Construcción naval:
La turbina (1884):
El británico Charles Parsons construyó por primera vez una turbina para la propulsión naval pero tenía el problema de que hacía girar la hélice a una velocidad peligrosa. En 1910 se consiguieron transmisiones capaces de disminuir la velocidad de la hélice, posibilitando la utilización de la turbina como fuente de energía.
La Hélice:
Patentada en 1836 por el ingeniero de origen sueco John Ericson. Las palas de las hélices giran alrededor del eje de un árbol de transmisión casi horizontal, de forma que la potencia se utiliza continuamente. Estas palas están dispuestas según un determinado ángulo de incidencia respecto al agua, de manera que impulsan la nave hacia a delante con un movimiento semejante al de un tornillo. Completamente sumergida y no sujeta a la influencia de las olas y de los movimientos de la nave, proporciona un empuje regular en todas las circunstancias. Las hélices pueden estar formadas por dos, tres, cuatro o más palas, según el tipo de embarcación al que vayan destinadas. Las naves grandes tienen a menudo dos hélices o incluso cuatro que aumentan la velocidad y maniobrabilidad. Los transbordadores van provistos de un conjuto de hélices a cada extremo con lo que se elimina la necesidad de tener que virar para invertir la dirección de navegación.
Hidroala:
El casco de un barco normal se mantiene a flote en virtud del principio de Arquímedes, es decir, se hunde en el agua hasta que desplaza un volumen de agua cuyo peso iguala al del barco mismo. Este principio es adecuado para sostener el casco, pero ya no lo es tanto cuando se trata de moverlo. Cuando un barco se desplaza mediante hélices debe abrirse camino en el agua apartándola y amontonándola por delante; en esta situación existen dos posibilidades: franquear el montón de agua que hay delante, o esperar a que éste se disperse en forma de ola. Esta segunda alternativa es la que siguen normalmente los cascos del tipo desplazante. El inconveniente de este método consiste en que la ola se aleja hacia adelante con una velocidad proporcional a la raíz cuadrada de la longitud del casco de la embarcación. Unicamente cascos muy largos, como los de los grandes barcos, pueden moverse con la velocidad adecuada. Para superar la velocidad de la ola es necesario consumir mucha energía y la navegación en estas condiciones ya no es conveniente. El hidroala resuelve el problema de la resistencia de la ola elevándose por encima del agua y manteniendo sumergidas unas alas o patines que lo sostienen mientras la velocidad sea lo bastante alta. Como las olas no golpean el fondo del casco tienen poca influencia sobre el equilibrio del barco y la navegación. A bajas velocidades funciona como un barco normal capaz de flotar y moverse lentamente en el agua, lo que es necesario para maniobrar en un puerto o permanecer fondeado. Cuando el casco se mueve lentamente en el agua, el efecto de las alas no se percibe; pero cuando los potentes motores impulsan la embarcación con velocidad suficiente, las alas funcionan como las de un avión y levantan el hidrofoil por encima del agua. Las alas de un avión, cuando se mueven en el aire, consiguen que éste, deslizándose alrededor de su perfil, se comprima por debajo y se expansione por encima. De este modo el ala es aspirada hacia arriba y el avión se sostiene en el aire. El ala sumergida del hidrofoil actúa de la misma manera, pero al ser el agua unas 750 veces más densa que el aire, con unas pequeñas aletas y velocidades mucho menores, genera la fuerza de sustentación que levanta el casco por encima del agua. Un complejo sistema electrónico mide los cambios en la situación del mar y produce las pequeñas y rápidas rotaciones de las alas que mantienen al barco en equilibrio. Mientras el casco permanece elevado, es necesario que la hélice permanezca sumergida a cierta profundidad. Si se emplea un sistema de propulsión a chorro la potencia es generada por unas turbinas de gas de tipo aeronáutico modificadas. El agua se extrae de la toma situada en el brazo central de sostén de las alas posteriores y se bombea hacia atrás a nivel de la superficie o incluso por encima de ella hacia el aire.
Submarinos nucleares:
El excesivo consumo de oxígeno impide la utilización de motores diesel en los submarinos convencionales, que navegan con propulsión eléctrica, son lentos y de poca autonomía. Tras la Segunda Guerra Mundial la armada norteamericana decidió construir un submarino que aprovechara la fisión nuclear. Su desarrollo empezó en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (Tennesse). El jefe del proyecto era el capitán de navío Hyman G.Rickover. El combustible elegido fue el uranio altamente enriquecido en el isótopo radiactivo U235. El sistema de moderación y refrigeración fue el reactor de agua a presión (PWR). El sistema BWR, de agua hirviendo y también apto, no ha tenido continuidad en los diseños posteriores. El Nautilus, probado en 1954, tuvo un funcionamiento altamente satisfactorio. Sólo 5 años después la Unión Soviética construyó un submarino similar. Las críticas a la propulsión nuclear se basan en los problemas que generaría un accidente o acción bélica y la producción de residuos de larga vida. Para que un siniestro no se convierta en un desastre, el robusto sistema de control del reactor debe detener la reacción en cadena y la estructura reforzada debe impedir la fuga de la radiactividad contenida en el núcleo. En la actualidad hay unos 390 submarinos nucleares: 163 americanos, 200 ex soviéticos, 20 británicos y 7 franceses. Su desplazamiento varía entre las 2.300 toneladas de la clase Skate (EEUU) y las 30.000 de la clase Typhoon (antigua Unión Soviética). La mayoría son submarinos de ataque o lanzamisiles, de alta velocidad (más de 30 nudos en inmersión), y de autonomía
prácticamente infinita.
Básicamente una nave consta de una quilla, que resiste el peso longitudinalmente; de las cuadernas, que están fijadas a la quilla y se curvan hacia arriba para dar al barco su forma; de las planchas, fijadas a las cuadernas, que hacen que impiden la entrada de agua; y de los puentes y superestructuras, que ocupan el interior hueco del buque, formando los alojamientos para la tripulación y pasajeros y proporcionando espacios para los controles operativos y los avituallamientos necesarios.
La madera en la construcción naval:
Hasta mediados del siglo XIX la madera fue el único material empleado en la construcción de cascos y estructura de los buques. Más ligera que el agua y muy resistente en relación con su peso específico, presenta grandes dificultades de ensamblaje, por lo que las dimensiones de los mayores buques de la época tuvieron un límite entre los 60 y los 70 metros de eslora. Hoy día también se construyen cascos de madera, pero su empleo está restringido a las embarcaciones menores como yates, lanchones y pesqueros, e incluso en estas aplicaciones ha de competir con el acero, el aluminio y el plástico. Estas circunstancias unidas a la disminución de las reservas forestales, han hecho perder importancia a la construcción de buques de madera. La quilla, espina dorsal del buque, está constituida por grandes vigas de madera, unidas por pernos y pasadores. El forro exterior está compuesto de tablas de madera, cuya estanqueidad se consigue calafateando las juntas con algodón o estopa impregnados en compuestos de alquitrán o sebo. Entre las variedades de maderas adecuadas para forros y cubiertas de buques destacan el pino, el olmo, el roble, el cedro y la caoba, aunque estos dos últimos se reservan prácticamente para yates de lujo. (A.Jenaro Garrido)
Hasta mediados del siglo XIX la madera fue el único material empleado en la construcción de cascos y estructura de los buques. Más ligera que el agua y muy resistente en relación con su peso específico, presenta grandes dificultades de ensamblaje, por lo que las dimensiones de los mayores buques de la época tuvieron un límite entre los 60 y los 70 metros de eslora. Hoy día también se construyen cascos de madera, pero su empleo está restringido a las embarcaciones menores como yates, lanchones y pesqueros, e incluso en estas aplicaciones ha de competir con el acero, el aluminio y el plástico. Estas circunstancias unidas a la disminución de las reservas forestales, han hecho perder importancia a la construcción de buques de madera. La quilla, espina dorsal del buque, está constituida por grandes vigas de madera, unidas por pernos y pasadores. El forro exterior está compuesto de tablas de madera, cuya estanqueidad se consigue calafateando las juntas con algodón o estopa impregnados en compuestos de alquitrán o sebo. Entre las variedades de maderas adecuadas para forros y cubiertas de buques destacan el pino, el olmo, el roble, el cedro y la caoba, aunque estos dos últimos se reservan prácticamente para yates de lujo. (A.Jenaro Garrido)
Las cuadernas:
En la cara superior de la quilla se labra una ranura longitudinal o alefriz, en la cual se ensambla el borde inferior de las cuadernas o costillares del buque. Las cuadernas se fabrican de dos maneras:
En la cara superior de la quilla se labra una ranura longitudinal o alefriz, en la cual se ensambla el borde inferior de las cuadernas o costillares del buque. Las cuadernas se fabrican de dos maneras:
- Curvadas al vapor: Suelen ser de roble u olmo, pero su tamaño viene limitado por el de los trozos de madera disponibles y por la dificultad de curvar piezas gruesas. La madera adquiere flexibilidad por el tratamiento al vapor y se curva con arreglo a plantillas o gálibos.
- Labradas con reviro: Suelen ser también de roble u olmo y se emplean cuando su tamaño no permite la utilización de las curvadas al vapor. Se construyen en secciones llamadas genoles, varengas y barraganetes, ensambladas por medio de pernos o cabillas.
Sustitución de la madera por el hierro:
A través de modificaciones cada vez más complejas y perfeccionadas, las naves a vela dominaron los mares hasta la invención de los buques a vapor, a principios del siglo XIX. Durante todo ese tiempo, los principios básicos de la construcción naval variaron relativamente poco aunque sí mejoraron los materiales y las técnicas. A mediados del siglo XIX se inició la construcción mixta madera-hierro que permitió un considerable aumento del tamaño de los buques y la aparición del modelo clíper, largo y esbelto, con una proa estrecha y prominente. Importantes cambios de estructura sustituyeron a las proas macizas y formas más robustas del pasado. Las primeras naves de hierro aparecieron en 1790 y las primeras de acero soldado hacia 1880. La superior fortaleza y homogeneidad del hierro y la posibilidad de ensamblarlo eficazmente desplazaron a la madera del puesto primordial que ocupaba en la construcción naval.
A través de modificaciones cada vez más complejas y perfeccionadas, las naves a vela dominaron los mares hasta la invención de los buques a vapor, a principios del siglo XIX. Durante todo ese tiempo, los principios básicos de la construcción naval variaron relativamente poco aunque sí mejoraron los materiales y las técnicas. A mediados del siglo XIX se inició la construcción mixta madera-hierro que permitió un considerable aumento del tamaño de los buques y la aparición del modelo clíper, largo y esbelto, con una proa estrecha y prominente. Importantes cambios de estructura sustituyeron a las proas macizas y formas más robustas del pasado. Las primeras naves de hierro aparecieron en 1790 y las primeras de acero soldado hacia 1880. La superior fortaleza y homogeneidad del hierro y la posibilidad de ensamblarlo eficazmente desplazaron a la madera del puesto primordial que ocupaba en la construcción naval.
La propulsión a vapor (1787):
El norteamericano John Finch hizo funcionar en 1787 un barco accionado por vapor pero su proyecto no siguió adelante por falta de apoyo financiero. Fulton realiza 20 años más tarde, a bordo del Clermont el primer viaje de Nueva York a Albany, con un recorrido de unos 240 km. John Stevens dio un notable impulso a la técnica de construcción naval al establecer en 1804 algunos principios fundamentales para los buques de vapor: la nave estaba equipada con una caldera de varios tubos, debía emplear vapor a alta presión y tenía que utilizar una hélice en lugar de la rueda de paletas. La hélice estaba provista de cuatro brazos cortos y de forma helicoidal. Con el tiempo sus principios de revelaron básicamente correctos. Las primeras naves de vapor utilizaban vapor a baja presión, producido en una caldera cuadrada que funcionaba con carbón o leña. El vapor entraba en un único cilindro, donde se expandía y hacía girar el árbol que, a su vez, accionaba la hélice. Como el vapor a baja presión tiene una presión apenas superior a la atmosférica, el empuje que se lograba era modesto y, en la búsqueda de mayor potencia se proyectaron calderas, pistones y cilindros de dimensiones cada vez mayores. Hacia 1860 se introdujeron calderas cilíndricas que posibilitaban la producción de vapor a alta presión. El vapor, podía hacerse pasar por dos o más cilindros de dimensiones crecientes. Hacia finales de siglo, estos motores de doble o triple expansión producían hasta 20.000 caballos de vapor, pero también su utilización se vio limitada por sus enormes dimensiones.
El norteamericano John Finch hizo funcionar en 1787 un barco accionado por vapor pero su proyecto no siguió adelante por falta de apoyo financiero. Fulton realiza 20 años más tarde, a bordo del Clermont el primer viaje de Nueva York a Albany, con un recorrido de unos 240 km. John Stevens dio un notable impulso a la técnica de construcción naval al establecer en 1804 algunos principios fundamentales para los buques de vapor: la nave estaba equipada con una caldera de varios tubos, debía emplear vapor a alta presión y tenía que utilizar una hélice en lugar de la rueda de paletas. La hélice estaba provista de cuatro brazos cortos y de forma helicoidal. Con el tiempo sus principios de revelaron básicamente correctos. Las primeras naves de vapor utilizaban vapor a baja presión, producido en una caldera cuadrada que funcionaba con carbón o leña. El vapor entraba en un único cilindro, donde se expandía y hacía girar el árbol que, a su vez, accionaba la hélice. Como el vapor a baja presión tiene una presión apenas superior a la atmosférica, el empuje que se lograba era modesto y, en la búsqueda de mayor potencia se proyectaron calderas, pistones y cilindros de dimensiones cada vez mayores. Hacia 1860 se introdujeron calderas cilíndricas que posibilitaban la producción de vapor a alta presión. El vapor, podía hacerse pasar por dos o más cilindros de dimensiones crecientes. Hacia finales de siglo, estos motores de doble o triple expansión producían hasta 20.000 caballos de vapor, pero también su utilización se vio limitada por sus enormes dimensiones.
La turbina (1884):
El británico Charles Parsons construyó por primera vez una turbina para la propulsión naval pero tenía el problema de que hacía girar la hélice a una velocidad peligrosa. En 1910 se consiguieron transmisiones capaces de disminuir la velocidad de la hélice, posibilitando la utilización de la turbina como fuente de energía.
A principios del siglo XX se desarrolló el motor diesel marino, y los nuevos trasatlánticos gigantes cubrían las rutas del Atlántico y del Pacífico. El cierre al tráfico del canal de Suez (1967-1975) motivó la construcción de grandes superpetroleros que debían rodear Africa doblando el cabo de Buena Esperanza.
La Hélice:
Patentada en 1836 por el ingeniero de origen sueco John Ericson. Las palas de las hélices giran alrededor del eje de un árbol de transmisión casi horizontal, de forma que la potencia se utiliza continuamente. Estas palas están dispuestas según un determinado ángulo de incidencia respecto al agua, de manera que impulsan la nave hacia a delante con un movimiento semejante al de un tornillo. Completamente sumergida y no sujeta a la influencia de las olas y de los movimientos de la nave, proporciona un empuje regular en todas las circunstancias. Las hélices pueden estar formadas por dos, tres, cuatro o más palas, según el tipo de embarcación al que vayan destinadas. Las naves grandes tienen a menudo dos hélices o incluso cuatro que aumentan la velocidad y maniobrabilidad. Los transbordadores van provistos de un conjuto de hélices a cada extremo con lo que se elimina la necesidad de tener que virar para invertir la dirección de navegación.
Sustitución de la rueda de paletas:
Su anterior medio de propulsión, la rueda de paletas, presentaba serios inconvenientes en alta mar. Eran grandes y pesadas. Por la acción del oleaje y particularmente con el tiempo ventoso, el balanceo de la nave dejaba a veces la rueda del lado de barlovento completamente fuera del agua, haciendo difícil el gobierno de la nave y sometiendo a esfuerzos peligrosos a la rueda, a la nave y al motor. Durante un cierto tiempo ambos sistemas de propulsión estuvieron en competencia. A comienzos de la propulsión a vapor la rueda de paletas tenía muchos defensores porque permitía utilizar mayor potencia. En 1845 el Almirantazgo Británico realizó una prueba de remolque entre dos naves análogas en dimensiones y potencia que fue ganada por la hélice al ser más eficaz a bajas velocidades. Las grandes potencias disponibles aun a baja velocidad hacían de la hélice el medio de propulsión más apropiado para las distintas maniobras incluidas las de atraque en puerto. La rueda de paletas impulsa la nave con un movimiento discontinuo análogo al de los remos.
Su anterior medio de propulsión, la rueda de paletas, presentaba serios inconvenientes en alta mar. Eran grandes y pesadas. Por la acción del oleaje y particularmente con el tiempo ventoso, el balanceo de la nave dejaba a veces la rueda del lado de barlovento completamente fuera del agua, haciendo difícil el gobierno de la nave y sometiendo a esfuerzos peligrosos a la rueda, a la nave y al motor. Durante un cierto tiempo ambos sistemas de propulsión estuvieron en competencia. A comienzos de la propulsión a vapor la rueda de paletas tenía muchos defensores porque permitía utilizar mayor potencia. En 1845 el Almirantazgo Británico realizó una prueba de remolque entre dos naves análogas en dimensiones y potencia que fue ganada por la hélice al ser más eficaz a bajas velocidades. Las grandes potencias disponibles aun a baja velocidad hacían de la hélice el medio de propulsión más apropiado para las distintas maniobras incluidas las de atraque en puerto. La rueda de paletas impulsa la nave con un movimiento discontinuo análogo al de los remos.
Hidroala:
El casco de un barco normal se mantiene a flote en virtud del principio de Arquímedes, es decir, se hunde en el agua hasta que desplaza un volumen de agua cuyo peso iguala al del barco mismo. Este principio es adecuado para sostener el casco, pero ya no lo es tanto cuando se trata de moverlo. Cuando un barco se desplaza mediante hélices debe abrirse camino en el agua apartándola y amontonándola por delante; en esta situación existen dos posibilidades: franquear el montón de agua que hay delante, o esperar a que éste se disperse en forma de ola. Esta segunda alternativa es la que siguen normalmente los cascos del tipo desplazante. El inconveniente de este método consiste en que la ola se aleja hacia adelante con una velocidad proporcional a la raíz cuadrada de la longitud del casco de la embarcación. Unicamente cascos muy largos, como los de los grandes barcos, pueden moverse con la velocidad adecuada. Para superar la velocidad de la ola es necesario consumir mucha energía y la navegación en estas condiciones ya no es conveniente. El hidroala resuelve el problema de la resistencia de la ola elevándose por encima del agua y manteniendo sumergidas unas alas o patines que lo sostienen mientras la velocidad sea lo bastante alta. Como las olas no golpean el fondo del casco tienen poca influencia sobre el equilibrio del barco y la navegación. A bajas velocidades funciona como un barco normal capaz de flotar y moverse lentamente en el agua, lo que es necesario para maniobrar en un puerto o permanecer fondeado. Cuando el casco se mueve lentamente en el agua, el efecto de las alas no se percibe; pero cuando los potentes motores impulsan la embarcación con velocidad suficiente, las alas funcionan como las de un avión y levantan el hidrofoil por encima del agua. Las alas de un avión, cuando se mueven en el aire, consiguen que éste, deslizándose alrededor de su perfil, se comprima por debajo y se expansione por encima. De este modo el ala es aspirada hacia arriba y el avión se sostiene en el aire. El ala sumergida del hidrofoil actúa de la misma manera, pero al ser el agua unas 750 veces más densa que el aire, con unas pequeñas aletas y velocidades mucho menores, genera la fuerza de sustentación que levanta el casco por encima del agua. Un complejo sistema electrónico mide los cambios en la situación del mar y produce las pequeñas y rápidas rotaciones de las alas que mantienen al barco en equilibrio. Mientras el casco permanece elevado, es necesario que la hélice permanezca sumergida a cierta profundidad. Si se emplea un sistema de propulsión a chorro la potencia es generada por unas turbinas de gas de tipo aeronáutico modificadas. El agua se extrae de la toma situada en el brazo central de sostén de las alas posteriores y se bombea hacia atrás a nivel de la superficie o incluso por encima de ella hacia el aire.
Submarinos nucleares:
El excesivo consumo de oxígeno impide la utilización de motores diesel en los submarinos convencionales, que navegan con propulsión eléctrica, son lentos y de poca autonomía. Tras la Segunda Guerra Mundial la armada norteamericana decidió construir un submarino que aprovechara la fisión nuclear. Su desarrollo empezó en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (Tennesse). El jefe del proyecto era el capitán de navío Hyman G.Rickover. El combustible elegido fue el uranio altamente enriquecido en el isótopo radiactivo U235. El sistema de moderación y refrigeración fue el reactor de agua a presión (PWR). El sistema BWR, de agua hirviendo y también apto, no ha tenido continuidad en los diseños posteriores. El Nautilus, probado en 1954, tuvo un funcionamiento altamente satisfactorio. Sólo 5 años después la Unión Soviética construyó un submarino similar. Las críticas a la propulsión nuclear se basan en los problemas que generaría un accidente o acción bélica y la producción de residuos de larga vida. Para que un siniestro no se convierta en un desastre, el robusto sistema de control del reactor debe detener la reacción en cadena y la estructura reforzada debe impedir la fuga de la radiactividad contenida en el núcleo. En la actualidad hay unos 390 submarinos nucleares: 163 americanos, 200 ex soviéticos, 20 británicos y 7 franceses. Su desplazamiento varía entre las 2.300 toneladas de la clase Skate (EEUU) y las 30.000 de la clase Typhoon (antigua Unión Soviética). La mayoría son submarinos de ataque o lanzamisiles, de alta velocidad (más de 30 nudos en inmersión), y de autonomía
prácticamente infinita.
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