de metida de la pala del timón 35º de una banda a 30º a la otra no será superior a 28 segundos a la velocidad máxima. Tampoco interesa que sea inferior a ese tiempo ya que el momento de torsión es enorme cuando más rápido sea la metida. Los 28 segundos corresponden experimentalmente a lo razonable para disminuir el diámetro de la mecha y la potencia del servomotor, mejorando la eficacia con el uso de los timones compensados, que en definitiva aproximan el punto de aplicación de Pn al eje de giro. Para un buque dado, en que la superficie del timón está relacionada con las dimensiones de aquel, es interesante conocer el momento de torsión que necesitará el servomotor para lograr dicha metida, a efectos de su escantollinado. El valor del momento de torsión es (Fig. 2.8): Ma = Pn . d(ON) Sustituyendo valores según Joessel se obtiene, Ma = 5,3.S.V2.l.sen " Para timones compensados, el M'a se obtendrá de las diferencias de sus respectivas acciones. M'a = Pn (d - d'), M'a = 0,6Ma El grado de compensación es la relación entre la superficie de la pala a proa del eje de giro (S') y la superficie total (S), valor que está comprendido entre 0,2 y 0,3, por lo que S' es inferior a la cuarta parte de la superficie total.
2.9 Momento de evolución Como se analizará posteriormente en el capítulo de la maniobrabilidad, por efecto del timón el buque gira (cae), a una u otra banda, sobre un punto llamado punto de giro (PG) de vital importancia para comprender la maniobra de evolución. Sin embargo, puesto que tal punto es variable en su situación dentro del buque, para simplicar la cuantificación en aproximación del valor del momento de evolución, se supone que el buque gira sobre su centro de gravedad (G), debido al par de fuerzas Pn y P'n, resultante de aplicar la fuerza Pn en el punto de aplicación del timón al girar alrededor de G. El momento necesario para crearlo es el momento de evolución (Me) y su valor es el siguiente (Fig. 2.8):
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PN' G PN''
" C D
O N
"
PN
Fig. 2.8 Momento de evolución Me = Pn.GD
GD = GC + CD
CD = ON/3
Me = Pn (GC + CD) = Pn.GC = Pn.GO.cos " y GO = E/2 sustituyendo Pn por la fórmula de Joessel y aplicando un porcentaje del 80% por la reducción de V a V' (en nudos) en la metida del timón, se obtiene: Me '
S(V 2(E(sin2" 0,2 % 0,3(sin"
(7)
Derivando dicha ecuación se obtiene el ángulo de máxima eficacia que corresponde al valor de " = 35E50', a cada banda del buque. El ángulo de metida máximo se limita en la práctica a 32E, calando unos topes en el servomotor, y algunas veces en el codaste, para que la pala no sobrepase dicho valor. No obstante ese valor teórico, habitual en la mayoría de los buques mercantes, a causa de la experimentación de nuevos tipos de timón, asociados con la propulsión, se han diseñado timones con sectores de acción de 90E a cada banda del buque. En los timones compensados, el momento de evolución es algo menor, ya que en el timón ordinario todos los filetes líquidos llegan a la pala actuando sobre ella, mientras que en el timón compensado algunos de ellos, en su trayectoria alcanzan la cara de proa de la pala formando turbulencias, los cuales al encontrarse con los que vienen por la banda contraria, hacen disminuir el valor de la presión normal (Pn) con la consiguiente disminución del momento de evolución.
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Estos momentos se suprimen, en la fase de diseño, aumentando la superficie de la pala.
2.10 Acción del timón en la marcha atrás La máxima eficacia de los buques está pensada, y así están diseñados, para ir en máquina avante; sin embargo, la ejecución de ciertas maniobras impone la necesidad de maniobrar con máquina atrás. En esas circunstancias, el buque no siempre reacciona a los efectos del timón como sería deseable, sobre todo cuando parte de reposo, en que las aguas que recibe el timón no son importantes hasta que el buque adquiere una velocidad atrás y la incidencia de los filetes líquidos puede ejercer su influencia. Es evidente que, partiendo de reposo, los efectos de propulsión llevan las aguas hacia proa del buque sin incidencia sobre la pala del timón, por lo tanto la fuerza Pn será nula en los primeros instantes, creciendo a medida que el buque adquiera la velocidad atrás (Fig. 2.9). A su vez, aun cuando adquiera dicha velocidad, el timón deja, entre su cara de proa y el codaste, un vacío o una menor presión, lo que constituye la aparición de la fuerza -Pn que se opone a la Pn de la cara activa. Todo ello representa un menor valor de la fuerza Pn y a su vez del momento evolutivo del buque en la marcha atrás. En función de la forma y tipo del timón, y las formas del codaste del buque hacen que un buque con movimiento atrás tenga una evolución poco precisa y no siempre determinable con antelación. Ante esta situación, las maniobras que incluyan la marcha atrás del buque deberán considerarse con especial atención y prevención de los resultados, tanto esperados como posibles, disponiendo una máxima atención y vigilancia de esa cabeza, en especial cuando se encuentre próximo a obstáculos por popa.
G
PN PN' (-)
Fig. 2.9 Efecto del timón en marcha atrás
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Maniobra de los buques
2.11 Otros tipos de timón y experimentales La intención de mejorar la maniobrabilidad de los buques obliga a una constante investigación y experimentación en el equipo de gobierno, en especial cuando las cambiantes necesidades del transporte marítimo precisan soluciones eficaces y la rentabilidad de los medios. Un ejemplo de ello(11) fue la transformación efectuada a buques portacontenedores, construidos en su día para la ruta de Europa a Austalia, vía canal de Suez. Con su cierre en 1967 se vieron obligados a navegar vía el cabo de Buena Esperanza durante muchos años. Se les aplicó la ley de "economía de escala", adaptándolos primero con un aumento de capacidad de transporte y aumentando su velocidad de servicio, en base a máquinas de vapor de 2 ejes o de motores diesel con tres ejes. Después de funcionar con éxito durante varios años, el incremento de los precios de combustible, hizo que fueran explotados a velocidades más reducidas, con lo cual, en dicha época, las nuevas construcciones de la tercera generación, se hicieron buques similares con menos eslora y más lentos, pero con la misma capacidad de transporte anteriores. Los buques iniciales tenían codaste abierto, una sola hélice, y timones individuales semicompensados instalados centralmente, cuya disposición era ideal para navegar por el Canal de Suez, ya que proporcionaban una excelente maniobrabilidad por tener el timón situado directamente en la estela de la hélice, con gobierno máximo incluso a velocidades reducidas. Mientras, los buques de dos o más hélices estaban provistos de un solo timón situado centralmente entre las hélices, cuya disposición era adecuada para la navegación oceánica alrededor del mundo a gran velocidad, pero con menores posibilidades de gobierno a velocidades reducidas, en especial en aguas poco profundas, ya que las estelas de las hélices no inciden en parte alguna del timón. Con la reapertura del Canal de Suez añós más tarde, los buques mencionados volvieron a surcar la ruta más corta y fue entonces cuando se produjeron una serie de accidentes en los buques de dos hélices con timón individual semicompensados. En definitiva, el estudio de los accidentes llevó a la conclusión de mejorar el acceso de los filetes líquidos a la pala del timón, logrado bien por el aumento de timones (Fig. 2.10) al número de hélices para que cada cual reciba la corriente de expulsión de la suya, bien por disposiciones de popa con timones de puerta de granero detrás de un talón de codaste cerrado. No obstante, se produce un aumento de la resistencia, aproximadamente un 4% superior con un coste importante en el consumo. También se diseñaron buques con tres hélices y un timón, en la que navegando se utilizaban las dos laterales y en la maniobra la central.
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En cualquier caso, sea modificando las formas y configuración de los talones del codaste, o bien la disposición de los timones respecto al número de hélices, o incluso el número de palas de timón, la búsqueda de la mejor solución no siempre es inmediata ni tan solo aceptable por las disfunciones adicionales que provoca, lo que confirma el espíritu investigador en el tema y los evidentes beneficios cuando se alcanza una solución adecuada.
Fig. 2.10 Disposiciones hélice-timón
Son diversos los tipos de timón que, bien por su aceptación en ciertos tipos de buque o por la originalidad de su diseño merecen ser considerados, destacando(12):
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Timón Kitchen: Kitchen regula el gobierno, la velocidad y la marcha atrás. Está constituido por dos conchas giratorias alrededor de un eje, con el que gira solidariamente. Actúa como tobera timón y al abrirse y cerrarse dan la marcha avante y atrás, al mismo tiempo que, según gire el sistema, dan un empuje lateral que permite evolucionar el buque (Fig. 2.11).
Fig. 2.11 Timón Kitchen
Sistema Navyflux: Navyflux es un sistema que actúa como timón auxiliar, consistente en un túnel situado en el bulbo de proa, con salidas laterales que se cierran o abren a voluntad, cuyo flujo hace caer la proa a voluntad. Además si se abren las dos salidas provoca una resistencia adicional de freno. En situación de buque en reposo, dispone de una hélice a proa del túnel que aspira agua y la lanza por la salida abierta. Timón con cilindro giratorio: giratorio es un sistema que evita el desprendimiento de flujo de los laminares y corriente de expulsión de la hélice sobre la pala del timón, incluso en ángulos muy superiores a los 35E. Se acopla al timón convencional, constituido por un cilindro giratorio en el borde de entrada de la pala del timón, cuya velocidad tangencial es de 0,7 a 1,5 veces la velocidad del agua que llega a la zona del
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timón, produciendo energía cinética a la capa límite y retardando el desprendimiento. Su objetivo es evitar el desplazamiento del fluido en ángulos de timón elevados (hasta 90E). Requiere potencias pequeñas y su hipotética avería no modifica la maniobrabilidad, pues el timón actúa como ordinario en navegación a velocidad de servicio (Fig. 2.12).
Fig. 2.12 Timón con cilindro giratorio
Timón de varias palas o alerones: alerones consistente en dos pequeñas palas de timón auxiliares, unidas al timón principal a modo de tangones. Cuando el timón está en la posición central, estos alerones-timón se encuentran exactamente en la estela de las hélices. Voith Schnedier Schnedier: combina la propulsión y la evolución, mediante palas de hélice variables en orientación, que giran alrededor de su propio eje. Están acopladas a una excéntrica desde una plataforma de maniobra. La orientación de la excéntrica produce la evolución (Fig. 2.13). Timones múltiples o timón Towmaster, Towmaster consistente en varios timones (normalmente tres) situados a popa de la tobera, de elevada relación de alargamiento (del orden de tres) y su eficiencia conjunta superior a la del timón cuya área sea la suma de los tres (Fig. 2.14).
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Fig. 2.13 Timón Voith Schnedier
hélice
tobera
timones
Fig. 2.14 Timones múltiples Timón activo activo o timón Pleuger: Pleuger consiste en una pequeña hélice en tobera accionada por un motor eléctrico sumergible que se encuentra dentro de un bulbo adosado al timón y está alineada con la principal línea de ejes en el canto de salida de la pala del timón, cuya acción provoca una corriente de aspiración que necesariamente debe circular lamiendo la estructura del timón, lo que viene a sustituir la carencia
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de flujos laminares de agua cuando el buque se encuentra parado o con velocidades muy bajas (Fig. 2.15).
Fig. 2.15 Timón activo Timón Timón con aleta móvil o timón Becker: Becker es un timón compensado, con el eje de giro más a popa que los timones convencionales y dotados de un flap o aleta en su extremo de popa. El flap adopta un ángulo doble del girado por el timón principal por medio de una articulación relativamente sencilla montada sobre una estructura fija al casco, lo que permite cambiar la dirección del chorro de la hélice hasta 90E.
2.12 Autotimoneles En el gobierno manual de la nave, un timonel experimentado usa un mayor valor de " y logra una menor desviación de rumbo, lo que viene a significar una estabilidad en el rumbo. Por otro lado, el autotimonel convencional tiene en cuenta el rumbo y su variación, además del índice K1, empleando un menor valor del ángulo de timón utilizado (") con una mayor desviación del rumbo. Los autotimoneles no solo automatizan mecánicamente la función años atrás encomendada a los timoneles, sino que rentabilizan la explotación del buque con la reducción de personal experto en el gobierno del buque, o la posible dedicación de éstos a otras funciones. Debe considerarse, además, que hoy en día existe una falta de conocimientos prácticos en los timoneles, a menudo limitaciones psico-físicas, en especial en la habilidad de distinguir el inicio de la caída (guiñada) en valores inferiores a 1' de arco por segundo, lo que aplicado a la maniobra en aguas especiales (aguas restringidas) aumenta el riesgo, etc., circunstancias todas ellas que solo pueden prevenirse por un mejor y amplio conocimiento para actuar con anticipación a la propia detección.
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La ecuación lineal representativa del ángulo de timón a meter es función del ángulo de guiñada y la velocidad de la guiñada. " ' 61(R % 62(
*R *t
(8)
siendo psi = R - R' y además K1 y K2 constantes Para eliminar tendencias permanentes de guiñada a una banda por orzada, abatimiento, etc., se aumenta un pequeño ángulo de ", a modo de corrección, quedando finalmente, " ' 61(R %62
*R % "1 *t
(9)
Un autotimonel fiable debe mantener el rumbo con la menor metida de timón y la menor desviación de rumbo. Debe combinar las componentes de la desviación de rumbo, integral de la desviación del rumbo, derivada de la desviación del rumbo, lo que se conoce por las siglas P.I.D. (proporcional, integral, derivativa). Las constantes K y T son base de información al ordenador (T constante de tiempo y K efectividad del timón) a cada tipo de buque y estado de calado y asiento. Para la correcta utilización del timón y mejora de la eficacia del equipo de gobierno, debería disponerse de un ordenador que integrara la velocidad desarrollada por el buque, el ángulo de guiñada, el ángulo de timón, la velocidad de guiñada y todo procesado analógicamente, por el que pueda predecir la trayectoria futura, lo que pasado a pantalla indique las correcciones de timón por gobierno automático y de ser necesario manual. Las entradas en el ordenador deben ser lo más fiables posible obtenidas por Doppler-Sonda y los criterios de las ecuaciones de movimiento (capítulo de maniobrabilidad). En términos de características mínimas de operación, deberán tenerse en cuenta las especificaciones, que, para según que tipo de buque, establece la Regla 30 del Cap.II/1 del SEVIMAR.
2.13 Órdenes de timón Por la importancia y gravedad en las consecuencias de una errónea ejecución de una orden dada al timonel, las órdenes al timón deberán ser, en todo momento, concretas y concisas, sin dar pie a dudas en su interpretación, completas en cuanto al propósito de su cometido y dadas con voz clara. Siempre debe obtenerse en respuesta por el timonel la orden oída, lo que permitirá corregirla si no fue la inicialmente ordenada, indicando, por tanto, una
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Equipos de gobierno
acción de comprobación, a la vez que el conocimiento del efecto esperado. Son válidas, según circunstancias, las siguientes: A la vía, al medio, derecho, x grados de timón a la banda (Er. o Br.), todo el timón a una banda, proa a un punto conspicuo (visible para el timonel, levantando, seguir una enfilación). Deben evitarse órdenes que puedan ser ejecutadas bajo el criterio del timonel, principalmente las que no cuantifiquen o determinen el número de grados que se piden para una determinada caída, tales como: poco timón a ... (Er. o Br.), caiga a ... (Br. o Er.), más a Er. o Br., Er. o Br. poco a poco, nada a Br. o Er. en la que siempre es preferible dar el rumbo que corresponda, etc. ya que en expresiones sin concretar número de grados, la acción queda a voluntad del timonel y, por tanto, no en la maniobra diseñada por el maniobrista (oficial, práctico). En ciertas órdenes de grandes cambios en la acción actual, como por ejemplo, de todo el timón a una banda a la otra, es preferible decir primero al medio o a la vía y después completar la orden de todo a la banda. La orden de derecho debe ser dada cuando el buque alcance, casi sin guiñada, la proa deseada, ya que si el buque está cayendo, puede crear duda. Los mandos consistentes en botoneras, cañas o brazos, resultan más rápidos de ejecutar pero son más propensos a la manipulación equivocada, salvo que tengan una excelente identificación y señalización por formas, dimensiones, color, o luz.
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Efectos combinados de la hélice y el timón
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3 Efectos combinados de la hélice y el timón 3.1 Tratamiento de las variables El efecto combinado de ambos será el resultado de considerar el trabajo conjunto de los dos sistemas y la incidencia de cada una de sus variables en la maniobra del buque. Su tratamiento analítico puede hacerse engorroso y complejo, a menudo sobredimensionado con las respuestas reales que proporcionan al buque; por ello, el estudio del tema pretende ser lo más sencillo e inteligible posible, simplificando el número de variables a las que son más significantes, sin que se pierda rigor en las manifestaciones finales. Será común a cualquier supuesto: . el conocimiento de que el uso del timón significa una resistencia adicional que reduce la velocidad del buque. . las corrientes de aspiración, expulsión y estela, aun teniendo su importancia según el régimen de máquina, la dirección de la marcha, y los efectos sobre el timón y en la estructura del buque, en resumen, crean un empuje en el buque resultante del empuje total y la disminución de la eficacia por resistencias debidas a flujos turbulentos, y por otro lado, un efecto sobre el timón, representado por la presión normal (Pn) correspondiente. . por sí misma, considerando el objetivo fundamental de las hélices, se tendrá encuenta que su giro provocará un empuje efectivo (E), y siempre, en especial partiendo de reposo, una presión lateral (Pl). . en todos los supuestos se considerará que el giro de la hélice es a la derecha para el régimen de la marcha avante.
3.2 Buque partiendo de reposo Es el caso en que el buque inicia una maniobra partiendo de una velocidad por máquina igual a cero, es decir, aún bajo la influencia de los agentes externos presentes, el buque no mantiene ninguna arrancada inicial de cualquier signo.
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Maniobra de los buques
Para su análisis se considerarán los casos de máquina avante y máquina atrás, y en cada uno de ellos, con timón a la vía, a Er. y a Br. (Fig. 3.1 y 3.2).
a
b
c E
E
E
1
1 2
1
Pl
Pl
2
PN
3
2
2
2
PN
Pl
3
2
3
3 1
4
1
4
4
1
Fig. 3.1 Efectos con máquina avante En el supuesto a), al vector (1) correspondiente al empuje (E) se le añade el correspondiente (2) de la fuerza lateral (Pl), y al no existir el vector (3) de la presión normal (Pn) por estar el timón a la vía, la resultante (4) indica la intensidad y la dirección a las que tenderá a moverse la popa. En el supuesto b), al vector (1) correspondiente al empuje (E) se le añade el correspondiente (2) de la fuerza lateral (Pl) con su intensidad y dirección, y lo mismo a continuación, el vector (3) de la presión normal (Pn) por tener el timón a Br.; la resultante (4) indica intensidad y la dirección a las que tenderá a moverse la popa. En el supuesto c), al vector (1) correspondiente al empuje (E) se le añade el correspondiente (2) de la fuerza lateral (Pl) con su intensidad y dirección, y lo mismo a continuación, el vector (3) de la presión normal (Pn) por tener el timón a Er., la resultante (4) indica la intensidad y la dirección a las que tenderá a moverse la popa. Deberá tenerse muy en cuenta que la resultante (4) en todos los casos es la tendencia de la popa, por ello requerirá considerar la caída a la banda contraria de la proa, a efectos de la maniobra a realizar, según el caso. En los tres supuestos de máquina avante, cumple con la predicción del comportamiento del buque, confirmándose la preponderancia de la acción del timón sobre cualquier otra, es decir, el buque obedece siempre al timón cuando está metido a una banda.
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d
e
Pl
Pl
2
f
Pl
2
2
1
1
1
E
E
E PN
PN 3
3
4
1
4
1
1
4
3 2
3
2
2
Fig. 3.2 Efectos con máquina atrás Iniciando la arrancada atrás y con el mismo planteamiento de análisis utilizado para la máquina avante, se obtiene: En el supuesto d), al vector (1) correspondiente al empuje (E) se le añade el correspondiente (2) de la fuerza lateral (Pl), y al no existir el vector (3) de la presión normal (Pn) por estar el timón a la vía, la resultante (4) indica la intensidad y la dirección a las que tenderá a moverse la popa. En el supuesto e), al vector (1) correspondiente al empuje (E) se le añade el correspondiente (2) de la fuerza lateral (Pl) con su intensidad y dirección, y lo mismo a continuación, el vector (3) de la presión normal (Pn) por tener el timón a Br.; la resultante (4) indica la intensidad y la dirección a las que tenderá a moverse la popa. En el supuesto f), al vector (1) correspondiente al empuje (E) se le añade el correspondiente (2) de la fuerza lateral (Pl) con su intensidad y dirección, y lo mismo a continuación, el vector (3) de la presión normal (Pn) por tener el timón a Er.; la resultante (4) indica la intensidad y la dirección a las que tenderá a moverse la popa. También aquí, la resultante (4) en todos los casos es la tendencia de la popa; por ello requerirá considerar la caída a la banda contraria de la proa, a efectos de la maniobra a realizar, según el caso. En los tres supuestos, se confirma la preponderancia de la acción de la presión lateral de la hélice sobre cualquier otra, es decir, el buque tenderá siempre a caer su popa a Br. en
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Maniobra de los buques
máquina atrás, y estará apoyado por el timón en dicha caída de la popa cuando coincida su metida a dicha banda, y sin apenas influencia cuando el timón se encuentra metido a Er. siendo su preponderancia función de la magnitud del vector (2) correspondiente a la presión lateral de la hélice, ya que si ésta es elevada, puede incluso vencer, en los primeros minutos, la acción del timón y la popa caer ligeramente a Br.
3.3 Buque con arrancada avante En ésta condición pueden presentarse dos situaciones distintas, la de buque con arrancada avante se de máquina avante, y otra en la que el buque conservando una arrancada avante invierta el giro de la máquina (de atrás). También como en el caso de buque partiendo de reposo, se distinguirá la posición del timón en cada supuesto (Fig. 3.3 y 3.4).
arrancada
FP
arrancada
FP
FP
Pl
Pl
Pl PN
PN
Fig. 3.3 Arrancada avante, máquina avante En estas circunstancias, el supuesto queda reducido a un solo caso, ya que la obediencia del timón es relevante, sea cual sea la banda a la que esté metido. En el caso del timón a la vía, al trabajar la hélice en un seno de agua que fluye bien a las palas, ya quedó dicho que la presión lateral por su giro queda anulada o incluso puede observarse un cambio de la tendencia de caída a la banda contraria a la de giro, todo dependerá de las circunstancias de trabajo, tanto por revoluciones, como por su profundidad en función del estado de carga o el asiento que tenga el buque en dicho momento. En resumen, el buque tiene un comportamiento relativamente estable y responde bien al timón, en especial cuando, teniendo el buque arrancada avante, recibe una orden de máquina de mayor velocidad, con lo cual se genera un flujo superior a la pala del timón y asimismo una mayor presión normal con un aumento de su eficacia. Con el buque manteniendo arrancada avante y dando máquina atrás, si consideramos el comportamiento dinámico que mantiene el buque con arrancada residual o por las
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revoluciones de máquina, permanecerá hasta que el timón deje de recibir los filetes de agua suficientes para producir una presión normal que compense las guiñadas o tendencias del buque hasta este momento (velocidad mínima de gobierno). Sin embargo, por debajo de dicha velocidad, el timón deja de ser operativo y queda a merced de los efectos y fuerzas producidas por la hélice, básicamente por la presión lateral. Esa disminución progresiva de la velocidad se crea al dar atrás y reducir el empuje hasta invertirlo de sentido. El comportamiento estático del buque por el efecto combinado, sin pretender controlarlo, sino simplemente detectar su comportamiento libre, es comentado a partir de la figura 3.4.
a
FP Pl
a
a
FP
FP
PN
Pl
Pl PN
Ce Ca
Ce
Ce Ca
Fig. 3.4 Arrancada avante y máquina atrás Con el timón a la vía, el buque mantendrá con cierta facilidad su proa mientras el buque tenga arrancada y la presión lateral sea poco importante o, en todo caso, la ligera caída de la proa a Br., ya comentada para los buques con arrancada avante. Cuando la velocidad sea inferior a la de gobierno (velocidades aproximadas, según tipo de buque, inferiores a 2 nudos), la presión lateral de la hélice va aumentando y por ello va provocando su conocido efecto de llevar la popa a la banda de giro en la marcha atrás, ayudado además por la mayor incidencia de las corrientes de expulsión sobre la bovedilla de la banda contraria, y por tanto potenciando la caída. En el supuesto de encontrarse el timón a Er., el buque mantendría la caída a Er. que su arrancada y grado timón metido le impusiera, que naturalmente se irá reduciendo (perdiendo arrancada avante), hasta que el buque baje de la velocidad mínima de gobierno (en que el timón pierde toda su eficacia), si bien la aparición de la presión normal, todavía mantendrá esa original caída de la proa a Er.. Cuando el buque detenga toda su arrancada avante e inicie la arrancada atrás, el timón empezará a recibir plenamente la acción tanto, de la zona de agua situada a popa hacia la que se dirije y además las corrientes de aspiración, ambas con clara incidencia sobre la cara activa del timón (Br). A partir de ese
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momento, si la presión normal (Pn) es suficiente y supera la presión lateral de la hélice, la popa tenderá a cambiar la tendencia de caída a la misma banda de metida del timón, es decir a Er., siempre conforme al comportamiento esperado expuesto en el supuesto de buque en reposo y máquina atrás, por lo que la caída de la popa a Er. será poco importante y clara. Con planteamiento semejante al anterior, el buque mantendrá su caída a Br. producida por la acción del timón, mientras el buque tenga arrancada avante, aunque, eso sí, con una desaceleración de dicha caída por la acción de la presión lateral de la hélice que trabaja en sentido contrario. A partir del momento en que se inicie la arrancada atrás, el timón vuelve a tener su protagonismo y el buque le obedecerá, ayudado fuertemente por la presión lateral que trabaja en el mismo sentido que aquél, produciendo una caída de la popa a Br. importante y decidida.
3.4 Buque con arrancada atrás y máquina avante Considerando las tres posiciones del timón, tendríamos (Fig. 3.5):
a
a
a
FP
FP
FP
Pl
Pl
Pl PN
PN
Fig. 3.5 Arrancada atrás y máquina avante Con el timón a la vía, el buque tendría una caída de la popa a la banda de giro de la hélice en la marcha atrás. A medida que se reduce la arrancada atrás por el empuje avante que produce la máquina avante, crece la presión lateral de la hélice que tiende a reducir la mencionada caída inicial, por lo que el buque a partir de ese momento mantendría la caída de la Pp a Br. en una primera fase residual de la arrancada atrás, una segunda fase de equilibrio y otra posterior de acuerdo a la que le correspondiera como buque que parte de reposo. Con el timón a Er., la caída presumiblemente de la Pp. a Er., mientras el buque mantenga la arrancada atrás ayudado además por la presión lateral de las palas que trabajan en el
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mismo sentido, pero cuando las corrientes de expulsión no se vean anuladas por los filetes de agua en contra y tengan plena incidencia sobre la pala del timón, la caída de la Pp a Er. irá reduciéndose, se anulará y terminará obedeciendo plenamente al timón, o sea, la proa a Er. Con el timón a Br., siguiendo los mismos planteamientos anteriores, la Pp. que caía decididamente a Br., con la acción de la presión lateral de las hélices girando en avante y las corrientes de expulsión incidiendo sobre el timón, la proa pasará de una caída rápida a Er. a una fase de neutralización y finalmente a una decidida y clara caída de la proa a Br. como pretendía la situación del timón.
3.5 Efectos combinados en buques de 2 hélices Para todos los supuestos, se considerará que el timón está situado a crujía del buque entre las dos hélices, y que éstas giran hacia afuera (Fig. 3.6), salvo en los casos especiales de la maniobra de ciaboga (una avante y otra atrás), que se considerarán ambos sentidos de giro.
Ca
Ca
Pl
Pl Ce Ce E
E
E
Pl
Pl Ca
Ca
E
Fig. 3.6 Buque de dos hélices en avante y en atrás En general, para un buque de dos o más hélices, si todas trabajan en el mismo régimen de máquinas avante o atrás según el supuesto, puede decirse que una hélice se equilibra con la otra no produciéndose alteraciones significativas por causa de su número, pasando a comportarse como si fuera un buque de una sola hélice, por lo que todo lo mencionada sobre aquellos es aplicable a los buques de dos o más hélices gemelas.
3.6 Ciaboga en buques de una hélice La maniobra de ciaboga se aplica a los buques que deben cambiar su proa en un número importante de grados, 180E en una zona de agua en que el diámetro de la curva de
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Maniobra de los buques
evolución normal del buque es superior al espacio transversal disponible. Es una de las maniobras más utilizadas con el uso exclusivo de las hélices y el timón, en dársenas de puertos comerciales, en ríos o zonas angostas, y por supuesto con obstáculos en la banda de caída. Se analizan dos casos para buque de una hélice de giro a la derecha: 1º. Sin viento, con caída inicial a Er. o a Br. (Fig. 3.7).
ds
4
ds
4 3
3
2 2
5
1
1
1
Fig. 3.7 Caída inicial a Er. o a Br.
En el primer caso, caída inicial a Er., la maniobra consiste: 1. El buque intentará situarse lo más próximo que le sea posible al límite (obstáculo) que tenga por su costado de Br., a partir de ella, meterá timón todo a Er. con la máquina mínima que le permita efectuar la caída y controlar efectos de la corriente o viento de proa (posición 1). 2. Cuando la distancia al límite (obstrucción) que tenga por Er., incrementada por una distancia adicional de seguridad, esté próxima a la distancia de parada necesaria para detener el buque con toda la máquina atrás y el avante que el buque consiga teniendo en cuenta la respuesta de máquina, se dará atrás toda, manteniendo todavía el timón metido a Er. para aprovecharse de la existente presión normal sobre el buque mientras tenga arrancada avante (posición 2).
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3. Una vez lograda la parada del buque, se cambiará el timón a la banda de Br. para conseguir el efecto de la naciente presión normal del timón, cuando el buque inicie la arrancada atrás (posición 3). Desde la orden de máquina atrás del punto anterior, la presión lateral de las hélices ayuda en el objetivo previsto de llevar la popa a Br. 4. Cuando el buque tenga la proa orientada, próxima o suficiente para iniciar el avante, parará sus máquinas y podrá dar avante toda (posición 4), para retener la arrancada atrás y una vez conseguido esto pondrá el avante de máquinas (posición 5) que necesite para navegar en dichas circunstancias y el timón que precise para maniobrar según convenga, posiblemente a Er., si todavía no alcanzaba el nuevo rumbo de salida (opuesto 180E al inicial). En el segundo caso, la maniobra de caer inicialmente a Br. se ejecutará: 1. Como en el caso anterior, se buscará una posición del buque que le proporcione la mayor distancia lateral por la banda de caída. Cuando deba iniciar la ciaboga, meterá todo el timón a Br. con el régimen de máquinas que le permita controlar las necesidades de la maniobra, generalmente a velocidad reducida (posición 1). 2. Cuando el buque llegue a la distancia de parada más la distancia de seguridad por respuesta de máquina, invertirá sus medios de propulsión manteniendo el timón a Br. (posición 2). 3. A diferencia del supuesto de caída inicial a Er. para la ciaboga, la presión lateral de las hélices no ayuda a la caída de la popa a Er., ni incluso con certeza cuando el buque, una vez detenida toda su arrancada avante, tenga el timón metido a Er., ya que, en este caso, la respuesta atrás no es tan clara. Por tanto, se podrán dar dos posibles caídas de la popa del buque, una marcadamente a Er. (posición 3), u otra con muy poca o nula caída (posición 3). 4. El atrás continuará hasta la distancia que pueda ser controlada por la máquina avante, más una distancia de seguridad por respuesta de la máquina e imprevistos, en cuyo momento se dará avante, metiendo el timón todo a Br. (posición 4). 5. Si la caída de la popa a Er. fue considerable, el buque posiblemente pueda lograr la proa que le lleve a la salida (posición 5), mientras que si la citada caída fue escasa e insuficiente (posición 6), será necesario, repetir los puntos 3 y 4 de este supuesto, con la orden de atrás toda a las máquinas y timón a Er. (posición 7), de forma que el buque consiga separarse del límite de obstáculos que tiene por la proa y finalmente dar avante con timón a Br. (posición 8).
2º. Caso anterior con viento atravesado (Fig. 3.8). Pueden darse los casos de iniciar la caída proa al viento (buscando barlovento) o dar la popa al viento (cayendo a sotavento). En el supuesto de la caída hacia el viento, la maniobra es similar al supuesto de sin viento, hasta el punto 3 ya citado, si bien el buque debe intentar que al iniciar la arrancada atrás
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Maniobra de los buques
en dicha posición reciba el viento por la banda contraria a la que recibía el viento al iniciar la maniobra, es decir, que la proa del buque haya logrado pasar el rumbo opuesto del viento, ya que, a partir de este momento, la regla válida para todas las circunstancias de buque atrás con viento, la popa buscará el viento, y en el supuesto significa una clara caída de la popa a Br., al mismo tiempo que gana sotavento. La posición 4 del supuesto sin viento deberá iniciarse con mayor antelación para seguir manteniendo el control de la distancia a popa, al verse incrementada por el efecto del viento cuantificado como abatimiento, mientras que la distancia a proa de la posición 2 sin viento, podrá de ser necesario, apurarse un poco más, teniendo encuenta la resistencia adicional que ofrece el viento al avance del buque.
Vto
4
3
4 6 3 5
Vto
2
2
5 1
1
Fig. 3.8 Ciabogas con viento inicial de través En el supuesto de caer a sotavento, la maniobra puede resultar imposible de realizar (en función del ancho disponible de maniobra), ya que de la posición 3 a la 4 el buque siempre llevará la popa al viento tantas veces como se repita, contando que realmente sea lo suficientemente duro para sobrepasar los efectos obtenidos por la máquina y el timón. En cualquier supuesto, los condicionantes de la maniobra serán: - conocer la respuesta de las máquinas a cambios importantes de su régimen y sentido de giro, - momento para ordenar los cambios de timón para aprovechar toda su eficacia,
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Efectos combinados de la hélice y el timón
- en especial, el control de las distancias al buque disponibles en las distintas posiciones críticas para asegurar que queda libre de los obstáculos presentes. - disponibilidad de los diagramas de maniobra que proporcionen los tiempos y distancias de parada a los regímenes de máquinas avante y atrás.
3.7 Ciaboga en buques de dos o más hélices 1º. Supuesto de buque partiendo de reposo, giro de las hélices hacia el exterior en máquina avante. Para ciabogar cayendo inicialmente a Er., la maniobra consiste (Fig. 3.9):
Pl
Pl
Pl
Pl
Fig. 3.9 Caída a una banda sin asistencia del timón En los dos casos se aprovechará el par de giro que proporcionan las hélices girando una avante y otra atrás, según convenga para iniciar la caída a la banda seleccionada, y considerando la distancia de separación entre sus chumaceras de empuje que constituyen el brazo del par. Para caer inicialmente a Er., se pondrá la de Er. atrás y la de Br. avante.; mientras que para caer a Br., la hélice de Er. irá avante y la de Br. atrás. No obstante, teniendo en cuenta que para un mismo número de revoluciones avante y atrás, el efecto de esta última tiene una menor eficacia (puede llegar a ser un 25% de la correspondiente avante), si se pretende que el buque gire sobre su misma eslora, sin avante, el régimen de la hélice que vaya atrás deberá ser algo superior para compensar la mencionada pérdida de eficacia. En la ciaboga con timón metido a la banda, se tendrá en cuenta (Fig. 3.10): Partiendo de una situación de reposo, con timón metido a la banda por donde se quiere iniciar la caída, la corriente de aspiración (Ca) de la hélice que cía, perturba la caída por
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Maniobra de los buques
chocar sobre el timón con caída contraria a la deseada, tanto en una banda como en otra; por ello el timón no ayuda a los objetivos de máxima eficacia, aunque en la práctica, para disminuir la resistencia del timón con el desplazamiento lateral del buque, es conveniente meter unos 10E a la banda de giro. Por su parte, la presión lateral de las hélices, en ambos casos, es favorable a la caída del buque hacia la banda pretendida.
Ca Pl
Pl
Pl
Ca
Pl Ca
Fig. 3.10 Ciaboga con empleo del timón Con arrancada avante, la presión normal del timón correspondiente al ángulo " de timón utilizado predomina sobre cualquier otro y por tanto, resulta efectivo para aumentar la velocidad de la ciaboga. 2º. Giro de las hélices hacia adentro en avante, sin y con timón. En términos generales, los buques con hélices gemelas que giran hacia adentro en la marcha avante maniobran al contrario de lo esperado, es decir, la presión lateral de las palas de las hélices tienen el sentido contrario al que proporcionan por el empuje y par de giro de las hélices, en especial, las que surjen con el buque partiendo de reposo. Tal como se muestra en la figura 3.11, sea cual sea la hélice avante y la que cía, la presión lateral de las hélices es opuesta en sentido al giro pretendido. Por esta razón, para evitar ese aspecto negativo, la maniobra a realizar, consiste en iniciar la maniobra como si se pretendiera caer a la banda contraria de la deseada, y luego invertir el giro de las hélices una vez iniciada la caída, es decir, vencer la inercia inicial aprovechando la acción de la presión lateral de las hélices cuando favorece la caída deseada y luego continuarla con el par de giro de los empujes opuestos de las hélices. Mientras que otra solución consiste en considerar el buque como si fuera de una sola hélice, actuando las dos avante con timón a la banda deseada, y luego dar las 2 atrás obedeciendo siempre al timón. El inconveniente es el avante inicial que el buque consigue
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Efectos combinados de la hélice y el timón
en la primera fase de la maniobra, lo que anula la posibilidad de hacer la ciaboga sobre su misma eslora.
1
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Fig. 3.11 Ciaboga con hélices de giro hacia adentro
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Fuerte
Difícil
0,83
0,66
0,5
Fuerte
Favorable
0,66
0,5
0,33
Moderada
Moderada
0,5
0,33
0,25
Protegido
Difícil
0,33
0,25
0,2
Protegido
Favorable
0,25
0,2
0,1
13.7 Fuerzas condicionantes en el atraque Entre ellas cabe destacar: . Cantidad de energía (E) del buque en atraque, dada por: E '
M 2 .v 2
(166)
en la que M es la masa del buque más la masa hidrodinámica. . La cantidad de energía en frenado, dada por: P.s ' M(v12 & v22) en la que "s" es el recorrido, "P" la fuerza de la amarra, v1 y v2 son las velocidades antes y al frenado.
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(167)
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Maniobra de los buques
. La cantidad de energía de amortiguación de la defensa, dada por: x2
A '
m
F.*s
(168)
x1
en la "A" es el área encerrada por la curva esfuerzo-recorrido, x1 y x2 los espacios. La velocidad de atraque varía según el tipo de buque en cuanto a su masa y características de maniobrabilidad, apreciándose anteríormente entre 01 y 1,0 m/s. En un impacto con el muelle sin defensas y macizo, el planteamiento es: Máximo recorrido ymax ' v
m c(1 %d 2/r 2)
Empuje del buque Pmax ' c.ymax ' v Valor de la energía Amax '
Pmax.ymax 2
'
m.c
(169)
1 % d 2/r 2 m.v 2 2(1 % d 2/r 2)
en las que m ... es la masa del buque, r ... es el radio de giro v ... es la velocidad transversal, d ... distancia del impacto a G c ... constante elástica del buque La constante elástica "c" adquiere valores variables según el tipo de construcción empleada en el buque, siendo consideradas de tipo "A" para buques con cuadernas transversales y de tipo "B" con cuadernas longitudinales, con lo que se obtienen los siguientes valores: TIPO DE CARGA
TIPO A) Tn/m2
TIPO B) Tn/m2
Uniforme en gran superficie
40
20
Lineal sobre una horizontal
80
100
400
30
Lineal sobre una vertical
13.8 Influencia de las olas sobre el buque en amarre Los movimientos de un buque amarrado a un muelle son completamente irregulares en cualquier circunstancia. Son distintos son los condicionantes de su comportamiento, por ejemplo, el período, longitud y altura de la ola, profundidad de agua, posición del buque
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Defensas portuarias y ayudas al atraque
respecto a la dirección de las olas, estructura abierta o cerrada del muelle, amarras tensas o en banda, etc. Los recorridos de oscilación del buque y fuerzas sobre amarras y defensas son pequeños si las defensas tienen una constante elástica pequeña y las amarras en banda (buque libre es igual a menor movimiento). En un sistema rígido de defensas puede crearse un fenómeno de resonancia con rotura de amarras si está en la cresta, y alejamiento o acercamiento al muelle si está en el seno. Con olas recibidas transversalmente, si el muelle es reflejante, se forma un seno inmediatamente delante de ella. Si el muelle está cimentado sobre pilotes o abierta, o bien a gran distancia, para pequeñas longitudes de onda, el buque puede sitúarse en un nudo de oscilación con fuertes oscilaciones. Para evitar la resonancia, el período de oscilación del buque en el sistema amarras/defensas, debe ser distinto del período de la ola.
13.9 Elementos constitutivos El acero aventaja a la madera y al hormigón en capacidad de trabajo a flexión y a compresión. La madera es mejor en cuanto a flexibilidad. La resistencia a la abrasión es máxima para el acero y mínima para la madera. Los elementos de hormigón se destruyen con la flexión. Para la conservación de los elementos, el hormigón no necesita ninguna, el acero en cuanto a la corrosión y la madera muchos contra la abrasión. Tabla resumen de cualidades Flexión
Compresión
Flexibil.
Abrasión
Conservac
Hormigón
M
B
M
R
B
Madera
R
R
B
M
M
Hierro/ac
B
B
R
B
R
No obstante, con la aceptación de la goma como constituyente principal de las defensas, éstas proporcionan gran elasticidad, resistencia a la abrasión, duración, dureza, poca deformación y mantenimiento de las formas originales, además de resistir temperaturas extremas desde +80E a -25E. Las formas más apropiadas son las secciones rectangulares, cuadradas o circulares, bien sean macizas o huecas. Las huecas resultan ser más blandas, actúando las fuerzas de
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Maniobra de los buques
presión-deformación poco a poco, aumentando mucho, proporcionalmente hasta el cierre del agujero, siendo más blandas en sus extremos. Las rectangulares son más duras que las redondas. La capacidad de las defensas de goma es aproximadamente entre 1/4 y 1/8 de la fuerza por el recorrido efectuado. Las fuerzas que actúan axialmente a compresión solo absorben las de dirección de su eje, con valores entre 50 y 90 Kg/cm2. Por dicha razón, también debe pensarse en esfuerzos cortantes que pueden tener un valor de 11,2 Kg/cm2. Las defensas que actúan frente a esfuerzos de compresión y cortantes pueden ser la Raykin, formadas por varíos elementos goma-metal en forma de "V" (Fig. 13.7).
Fig. 13.7 Esquema de la defensa Raykin Las curvas de eficacia entre distintos tipos de defensas de goma bajo los parámetros de fuerza-compresión se detallan en la gráfica de la figura 13.8.
13.10 Tipos de defensas 1. De muelles de acero Generalmente protegidas contra la corrosión, precisan de un buen engrase y estanqueidad. Los topes pueden ser muelles helicoidales, resortes amortiguadores, de disco y de anillo. Son sustituidos por los de goma, ya que son más pequeños y de mayor recorrido. Los topes constituidos a base de muelles, como los de goma a compresión, tienen la desventaja de solo absorber las energías en la dirección axial.
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Defensas portuarias y ayudas al atraque
Fig. 13.8 Curvas de eficacia en defensas de goma 2. De topes hidráulicos y neumáticos Trabajan por aceite, aire o combinación de los dos. El primero lo compone: cilindro, émbolo, 2 válvulas y depósito compensador. La presión límite es función de la velocidad con que el aceite circula a través de la válvula, aproximadamente proporcional al cuadrado de la velocidad en que se desplaza el émbolo, o sea, la velocidad del buque. La absorción de fuerza del tope es proporcional a la sección transversal del émbolo. Se regula el trabajo de la defensa por la válvula de admisión del aceite. Como desventaja, se considera el hecho de que a mayores velocidades de choque de escaso recorrido, aparecen grandes reacciones. Cuanto mayor es la velocidad, más duro es el tope. No es adecuada para buques pequeños. Sin embargo, son buenas para absorber gran energía, con gran amortiguamiento de choque, en una superficie relativamente pequeña. 3. Defensas colgantes De goma: son usadas auxiliarmente del tipo cubiertas de vehículos apoyadas sobre una cara. Cuando se utilizan para absorber grandes energías se les coloca un núcleo de madera formando un rodillo solicitado radialmente. Están suspendidas por fuertes cables.
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Otras, en composición de defensas cuadradas de goma como base, y defensas redondas sobre las primeras. Otros tubos huecos suspendidos verticalmente, en guirnaldas o en diagonal, o composición de ellas. Se colocan en las cabezas salientes del muelle, en formas curvas. En las terminales, pueden ir revestidas de madera. De madera y ramaje: formadas por haz de rodillos, creando un cilindro alrededor del núcleo, atado con alambres. Son bastante elásticas. Su absorción es mayor para el primer impacto que para los siguientes, ya que tarda en recuperar su forma primitiva.
4. Pilotes de fricción, de rozamiento Su función es la de proteger los pilotes de muelles viejos o en mal estado. Pueden presentar cierta inclinación para ser desmontadas sin daños de cimentación del muelle, quedando los buques separados del atraque. Se aprovecha como bolardos, prolongándose por encima del muelle. Sirven para un atraque suave del buque, disminuyendo rozamientos. Se clavan en el fondo y con varíos puntos de sujección. Los de rozamiento son colocados verticalmente, siendo solicitados a compresión, rozamiento y abrasión.
5. Pilotes de defensa. Vigas de rozamiento Pensado para piers, se distingue de los anteríores por su longitud de apoyo y absorción por flexión. El pilote de defensa está apoyado elásticamente en su parte superíor. La distancia entre pilotes es de 3 a 5 m. Ofrecen una superficie blanda entre el buque y la defensa. Para evitar la renovación total, se clavan tablones especiales llamados de fricción. Se apoyan elásticamente en tacos de goma y unidos rígidamente. Los pilotes tienen la ventaja de transmitir al terreno el empuje del buque y no sobre la obra del muelle. En otras, pueden estar apoyadas sobre defensas Raykin para soportar los esfuerzos de compresión-cortadura. Las vigas de rozamiento se componen de bastidores metálicos revestidos de madera y de fricción, todo ello apoyado sobre tacos de regular o irregular distribución, según los efectos esperados (axial, cortante, compresión), logrando capacidades de trabajo muy elevadas.
6. Defensas flotantes Las más sencillas son a base de troncos a flote de 50 a 70 cm de grueso, unidos con estribos, ganchos, grilletes, anillos. Todos soportan los choques del buque en la misma línea de flotación y por ello son adecuados a cascos lisos. No son adecuados a la altura de
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Defensas portuarias y ayudas al atraque
las amuras y de los codastes, por las curvaturas de esas zonas. Son muy válidas para solicitudes paralelas al muelle (entrada en exclusas). Las de tipo balsa la forma un bastidor de madera de formas cuadradas o redondas, con ríostras transversales y elementos estáticos interpuestos. Son blandas al impacto.
7. Defensas de gravedad Son grandes masas que cuelgan por la parte inferíor del tablero del muelle, que en reposo sobresalen del borde del mismo. Al atracar, esas masas se desplazan hacia atrás y según tipo, hacia arriba. La absorción de energía es el producto del peso por el recorrido vertical del centro de gravedad. Se sitúan para aguas bajas sobre el nivel de las mismas y para aguas altas bajo ellas. Por su peso son muy difíciles de colocar. Tienen alta capacidad de trabajo con una gran robustez. Si se encuentran muy juntas varias defensas de gravedad, pueden actúar a la vez si se asocian a defensas flotantes. Otras defensas de gravedad las constituyen con un contrapeso, usuándolas en muros de muelle (quedan en trabajo dentro de oquedades, adaptando diversas formas), duques de alba, de campana.
13.11 Contradicciones en una defensa En términos generales, la abundancia de tipos de defensa y estructuras de muelle hace que no exista una única solución, por ello deben ponderarse todas las circunstancias. Todas coinciden en que deben tener una gran capacidad de absorber energía, tengan un trazado simple, resistan fuerzas tangenciales y no se dañen. Sin embargo, hay dos funciones que deben considerarse bajo el punto de vista del marino, una al atraque, y otra, una vez atracados. La cantidad de energía que una defensa es capaz de absorber depende, no solo de la magnitud reacción-recorrido, sino también del recorrido-fuerza (Fig. 13.9). Aunque ambas defensas alcanzan el mismo recorrido en su reacción sobre el casco, la blanda de tipo II absorbe solo una pequeña fracción de la dura de tipo I. Para el atraque, son mejores las defensas de tipo I (defensas retráctiles y Raykin) que desde el comienzo dan la máxima reacción compatible con la resistencia del casco. Una vez amarrados, son mejores las defensas de tipo II, que reduzcan la tensión sobre de las amarras y el movimiento del buque sujeto a la acción de las olas (tubular de goma, colgantes, etc.).
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Fig. 13.9 Respuestas según tipo de defensa Lo mismo puede decirse de la proyección de las defensas desde el muelle, en cuanto a la necesidad de recorrido necesario, y a la elasticidad del buque amarrado, inconveniente al atraque.
13.12 Ayudas al atraque La seguridad, el aumento del tamaño de los buques, los avances en la tecnología electrónica, una nueva conciencia de la importancia económica del mantenimiento de una buena superficie del casco, la necesidad de efectuar reajustes radicales en las técnicas de maniobra del buque durante su aproximación final al muelle debido al tiempo tan largo de respuesta entre las órdenes y la reacción, y la limitada capacidad de los humanos para percibir con precisión, sin ayuda, las velocidades y desaceleraciones asociadas con estas maniobras relativamente lentas, todas ellas han contribuido a la evolución de una nueva especie de precisos sistemas auxiliares de atraque para su empleo en pantalanes, monoboyas o incluso en fondeaderos. Un VLCC totalmente cargado (350 KT) moviéndose a un velocidad de 9 m/min. tendrá una enorme fuerza viva, que en caso de impactar con las instalaciones portuarias podría dar como resultado averías muy importantes y costosas, tanto para el buque como para el atraque. Teóricamente, el buque debería reducir la velocidad de acuerdo con un plan de atraque durante su aproximación hasta quedar paralelo al muelle, momento en que los remolcadores pueden llevarlo transversalmente hasta besar el muelle.
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Para la ayuda al atraque de grandes buques o buques especiales con especial riesgo, en los que la velocidad de aproximación y las variaciones de las cabezas de maniobra son los mayores condicionantes para el atraque seguro, se han desarrollado un cierto número de sistemas que indican la distancia del buque y la velocidad de acercamiento lateral a la línea de amarre, basadas en tres métodos diferentes. . Señales subacuáticas de sonar. . Señales aéreas ultrasónicas. . Transmisiones de radar sobre el agua. Los dos primeros no dan demasiada fiabilidad, dada la turbulencia causada por las hélices del buque y remolcadores, además de las reflexiones indeseadas, mientras que las ultrasónicas tienen un alcance limitado y son propensas a interferencias en las señales. El tercer sistema emplea equipos de radar de medición de distancia/velocidad que calcula de modo simultáneo las distancias desde la proa y la popa del buque por modulación de frecuencia y las velocidades por variación obtenida del efecto Doppler. La adquisición de la señal del radar se hace directamente desde el casco de un buque que se aproxima y la información calculada se presenta al buque por equipos de presentación visual regulados por ordenador. Estos incluyen imágenes luminosas numéricas o pares de luces de tres colores que vigilan la combinación de distancia/velocidad e indican inmediatamente que la velocidad de acercamiento es correcta, luz verde, demasiado rápida luz ambar, o peligrosa con luz roja. Los dos radares se encuentran instalados en cabinas estancas presurizadas, sitúadas en la línea del muelle. Su construcción cumple con todas las reglas clasificadas de la zona, y las mediciones no se ven afectadas por los movimientos secundaríos del buque o por la turbulencia u obstrucciones subacuáticas. La vigilancia contínua de la posición de amarre se puede efectuar durante las operaciones de carga o descarga para medir movimientos en dirección proa-popa con exactitudes de hasta 0,01 nudos, por lo que el fallo de una amarra que origine movimiento del buque, se puede utilizar para iniciar un sistema de alarma que interrumpa automáticamente las operaciones de carga (Fig. 13.10). La aproximación al canal puede estar servida por un tercer cabezal de radiofrecuencia, dando información de aproximación hasta una distancia que depende de las características físicas del blanco, habitualmente de unos 3 km, en que el cabezal de radiofrecuencia contiene un sistema integral de avistamiento, que permite que el estrecho haz de radiación de microondas pueda alinearse precisamente sobre el puente del buque durante su aproximación. La determinación de la posición se consigue por regulación azimutal engranada y un mecanismo de inclinación. Las gamas de velocidades tienen de 0 a 10 nudos y de 0 a 5 nudos para aproximación a canal, y de 0 a 50 cm/s y 0 a 25 cm/s para la fase de atraque, llegando a detectar y medir movimientos tan pequeños como 20 cm/min.
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Maniobra de los buques
Fig. 13.10 Sistema auxiliar para la aproximación
Otro sistema de ayuda para las aproximaciones a gran distancia, funciona sobre zonas de luz visuales desde una luz sectorial tricolor, calculada por ordenador, instalada en tierra. El concepto básico es una luz tipo proyector de barrido con un haz estrecho de luz blanca flanqueada por un haz rojo por un lado y otro verde en el otro. Si se varía la velocidad de giro del proyector, de acuerdo con un programa predeterminado, el buque que siga este perfil teórico de velocidad de precisión quedará siempre dentro del arco del haz blanco, teniendo en cuenta no solo las variaciones de velocidad requeridas, sino también la geometría de la derrota del buque en relación con la localización del sistema. El ángulo de barrido abarca la derrota desde el punto en que el buque comienza su aproximación y termina en la posición de parada frente al muelle (Fig. 13.11). Inicialmente se establece un contacto de VHF y la luz gira automáticamente a la posición de arranque; mientras, el buque ajusta su velocidad de entrada, el sistema selecciona el programa transversal específico, en el que se tienen en cuenta el tipo de buque, las características de maniobra, las condiciones metereológicas, la corriente de marea, la ruta prevista de aproximación y destino, así como las preferencias individuales. A partir de entonces, si durante la aproximación la velocidad respecto a tierra se hace mayor que la velocidad transversal seleccionada, se verá que la luz brilla con destellos
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blancos y rojos, a medida que aumenta la velocidad; en la misma proporción lo hace la relación de la luz roja con la luz blanca, hasta llegar a verse constantemente roja, indicando la necesidad de reducir la velocidad hasta que se vea de nuevo una luz blanca uniforme.
Fig. 13.11 Sistema para control de la velocidad
De igual forma, los destellos verdes indicarán una velocidad inferíor a la programada. Este sistema, que utiliza una intensidad de luz fija de 40.000 candelas, aportando alcances sectoriales de color de 3 a 10 millas de día y de noche, respectivamente, puede utilizarse para mejorar la velocidad y seguridad de los buques que vayan a abarloar (ship to ship) y a monoboyas, aportando definición en distancia de hasta 23 m al amarre con exactitudes de 15 cm y resolución de la velocidad a 0,15 m/s. La conjugación de varíos de los sistemas entre sí permite la presentación visual alfanumérica, con indicación de la distancia, variación de la distancia, error en el rumbo (desviación del rumbo de la derrota deseada) y distancia de separación de la derrota.
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Maniobras
14 Maniobras 14.1 Planteamiento esquemático de la maniobra La realización de una maniobra representa la aplicación de unos conocimientos a un entorno específico, en donde intervienen numerosas variables de parámetros difícilmente cuantificables, dado su orden errático, acaecido en períodos de tiempo muy cortos. No pueden dejarse al azar, o a verlas venir, todas aquellas acciones a llevar a cabo para una correcta y segura maniobra, puesto que lo que no haya sido previsto requerirá improvisaciones, a veces coherentes, en otras atropelladas, siempre sin poder precisar la suerte o el resultado final. Las maniobras deben planificarse con antelación suficiente, considerando los condicionantes que son impuestos por terceras personas cuando asignan al buque un espacio de atraque, siempre relacionada con unas instalaciones terrestres, las correspondientes limitaciones espaciales que comporta y las características de la organización portuaria implicada. Con estas constantes, el buque debe disponer de un plan de maniobra que se ajuste, en los mínimos detalles, a lo que se espera realizar, sin que por ello, y a pesar de todo, deje de mantenerse una puerta abierta a ciertas respuestas que son fruto de la experiencia profesional para cubrir las lagunas que la maniobra vaya mostrando, aunque estas deban ser mínimas. Tampoco debe olvidarse que toda maniobra puede tener varias soluciones según el planteamiento inicial desarrollado, ello en base al punto de vista de quién lo haya diseñado, por lo que, en cualquier caso, el objetivo es la realización de la maniobra, ejecutada en el menor tiempo y con la mayor seguridad, tanto para el buque propio como los ajenos y del entorno donde se lleva a cabo. El esquema que sigue es el seguimiento de consideraciones que todo oficial debería realizar para el planteamiento previo de cualquier maniobra que, sin ser exhaustivo, integra los aspectos más importantes directamente relacionados con la acción a realizar.
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Maniobras
La preparación del plan de maniobra aportará el conocimiento previo de los equipos que deberán disponerse para uso posteríor, la gente necesaria para realizarlo, la disposición previa de las defensas en complemento de las disponibles en el atraque, las previsiones de utilización de las máquinas, la propia duración de la maniobra, con la asistencia de remolcadores, su situación en el buque y método de firmes, identificación de los puntos más significativos y críticos a salvar, la seguridad de utilizar las anclas o su preparación para casos de emergencia y, en general, todas aquellas necesidades que por la singularidad del buque deban considerarse. El plan de maniobra incluirá las maniobras posibles que son consideradas normales, en unión de las posibilidades del buque y de las asistencias disponibles. De todas ellas, se elegirá aquella que represente menos dificultades, menos movimientos de máquinas, menos asistencia, menos tiempo y mayor seguridad ante imprevistos. Una vez iniciada solo debe cambiar en casos de alteración significativa de las circunstancias y condiciones, lo que puede significar una adaptación de los parámetros al nuevo planteamiento o cambiar radicalmente, si todavía se está a tiempo, a otra de las maniobras alternativas que anteríormente se habían valorado; de ahí la importancia de tener estudiadas otras posibilidades de actúación. Las maniobras de emergencia no solo incluirán la determinación de qué aspectos conllevan a dicha situación, sino también su desarrollo a partir de un momento dado, por ejemplo las que resulten de averías inesperadas en el propulsor, en el equipo de cadenas, la rotura de remolques, etc. que interrumpen súbitamente la continuidad de la maniobra y que precisan de una respuesta inmediata que vuelva a poner la situación bajo control. Las situaciones de emergencia pueden determinarse cuando en la etapa de la definición del plan de maniobra se van considerando las hipótesis de acaecimiento que sean posibles, como la rotura de la cadena haciendo reviro sobre ella, fallo de timón al paso por el abra del puerto, faltar el remolque de popa cuando aguanta su caída al muelle, caída de persona al agua en los puntos críticos de menor espacio de maniobra o de mayor velocidad, etc. El conocimiento previo de las maniobras, tanto de la definitiva como de las alternativas, y las de emergencia, constituyen en su conjunto un índice de valoración para pedir las asistencias de maniobra necesarias, que quedarán plenamente justificadas por lo razonadas y lógicas, mientras que, en caso contrarío, siempre queda la duda de saber si se está maniobrando por rutina o por criteríos que no son los puramente técnicos. La fase más significativa de la maniobra de atraque es la de aproximación, tanto a mayor distancia para instalaciones abiertas (pantalanes), como la menor en la etapa final de la misma. El factor condicionante será la velocidad en que se efectúa dicha aproximación, en especial al ser relacionada con el desplazamiento del buque y las características de respuesta de sus máquinas.
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Maniobra de los buques
La velocidad de aproximación, en términos generales, debe coincidir con la mínima de gobierno, es decir, la que se consigue por velocidad de arrancada, menor que la velocidad aportada por la inferíor orden de máquina avante, con paladas avante suficiente, en cualquier caso, para aportar suficiente agua a la pala del timón y crear el imprescindible par evolutivo. La condición mínima de gobierno imprime un carácter de hacer las cosas sin prisas, con tranquilidad y teniendo siempre la situación bajo control. Una velocidad aceptable en dicha fase para buques de hasta tamaños medios es aproximadamente de 2 nudos (60 m/min), mientras que velocidades inferíores requerirán la asistencia longitudinal de remolcador. El control de las velocidades, en especial para grandes buques, debe hacerse por equipo Doppler, sitúaciones radar o demoras, referencias a objetos significativos próximos, etc. Debe recordarse que es mejor varias velocidades cortas adquiridas por máquina que una elevada que luego deba ser reducida con la inversión del propulsor, del mismo modo que es preferible llegar casi parado a 1 eslora del atraque y desde allí iniciar la maniobra de aproximación final, si bien, siempre que la acción de los agentes externos no representen una variación de las condiciones alcanzadas. El control de las distancias es una consecuencia del control de velocidades, puesto que aquellas deben ser previstas en función de las distancias disponibles por la proa y por el costado de maniobra previsto. No obstante, la presencia de obstáculos adicionales , como son boyas, muertos, bajas sondas, configuraciones especiales del atraque o la presencia de otros buques, no son siempre producto de una velocidad de aproximación como tal, sino del giro, caída o variación de las cabezas hacia ellos. La definición previa de la distancia que se considera segura según el tipo de obstáculos facilitará la toma de decisiones con antelación suficiente a la propia situación de aproximación excesiva, y es evidente que precisa de esa determinación, ya que cada observador tendrá una valoración distinta del término distancia segura o mínima, a veces influyendo tan solo la proximidad del observador al objeto crítico, como sucede con la valoración que obtiene el oficial que está en el puente de a otro a proa a popa respecto a un bote, una boya o el perfil del muelle. El conocimiento completo y exhaustivo que se tenga de la maniobrabilidad del buque, en base a las pruebas realizadas a príori, supondrá la posibilidad de usar un mayor número de opciones, con un mayor número de respuestas positivas en el comportamiento del buque a la maniobra. Finalmente, los planteamientos de la maniobra no son válidos para cualquier buque, sino para el propio, es decir, que una maniobra puede no ser oportuna para otro buque de similares características, aunque sea dirigido por la misma persona en períodos distintos, ya que, aun siendo parecidas las respuestas, nunca serán iguales y por tanto el resultado esperado, como tampoco lo serán las condiciones de tiempo presentes, ni las personas que intervengan, ni la hora del día en que se realizan, siendo, todos ellos, un factor más de la variabilidad de los aspectos que intervienen en la maniobra.
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Maniobras
14.2 Maniobras tipo Con este apartado se quiere presentar la solución a ciertas maniobras que pueden considerarse clásicas, al ser las más conocidas entre los profesionales de la mar. Pueden definirse como clásicas ya que fueron y son realizadas por el tipo de buques que se encuentran incluidos en la definición de pequeños y medios (hasta unos 125 m de eslora y 5 KT de P.M.), ya que si bien en teoría son aplicables a todo tipo de buque y condición, cuando se refiere al tamaño del buque pierden su bondad y resultan prohibidas para ellos, dadas las limitaciones de detener totalmente su arrancada, trabajar con poco riesgo haciendo cabeza sobre las amarras o disponer de arcos de su evolución, pequeños al ser producto de las dimensiones de la eslora. A su vez pueden definirse como maniobras tipo, ya que en teoría deberían tener el mismo resultado, fueran cuales fuesen las características del buque considerado. Para la exposición de las maniobras, se considerará que el giro de la hélice es a la derecha en avante. El atraque se divide en 4 partes, cuyos extremos coinciden con la longitud de atraque disponible.
14.2.1 Buques de 1 hélice, atraque babor y estribor al muelle (Fig. 14.1)
A
3/4 1/2
1/4
4
3 2
1
Fig. 14.1 Atraque por el costado de Br.
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B
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Maniobra de los buques
a) En la posición (1) el buque navegará a la velocidad mínima de gobierno, derecho a un punto sitúado a E/4 a popa del límite en que deba quedar la proa del buque, con un rumbo de aproximación que coincida con un ángulo de abertura respecto al muelle de unas dos cuartas (20E a 25E). En la posición (2), aproximadamente a la distancia de 1 eslora del muelle, máquina media atrás y timón todo a estribor (Er). En la posición (3), en las mismas condiciones a las ordenadas en la posición anteríor, el buque está cayendo a estribor por efecto del timón y la presión lateral de las palas de la hélice (las dos actúan en el mismo sentido), y disminuyendo la velocidad avante. En la posición (4), se debe parar máquinas, una vez ha perdido toda su arrancada avante y antes de que inicie la arrancada atrás. En estas circunstancias, el buque se encuentra parado, paralelo y próximo al atraque. b) El atraque estribor al muelle (Fig. 14.2) se realiza de la siguiente manera: En la posición (1), el buque navega a la velocidad mínima de gobierno, derecho a la mitad del atraque disponible y con un rumbo de aproximación que coincida con un ángulo de abertura de 1 cuarta o el mínimo posible (ausencia de obstáculos a popa del punto B). En la posición (2), palada avante, timón todo a babor (Br) e inmeditamente para y media atrás. En la posición (3), siguen las mismas órdenes dadas en (2), el buque cayendo a babor por el efecto del timón con menor intensidad por el efecto contrarío de la presión lateral de las palas de la hélice. En la posición (4), para máquinas cuando ha quedado sin arrancada o antes, si la presión lateral de la hélice es superíor a la acción del timón. Buque parado, próximo y paralelo.
A
3/4 1/2
1/4
B
4
3 2
1
Fig. 14.2 Atraque por el costado de Er.
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Maniobras
La maniobra de atraque por el costado de estribor es más compleja por la posible obstrucción en el sentido de la aproximación, en la magnitud de la manga de otro buque que esté atracado, y por la acción, en direcciones opuestas, del timón y la presión lateral de la hélice. c) Cuando, por cualquier circunstancia, la aproximación no puede hacerse con un ángulo pequeño de aproximación al atraque, la maniobra puede consistir en detener la arrancada del buque en una posición (3) pasada del atraque y con proa hacia afuera. A partir de ella, hay que dar atrás poca con el timón a babor para que la acción de la presión lateral de la hélice y algo de efecto por la acción del timón, lleve el buque a la posición (4) parado, paralelo y pròximo al muelle (Fig. 14.3).
A
3/4 1/2
1/4
B
4 2 3 1
Fig. 14.3 Alternativa de atraque Er. al muelle
d) Para un buque de dos hélices, atraque por cualquier banda. Tanto para una como otra banda de atraque, la maniobra consistirá en: En la posición (1) el buque navega a la velocidad mínima de gobierno, derecho a la mitad del atraque disponible y con un rumbo de aproximación que coincida con un ángulo de abertura entre 1 y 1,5 cuartas. En la posición (2) a la distancia de 1 eslora por la proa, atrás media el motor de afuera y parado el de dentro, timón afuera de 10 a 15E. En la posición (3), siguen las mismas órdenes dadas en (2), con el buque cayendo a la banda de fuera por el par creado por el propulsor de la misma banda, ayudado por el timón. En la posición (4), para máquinas cuando ha quedado sin arrancada. Buque parado, próximo y paralelo.
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Maniobra de los buques
A
1/2
B
A
B
1/2
3
3
2
2
1
1
Fig. 14.4 Buque de dos hélices para cualquier banda
14.2.2 Maniobras de atraque con viento a) Viento perpendicular procedente de tierra (Fig. 14.5)
Vto A
1/4 E
B
A
B
1/4 E
4 3
5
4
3
2
2
1
1
Fig. 14.5 Atraque Br. y Er. al muelle
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Maniobras
Al contar en estas maniobra con un viento que producirá un abatimiento al buque con tendencia a desplazarlo hacia la mar, la ejecución de la maniobra debe hacerse a un muelle imaginarío que se encuentra hacia el interíor de tierra en una distancia que dependerá de la intensidad del viento y de la superficie de apantallamiento de las superestructuras del buque. En la posición (1), velocidad mínima de gobierno, teniendo en cuenta la reducción de velocidad que proporciona el viento de proa. La proa se orienta a una posición muy atrasada,como el punto más a popa final, lo que equivaldría a poner proa a un punto del muelle imaginarío sitúado a 0,75 E a popa de la posición final. El ángulo de aproximación respecto al muelle, de 1 a 1,5 cuartas que la misma maniobra sin viento. En la posición (2), atrás poca, todo timón afuera. En la posición (3), lograda la máxima aproximación al muelle se darán los primeros cabos de proa a tierra, sin que trabajen para permitir que la popa pueda seguir cayendo a la banda de dentro. En la posición (4) el buque se encontrará paralelo y próximo al muelle; sin embargo, abatiendo a sotavento, por lo que la maniobra de dar cabos a popa debe ser rápida, y en cuanto estén encapillados en tierra virar de proa y popa para llevar el buque al muelle. Si esta posición no se alcanza debido a la fuerte intensidad del viento, puede ser necesarío pasar la proa, posición (5), y luego dar atrás poca de forma que la popa tienda al viento (hacia tierra, lo suficiente para dar los cabos de popa y cobrar de los de proa. En esta maniobra no es adecuado, salvo necesidad, poder fondear el ancla de fuera, ya que cualquier abatimiento que se produzca lleva al buque sobre la cadena, trabajando por debajo del branque o pantoque (Fig. 14.6).
Fig. 14.6 Situación al fondear ancla de afuera
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Maniobra de los buques
b) Viento perpendicular de la mar (Fig. 14.7)
A
B
A'
B'
E/4
E/4 4
4
3
3
2
2
1
1
Fig. 14.7 Atraque con viento de la mar, para cualquier banda.
El atraque en estas condiciones es similar al mencionado en la condición de sin viento, según la banda de atraque considerada, con la diferencia en este caso, de que dado que se sufrirá un abatimiento hacia tierra; el muelle de maniobra será uno imaginarío que se encuentre avanzado en la mar una distancia de E/4, de tal forma que la posición final corresponda a la deseada, ligeramente separada del atraque. Debe aprovecharse la fuerza del timón, pues con el PG a proa, cuando atraque por estribor la presión lateral de la hélice se opone a la caída de la popa, mientras que el atraque por babor se suman, y por otro lado, existe siempre el riesgo que estando el buque parado sin alcanzar la posición final, el PG sitúado a popa hará que, en ambos casos, la popa busque el viento, y por tanto la proa siempre hacia el muelle, circunstancia no deseada. La distancia del muelle imaginarío será tanto mayor cuanto más lo sea la intensidad del viento y la lentitud de los equipos disponibles a bordo para el trabajo con las amarras, si bien esta maniobra siempre tiene un cierto riesgo en el control de las distancia de seguridad para no impactar con fuerza sobre el muelle, por lo que las defensas de mano, y, muy especialmente, la distribución y tipo de las defensas portuarias serán un condicionante importante para la seguridad de la maniobra.
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Maniobras
c) Viento paralelo al atraque recibido por la proa para ambas bandas (Fig. 14.8)
A
B 4
A'
B' 4
Vto 3
3
2
2
1
1
Fig. 14.8 Viento paralelo al muelle, recibido por proa El planteamiento de maniobra es similar a la mencionada para los mismos casos sin viento, si bien la proa se pondrá a un punto más a proa del espacio destinado para el atraque, con los mismos ángulos respecto al muelle referidos para la maniobra sin viento. La posición (4) debe alcanzarse completamente paralelo, o bien algo pasada la proa al viento, es decir, recibido por el costado de atraque, ya que con el atrás residual que pudiera permanecer, la popa iría siempre al viento y la proa hacia tierra. Por dicha circunstancia, antes de quedar totalmente sin arrancada avante y parado, puede darse una palada avante con timón hacia fuera. Si la popa se aproxima demasiado al muelle, también deberá darse una palada avante, esta vez con timón adentro. d) Atraques con viento paralelo al muelle, recibido por la popa Es la orientación más difícil del viento respecto del buque, ya que no solo aumenta la arrancada del buque avante, con problemas si existen limitaciones de espacio por la proa, sino que, al dar atrás, el ángulo de la proa respecto a la línea de atraque debe ser lo más pequeña posible, pues de otro modo siempre la proa hacia tierra, condición que solo se logra si el buque navega a un rumbo lo más paralelo posible para recibir el viento por la misma popa y, en todo caso, siempre es más adecuado que reciba el viento por la aleta de afuera por ser los daños de proa de menor cuantía que los de popa, si llega a tocar el muelle. La proa del buque, para atraque por cualquier banda a un punto muy a popa de la situación final que deba quedar. e) Atraque con viento recibido por las amuras o aletas, para cualquier banda Para todos los casos se considerará la situación del muelle imaginarío ya citado para las maniobras con viento perpendicular de tierra o de la mar, según se reciban por la aleta o amura de tierra o de la mar.
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Maniobra de los buques
El rumbo de aproximación coincidirá con aquel que proporcione mejor control de la proa cuando por acción de la presión lateral de la hélice pueda llevar la proa o popa hacia el muelle, del mismo modo que los ángulos de incidencia respecto a la línea de atraque. No obstante lo dicho, siempre es preferible los vientos recibidos a proa del través que los que soplen a popa del mismo, con especial atención a los recibidos por la aleta de afuera, obligando a la adopción de un muelle imaginarío más hacia afuera que en cualquiera otra condición, ya que la respuesta del buque no es la más conveniente, además de que se podrá controlar mejor la proa en uno u otro sentido, con la acción avante de la máquina y el efecto del timón que siempre la obedecerá.
14.3 Otras maniobras de atraque En este grupo se incluyen las maniobras que son más habituales, en las que por necesidad o por imposibilidad, tanto por su realización como por la seguridad añadida que proporcionan, solo se pueden usar los equipos del buque dispuestos para la maniobra, en especial el equipo de anclas, sin contar todavía con la asistencia de remolcadores.
a) Enmienda de atraque. Maniobra de cabos (Fig. 14.9)
A
B
C
Fig. 14.9 Enmienda de ataque por maniobra de cabos
Si no hay ningún obstáculo que impida en movimiento longitudinal continuo (ausencia de A), las amarras se aligerarán al mínimo necesarío (dos largos y 1 esprin en cada cabeza) para que la tripulación no deba atender un número excesivo de cabos que pudiera ralentizar la maniobra a causa de un elevado control de los mismos.
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Maniobras
Los cabos de proa se encapillarán lo más a proa posible, si no llegan a la posición definitiva, en función de la distancia a moverse, mientras que los de popa también lo serán, pero menos, debido a la necesidad de tener cabos que puedan retener una excesiva arrancada avante una vez iniciado el movimiento longitudinal hacia proa. Si el desplazamiento del buque y la naturaleza y tipo de las defensas lo permiten, al virar de los largos de proa y del espring de popa para iniciar el movimiento, también podrá darse una palada avante con el timón a la vía (si se dispone de máquina). Debe contarse con una resistencia importante por el roce del buque sobre las defensas y la necesaria lentitud en la realización de la enmendada, en especial cuando el buque no dispone de máquina para cubrir los aspectos críticos, como es la separación de una cabeza más que la otra o la rotura accidental de alguna estacha por un exceso de arrancada. A medida de que las amarras van dejando de trabajar en el sentido de la virada, se van cambiando de bolardo hasta que, encapillados en los definitivos, el movimiento longitudinal se ralentiza suavemente para que no se tenga que detener el buque de forma súbita, con riesgo para los cabos. Si la distancia a correr es mucha, puede intentarse la separación paralela del buque respecto al atraque y dar una palada avante; sin embargo, no se largarán todos los cabos de ninguna cabeza a fin de tener puntos de sujección dados en tierra, para casos de necesidad y la definitiva vuelta al atraque definitivo. También se puede requerir la enmendada hacia popa, siendo realizada de forma similar a la dicha para el movimiento hacia proa, con especial cuidado de que la popa no se meta sobre el muelle, por lo que si bien los largos de popa trabajarán virando de ellos; es muy importante la virada del esprin de proa que tendería a llevar la popa hacia fuera, mientras que la retención con los largos de proa detendría la inercia del movimiento iniciado atrás.
b) Atraque con viento de la mar, utilizando el equipo de anclas Esta maniobra es muy habitual en las fases finales de la aproximación a tierra ya que proporciona retención en una cabeza de maniobra que no dispone de otros métodos de control, salvo los buques equipados con hélices de maniobra a proa. El supuesto en este caso, es el de quedar atracado babor al muelle para la descarga por la rampa de popa, por un buque de todo a popa y en la condición de lastre en las condiciones espaciales que se observan en el esquema (Fig. 14.10), con limitación a proa. Con el viento recibido por el costado de estribor (de afuera), y para mayor seguridad dada, la limitación del espacio disponible para colocar el buque, puede suponerse una línea de
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Maniobra de los buques
atraque imaginaría que coincidiera con la prolongación del martillo en el sentido del atraque, controlando la proa con el ancla de estribor y la popa con cabos al ángulo de martillo, dados por babor, una vez a su alcance. En la posición (1), a unos 125 m del atraque real, con velocidad mínima de gobierno, se da fondo estribor, poniendo el timón a estribor y parando toda máquina. Con esa acción, el buque tenderá a caer a estribor, mientras se sigue filando de la cadena de estribor hasta que se llega a la posición siguiente. El largo de cadena corresponderá, como mucho, a la distancia que quedaría la proa del buque atracado en el muelle imaginarío y correspondiente a la sonda disponible. Posición (2), el buque empieza a hacer cabeza sobre el ancla fondeada, cayendo a estribor con más rapidez. Si la arrancada es mucha o la cadena trabajase demasiado se dará la máquina atrás necesaria, pero no demasiado para detener la caída de la proa que está realizando el buque, ya que, de iniciar arancada atrás, la popa tendería al viento perdiendo lo ganado.
5 4 3 2
1
Fig. 14.10 Atraque con uso de anclas
En la posición (3), la popa del buque sigue cayendo a babor. La distancia al ángulo del muelle no tendría que ser preocupante, dado el arco de movimiento que describe la proa del buque con alejamiento hacia proa; sin embargo, de ser necesarío siempre se dispondrá de la máquina en avante poca y timón adentro para el control de la seguridad de popa. En dicha posición se intentará dar los cabos de popa al ángulo del muelle, que si son cortos
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Maniobras
se podrán pasar a las bitas y lascar sobre ellas lo que pidan cuando la popa pase el través del bolardo en que están encapilladas. A partir de la posición anteríor y hasta la posición (4) se podrá ir filando de la cadena para ir acercando la proa al muelle y dar un esprin y un largo en esa cabeza. Si la proximidad de la popa al muelle lo permite, se lanzará una sisga a popa para dar un esprin, con lo cual el control de distancias, tanto a proa como a popa, para cualquier movimiento longitudinal que el buque adoptara, quedaría asegurado, mientras que el control del abatimiento transversal del buque sobre el atraque se controla con el ancla de estribor y los cabos de la popa que llaman de codera. La posición (5) es de puro trámite en correr el buque sobre cabos hasta llevar la popa al alcance de la rampa de popa. Los cabos de popa llamando de codera y la cadena de estribor se deberán dejar trabajando ligeramente, de forma que, de existir bandazos por la mar recibida por estribor, no castiguen el costado de babor sobre las defensas.
c) Atraque en dársenas con espacio limitado Atraque estribor al muelle de un buque de eslora 200 m y manga 40 m, sin ayuda de remolcadores ni hélices de maniobra (Fig. 14.11). En primer lugar debe definirse la maniobra a realizar. . Es evidente que el espacio disponible para revirar, casi 270E, precisa hacerlo sobre el ancla de babor. . El punto donde dar fondo será aquel, que no solo permita el reviro por control de distancias de las cabezas de maniobra en su proyección de barrido, librando el espigón y las bajas sondas. . El rumbo de aproximación de entrada, para que las sucesivas posiciones del buque sean posibles. Dicho rumbo estará relacionado con el punto que se quiere alcanzar dentro de la dársena. La manga del buque en su proyección entre puntas puede condicionar dicho rumbo. Para el punto de fondeo, se intentará localizarlo en un área que quede a proa del través de su escobén, de forma que, de ser posible, llame ligeramente de largo para facilitar la maniobra de salida. La proyección de la manga del buque sobre el rumbo de entrada, dejando una distancia de seguridad por ambas bandas para librar las puntas del abra, corta el área de fondeo seleccionada como posible. A partir de la determinación donde es posible fondear, se define un punto que dista del atraque una distancia suficiente como para que en su trabajo, el
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Maniobra de los buques
ancla disponga del largo para no garrear cuando se vea sometida a la tensión del reviro sobre ella. Este punto queda concretado a una distancia de unos 125 m, que cuantifica el largo de cadena más el correspondiente por la sonda, menos la distancia que el arco de barrido de la proa quiere mantenerse al muelle. Con este punto y el radio que retiene la proa se comprueban los barridos de la popa para confirmar libran de tierra.
3 2 4 1
5
6 A
MU EL CO L ME E RC IA L 0 40 10 0 20
0
m
Fig. 14.11 Atraque en dársenas limitadas
De confirmarse todos los supuestos, ha quedado definida la maniobra a ejecutar, de la que salen los parámetros a controlar que serán conocidos por los oficiales de cada cabeza. A proa, respecto al largo de cadena máximo a filar, distancia de seguridad a proa respecto
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Maniobras
a la vertical sobre el atraque, a popa las distancias de seguridad, tanto en las puntas de entrada como en los barridos posteriores de la popa. Se darán las instrucciones del orden de cabos a dar, en principio dos largos a proa cuando pase en su barrido haciendo cabeza sobre el ancla de babor, luego el esprin de proa y cuando se pueda los largos de popa y el esprin.
14.4 Maniobras de desatraque Serán función de las medidas que se hayan considerado en la maniobra de atraque, es decir, ayuda adicional de anclas, coderas, hélices de maniobra, remolcadores, etc. Además, se tendrán en cuenta las direcciones que dan los agentes externos externos y, en todo caso, la dirección de la salida respecto a la proa que mantiene en el atraque. Hay que tener en cuenta los efectos de las máquinas avante y atrás y los del timón en cada una de ellas. Si hay viento, debe aprovecharlo positivamente para ayudar en las caídas y la separación de la popa respecto a la línea de atraque. Sin embargo, con corriente siempre será delicado si separa la proa y mete la popa al atraque con daños al equipo propulsor y timón. La más delicada de las maniobras es con el buque atracado por babor con viento de afuera, en la que la acción de la máquina atrás, sus efectos y la acción del viento se sumarán y llevan la popa al muelle con violencia. Con vientos que se reciban por la popa o por la aleta, debe abrirse la popa hasta tener el viento por el costado de dentro, de esta forma se abre más y con el atrás no hay caídas inesperadas. Con viento duro de afuera, puede requerirse remolcadores, si fuera insuficiente la acción de virar el largo de proa pivotando sobre el cabos de esprin. Con dos hélices, para abrir la popa sobre cabos de proa, la de fuera se pondrá avante y parada la de dentro. Cuando deba dar atrás, la de dentro atrás más que la de fuera o bien atrás las dos. La maniobra de desatraque puede ser tan laboríosa como la de entrada, sin embargo si esta última se realizó pensando en ello, la salida será mucho más cómoda, sin riesgos adicionales por un deficiente planteamiento del plan de maniobra de salida. El objetivo de la maniobra es dejar el buque libre del atraque, en una posición donde pueda pemanecer seguro el tiempo necesarío para que las acciones del timón y la hélice sean efectivas, manteniendo el control del buque.
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Maniobra de los buques
a) Desatraque, atracado estribor al muelle Sin viento ni corriente, se deja el esprin de proa y través a popa en banda. Se dan paladas avante y el timón todo a estribor. Cuando el buque hace el máximo de cabeza sobre el esprin, se da máquina atrás con timón al medio, al ceder se larga el esprin mientras todavía se aguanta el cabo de popa hasta que el buque abra lo suficiente (parado y separado del muelle, larga de popa, avante poca, previa parada del atrás anteríor.
b) Desatraque, atracado babor al muelle También sin viento ni corriente, se deja solo el esprin de proa, se da muy poca avante con todo el timón a babor. Cuando la popa abrió suficiente, se pone timón al medio, atrás media, larga esprin cuando cede. Al estar bien separado del muelle, para máquina, timón a estribor y avante poca, gobernando de salida.
c) Desatraque con corriente de proa Se deja un largo a proa, se pone el timón a la banda de fuera con lo cual el buque se separa del muelle; conseguida la separación necesaria, se larga el cabo y se da avante poca. Si hay ancla fondeada, se vira despacio para llevar al buque por igual hacia afuera.
d) Desatraque con corriente de popa Se deja el esprin de proa y el través a popa, que se van lascando a medida que vayan pidiendo, sobre todo el través de popa, ayudando si fuera necesarío con timón a la banda de afuera, e incluso una palada atrás para aliviar el esfuerzo del esprin. Cuando está suficientemente separado, se larga todo y se da avante de salida.
e) Desatraque con viento de afuera Se deja esprin de proa, que se tendrá dado por la amura del costado de afuera que se deja firme, se da avante muy poca con timón todo a la banda de tierra hasta separar la popa, lo suficiente para dar atrás media. Cuando se consiga la arrancada, se larga a proa y al librar se para y da avante de salida.
f) Desatraque con viento de tierra
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Maniobras
Se dejan traveses en las cabezas y, al separarse del atraque, se largan. Libre de obstáculos se da avante. g) Desatraque de boyas de amarre (muertos) Con viento de proa, se larga todo de la boya de popa, usando el timón a la banda de salida, separado y libre de la boya de proa, se larga todo y avante poca. Si el viento es de popa, se larga primero de la boya de proa.
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Maniobras especiales
15 Maniobras especiales
15.1 Maniobra de aproximación buque-buque Si bien la maniobra de aproximación a otro buque para realizar operaciones de carga o descarga no es totalmente extraña al marino, sí debe decirse que durante mucho tiempo fue usada casi con exclusividad por los buques de la armada en sus largos periplos por los mares del mundo; no obstante, el cambio significativo sufrido por los buques en cuanto al incremento de su tamaño, y la circunstancia de poder acceder a los puertos habituales debidos a sus dimensiones y al aumento considerable de su calado, obligaron a la adopción de procedimientos por los cuales dichos buques trasferían, en todo o en parte, su carga a otros buques menores, efectuando las operaciones en plena navegación en mar abierta, aunque con ciertas limitaciones. Las limitaciones vienen dadas por el riesgo que entraña la navegación continuada de dos buques de gran tamaño en mar abierta y de las propias operaciones que se realizan teniendo en cuenta su carácter de peligrosidad por la inflamabilidad de los productos. La maniobra presenta su elevado grado de dificultad al considerar las características de maniobrabilidad de dichos buques y la ausencia de asistencia externa de tipo remolcadores, por ello ciertas instituciones han realizado estudios que en forma de manual llegan al marino para su utilización en dichos casos(55). La maniobra resulta más difícil si uno de los buques se encuentra fondeado, ya que el control de su proa está supeditado al grado de movimiento que le imprime el borneo por efecto de los agentes externos, por ello la maniobra más aceptada es el abarloamiento con ambos buques navegando. El abarloamiento se caracteriza por el uso intermedio de defensas flotantes de diseño y características especiales, cuyas dimensiones son aproximadamente de 6,5 m de largo x 3,3 m de diámetro, es decir, que los costados de ambos buques quedarán separados a esa
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Maniobra de los buques
distancia de 3,3 m, sin contar la compresión que puedan sufrir durante el establecimiento del contacto y la navegación posterior. Dichas defensas se hacen firmes al costado de estribor del buque más grande flotando en la línea de flotación de ambos, o bien en el costado de babor del menor (si es ese el que las dispone) por lo que con este punto de giro transversal el efecto de balance debe ser prácticamente nulo para los costados rectos sumergidos o de la obra muerta no puedan entrar en contacto. La zona marítima del encuentro debe ser acordada por ambos buques teniendo en cuenta las condiciones metereológicas presentes y futuras durante las operaciones, lo que permite definir el rumbo de corrida, y la previsión de sondas disponibles en dicha derrota. Durante la aproximación y amarre y más tarde, finalizadas las operaciones, el desamarre y separación de ambos, son las fases críticas de la maniobra por la posibilidad de generación de interacciones entre ellos, con el problema añadido que ello representa, siendo condicionantes en estos casos la distancia de separación, la masa, velocidad y características dinámicas de los buques y el efecto de los agentes externos sobre ambos. Una vez acordada la operación de buque-buque, se considerarán las siguientes variables para la definición de la maniobra idónea a efectuar: . el giro de las hélices de ambos buques en conocimiento de sus respuestas. . posición y tamaño de los timones, a efectos de su eficacia y capacidad. . características de los propulsores, en cuanto a tiempo de respuesta (motor/vapor) . francobordo y calado de ambos buques, uno para efecto de deriva y otro para efecto de la corriente y sonda necesaria. . previsión del tiempo, horas de la marea, estado de la mar. . posición de los puntos de amarre en ambos buques. Al inicio de la maniobra, el buque mayor (salvo otros acuerdos) pone su proa a un rumbo tal que reciba el viento reinante entre 18 a 24E por la amura de babor, con lo que crea un socaire importante para recibir al menor por su costado de estribor. La velocidad debe superar en medio nudo la velocidad segura de mínima de gobierno, por lo que velocidades de 4,5 nudos son muy aceptadas. Velocidades más elevadas crean mayor riesgo de interacción entre los buques. El tiempo para conseguir esas condiciones puede durar más de una hora, pero es muy importante garantizarlas en bien de la maniobra de aproximación. El menor se aproximará a una velocidad de 5 a 6 nudos, desde una posición distante 1,5 millas por la aleta de estribor del mayor (Fig. 15.1). El tiempo de aproximación también puede ser de más de una hora, pero sirve para comprobar las condiciones reales de la aproximación y las respuestas de uno y otro buque, regulación de las revoluciones y control de las distancias. Cuando ambos buques se encuentran a 0,5 millas por la popa y 0,15 millas de separación lateral, el control de las interacciones debe ser completo y suficiente para tomar la adopción de maniobras alternativas evasivas o de emergencia,
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posterior a esas distancias, las soluciones serán muy difíciles de ejecutar sin poner los buques en peligro. La distancias de separación por control de la distancia de alejamiento y ángulo de marcación pueden obtenerse por la tabla 1 y esquema de la figura 15.2.
VA =4,5
VB2=6
0,5 VB1=6
1,5
Fig. 15.1 Maniobra de aproximación (distancias y rumbos) Cuando la proa del menor entra en la zona de olas de proa del mayor (olas Kelvin), se está cruzando la línea de alta presión de la aleta del mayor y la baja presión situada a proa de ella. Dichas presiones crean un momento de giro y su efecto dependerá de estas presiones, según la relación existente con la posición relativa del PG del menor. Mientras la línea esté a proa del PG el efecto de llevar la proa del menor hacia el mayor es relativamente pequeño que podrá ser corregido con poco ángulo de timón a estribor. Sin embargo, cuando la presión actúa a popa del PG, todas las fuerzas actúan en el mismo lado del brazo de maniobra (timón, presión lateral, momento de giro) requerirá mucha más metida de timón, con mayor desplazamiento del buque a babor. A partir del momento en que el menor se encuentra dentro de la zona de bajas presiones o negativas, deben efectuarse los mayores controles de la velocidad y la distancia de separación de ambos costados, que deberán encontrarse separados a un cable. Navegar en dichas circunstancias da una apariencia de que ambas proas tienden a caer hacia adentro, por lo que tal acaecimiento solo puede comprobarse con el control absoluto de la distancia de separación y de las velocidades, sin acciones de timón injustificadas.
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Maniobra de los buques
Tabla 1. 1 Distancia de paso en metros, por distancia y ángulo
ÁNGULO MARCACIÓN (E) DIST
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
0,35
56
67
78
89
100
111
122
133
144
155
166
176
0,40
64
76
89
102
114
127
140
152
165
177
189
202
0,45
72
86
100
115
129
143
157
171
185
199
213
227
0,50
80
96
111
127
143
159
174
190
206
221
237
252
0,55
88
105
123
140
157
175
192
209
226
243
260
277
0,60
96
115
134
153
172
190
209
228
247
265
284
302
0,65
104
124
145
165
186
206
227
247
267
288
308
328
0,70
112
134
156
178
200
222
244
266
288
310
331
353
0,75
120
143
167
191
215
238
262
285
309
332
355
378
0,80
128
153
178
204
229
254
279
304
329
354
379
403
0,85
136
162
189
216
243
270
297
323
350
376
402
428
0,90
144
172
201
229
257
286
314
342
370
398
426
454
0,95
151
182
212
242
272
302
331
361
391
420
450
479
1,0
159
191
223
255
286
317
349
380
411
442
473
504
punto de referencia
separación
marcación
buque a ser aligerado
distancia demora
buque receptor
Fig. 15.2 Esquema de medición distancias Si la proa del menor entra a popa de la línea de presión, se creará una tendencia de llevar la proa hacia afuera, lo que deberá ser corregido por algo de timón a babor (adentro),
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existiendo el riesgo de que, si es mucho, pueda terminar en la zona de baja presión y llevar con más intensidad la proa del menor hacia el mayor, que entonces debería ser controlado por metida del timón a estribor. La distancia de separación debe disminuirse lentamente con pequeñas caídas del menor, hasta quedar dentro de la ola de proa del mayor, lo que viene a significar estar en plena zona de bajas presiones, evidenciándose por la turbulencia que se crea en el agua contenida entre ambos y por la separación del costado de las defensas por efecto de la succión. La misma interacción están sufriendo ambos buques con aproximación por efecto venturi y un incremento de la resistencia, lo que debe ser corregido con un ligero aumento de las revoluciones para mantener la posición. Al estar a unos 15 m, el menor adopta una metida de timón de 5 a 7E a babor hasta lograr el contacto con la defensa de proa, momento que se aprovecha (antes o durante) para dar los primeros cabos de amarre y asegurar el abarloamiento de proa sin que sean muy rígidas para posibilitar el atraque de la popa, que en todo caso se puede lograr con un poco de timón a estribor y un ligero aumento de las revoluciones del menor. Logrado el total abarloamiento, se asegura la posición con el número de estachas acordado y se centra el buque de forma que queden enfrentados los manifolds de ambos buques. El progreso de las operaciones puede hacerse en navegación con sincronismo de las velocidades de ambos buques, o si el tiempo lo permite, fondear en condiciones seguras. La maniobra de desabarloamiento y separación definitiva de ambos buques, estando en navegación, puede realizarse aprovechando la existencia de viento, recibiéndolo por la misma proa a efectos de crear un flujo de fuerza entre ambos costados con tendencia separatoria, ayudados por la virada de un cabo de través o de espring a popa de tal forma que la proa se vea impulsada hacia afuera, siempre y cuando la proa del menor esté fuera de la zona de bajas presiones, siendo también de ayuda la metida de 10 a 15E de timón afuera (estribor) para ayudar la separación de las proas. No obstante una vez lograda la caída, el timón debe ponerse adentro (babor) y palada avante del menor, suficientes, para separar la popa del mayor. Lograda también la separación de popa, levantar el timón y poner menos máquina. Cuando la separación de ambos es de unos 10 m, debe incrementarse muy lentamente el diferencial existente de las velocidades, de tal forma que no se creen interacciones de succión importantes. La separación seguirá haciéndose lentamente hasta lograr una distancia sustancial y pueda meterse timón hacia afuera sin riesgo para los buques. Es evidente que la maniobra solo será posible de existir una buena comunicación entre los buques para ajustar rumbos y velocidades, y la disponibilidad, en ambos, de expertos timoneles. Buena coordinación en el tendido de cabos y establecimiento de señales
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acordadas para caso de emergencia para abortar la maniobra iniciada, generalmente por el buque menor.
15.2 Maniobra de amarre a monoboya 15.2.1 Maniobra de aproximación Desde mediados de 1.960, las monoboyas para operaciones con hidrocarburos han proliferado en los centros productores, ya que sin grandes problemas, si bien con grandes atenciones, pueden recibir todo tipo de tamaño de grandes buques con una relativa sencilla maniobra de amarre (Fig. 15.3).
Fig. 15.3 Esquema de una monoboya
Independientemente de las operaciones con la carga que más tarde se efectuarán en ella, la maniobra de aproximación es la fase más compleja, ya que no difícil, consistente en llegar casi a tocar la monoboya, haciendo firme la amarra especialmente dispuesta para dicho fin.
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La fase de aproximación debe estar suficientemente bien planificada para que un buque de dichas dimensiones no tenga que tocar sus máquinas en la última etapa de amarre, ya que, como es sabido, cualquier tipo de arrancada es de difícil control. Por dicha razón se calculará la deriva que pueda resultar de los agentes externos presentes, marcando un rumbo que coincida lo más aproximadamente con la situación de la monoboya o en todo caso, con aquel que la sitúe por la banda que coincida con el mismo giro de las hélices en atrás, es decir, dejándola por babor para un buque de paso de la hélice a la derecha, o por estribor para la hélice de paso a la izquierda. Con este procedimiento se intenta prever la situación anómala, de que el buque deba dar atrás para detener una arrancada residual, la presión lateral de las hélices no pueda llevar la proa sobre la monoboya (Fig. 15.4).
Monoboya Boyarín de la amarra
Fig. 15.4 Rumbo de aproximación a la monoboya Un buen procedimiento para la elección del rumbo de aproximación consiste en adoptar aquel que tuvo el buque estando fondeado, o bien si entra directamente, observar la dirección a la cual flotan los boyarines de las mangueras de carga, aunque esto puede ser erróneo si se tiene en cuenta el calado del buque y la influencia de la corriente sobre unos y otro. No obstante, es muy necesarío disponer a bordo de un equipo Doppler para la cuantificación de la velocidad proa-popa y la lateral de sus cabezas, que haga el buque sobre el fondo. La velocidad de aproximación será la mínima de gobierno para las últimas 5 esloras del buque; cuando queden unos 200 m para alcanzar la monoboya ya se podrá cobrar a bordo el virador que lleva la cadena de la amarra, debiendo el buque quedar detenido totalmente a 30 m de la monoboya. En función de las terminales, la maniobra puede ser asistida por dos remolcadores (como mínimo) y necesariamente por uno sitúado en la popa, que permanecerá durante todo el
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período de amarre a la monoboya, tirando ligeramente hacia popa para que el buque no se eche encima de la monoboya en cualquier circunstancia. El remolcador de popa emplea un constante movimiento de la hélice en atrás (8 a 10 r.p.m.). Dada la distancia existente desde el puente al castillo de proa en esos buques, la maniobra se efectua desde esa cabeza de maniobra, manteniendo la comunicación con el puente por los sistemas internos o de VHF. La cadena de la amarra se hace firme a bordo por mordazas o estopores especiales del tipo Smit (Fig. 15.5).
Fig. 15.5 Disposición del amarre a monoboya
Las características de la amarra que se recibe a bordo, que será doble para buques de más de 150 KT, lo constituye un tramo de cadena de unos 12 m de longitud y de 76 mm de diámetro (3") que deberá hacerse firme a los estopores dispuestos para dichos escantollinados de cadena, sitúados lo más cerca posible de la línea central del buque a no más de 2 o 3 metros de ella. Todo el sistema de la amarra debe poder soportar una carga de trabajo de 250 tons., con una carga mínima de rotura de 472 tons.
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El virador de la amarra está compuesto por un cable corto de 36,5 mm de diámetro, un cabo de polipropileno de 150 a 180 m de largo y 80 mm de diámetro y la rabiza a la que se relaciona el boyarín. Las bitas que en caso necesarío pudieran utilizarse para el firme de las amarras no estarán entre 6 a 9 m de las gateras centrales o alavantes para P.M. menores de 100 KT y entre 9 y 12 m para buques de P.M. superíores a 100 KT. A su vez, dichas bitas tendrán una altura de los bitones suficiente para acoger 6 vueltas del cabo de nylon de 128 mm de diámetro (16" de mena) (Fig. 15.6).
Fig. 15.6 Amarre a la monoboya sobre bitas
15.3 Maniobras del buque para el salvamento de personas en el agua 15.3.1 Principios básicos La urgente necesidad de recuperar, en el menor tiempo posible, las personas que por cualquier causa se encuentren en el agua, a efectos de prevenir la aparición de la
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Maniobra de los buques
hipotermia, aun en aguas no excesivamente frías, obliga a la ejecución de maniobras del buque que sean lo más rápidas y eficaces para lograr dicho objetivo. La triste realidad, cuando una persona cae del buque a la mar, es que resulta en extremo difícil lograr su rescate por varias razones: a) Salvo equipos que la hagan más detectable, una persona es muy difícil de ser vista desde el buque, aun pasando muy cerca de ella. La búsqueda de la persona se realiza básicamente por detección visual, bien sea directamente o a través de equipos potenciadores, como son los prismáticos. En el primer caso, la capacidad fisológica del ojo humano le permite descubrir un objeto que pueda ser abarcado dentro de un ángulo de 2 minutos de arco (2'), lo que equivale a decir que una cabeza humana de aproximadamente 20 cm. de diámetro, solo puede ser vista a 345 m de distancia. Si consideramos, además, que la persona en el agua se ve afectada por la influencia de las olas y la altura de las mismas, un náufrago sólo podrá ser avistado durante el tiempo que permanezca en la cresta de la ola o en las pendientes de la misma que sean visibles por el observador, y siempre dentro de un arco de horizonte que corresponda al campo de visión transversal de 30E. De utilizar prismáticos de tipo normalizado 7x50 de visión nocturna, en los que el factor 7 es el poder de aumento en equilibrio entre el peso del equipo y la fatiga del ojo, mientras que 50 corresponde al diámetro de las lentes del objetivo en milímetros, proporcionando la imagen justa al tamaño de la pupila dilatada en extremo para percibir la mayor recepción de luz, y en las que ambos no dependen de la abertura angular que se limita a 7E, el alcance se extiende a una distancia de 2400 m, obtenidos como resultado de multiplicar 345x7, a expensas de sacrificar los 30E de visión, por los 7E del equipo. b) Las maniobras habituales de acción inmediata ofrecen tiempos de ejecución superiores a la autonomía de los equipos de que se dispone para la permanente visualización de la persona, o sus proximidades. Por ejemplo, las señales fumígenas flotantes asociadas a los aros salvavidas, según las pruebas de homologación, deberán funcionar durante un tiempo no inferíor a 15 minutos. Los cohetes lanzabengalas con paracaídas deben mantener una permanencia en el aire no inferíor a 45 segundos. La autonomía de su luz en las bengalas de mano será de 1 minuto. Los silbatos de los chalecos salvavidas han de tener un alcance audible de 0,2 millas. Los medios de detección pasivos, como los materiales reflectantes de los equipos flotantes, deben tener un alcance visual de 0,2 millas. La luz de los chalecos salvavidas un alcance, con prismáticos, de 0,5 millas de noche.
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c) Los tiempos a emplear en dichas maniobras son muy largos para que el náufrago pueda sobrevivir a temperaturas del agua frías ante efectos de la hipotermia, si no se está equipado con trajes de inmersión u otras ayudas térmicas. Una persona, caída a la mar e hipotéticamente equipada con traje de supervivencia no intrínsecamente aislante, podrá mantener sus condiciones vitales de supervivencia un tiempo no inferior a 1 hora. En cambio, si la temperatura del agua es tan solo de 2EC, difícilmente aguantará los 45 minutos, sin padecer la hipotermia. En cualquier caso, una situación de búsqueda y rescate para recuperar una persona que haya caído a la mar crea una total movilización de la tripulación y en algunos casos precisa de la asistencia de otros buques que puedan encontrarse en la zona del accidente, por tanto, serán varias las etapas a cubrir y muchas las acciones organizativas a considerar. En primer lugar será preciso que exista una detección del hecho del accidente, es decir, no podrán iniciarse las medidas necesarias para salvar a la persona caída a la mar, a menos que alguien vea la caída, o note a faltar su presencia en el buque, todo lo cual, en función del tiempo trascurrido, permite que el accidente sea clasificado bajo tres posibles soluciones: de actuación inmediata, de actuación diferida y la situación de persona desaparecida. Si bien las respuestas serán de variada índole, como por ejemplo, las necesarias a la más idónea detección o la preparación de los medios de rescate para recuperarla a bordo, sin olvidar los equipos y acciones de carácter médico y de primeros auxilios, las que se tratarán en este capítulo son las relacionadas con la maniobra del buque. Lo que también parece ampliamente aceptado son las maniobras de máquina que, con el fin de evitar que las hélices puedan alcanzar a la persona, puedan ordenarse en los primeros instantes del suceso , ya que hoy se consideran innecesarias por su ineficacia, es decir, la orden de parar máquinas en el momento de la detección, aun suponiendo que ocurriera en el extremo de proa, no tiene ninguna eficacia si se tiene en cuenta el tiempo necesarío para alcanzar el telégrafo, dar la orden, ser atendida por el oficial de máquinas, lograr detener el régimen de revoluciones de aquel instante y otros retrasos intermedios e inevitables, todo ello si es comparado con el dato de que un buque de 200 m de eslora navegando a 15 nudos de velocidad recorre su propia eslora cada 24 segundos, tiempo muy inferior al necesario individualmente por cada uno de los aspectos parciales citados.
15.3.2 Acciones relacionadas con la maniobra Los objetivos previstos en la maniobra, basada en la acción del timón y del propulsor para conseguir cambios de rumbo y variar la velocidad inicial, se ejecutan para situar al buque en la posición más ventajosa y próxima a la persona situada en el agua, de tal forma que también se vean reducidos los tiempos empleados para la búsqueda (detección) y
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recuperación, siempre más adecuadas a las condiciones y circunstancias del momento. En este sentido, cada buque deberá tener muy en cuenta sus condiciones de maniobrabilidad, obtenidas previamente mediante las pruebas de evolución y registradas en los correspondientes diagramas de maniobra, todo ello, para distintas condiciones de carga, asiento, escora, agentes externos, aguas someras, estado de la visibilidad, presencia o no de otros buques en sus proximidades, y cualesquiera otras circunstancias que pudieran representar un condicionante negativo al salvamento. Las maniobras para lograr dicho objetivo, tanto por su eficacia como por aceptación generalizada por todos los buques, son: . Evolución simple, simple también llamada de Anderson, o maniobra de 270E es una maniobra propicia para buques de gran velocidad, mejor en buques de más de una hélice y poco diámetro táctico, que permite llevar al buque, de una forma rápida, al lugar de la caída. Consiste en meter timón a la banda a la que se percibió la caída a la mar, y mantenerlo en esa posición hasta variar el rumbo inicial en 250E, en cuyo momento se pone el timón a la vía y se inicia la maniobra de parada. Al poner el timón a la vía, el buque sigue cayendo a causa de la inercia de guiñada, lográndose los 270E, lo que debe coincidir con la presencia de la persona en el agua, justamente por la proa. La velocidad inicial habrá caído a un 60% con la metida de todo el timón a la banda, y luego más fácil de anular por una maniobra de parada de emergencia. Es decir, esta maniobra corresponde a una curva de evolución normal que se interrumpe con la mencionada caída de la proa. Esta curva tiene los siguientes parámetros (Fig. 15.7): - Alejamiento, el avance de la curva de evolución debida a la acción del timón. - Separación máxima, la correspondiente al diámetro táctico de la curva. - Tiempo empleado, entre 7 y 10 minutos, en función del tipo de buque y su condición de carga. . Evolución doble: doble variante de la anterior, es adecuada para condiciones de buena visibilidad, consistente en meter todo el timón a la misma banda de caída del accidentado, hasta lograr el rumbo opuesto del inicial (± 180E), que se seguirá en unas esloras, cayendo de nuevo con todo el timón a la misma banda de la primera caída hasta lograr el rumbo inicial que se seguirá con la velocidad de máquina para poder parar totalmente en el punto de caída de la persona. El número de esloras del largo posterior a la primera caída dependerá del número de esloras necesarias para parar el buque, después de efectuado el segundo. Los parámetros de la maniobra para esta curva son (Fig. 15.8): - Alejamiento a proa, el avance de la curva de evolución.
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- Alejamiento a popa, el valor del avance en la 2ª evolución, más las esloras de parada a la velocidad final con la proa de nuevo al rumbo inicial. - Separación máxima, la correspondiente al diámetro táctico de la curva. - Tiempo empleado, unos 10 minutos más el tiempo de parada a la velocidad final al concluir la 2ª evolución, según tipo de buque y su condición de carga.
0E
250 E
Fig. 15.7 Maniobra de Anderson
Fig. 15.8 Evolución doble
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Maniobra de los buques
Con dos metidas completas de timón a la banda, la velocidad con que se realiza la mayor parte de la segunda caída es sustancialmente menor, y por tanto, también la curva de evolución correspondientemente descrita, por lo que es muy posible que el náufrago no salga por la misma proa, sino más o menos separado por dentro de la curva descrita, o sea, abierto por la proa en la misma banda en que cayó al agua. . Evolución Evolución de Willianson: Willianson similar a la curva de Boutakow, es adecuada para la mayoría de buques y cuando existe una condición de visibilidad reducida, oscuridad o mal tiempo, circunstancias que hagan presumir la pérdida de contacto visual con la persona caída. Consiste en meter el timón a la banda donde se produjo la caída, manteniéndolo hasta lograr una variación del rumbo de 60E del inicial, momento en que se cambia el timón a todo a la banda contraria, manteniéndolo así hasta que la proa haga 20E para alcanzar el rumbo opuesto inicial, en que se pondrá a la vía e iniciándose la maniobra de parada, mientras el buque sigue cayendo debido a la inercia de guiñada hasta alcanzar el rumbo opuesto, en que se adoptan medidas de parada al punto de caída. Los parámetros de la maniobra, para esta curva, son (Fig. 15.9): - Alejamiento a proa, el avance de las curvas de evolución por los dos cambios de timón. Para buques de gran tamaño puede alcanzar 1 milla.
20E 60E
0E
Fig. 15.9 Curva de Williamson
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Maniobras especiales
- Separación máxima lateral, el diámetro táctico de la curva, una media milla. - Tiempo empleado, unos 17 minutos. Como puede observarse en la figura, serán necesarias correcciones del rumbo final próximo al opuesto, según sean las condiciones de carga del buque, ya que de otro modo las desviaciones pueden ser importantes, y resultar baldías cualquiera de las tentativas para detectar al náufrago. . Evolución Evolución de Scharnow: Scharnow adecuada para todo tipo de buque que pretenda llegar en el menor tiempo posible al rumbo opuesto en un punto de la derrota anteríor antes de conocerse el suceso. Consiste en meter todo el timón a la banda de caída más rápida, manteniéndola hasta lograr una variación de 240E con el rumbo inicial, en cuyo momento se mete el timón a la banda opuesta, manteniéndola hasta que el buque haga una proa en 20E inferíor al rumbo opuesto inicial, momento en que se pondrá a la vía, hasta lograr que por la inercia de guiñada se alcance totalmente el rumbo opuesto al primitivo, al que se gobernará con la máxima vigilancia en espera de encontrarse con el náufrago.
0E
240E
20E
Fig. 15.10 Evolución de Scharnow
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Maniobra de los buques
Los parámetros de la maniobra para esta curva son (Fig. 15.10): - Alejamiento, el avance de la curva de evolución debida a la acción del timón. - Separación máxima, la correspondiente al diámetro táctico de la curva. - Tiempo empleado, alrededor de 10 minutos para encontrarse navegando al opuesto sobre la estela inicial, en función del tipo de buque y su condición de carga.
15.4 Selección de la maniobra según situación El análisis para la selección de la maniobra óptima a realizar dependerá fundamentalmente del tiempo que haya trascurrido desde la detección de la persona al agua. A. Si el conocimiento de la caída de la persona a la mar ocurre al mismo tiempo en que es detectada, se tendrá una situación de acción inmediata, como son los casos en que el propio oficial de guardia en el puente observa la caída de la persona e inmediatamente puede iniciar la maniobra. De las maniobras a considerar, la evolución de Anderson permitirá al buque regresar más rápido al lugar o datum. La evolución de Williamson requerirá más tiempo y alejará temporalmente al buque del lugar del accidente. La evolución de Scharnow no es adecuada en este caso, pues la persona en el agua quedaría por la popa, con el buque alejándose de ella. Si las condiciones de maniobra se ajustan a las necesidades y parámetros de la evolución de Anderson, se efectuará ésta, mientras que de ser un buque de evolución y respuestas lentas, aun en perjuicio del mayor tiempo necesarío para realizarla, se haría la evolución de Anderson. En cualquier caso, la distancia y tiempo de parada, será siempre un condicionante de la maniobra para no pasarse del datum. B. Si el conocimiento de la caída a la mar ha sufrido una cierta demora, tiempo transcurrido entre la caída y la notificación al centro neurálgico de maniobra, en términos no superíores a 4 minutos, considerando que en ese tiempo el buque puede haber navegado alrededor de 1 milla, la maniobra más adecuada, en relación a las disponibles, se hará con las siguientes consideraciones: la maniobra de Anderson no es adecuada a esta situación, la maniobra de Williamson permitirá que el buque navegue con seguridad hacia el lugar del accidente, reduciendo la velocidad sólo cuando alcance el punto de comienzo de la maniobra, a fin de permitir una reducción mayor del tiempo empleado. La evolución de Scharnow será posible si el tiempo de la detección es superíor al necesarío para recorrer una milla. C. Cuando la notificación del accidente supera con seguridad el necesarío para que el buque haya recorrido más de una milla, o bien no se conozca el tiempo transcurrido desde
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Maniobras especiales
la caída, la maniobra más eficaz es la evolución de Scharnow, con un datum sitúado en la posición estimada en el último momento en que tal persona fue vista a bordo. Tanto las evoluciones de Williamson y de Scharnow vuelven a poner el buque en su estela, pero esta última recupera el rumbo opuesto en un punto a popa, varias veces el valor de la eslora, que en buques de gran tamaño puede representar una reducción de casi dos millas. La tabla resumen es la que se indica a continuación: Tabla 1. 1 Resumen de las acciones de maniobra TIPO EVOLUCIÓN
ANDERSON
WILLIAMSON
SCHARNOW
Actúación inmediata
B
R
M
Actuación diferida
M
B
R
Desaparición persona
M
R-B
B
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Maniobra en hielos
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16 Maniobra en hielos
16.1 Características de la navegación en zonas polares La navegación en aguas frecuentadas por hielos, no es exclusiva de las zonas polares ya que pueden darse en ríos navegables procedentes de tierra adentro con intenso frío continental (Elba, San Lorenzo, etc.), si bien, donde se hacen especialmente características ocurren en latitudes bien al norte, estén o no dentro del círculo polar correspondiente. La navegación en dichas aguas va a verse caracterizada por una serie de circunstancias muy distintas al resto de la navegación marítima, unas debidas a factores internos y otras a factores externos al buque. Los aspectos internos estarán relacionados con necesidades específicas de la tripulación, acondicionamiento de equipos, procedimientos de maniobra particulares, ayudas a la navegación, técnicas puntuales y precauciones especiales de amplio espectro. Los aspectos externos a considerar están relacionados con la metereología presente, muy cambiante en cortos períodos de tiempo, la presencia de nieblas densas, bajas temperaturas, vientos fuertes, y muy especialmente la presencia de hielos flotantes como mayor condicionante para la maniobra segura de los buques. Dichas circunstancias producirán una disminución de la seguridad general, con posibilidad de daños estructurales al buque, a los equipos, daños físicos a la tripulación, disminución de la estabilidad del buque por aporte de peso adicional en las superestructuras. Todo ello lleva la necesidad de uso de buques especiales o con importantes modificaciones para mejorar las posibilidades de permanencia en dichas zonas y aumentar la seguridad de los mismos y sus tripulaciones, lo que no siempre se logra dadas las extremas condiciones en que se desarrolla dicha navegación y las numerosas variables que intervienen, algunas de las cuales con gran imposibilidad de conocer su verdadera cuantificación.
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Maniobra de los buques
16.2 Identificación del hielo presente Una de las principales necesidades del oficial de guardia es identificar la clase, tipo y naturaleza del hielo en el que debe maniobrar, ya que, en función de su espesor o procedencia, representará un mayor o menor condicionante para ejecutar la maniobra con seguridad sin producir daños al buque. Algunos de los términos que identifican al hielo por su tamaño son: . Berg, cuando presentan un frente igual o mayor de 30 m. . Bergy Bit, cuando se muestran de 6 a 30 m. . Growler, si tienen de 2 a 6 m. . Brash, si son menores a 2 m. Mientras que, por su cantidad, expresada en décimas partes del total libre, son: . Mar abierto, presencia de hielos en menos de 1/10. . Hielo disperso, entre 1/10 y 5/10 de hielo. . Hielo interrumpido, cuando se presenta entre 5/10 y 8/10. . Hielo cerrado, cuando se muestra entre 8/10 y 10/10 con agua. . Hielo consolidado, cuando se extiende en los 10/10 sin presencia de agua. Por la extensión, también reciben otras denominaciones, como son: . Témpanos, cuando tienen una extensión menor de 2 m. . Bloques, si tienen de 2 a 10 m. . Montículos (pequeños de 10 a 200 m, medianos de 200 a 1000 m, y grandes de 1000 a 5 millas). . Campos, cuando la extensión supera las 5 millas. Por su situación próxima a la costa se le denomina fast-ice, formado en bahías, golfos y fiordos y cuando se forma en alta mar pack-ice. Tanto unos como otros de disgregan y desaparecen por efecto de la radiación solar, acción de las olas, del viento y el grado de humedad presente en el aire, ya que si es baja produce elevada evaporación y si es elevada se forman charcos sobre la superficie del hielo, que al ser más oscuros aumentan el calor absorbido y el efecto disgregador. La congelación del agua marina se forma a temperaturas del agua inferíores a los 0º C, según el grado de la salinidad presente, siendo frecuente la temperatura de -4E C para iniciarse, primero con una ligera apariencia oleosa, más tarde gelatinosa y finalmente cristalizada en una capa fina de hielo, adquiriendo espesores de 7 a 10 cm en las primeras 24 horas, y se incrementa, tanto en superficie por el aporte de los rociones y la nieve caída, como bajo la superficie por aumento de los grosores de continuar la temperatura del agua, con un incremento anual de 2 a 2,5 m, llegando a espesores aproximados a los 4 m pasados 3 o 4 años de vida.
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Maniobra en hielos
Otro dato importante es el conocimiento aproximado que presenta el hielo en función de la temperatura ambiente, lo cual es aportado por la escala de Moh, en la que se indica que a t = 0E C tiene un valor de 2, a t = - 10E C alcanza un valor de 4, y a t = - 25E C llega a un valor de 6. Estos valores dicen poco a menos que se comparen con durezas de materiales conocidos, en las que el acero tiene un valor de 5,5, y el vidrío de 1,5. Sin embargo, los problemas asociados a la navegación por zonas polares, no solo provienen de la presencia de hielo a flote, sino del hielo que se deposita en las superestructuras por efecto de los rociones de agua, el efecto del viento y las bajas temperaturas. Muestra de ello, en función de la temperatura del agua de mar, la del aire y distintas intensidades del viento clasificadas por la escala Beaufort se puede predecir la cantidad de hielo formado en las superestructuras (Fig. 16.1).
Fig. 16.1 Diagrama de asiento de hielo en superficie
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16.3 Características del buque para maniobrar en hielo El análisis de las características de los buques permite obtener por comparación y necesidad, las que deben disponer los buques especialmente preparados para la maniobra en aguas con presencia de hielo(56). . Eslora. Eslora Cuanto mayor es la eslora del buque más dificultad tiene en realizar evoluciones (caídas de la proa) a una u otra banda, del mismo modo que las propias dimensiones de la curva de evolución están directamente relacionadas con la dimensión de la eslora. Tiene mayor importancia cuando debe seguirse el canal abierto por un rompehielos o el que abre el convoy. A más eslora también mayor proyección de las dimensiones extremas del buque, similar al estudiado en el desarrollo completo de la curva de evolución y del rabeo de la popa. . Tamaño. Tamaño Un gran buque desplaza más y tiene mayor masa, lo que, a efectos de maniobra, representa una mayor dificultad en detener la arrancada o disminuir la velocidad, especialmente necesaria en esta navegación ante la súbita aparición por la proa de hielos con riesgo por su grosor o tamaño. . Hélices. Hélices Las hélices constituyen, en todo buque, el elemento más delicado y sensible. en especial cuando hay riesgo de aspirar en su área de influencia objetos flotantes, y el hielo lo es, por ello, su mejor protección se consigue apartándolas de dicha posibilidad, aunque nunca se consiga en su totalidad. Las prácticas más habituales son disponerlas en la línea de crujía (una en el centro mejor que dos gemelas), lo más profundas posible, lo más alejadas de los límites que ofrecen los costados del buque (buques de mayor manga). Por otro lado, sabiendo que a pesar de todo sus corrientes de aspiración cogerán hielo, las hélices deben estar construidas especialmente para dicho cometido con aceros (mejor que el bronce habituales) y con protección en las puntas de las palas (extremos de mayor riesgo por rotura, deformaciones, mellas, pérdida). . Timón. Timón Sus características para el hielo tienen un razonamiento similar al indicado para las hélices, si bien con menos riesgo para el hielo que proceda de la proa y mucho más elevado cuando el buque debe dar atrás (hielo viniendo desde la popa); por ello, cuanto más profundamente colocado mejor, y más eficaz si está en la proyección de las corrientes de expulsión de las hélices. . Potencia Potencia de máquinas. máquinas Es fundamental para aportar aceleraciones y desaceleraciones al buque en espacios de tiempo muy cortos, tanto para machetear el hielo como para protegerse de los impactos violentos. Los rompehielos que actúan como remolcadores desarrollan su máxima potencia a pequeñas velocidades cuando así lo requiere la presencia de hielos. Uno de los más modernos remolcadores de bandera rusa (1987), el "Mudyug", tiene una potencia de 7000 KW que puede dar 12 nudos rompiendo un hielo de espesor de 1,2 m, sin riesgo.
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. Manga. Manga Un buque, de coeficiente de bloque bajo, ofrece menos resistencia al avance que otro mangudo cuando se siguen rumbos más o menos rectilíneos, y por tanto su aplicación en la maniobra en hielos es adecuada cuando ocupa una posición secundaria siguiendo aguas de otros que abren el paso por su proa. Sin embargo, las hélices en dichos barcos están más expuestas a ser golpeadas por la acción de los hielos. . Sección Sección transversal del buque. buque Las formas llenas de los buques mercantes preparadas para los máximos coeficientes de estiba son hoy en día de tipo prácticamente cuadradas con pequeñas curvas de pantoque; sin embargo, para la navegación en hielos y el riesgo que estos representan, teniendo en cuenta sus formas sumergidas de difícil determinación "a príori", aconsejan formas de la obra viva más redondeadas que se alejen del plano tangente en la línea de flotación. En la obra muerta también deben evitarse proyecciones externas de las amuras u otras, para evitar el contacto con formaciones de hielo elevadas al pasar próximas a ellas. . Calado Calado. Si bien es una condición de carga, el lastre podrá solucionar las necesidades de protección que requieren las hélices y el timón; no obstante, cabe relacionar las necesidades de calado menor cuando se buscan pasos entre el hielo, a menudo más frecuentes pegados a la zona costera, lo que significa menor disponibilidad de sonda. . Modificaciones especiales. especiales La más importante, en cuanto al impacto con los hielos, es el diseño de la proa en buques nuevos o el reforzamiento sustancial de la roda y bulbo, codastes y toda la línea de flotación en una zona superíor e inferíor a ella, entre 1 a 1,5 metros de ancho. Pensando en las necesidades de navegación, la disponibilidad de puestos de observación elevados (cofas) con excelentes protecciones contra los rigores ambientales para acoger a los vigías que siempre son necesaríos para otear entre los hielos en búsqueda de los pasos posibles. Dichos puestos también pueden sitúarse en cubierta magistral y en los alerones si éstos no llegan a las bandas. Los vidríos de las ventanas, portillos de los puestos de vigilancia deben disponer de calefacción interna para mantenerlos en las mejores formas para la observación y vigilancia exteríor. La maniobra del buque podrá hacerse desde el mayor número de puestos posible de forma que la respuesta que requiera el buque pueda ejecutarse inmediatamente (alerones, magistral, vigía), mejor contando con mando directo a máquinas para reducir el tiempo de respuesta. Las instalaciones externas que conduzcan fluidos deben protegerse bajo tubo, con aislamientos y drenajes para evitar el congelamiento, los circuitos contra incendios deben ser secos en su recorrido exteríor. Para las maniobras de salir de retenciones laterales del hielo (aprisionamientos) los buques rompehielos están equipados con bombas de lastre rápido que en un minuto pueda escorar el buque de una banda a otra mientras las máquinas logran el avante o atrás necesarío.
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Cuando esto no es posible con los medios del buque debe contarse con el empleo de explosivos que rompan el hielo a sotavento del buque. La variación rápida del asiento también puede representar una ayuda adicional para salir de sitúaciones apuradas. La calidad de las substancias de engrase y lubricación deben ser elegidas para el trabajo en esas condiciones de bajas temperaturas. Idéntico planteamiento debe hacerse para las baterías eléctricas y cualquier elemento que esté expuesto al ambiente exteríor. La necesidad de retener el menor peso de hielo en las superestructuras obliga a eliminar en lo posible el mayor número de estays y obenques, por ello de palos, o bien disponer de anticongelantes o vapor para retirar las acumulaciones excesivas que pongan en peligro la estabilidad del buque. . Equipamiento personal. personal Si bien el tipo y cantidad mínimas de las protecciones indicadas para la supervivencia están reguladas por el SOLAS/74, los buques deben equipar las protecciones que requieran según la navegación o zonas que frecuenten, como son las aguas árticas. Las ropas de protección que deban soportar las bajas temperaturas deben usarlas bajo criteríos de protección basadas en unidades CLo que equivale a cada uno a 0,155 EC.m2.W-1. Para la selección de la protección adecuada relacionada con la temperatura a soportar, puede recurrir al uso de tablas que indican el número de unidades CLo a utilizar (Fig. 16.2).
Fig. 16.2 Aislamiento en unidades CLo En cualquier caso, las ropas más utilizadas son las que proporcionan protección a la cabeza, cuello, manos y pies, y con muy especial atención a los ojos, ya que el cegante
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brillo de los hielos atentan continuamente la visión de las personas que atienden la vigilancia exteríor del buque, por ello deben darse gafas con vidríos filtrantes de tipo solar. La influencia del viento tiene una gran incidencia sobre las personas que se encuentran bajo sus efectos, significando una incidencia, inicialmente imputable al confort y más tarde relacionado con verdaderas manifestaciones sobre la persona inactiva de guardia (Fig. 16.3).
Fig. 16.3 Influencia del viento sobre personas inactivas
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El buque debe equiparse con cabos y guías de seguridad en las cubiertas expuestas, adecuación de las cubiertas con procedimientos antideslizantes, etc. de forma que las personas se vean más expuestos a las caídas, evitando sobre todo las que puedan ser a la mar. Sin embargo, independientemente de las protecciones personales usadas, la mejor prevención de cualquier anomalía de carácter personal es la distribución de las guardias externas, reduciéndolas en su duración, organizando relevos en tiempos no superíores a 30 minutos y proporcionando a dichas personas, alimentación adecuada, rica en calorías. . Ayudas sofisticadas. sofisticadas Generalmente aportadas por la disponibilidad de un helicóptero con base en el propio buque que, además de facilitar la comunicación con el exteríor y otros buques en caso de necesidad, son utilizados para realizar exploraciones a gran distancia del buque en la búsqueda de los pasos más adecuados, facilitando la maniobra del buque por la zona de menor riesgo y aguas libres. Debe recordarse en todo instante navegando por aguas con presencia de hielos, que la menor distancia entre dos puntos no es la línea recta que los une, sino aquella que muestra menores espesores de hielo, menos densidad de ellos y más pasos con agua libre y que en general conduzcan a zonas en el mismo sentido, siendo aceptado que no deben seguirse pasos que impliquen realizar cambios de rumbo superíores a 45E, ya que podría terminarse realizando vueltas redondas al cabo de poco tiempo. Exteríormente son apreciadas las ayudas a la navegación que permitan asegurar la posición geográfica del buque, ya que el compás se ve sometido a fuertes alteraciones del rumbo, directamente proporcionales a la latitud alcanzada.
16.4 Navegación en convoy en zona de hielos La navegación en convoy se caracteriza por realizarse en rigurosa columna de un buque detrás de otro. Cuando el convoy se realiza bajo la asistencia de un buque especializado rompehielos, éste se coloca en cabeza de la columna a 1 cable de distancia del que le sigue, abriendo camino y buscando el mejor camino para el convoy. Si se dispone de dos rompehielos, uno actúa como si estuviera solo y el otro se adelanta hasta una distancia de 1 milla para la búsqueda anticipada del paso más conveniente. Si se dispone de varíos rompehielos se hacen grupos de buques con un rompehielos en cada cabeza de grupo y uno de ellos actúa a distancia como en el caso de dos (Fig. 16.4). La separación entre buques nunca debe ser superíor a 1,5 cables, en especial cuando se navega en hielo cerrado (8/10).
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Los buques que siguen al rompehielos que abre el paso deben sitúarse en razón a su mejor disponibilidad y adecuación para la navegación a la que se enfrentan, con lo cual, los buques menos dotados se benefician del paso previo de otros y en caso de verse retenidos no entorpecen la maniobra de los mejores. Si fuera preciso podría quedar detenido por los hielos mientras el resto del convoy situado a su proa sigue su navegación hasta encontrar aguas libres de hielos, a partir de cuyo momento el rompehielos podrá regresar para asistir al retenido por el hielo.
200 yardas
un rompehielos
2000 yardas
dos rompehielos
500 yardas
tres o más rompehielos
Fig. 16.4 Navegación en convoy entre hielos
16.5 Maniobras en hielos . Se evitarán las maniobras que puedan representar el impacto del hielo en partes del casco distintas de la proa como parte más protegida del buque. Cuando deba aproarse al hielo, la velocidad será tan baja como sea posible, si bien no superíor a 2 o 3 nudos con hielo duro y de 4 a 5 nudos en hielo blando. Se dispondrá de vigilancia permanente hacia las corrientes de aspiración de la hélice que pueda conducir masa de hielo importante para representar un riesgo para la integridad de aquella; dicha vigilancia debe avisar cuando se intuya dicha circunstancia para detener rápidamente las revoluciones de la hélice antes de que entren en contacto una y otro. Este peligro es extremo cuando la cantidad de hielo presente es superíor a 8/10 (cerrado).
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. Cuando un buque o la totalidad del convoy queda retenido en los hielos, se inicia la maniobra de abrirle de nuevo el paso seguro a aguas libres o la senda abierta para la navegación. La maniobra del rompehielos consiste en pasar al buque retenido por el hielo por su banda de sotavento, pasando cerca de su popa (hélice) para dejarla libre y volver a ponerse en cabeza abriendo camino (Fig. 16.5).
Vto
Vto
De delante a atrás
De atrás a delante
Fig. 16.5 Maniobra del rompehielos para abrir paso a retenidos
Cuando se trata de abrir paso a un grupo de buques atrapados por el hielo, la maniobra es similar a la indicada, si bien, en función de la naturaleza y densidad del hielo a proa en la dirección de avance, el rompehielos puede iniciar el liberamiento desde la popa del conjunto o desde la proa con liberamientos individualizados.
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. Las maniobras de remolque en hielo hacen más compleja y difícil la maniobra que independientemente tienen por sí solas. El condicionante mayor es la imposibilidad de trabajar el remolque con largos apreciables de cabo, dadas las necesidades de cambio frecuente de rumbo y el nulo efecto que causaría la catenaria del remolque sobre la superficie del hielo. Por todo ello, las características son de remolque en corto lo que incrementa el peligro de abordaje entre los buques implicados. El método de apoyar la proa del remolcado en la popa del que actúa como remolcador es viable siempre que se proteja convenientemente la superficie de apoyo, aunque siempre con riesgo evidente de daños en dichas partes de ambos buques por efecto de la fricción. El uso de las cadenas es adecuado para aportar el peso necesarío al remolque, incluso facilitando una cierta catenaria, con largos de 50 a 100 m. El remolcado ayudará en lo posible a la maniobra con el equipo de propulsión o de gobierno que mantenga activo. Cuando se navega en convoy y se dispone de un solo rompehielos, la actuación como remolcador la hará el buque que se encuentre a proa del necesitado por la avería. . Las maniobras de atraque y amarre en hielos, más que difíciles en sí mismas, lo son a menudo para la propia determinación de esos espacios, ya que todo parece confundirse con la superficie helada. Las operaciones de carga y descarga se realizan sobre la superficie de hielo próximo, aprovechando las condiciones de cierre lateral existente, siendo el amarre o sujección estacionaria del buque en esos momentos el que se obtiene de enterrar en el hielo estacas fijadas por seno a las gazas de las estachas (Fig. 16.6).
pasador amarre hueco enlace
muerto
campo de hielo
Fig. 16.6 Amarre de buques en el hielo La aproximación de bloques de hielo por el costado libre requiere la maniobra de alejamiento y remolque por medio de los botes de abordo, antes de que se consoliden en esa banda. Muchas operaciones de carga deben interrumpirse antes de quedar finalizadas ante el peligro de quedar aprisionados por el hielo.
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16.6 Comunicación entre buques en navegaciones árticas El sistema de comunicaciones ha mejorado notablemente en los últimos años en base a la utilización del VHF, que permite la comunicación directa, especialmente cuando se conoce la identidad del destinatarío, sin posibilidad de errores. No obstante, el Código Internacional de Señales (CIS) sigue plenamente vigente y en él se encuentran un número de señales que cuando son efectuadas en la navegación entre hielos, cambian su significado habitual por otro con aplicación a las necesidades de maniobra en esas aguas. Se detallan las principales: WM .... Empieza la ayuda rompehielos. Mantengan la guardia contínua para señales visuales, acústicas y de fonía. WO .... La ayuda rompehielos ha terminado. A ..... De avante. B ..... Aumente distancia entre buques. H ..... Invierta sus máquinas. G ..... Voy avante, siga mis aguas. J ..... No siga mis aguas. K ..... Señal del rompehielos para que escuchen radio. L ..... Pare inmediatamente su buque. N ..... Pare sus máquinas. P ..... Disminuya velocidad. Q ..... Acorte distancia entre buques. Y ..... Listo para recoger o largar remolque. 4 ..... Pare estoy rodeado de hielos. 5 ..... Atención. Mantienen su significado las señales de una letra: E, I, S, M.
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Simuladores de maniobra
17 Simuladores de maniobra 17.1 Justificación de los mismos La propia definición de los simuladores puede conducir a su justificación, entendiéndolos como el conjunto de equipos (hardware), o el equipo que reune un número de ellos, que distintas tecnologías aportan para presentar ficticiamente, sitúaciones que se aproximan lo más posible a la realidad del comportamiento de los buques, de forma que los alumnos puedan ejercitarse en la resolución de problemas y sitúaciones que les presenta el programa (software) seleccionado. Sus objetivos son, por tanto, la formación, el adriestramiento y la investigación. Su ventaja principal es que el ejercicio se desarrolla sin el agobio y el estrés que el riesgo de la realidad pudiera ejercer sobre él, y además, el usuarío puede correguir "in situ", las respuestas equivocadas o mal interpretadas en un feed-back continuo (interactividad). La simulación de maniobra presenta complejos problemas dada la propia diversidad de respuestas que un buque muestra respecto a otro, relacionadas con las varibales que intervienen y condicionan toda maniobra, como son el calado, peso muerto, las distancias al entorno, agua disponible bajo quilla, estado atmosférico y de la mar, rumbo y velocidad, etc. Un simulador de buque que pueda disponer de máquina atrás es totalmente diferente a otro con movimiento avante. Por otro lado, no es posible aplicar la tecnología ya desarrollada en programas de simuladores aéreos, salvo las básicas de control de tráfico, sistemas de navegación o esquemas de conducta, sin olvidar que puede resultar imposible, ya que un avión no va hacia atrás o fondea en un fluido. Sin embargo, no todo el beneficio que puede obtenerse de un simulador está orientado a la propia manipulación de mandos y obtención respuestas a sitúaciones, sino a la detección de comportamientos de los profesionales que conllevan una componente de riesgo por la relación directa con el factor humano, de desigual e imprevisible respuesta, lo que permite reconducir las conductas y eliminar las inadecuadas.
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17.2 Factor humano aplicado a los simuladores Los alumnos que utilizan por primera vez un simulador de maniobras tienen respuestas distintas a las distintas sitúaciones creadas por sus instructores, todas ellas relacionadas estrechamente con el factor humano, unas procedentes de sus conocimientos sobre la propia maniobra y otros por hábitos y rutinas adquiridos en sus vivencias profesionales, de las que no siempre puede decirse que hayan sido las más adecuadas o las mejores. a) Una buena parte no solicitan suficiente información sobre las variables que se están incluyendo en la simulación, no comprueban las características de las luces que ven con las cartas y libros de faros, no obtienen partes metereológicos, no consideran las características de buque en maniobra, ni el asiento dinámico que comporta al navegar en aguas someras, no tienen un plan de comprobación de las demoras o no las obtienen por el clásico ploteo radar. b) Otros, no esperan recibir de los responsables,detalle de rumbos, distancias y velocidad para cada guardia o ejercicio, no disponen de criteríos para los límites aceptables en desviaciones de rumbo, ni tampoco tienen idea de la derrota posteríor, ni como reconocer las desviaciones de derrota y que deben hacer si sobrepasan el marco de la normalidad, sin conocer suficientemente los deberes de cada participante ni el procedimiento en las comunicaciones internas. c) Como consecuencia de los dos subapartados anteríores, se provocan fallos apreciativos en la velocidad, errores en la comprobación previsible de altura de marea, no comprueba la posición de los buques, muestra confusión en la identificación de las boyas, no emplea un método de información claro a sus responsables que elimine ambigüedades ante riesgos de abordaje, tiene dificultades en determinar la posición del buque y por tanto de conocer el espacio disponible para la maniobra, tiene dificultades en evaluar y discernir entre datos contradictoríos de dos informaciones de navegación sin comprobar la validez de ambos. En función de los anteríores y otros criteríos de evaluación, las industrias de la electrónica y de la computerización crearon, desde 1965, modelos de simulación para cubrir las necesidades más extremas, cubriendo las lagunas que la tecnología y la construcción naval vuelcan con profusión, desarrollándose una epoca de simulación, que ha representado una excelente aportación para un sector o actividad, la marítima, que ha cambiado rápida y sustancialmente de sus históricos planteamientos, sin menoscabo de un sinfin de particularidades que le son innatas al marino civil, sea cual sea el grado de tecnicismos que utilice, que en su conjunto hace de esta profesión un mundo bien diferenciado del que pueda desarrollarse en cualquier otra parte, que en palabras de Gumersindo Azcárate, político español, decía: "el surco que el buque de guerra abre en la mar, para los ojos del cuerpo, en cuanto pasa se borra y cierra, mas para los ojos del espíritu, es un camino que
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Simuladores de maniobra
queda abierto a los buques mercantes que detrás vienen, y el surco que abren es el camino por donde pasa la civilización y la cultura de unos pueblos a otros".
17.3 Evolución de los simuladores a) Presentación a escala de sitúaciones de maniobra, usando modelos en dársenas o lagos. El mayor problema es que los conocimientos no son transcritos en tiempo real, salvo cuando se analizan los datos gráficos. El primer simulador de maniobra con plena y propia identificación en este campo lo constituyó el Centro de Formación y de Investigación Marítima de Port Revel(58), instalado en un lago artifical cerca de Grenoble (Francia), remodelándolo para reproducir las condiciones de navegación real. Para obtener una correcta reproducción de los efectos debidos a las olas, corrientes y viento, así como las fuerzas creadas por hélices y timones, se adoptó la escala de 1:25 para todas las dimensiones lineales. En dicha escala, la zona navegable representaba un área de 3x2 millas náuticas. Se instalaron diferentes tipos de amarra, muelles abiertos y cerrados, islas artificiales, campo de boyas y monoboyas. Se diseñaron diferentes derrotas de boyas y canales, tanto para aguas profundas y someras, a diferentes anchos y largos de canal. Se le dotó de un generador de olas capaz de producirlas a varíos períodos a alturas, limitadas al máximo teórico de 6 m, aportadas por olas de 24 cm en la escala real. Se añadió un generador de corriente. El conjunto se equipó con enfilaciones en tierra y una torre de observación. Todas esas condiciones permitían, no solo la especialización de los profesionales, sino el estudio de futuras condiciones de navegabilidad en puertos y zonas de futura realización. El Centro de Port Revel también ha sido usado para el ajuste de las derrotas de los modelos matemáticos o para reproducir el comportamiento de maniobrabilidad en la realidad, disponiendo de sistemas de ploteo de las derotas reales de los modelos en el lago. El sistema de medición y procesamiento está a cargo de un teodolito de alta precisión con resolución de 1,25 milésimas de grado, colocado a una altura sobre el nivel de las aguas de 17 m que, mediante un haz de rayos infra-rojos sigue una lámpara colocada en un punto determinado en el modelo, con error medio de 10 cm, equivalente a 2,5 m para el prototipo real. El buque está equipado con varíos instrumentos de medida cuyas lecturas son transmitidas por radio, detallando rumbos, velocidad de giro, ángulo de timón utilizado, velocidad por
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máquina, acción de las hélices de maniobra, velodidad de deriva y velocidad aparente del viento. Los resultados obtenidos, proporcionan la derrota seguida por el buque, las órdenes ejecutadas y toda la información adicional que se ha recibido, que luego puede ser tratado en un programa interactivo para pasarlo a cartas de navegación de gran escala. La actividad formativa en aguas someras permite al alumno sentir, prever y controlar los efectos y fenómenos que se manifiestan sobre el buque y las acciones por medio del timón y el control de la velocidad. Los modelos a escala del Port Revel lograban los siguientes objetivos: demostración práctica de los principios fundamentales de la maniobra, familiarización con las condiciones límite del buque y las del ofical maniobrista, maniobras de atraque y desatraque con o sin corriente, maniobras de giro y caída con o sin oleaje/oleaje, navegación en canales, fondeo y maniobra con anclas, sitúaciones de tráfico, etc. b) Simuladores gobernados totalmente por computadora, con presentación nocturna de ayudas a la navegación y completadas con presentaciones diurnas y color. En este grupo se incluyen los simuladores tipo CAORF (Computer Aided Operations Research Facility), ampliamente distribuidos por Europa y Estados Unidos de Norteamérica, en el año 1976, como culminación de los avances en ese diseño de equipos iniciados en 1967, cuyas aportaciones finales significaban: proyección a todo color de las imágenes exteríores, poder visualizar el tráfico de 6 buques en el escenarío proyectado, disponer de la posibilidad de maniobrar de noche y de día, disponer de un campo visual de 240E en azimut y 24E en vertical, moverse físicamente en las dimensiones de un puente real equipado con instrumentos reales no simulados, trabajar con radar de hasta 40 ecos a la vez. Los simuladores computerizados crean una ilusión óptica de que el buque se está moviendo ya que sus imágenes son en color y más complejas que las generadas en blanco y negra de una pantalla de ordenador. El aspecto todavía no desarrollado en dicha época era la inclusión de efectos de las interacciones entre buques o con las márgenes y el uso de anclas en maniobra y en emergencias. El simulador empieza como un modelo matemático derivado. La mejora e inclusión de la maniobrabilidad es producida por el esfuerzo de numerosos prácticos, quienes a base de horas van perfilando el modelo y modificándolo hasta obtener, bajo su experiencia, el más próximo a la respuesta real. Un programa de maniobrabilidad debe tener una introducción general a las características de maniobrabilidad del buque, maniobras básicas en las curvas de maniobrabilidad y la maniobra de Willianson para demostrar la gobernabilidad, maniobra para ofrecer el socaire
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a embarcaciones o personas en el agua, maniobras en situación de cruce o abordaje (como buque obligado o no), con la importancia de la vuelta en redondo, maniobra de embarque de práctico en todo tiempo y mar, maniobras en canales angostos, maniobra de parada y velocidad mínima para conservar el rumbo, uso de remolcadores en las maniobras, respuesta en fallos en la propulsión, comunicaciones técnicas, fónicas, luces, radio, etc., todo ello de forma progresiva a los conocimientos adquiridos. Finalmente se han ido incluyendo puestos para detectar el error humano, con errores en la observación y la adición de equipos como el indicador Doppler, ARPA, plotters, sonidos de los motores propulsores, vibraciones al puente, visualización del balance y escora, presencia de hielos, efecto de deriva por el oleaje, amarra, variaciones de inestabilidad direccional, velocidades laterales, control por revoluciones y adición de las masas añadidas, resbalamiento de la hélice y su carga de trabajo, cambios de velocidad por el control de las máquinas y del gobierno y la respuesta del equipo de gobierno electro-hidráulico, y todas aquellas vivencias que siendo tratadas en la simulación para la formación de los profesionales de la mar, aplicándolas a un mayor número de sitúaciones, tipo de buques y próximas a la respuesta real no simulada (Fig. 17.1).
Fig. 17.1 Disposición de un completo simulador de maniobra
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17.4 Análisis general de un prototipo de simulador Lo componen 5 secciones principales, sección puente, exposición visual, computadora, monitor y montaje, y grabación (Fig. 17.2).
Fig. 17.2 Secciones principales del simulador La sección puente está compuesta por timón, piloto automático, repetidor, radar PPI, control de máquinas, corredera, anemómetro, indicador de timón, indicador velocidad de caída, consola para ploteado de ecos. La sección visual por pantallas en ángulo limitado a los espacios disponibles, proyección incluida la cubierta desde el centro del puente, relacionando tipo de buque y condición carga, otro proyección superíor de horizonte, cielo y nubes, relacionando la visión a cada costado según el giro del buque, efecto olas en la proa. La computadora, recoge el movimiento de la propia maniobra y la de los otros buques, almacena los datos, tanto en movimientos relativos como verdaderos.
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El montaje y monitores llevado a cabo con consolas que dan la maniobra del buque y el movimiento de los objetos, de la mar, viento, corriente, mareas y olas, su revisión, el movimiento de los otros buques, control de las distancias de máxima aproximación y tiempo para ello, datos de tamaño y superficie adecuadas de timón, forma del casco y características de maniobrabilidad de un grupo de buques. La grabación es efectuada en discos para intervenir las operaciones y movimiento de los buques, propio y ajenos) y sus maniobras simuladas. El programa de maniobrabilidad (Fig. 17.3) se basa en la ecuación de movimiento, ya analizada
Fig. 17.3 Programa de maniobrabilidad
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17.5 Simuladores de maniobra aplicables a la investigación Los simuladores con objetivos de aplicación a la investigación deben integrar 4 partes bien diferencias entre sí, (Fig. 17.5) los cuales son:
Fig. 17.5 Partes de un simulador para investigación
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El módulo principal lo compone el modelo matemático y la representación visual de la información facilitada, y la introducción de sitúaciones de respuesta humanas. El módulo de características estáticas está representado por la cuantificación y la determinación como datos de aquella información referente a las condiciones de entorno geográficas y físicas ambientales que condicionarán la respuesta y aplicación en los supuestos investigados, entre ellos la consideración del tiro de los remolcadores disponibles si los hubiera. El módulo de las características activas o dinámicas representa la introducción de las variables de operación que son aportadas mediante órdenes de maniobra o la acción de elementos conocidos, mientras se ven condicionadas por la influencia de parámetros de difícil cuantificación por cuanto están relacionadas con el factor humano que interviene en la realización de la maniobra u operación. Un módulo de información procedente de las características de maniobrabilidad y respuesta del buque sobre el que se realiza el análisis, y de la posición geográfica que el buque va alcanzando a medida que se avanza en la simulación. La conjunción ordenada y lógica de la información aportada al sistema y la obtenida en respuesta por el equipo permite obtener distintas opciones para elección, que deben ser analizadas sucesivamente, en base a la modificación de conductas humanas, del buque o de ambos, de tal forma que en consecuencia se pueda realizar una investigación profunda sin dejar cabos sueltos que pudieran desdibujar el objetivo perseguido de la optimización de una maniobra, sea cual sea la aplicación con la que pueda estar relacionada.
17.6 Aplicaciones a la investigación A. Una aplicación de la simulación fue realizada en la búsqueda de la eficacia de maniobra entre un petrolero VLCC (V=15') y un porta-contenedor CNT (V'=25') (a la vista uno de otro) en una situación de cruce y relacionada con la Regla 17 (a) del RIPA. La distancia a que maniobra el buque que debe seguir a rumbo es a 4 millas en ambos casos, dentro de los límites teóricos de 2 a 5 millas (58), lo que definía la maniobra, no solo según el tipo de buque relacionado, sino también otras variables, principalmente la opinión general de que el buque que debe maniobrar de no hacerlo a 6 millas ya se consideraba que fallaba en tomar la apropiada acción, independientemente del tipo de buque. La magnitud de la maniobra, sin embargo, aun efectuándola a 4 millas era de 25E para el CNT y de 55E para el VLCC, lo que representaba una mayor maniobra para ese último. Se comprueba que las curvas de evolución óptimas a diferentes velocidades a máxima
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velocidad de caída, y con ángulos de 5E y 25E, para el buque CNT obtenía solo un 25% más de la distancia mínima de paso deseada, mientras que para el VLCC solo obtenía el 50% de la deseada, lo que demostraba que el VLCC hacía una maniobra mucho más cerrada a la óptima, requeriendo caídas de 75E para alcanzar la distancia de paso seleccionada. La distancia de paso resultante es el resultado de las decisiones del oficial de guardia, en función del momento en que la inicia y la magnitud de la misma. Se comprobaron en función de la magnitud de la maniobra realizada, obteniéndose que el VLCC u otros buques similares, cuando debían mantener su rumbo y velocidad (según el RIPA), si llegaba el caso de aplicar la Regla 17 A)II, debían maniobrar con su buque a distancias próximas a 6 millas, lo que podía representar conflictos o imposibilidad en muchos casos. B. Las aplicaciones de un simulador de maniobra permitieron diseñar las modificaciones que eran necesarias para permitir el paso seguro de dos buques al mismo tiempo en el paso angosto de Gaillard Cut en el Canal de Panamá, que en su inicio tenía un ancho de canal de unos 150 m con varíos recodos que dificultaban la navegación en dicha zona, en especial para los grandes buques que pudieran coincidir al mismo tiempo con rumbos opuestos. El procedimiento de estudio consistió en incorporar los datos y características de los buques que debían considerarse como condicionantes de riesgo, analizados bajo la maniobra y control de personas expertas en dichos buques, inclusión de los datos del canal en la zona considerada. Se continuó con la comparación de los datos que aportaba el simulador y los que se disponían como reales por la experiencia práctica de los prácticos en auqella zona, lo que permitía hacer revisiones constantes de las necesidades y las desviaciones detectadas. En base a las dos fases anteríores, se establecieron las líneas maestras que debían marcar la filosofía de seguridad aplicable a la zona considerada, con distancias de paso, velocidades, distancias a las márgenes, sondas, interaciones, etc. Con los criteríos obtenidos anteríormente, se diseñaron las alternativas posibles en el diseño que debían constituir las modificaciones a realizar en la zona del canal, analizándose la conducta de los buques en cada una de las posibilidades de forma que pudieran reducirse el número de opciones a las más óptimas, menores esfuerzos rectificadores de los perfiles de la costa, lo que conducía a limitar más las posibles soluciones. Finalmente, la fase de determinación entre un número muy reducido de posibilidades con decisión sobre la mejor.
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Las necesidades de los buques, asociadas a los requisitos de menor coste y mayor rentabilidad-eficacia, permiten, a través de los simuladores de maniobra, optmizar los resultados, previéndolos con la antelación necesaria antes de causar costes innecesaríos, que más tarde nunca serían modificados por el coste añadido resultante. C. Otra aplicación del empleo de la simulación avanzada se ha realizado en numerosas ocasiones con el propósito de diseñar nuevas instalaciones portuarias (terminales de productos específicos) para recibir buques de especial consideración por sus características de maniobrabilidad, condicionadas por la configuración de sus superestructuras (LNG, car carriers, etc.), como lo fue en su día la determinación de los accesos al puerto de Eemshaven en Holanda, así como la propia maniobra en la dársena de atraque, y las maniobras de emergencia que cabría considerar para la seguridad de las maniobras, puerto e instalaciones. El estudio de las corrientes y vientos dominantes, sus intensidades y direcciones, las características de los nuevos buques que efectuarían el transporte, y las influencias y efectos que los primeros producirían sobre los segundos, condujo a la modificación del canal de entrada en los tramos que debían realizarse cambios de rumbo significativos, en las que, la anchura de canal disponible resultaba insuficiente para las dimensiones de dichos buques. Se modificó el canal de entrada para que resultaran rumbos de aproximación con menor riesgo en la caída, al considerar las influencias de los agentes externos previamente analizados. Se establecieron dos zonas de fondeo para casos de emergencia, uno en la aproximación a gran distancia y otro en las proximidades exteríores del puerto para seguridad de los buques que abandonaran precipitadamente las instalaciones en caso de emergencia, determinándose las condiciones de tiempo límites para efectuar maniobras, y las ayudas a la navegación para aproximación en cualquier condición de visibilidad.
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Anexos
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Anexo I. Gráficos para la obtención de los coeficientes de viento y corriente
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Anexo II. Gráficos para la obtención de los coeficientes de olas
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Anexo III. Gráficos para la obtención de los coeficientes para el cálculo de de las interacciones
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