Barcos mayores (construcción naval)

4.1

Primeros desarrollos

El primer barco de vapor que cruzó el Atlántico fue el buque correo de costa remozado Savannah, que zarpó desde Savannah, Georgia, el 28 de mayo de 1819 y llegó a Liverpool el 20 de junio. Algunos otros barcos cruzaron después el océano Atlántico, pero no se instituyó un servicio regular hasta 1840, año en que la empresa recién creada Cunard Line estableció y mantuvo una línea regular entre Gran Bretaña y Estados Unidos. Los buques eran de madera, con ruedas accionadas por vapor, y llevaban también mástiles y un aparejo de barca que se usaba cuando el viento era favorable. Sus dos máquinas le suministraban una potencia de 1.500 CV, aproximadamente, y propulsaban el barco a unos 9 nudos (16 km/h). Los primeros vapores estadounidenses que mantuvieron un programa regular de viajes transatlánticos fueron el Hermann y el Washington, que comenzaron sus servicios en 1847.

Entre los primeros intentos de aplicación de la propulsión por hélice, se cuenta la construcción en 1804, por el inventor John Stevens, de un barco de vapor con dos hélices. Aunque obtuvo éxito en varias pruebas, Stevens se desalentó debido a dificultades en la construcción de la máquina, y no prosiguió sus ensayos. En 1836, el sueco John Ericsson y el británico Francis Smith introdujeron, cada uno de ellos por caminos independientes, la hélice que fue sometida a prueba en una serie de barcos, entre los que destacó el navío británico Great Britain, terminado en 1844. El buque tenía 98,2 m de eslora y una capacidad de carga de casi 3.550 t. Una única máquina de 2.000 CV impulsaba el barco a una velocidad de 12 nudos (22 km/h). El Great Britain se hundió en la costa de Irlanda, pero soportó severos vientos y marejadas durante un invierno completo, y fue reflotado más tarde sin daños. Este hecho eliminó una gran parte de los prejuicios conservadores contrarios al uso del hierro como material apropiado para la construcción de barcos.

4.2

Evolución y máquinas de vapor

Las mejoras posteriores en el mecanismo propulsor de los buques de vapor incluyeron la introducción de la máquina de expansión múltiple. Las primeras máquinas de vapor marinas empleaban el principio de expansión simple, basado en la entrada y posterior salida del gas en los cilindros de la caldera. Mejorando las calderas y aumentando la presión del vapor, los armadores descubrieron que podían utilizar el vapor expulsado de un cilindro para accionar otro cilindro de baja presión. De esta forma se incrementaba la eficacia que procedía de la energía resultante de la planta de potencia. Máquinas de este tipo, denominadas de expansión doble, fueron sustituidas más tarde por las de expansión triple, dotadas de mayor capacidad. En 1854 se utilizó la primera máquina de expansión doble, y la primera de expansión triple en 1873. La utilización de este tipo de máquinas supuso la superación de uno de los mayores obstáculos para el desarrollo posterior de los buques de vapor: la necesidad de transportar consigo importantes cargamentos de carbón como combustible o de repostar a menudo durante viajes largos.

Otros avances incluyeron la incorporación de dos hélices, y más tarde, de hasta tres y cuatro hélices para minimizar el peligro que podía provocar la deriva de un buque desamparado si una hélice o un eje de cola fallaban o se rompían. En 1890 se realizaron los primeros ensayos para sustituir máquinas alternativas por turbinas. La desventaja de la turbina era que constituía por sí misma un mecanismo de alta velocidad, pero esto se resolvió en combinación con un engranaje desmultiplicador entre la turbina y el eje de cola, lo que permitía a la turbina mover la hélice a la velocidad apropiada. Las instalaciones con turbinas son muy comunes en la sala de máquinas de los buques de vapor modernos y su función la complementan en ocasiones máquinas auxiliares, que operan en el mismo eje de cola. En buques modernos, y sobre todo en navíos de guerra, los sistemas turboeléctricos de encendido han sustituido a los sistemas que utilizan accionamientos mecánicos. Una planta de potencia turboeléctrica consiste en una turbina de vapor que acciona una dinamo, que a su vez opera un motor que hace girar a la hélice. El accionamiento turboeléctrico es flexible en extremo en operación, y elimina muchas de las dificultades mecánicas que acompañan el giro de las hélices mediante largos y pesados ejes de cola.

Al final de la década de 1950 se desarrollaron plantas de energía nuclear que proporcionaban vapor para propulsar tanto buques de guerra como mercantes. El mercante Savannah, impulsado con energía nuclear y construido por el Gobierno de Estados Unidos, realizó con gran éxito una serie de viajes experimentales. Sin embargo, los costes continúan siendo más altos que los de sus competidores con sistemas convencionales.

5

Buques a motor

El desarrollo del motor de combustión interna a finales del siglo XIX, y en particular el desarrollo de los motores diesel, posibilitaron el diseño de plantas generadoras de potencia para buques que son mucho más útiles que las plantas de vapor convencionales. La utilización de máquinas avanzadas y eficaces resulta un factor de primer orden en la construcción naval, debido a que estos motores permiten al barco un menor consumo de combustible y el transporte de mayor volumen de carga. Las primeras motonaves, término genérico para referirse a los buques propulsados con diesel, fueron construidas en los primeros años del siglo XX; en contraste con modelos precedentes, eran más pequeños, pero en los años que siguieron a la I Guerra Mundial se construyeron un determinado número de grandes transatlánticos accionados a motor y operaron con gran éxito. Los buques de motor constituyen el 76% de la flota mundial de más de 43.000 buques de 90.000 t y superiores; algo menos del 75% de la flota utiliza diesel.

5.1

Barcos de efecto-superficie, mixtos y de hidroala

Recientemente se ha desarrollado un elevado número de nuevos modelos como resultado de una constante investigación para conseguir un transporte más rápido. El navío convencional es sobre todo un vehículo de desplazamiento; cuando se mueve lo hace atravesando el agua y no sobre ella, lo que origina una gran cantidad de olas. Por tanto, se necesita mayor potencia para contrarrestar el efecto de la generación de olas y el rozamiento entre el forro del barco y el agua. A altas velocidades, la potencia que se requiere es enorme; por ejemplo, un portaaeronaves de 54.000 t necesita 280.000 CV para navegar a 35 nudos (65 km/h).

Si un barco se eleva fuera del agua, no se generan olas y se libera de la fuerza de rozamiento del agua. Los avances más recientes en la industria naval tratan de despegar el vehículo de la superficie del agua.

El barco de efecto-superficie navega sobre un colchón de aire (véase Aerodeslizador). El aire se bombea bajo el barco mediante grandes ventiladores. El barco se eleva por el colchón de aire y flota sobre él en lugar de hacerlo sobre el agua. Unos faldones cuelgan hasta hundirse para mantener intacto el colchón de aire. La generación de olas se neutraliza y el índice de rozamiento es muy pequeño, por lo que es posible obtener altas velocidades con una potencia propulsora pequeña. Se han construido barcos de este tipo de hasta 145 t, y embarcaciones de pequeño calado han alcanzado velocidades superiores a 100 nudos (185 km/h). El verdadero barco de efecto-superficie es capaz también de volar sobre un terreno liso.

El barco mixto aire-agua es el resultado de una variación del modelo de efecto-superficie. Navega en el aire y en el agua. El aire se bombea en la popa y es atrapado por un faldón neumático abatible. Mientras el barco se desplaza por el agua, parte de su peso lo soporta la burbuja de aire y el resto recae sobre el agua. Este sistema permite que se reduzcan las resistencias de la generación de olas y así lograr que la velocidad se incremente. El principio de la burbuja de aire atrapada se ha utilizado con éxito en embarcaciones pequeñas.

La quilla fluida tiene cierta similitud con el barco suspendido en aire. Un pequeño ventilador es utilizado para mantener una fina película de aire bajo el barco. La película de aire actúa a la manera de un lubricante disminuyendo la resistencia al rozamiento del agua. Este principio ha demostrado ser muy práctico en embarcaciones pequeñas, pero todavía no se han realizado pruebas en barcos de mayor envergadura.

Los barcos de hidroala o hidrohélice operan sobre fundamentos muy distintos del grupo de los buques soportados por aire. En estos barcos, los planos sumergidos o alas hidrodinámicas están conectadas al barco mediante unos contretes y, comportándose como las alas de los aviones, elevan el casco sobre el agua. Conforme va aumentando la velocidad, se mueve fuera del agua apoyado en las alas submarinas. Las alas pueden permanecer una parte por encima y otra parte por debajo de la superficie del agua, y por ello se llaman alas de penetración. Cuanto más rápido se mueva el barco menor será la cantidad de aleta sumergida. El barco con aleta de penetración superficial es el tipo más sencillo de hidroala; se usa con frecuencia en barcos de pasajeros y otros más pequeños que navegan por los ríos y canales de Europa. Las alas hidrodinámicas pueden estar por completo bajo el agua, en cuyo caso se denominan alas sumergidas. La elevación que producen se controla por el ángulo de las aletas y la velocidad del barco. En los barcos de hidroala se han alcanzado velocidades de más de 100 nudos (185 km/h).

5.2

Buques portacontenedores y petroleros

Dos innovaciones recientes en tipos de buques han tenido gran influencia en el comercio mundial, aunque los buques en sí mismos no son técnicamente muy notables. Los portacontenedores transportan contenedores de medidas estándar (6 m por 2,4 m) de una aleación de aluminio, dentro de los cuales puede almacenarse una gran variedad de carga. Las ventajas económicas de este sistema incluyen la reducción de los costes de mano de obra en los puertos, una reducción del tiempo de estancia en los mismos, menores pérdidas por hurtos y una transferencia al transporte terrestre más eficaz.

Los petroleros, construidos para transportar el enorme tráfico de petróleo tras la II Guerra Mundial, son de un diseño sencillo en extremo. La maquinaria se concentra en la popa y, en la práctica, todo el casco a proa lo ocupan tanques que contienen carga líquida. Debido a que los petroleros viajan desde las áreas productoras del petróleo a las terminales de descarga, repitiendo por lo general el mismo viaje muchas veces, las tripulaciones son reducidas, y una gran parte de la maquinaria del buque se controla de forma automática. La facilidad de construcción de los petroleros ha derivado en un gran aumento de tamaño; actualmente, navegan por los océanos muchos petroleros de cientos de miles de toneladas, empequeñeciendo a los grandes transatlánticos.