Ingeniería naval/Construcción naval

Proceso de Construcción

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 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.

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:

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.

La propulsión a vapor:

En 1787 John Finch hizo funcionar un barco accionado por vapor. 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. Las primeras naves de vapor utilizaban vapor a baja presión, producido en una caldera donde ardía 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.

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.

Nuevas formas para los barcos de hélice (s.XIX):

Con la hélice y los cascos de hierro, la imagen de los vapores comenzó a cambiar, aunque en principio siguieran conservando la arboladura. Los palos solían ser muy altos y caídos hacia popa. La proa de violín fue muy característica de los vapores del siglo XIX, especiamente de aquellos dedicados al transporte de pasajeros. Del tipo awning deck, en opinión de Baistrocci, se hicieron algunas variaciones; de entre ellas anotamos un tipo de barco mercante muy característico, que se empleó fundamentalmente en el tráfico tramp, nos referimos al conocido como tres islas o three island, que tenía castillo a proa, puente o alcázar en el centro y toldilla a popa. Otros como el de cubierta con pozo well deck, tenían un pozo o rebaje en la cubierta superior, a la altura de la bodega del 1. Un tipo de vapor muy curioso fue el turret deck, que tenía los costados curvados hacia adentro, subiendo verticalmente hasta una estrecha cubierta en la que se encontraban las escotillas. Con este diseño se pretendía evitar los corrimientos de las cargas a granel.

La estructura del casco:

Las partes principales de la estructura del casco de un buque y sus funciones son las siguientes:

Entramado de refuerzo estructural, del que se distinguen dos sistemas típicos: estructura transversal y estructura longitudinal, construyéndose con frecuencia estructuras mixtas. El primero, típico de los buques con dos o más cubiertas que le confieren resistencia longitudinal, sigue el sistema tradicional de construcción. Desde la "quilla", viga metálica continua situada en el eje longitudinal del fondo del buque que va desde el codaste a la roda, parten hacia ambos costados vigas transversales horizontales llamadas "varengas continuas" que llegan hasta los "pantoques", donde se unen a las "cuadernas" o costillares verticales de los costados por medio de "consolas de pantoque" o "pies de cuaderna". Las varengas continuas van unidas entre sí por "vagras intercostales" paralelas a la quilla. En el sistema longitudinal, propio de petroleros y, en general, de buques con una sola cubierta, las "vagras continuas" longitudinales y paralelas a la quilla se enlazan a ésta y entre sí por medio de "varengas discontinuas". Sobre las varengas extremas o de pantoque se apoyan las "bulárcamas" o costillares verticales de los costados, unidos entre sí longitudinalmente por medio de "palmejares".

Planchas del casco y chapas del forro, que no sólo aíslan el barco del agua, sino que contribuyen a la resistencia del casco, igual que los forros o pisos de cubierta. Las chapas del casco se disponen longitudinalmente de proa a popa, formando "tracas" o hiladas. Las chapas inmediatamente adyacentes a la quilla en ambos lados se llaman "tracas de aparadura", las que forman la curva que enlaza el fondo con los costados verticales se llaman "tracas de pantoque" y las que quedan a la altura de las cubiertas sirviendo de apoyo a los trancaniles de éstas se llaman "tracas de cinta".

Cubiertas o puentes, formados por chapas dispuestas de proa a popa en planos horizontales. La "cubierta superior" cierra la parte superior del casco y las demás dividen el interior en espacios denominados "entrepuentes". Las chapas extremas de cada banda se llaman "trancaniles". Las cubiertas están reforzadas por los "baos", vigas que van de babor a estribor apoyándose en las cuadernas por medio de "consolas de baos". Las cubiertas suelen estar "arrufadas", es decir, curvadas en forma que presenten mayor altura por la proa y por la popa que por el centro. También presentan curvatura en sentido transversal, siendo más bajas a babor y a estribor que en el centro. Esta curvatura llamada "brusca de los baos" facilita la evacuación del agua que caiga sobre cubierta.

Mamparos, o tabiques de chapas verticales y planas que subdividen longitudinal y transversalmente el espacio interno del buque, contribuyen a la resistencia estructural y, si son estancos, limitan las inundaciones en caso de colisión.

Doble fondo, o piso inferior del buque, formado por hiladas de chapas sobre las varengas y las vagras, sobre el cual se sitúa la maquinaria propulsora, ofrece protección al buque en caso de varada y debajo del cual se sitúan las sentinas y los tanques de lastre y de almacenamiento.

Codaste y roda. El primero, unido al extremo de popa de la quilla, está construido en acero moldeado, por lo general en una sola pieza, aunque en los grandes buques puede estar dividido en dos o tres trozos, y soporta el extremo del árbol de la hélice, la charnela del timón y la estructura de popa. La roda es un perfil de acero laminado al cual confluyen las chapas del casco formando el ángulo de la proa.

Conceptos para la Construcción Naval

El principio de Arquímedes:

Los ingenieros que proyectan las presas y obras sumergidas se interesan mucho más por el agua en reposo que por el agua en movimiento. Estos proyectos requieren el conocimiento de la Hidrostática, que es la ciencia de los líquidos en reposo y, con más precisión, de las presiones que éstos ejercen sobre las paredes de los depósitos, sobre los cuerpos flotantes o sobre los objetos sumergidos. Uno de los primeros descubrimientos científicos de Arquímedes tenían relación con la Hidrostática. Gelón, tirano de Siracusa, había recibido de sus joyeros una corona y quería saber si era de oro o si los artesanos que la habían fabricado habían mezclado el oro con otros metales, apropiándose así de cierta cantidad de oro. Arquímedes llegó a la conclusión de que si se sumerge en un recipiente lleno de agua un objeto, desplazaría un volumen de agua igual a su propio volumen. Dedujo también que si la corona fuese sólo de oro, su peso sería distinto que si hubiese sido, por ejemplo, de oro y plata, porque la plata es menos densa que el oro. Por el contrario, a igualdad de peso, una corona de oro tendría un volumen menor que una corona de oro y plata. Introdujo un trozo de oro puro en un recipiente de agua y midió el agua desplazada. Pesó el oro fuera del agua y dividió el peso obtenido por el peso de agua desalojada, obteniendo así el peso específico del oro puro. Repitió este procedimiento con la corona y encontró que ésta tenía un peso específico inferior al del oro puro, demostrando que la corona estaba hecha de una mezcla de metales.

Flotabilidad de un buque:

Es una consecuencia directa del principio de Arquímedes. En el caso de las embarcaciones y agua de mar, el empuje que experimenta el casco hacia arriba (fuerza que lo mantiene a flote), es igual al peso del agua desplazada. Si la embarcación fuera totalmente maciza, la densidad del material debería ser inferior a la del agua para asegurar su flotación (por ejemplo, determinadas maderas). Sin embargo, la práctica totalidad de las embarcaciones son huecas por dentro (contienen aire, fluido casi 800 veces más liviano que el agua), con lo que desplazan un gran volumen de agua, siendo su peso mucho menor. De esta forma pueden construirse buques de acero (casi 8 veces más denso que el agua) sin que se hundan, salvo si se rompe el casco y su interior se llena de agua.

La estabilidad de un buque:

Está relacionada con la capacidad de un cuerpo que flota por recuperar la verticalidad cuando se ha desplazado de ella. Las embarcaciones deben ser estables, manteniendo la cubierta y el puente en la parte superior, mientras el casco permanece en contacto con el agua, sin volcarse al primer golpe de ola o la primera perturbación. Para determinar la estabilidad, deben localizarse el centro de gravedad del buque (punto donde se concentra el peso total del buque, muy influido por la colocación de la carga) y el centro de empuje (punto donde se concentra la fuerza de empuje, el cual se mueve con la inclinación del buque y es función de la forma de la sección transversal del casco). Para que un buque sea estable, el par que ejercen estas dos fuerzas debe tender a recuperar la verticalidad del buque. Si se coloca un tronco de árbol en el agua, flotará, pero al estar el centro de gravedad y el centro de empuje siempre en una misma vertical, no se produce ningún par recuperador, y el tronco puede girar libremente sobre sí mismo permaneciendo estable en cualquier posición (es un equilibrio indiferente). En los buques de casco plano y ancho, la estabilidad es, en general, buena. En los buques de casco alto y centro de gravedad elevado (colocación de cargas muy importante o cargas mal fijadas en pisos superiores) es posible la pérdida de la estabilidad y el vuelco del buque. Muchos veleros con palo muy alto, sometidos a fuertes inclinaciones por el viento, llevan un gran contrapeso en la quilla, que sitúa el centro de gravedad del conjunto en una posición inferior al centro de flotación, con lo que se asegura la estabilidad en todas las situaciones posibles.

Maniobrabilidad

Es la capacidad de un buque de cambiar de rumbo en el menor tiempo y espacio posible

Navegabilidad

Es la capacidad de un buque de avanzar en la mar aún con mal tiempo de forma segura para el buque, la carga y los tripulantes

Medición de la velocidad del buque. La corredera:

En su forma más simple consiste en una barquilla, un carretel y un contador. La barquilla consiste en una tabla de madera plana, de forma triangular, lastrada para que flote perpendicularmente. A ella va unido el cabo o cordel, marcado con nudos dispuestos a intervalos o espacios de 14,40 m, que parte del carretel. Para averiguar la velocidad de un barco, se arroja al mar la barquilla con el cabo atado y se cuenta el número de nudos que pasan en un lapso de 28 segundos. Como los nudos se encuentran en la misma relación con respecto a una milla marina que los 28 segundos respecto a una hora, si son 4 los puntos contados en 28 segundos, la velocidad de 4 nudos o 4 millas marinas (la milla equivale a 1851,8 metros). En 1834 fue inventada por Edward Massey una corredera provista de un volante rotatorio que, al girar en el agua, registraba la velocidad en un disco, pero no llegó a generalizarse su uso; sin embargo, correderas de tipos más o menos parecido acabaron por desplazar a la vieja barquilla, excepto en las embarcaciones pequeñas. En la mayoría de los buques modernos puede calcularse su velocidad por el número de revoluciones del eje de la hélice.

Elementos destacables de la estructura de un buque

Quilla: Pieza que corre de proa a popa, a lo largo de la línea media más baja del buque, siendo el principal refuerzo longitudinal, en el cual descargan los demás. Es la columna vertebral de una embarcación, la base de sustentación en donde encastran las cuadernas, la roda y el codaste. En los buques metálicos hay una serie de planchas que forman la quilla horizontal sobre la que perpendicularmente se montan una serie de planchas que nos forman la quilla vertical.

Varengas: Refuerzos transversales unidos de babor a estribor a las cuadernas y longitudinalmente a las vagras. Refuerzo transversal de fondo y doble fondo.

Bulárcama: Cuadernas de gran fortaleza, generalmente ubicadas a la altura del mástil.

Chapa del margen: Refuerzo longitudinal ubicado a la zona del codaste.

Cuadernas: Cada una de las piezas estructurales curvas, similares a costillas, cuya base encaja en la quilla de la embarcación, y desde allí se extienden por los costados, dando rigidez al casco. Perfiles sobre los que se apoya el forro formando la parte verticales del anillo transversal.

Vagras: Pieza longitudinal que se coloca en el casco, para trabar las cuadernas.

Palmejares: Refuerzo que va por el interior del casco en sentido longitudinal, impidiendo que las cuadernas se doblen en el interior con el esfuerzo de flexión.

Baos: Cada una de las piezas que atraviesan el barco de babor a estribor y que sirven para aguantar los costados y sostener las cubiertas. Tienen una curvatura llamada curva de bao. Anillo alto transversal es otra definición.

Puntales de bodega: Refuerzo vertical entre el plan de bodega y el entrepuente o cubierta. Distancia vertical desde el plan de bodega hasta el bao.

Tapas de doble fondo: Planchas superiores de doble fondo. Suelen ser de acero reforzando para aguantar mejor la carga.

Registro: Apertura. Nos permite la entrada en el doble fondo. Es obligatorio tener registros.

Aligeramientos: Permite el paso de personas por el doble fondo.

Amurada: Es el costado del buque por la parte interior. Por encima del trancanil (Son una serie de planchas que van corridas de proa a popa y que forman la primera hilada a partir del costado).

Faluchera: Abertura generalmente triangular practicada en la cubierta principal o amuras para facilitar la salida del agua embarcada.

Barraganete: La ligazón superior de la cuaderna que sobresale del trancanil por su correspondiente escopladura y que sirve para sostener la borda. Los pies de amigo de la amurada se colocan inclinados desde la cabeza de los barraganetes hasta el canto interior del trancanil o del contratrancanil.

Cintones: Listón de madera que va por la parte exterior del buque en toda su longitud y sirve para proteger el costado. En embarcaciones pequeñas se denomina verduguillo. Aligeramientos: Perforaciones en diversas piezas del buque con dos objetivos: reducción de peso, reducción de materiales y el paso de hombres.

Sentina: Espacios en el fondo del buque donde se deposita el agua que se filtra, los derrames, los líquidos residuales. Estan situados en la popa.

Sobrequilla: Madero formado por piezas, colocadas de proa a popa por encima de la trabazón de las varengas, y fuertemente empernado a la quilla, que sirve para consolidar la unión de ésta con las cuadernas.

Estructura de un astillero

Cadena de producción

Parque de Aceros: Es el principio de la cadena de producción donde se recibe, ordena y almacena el acero recibido. Debe ser lo suficientemente grande como para poder absorber la cartera de pedidos. Están equipados con grúas magnéticas que están equipadas de hasta 20 toneladas. Tenemos las aplanadoras, una vez aplanados se chorrean para eliminar las suciedades. Posteriormente se protegen y se agrupan en tamaños para su posterior utilización.

Taller de Herreros: Donde se cortan y doblan las planchas para su posterior montaje

Zona de almacenamiento intermedio: Se clasifican las planchas por lotes, en cada lote hay todas las planchas para formar uno o mas bloques

Taller de soldadura: Se forman los paneles juntando las planchas y a partir de estos los bloques estructurales del buque

Zona de prefabricación: Donde se finalizan completamente los bloques instalando todos los mamparos, compuertas etc. Se almacenan para posteriormente dirigirse a la zona de grada y diques.

Gradas o diques:Se conforman los bloques, es decir, se unen formando el buque. Nos encontramos con las grúas más grandes de todo el proceso, pues deben levantar secciones enteras del buque.

Zona de armamento: El buque ya esta todo unido, en esta sección entran en el buque carpinteros, electricistas, mecànicos, etc.

Pruebas de Mar

Antes de que el buque sea admitido por el armador se llevan a cabo las denominadas pruebas de mar, las cuales se realizan a presencia de los inspectores de la casa de armadora y del astillero. La misión de dichas pruebas se verifican las condiciones marineras y de seguridad del barco. Comprobar que se cumple con todo lo establecido en las especificaciones del contrato, y asegurarse del correcto funcionamiento de los todos los equipos. Se efectúan en mar llana, aire en calma, aguas profundas y sin corrientes.

PRUEBAS PRINCIPALES

Prueba preliminar en puerto: buque amarrado, esta encendido l planta de propulsión durante 24 horas. El personal encargado comprueba el funcionamiento, registrándose las incidencias. Sirve el rodaje preliminar.

Prueba de resistencia a toda fuerza: ya en mar abierta y durante un mínimo de 8 horas desarrollando la máxima potencia y máxima velocidad.

Prueba de velocidad a corrida de la milla: su objeto es relacionar la velocidad con las revoluciones (RPM). Esta prueba traza la curva de velocidad. Se efectúan 3 pruebas a velocidades distintas, para cada velocidad 6 corridas de 1 milla medida 3 en un sentido y 3 en la otra.

Pruebas de consumo de combustible: su objeto es horario de la planta propulsora para cada velocidad. Se hacen 4 pruebas a velocidad distintas. Dividiendo el consumo en cada prueba par, el número de pruebas de realización de esté se obtiene el consumo medio para esa velocidad. Con estos se traza la curva de consumo, hora y en función de la distancia recorrida el consumo.

Prueba de la relación de potencia y velocidad: A distintas velocidad se determina la potencia en el eje (torsiómetro), levantándose la cursa de potencia. Velocidad.

Prueba de gobierno: se realiza con el buque navegando a máxima velocidad y comprobando el tiempo que tarda el timón en pasar de 35º a una banda a 35º a la otra, no debiendo ser superior a los 28 segundos.

Prueba de fondeo: el buque deberá estar en aguas profundas, debiendo ser anunciados al menos 3 largos de cadena (3 x 27’5m). Se determinan tiempos, consumos de los molinetes, y estiba de las anclas en los escobenos y cadenas de su caja

Prueba de evolución: barco a máxima velocidad y el timón a la vía se mete toda la caña a una banda, manteniendo así el barco hasta cambiar el rumbo 540º, concluyendo la prueba y volviendo a hacer lo mismo para la otra banda. De esta forma se traza la curva de evolución, determinándose el diámetro del círculo de giro, desviación que sufre el rumbo, velocidad de la maniobra.

Pruebas: velocidad de autonomía, velocidad económica y consumo por caballo.

Referencias

El contenido de este artículo incorpora material del tomo 7 de la Enciclopedia Universal Ilustrada Europeo-Americana (Espasa), cuya publicación fue anterior a 1933, por lo que se encuentra en el dominio público.

Enlaces externos

 Artículo sobre buques en Wikipedia.

Shipbuilding en Wikimedia Commons.