Ciencias Náuticas-2

BARCOS DE VAPOR

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Fueron muchos los intentos que se realizaron durante los siglos XVII y XVIII para llegar a inventar el sistema de vapor utilizable para desplazar a las embarcaciones. Entre los principales se encuentra el del francés Denis Papin que creó, en 1698, el émbolo de vapor que los ingleses Watt y Boulton emplearon para construir una máquina que posteriormente se usó en la navegación.

En 1783 el francés D'Abbans, oficial de la marina, construyó el primer barco de vapor que consiguió remontar la corriente de un río, el Saona, aunque en una distancia corta. Dos escoceses, Miller y Symington, en 1789 diseñaron un barco de vapor que alcanzó la velocidad de 7 nudos. En Estados Unidos, en 1807, Fulton, recogiendo todas las experiencias anteriores, puso en servicio el Clermont, considerado como el primer barco de vapor completo, que demostró su utilidad durante varios años realizando el servicio entre Nueva York y Albany sobre el río Hudson, y fue al siguiente año cuando el norteamericano Stevens construyó un barco de vapor que realizó la primera travesía marítima utilizando este sistema.

En Inglaterra la construcción de buques de vapor se desarrolló con gran rapidez a partir de 1818, y el barco Rob Roy hizo la travesía entre Greenok y Belfast en Irlanda del Norte, que se puede considerar como la primera ruta marina cubierta con regularidad por los barcos de vapor. En el año de 1835, la flota mercante inglesa contaba ya con 500 vapores y los primeros que atravesaron el Atlántico fueron el Sirus y el Great Western, en 1838, barcos de escaso tonelaje, pero que utilizaron sólo el vapor en la travesía.

En Francia también se incrementó el uso de los barcos de vapor, y en los astilleros de los hermanos Bazin de Marsella se construyeron los primeros vapores, el Henry IV y el Sully; en 1836 la armada de guerra francesa poseía un buen número de barcos movidos a vapor y también contaba con doce vapores para transportar mercancías entre Argel y Levante. Estos navíos y los construidos más tarde, formaron la compañía naviera de Mensajerías Marítimas cuyos barcos tenían una eslora de 50 metros desplazando 380 toneladas, podían llevar a bordo 26 pasajeros y desarrollaban 7 nudos. El incremento de la flota francesa de vapor hizo necesarios los servicios de personal técnico capacitado; por ello se crea, en Tolón, la primera escuela para preparar a los técnicos en los sistemas de navegación por vapor.

Estos primeros barcos de vapor fueron movidos por grandes ruedas de paletas, colocadas en sus costados, pero debido a las dificultades que representaba accionarlas fueron sustituidas por la hélice de vapor, colocada en la popa de la embarcación, cuyo invento puede atribuirse tanto al inglés Smith, que la patentó en 1835, como al sueco Ericson o a los franceses Sauvage y Normand.

El problema que se presentó en los buques de ruedas y los de hélice era el enorme consumo de carbón, lo que ocasionaba que el vapor obtenido tuviera costos muy altos, ya que la energía se desperdiciaba; por ejemplo, el Britania de la Compañía Cunard, que desplazaba 1 000 toneladas, con rueda de paletas consumía cerca de 40 toneladas de carbón por día, mientras el Pereire, paquebote trasatlántico de hélice de 3 014 toneladas de desplazamiento, desarrollaba 13 nudos y consumía 80 toneladas cada 24 horas.

Este consumo tan grande hacia que casi la totalidad de las bodegas del barco se destinara a almacenar el carbón necesario para la travesía. En el Pereire, el conjunto de la sala de máquinas y carboneras absorbía la mitad de su capacidad total, quedando poco espacio para los pasajeros y sólo 820 metros cúbicos para la carga. En el Britania, el espacio útil de bodega apenas era de 200 metros cúbicos y en los primeros barcos de pasajeros franceses destinados al servicio en el Mediterráneo, sólo quedaba un pequeño espacio libre para carga de 20 metros cúbicos.

El enorme consumo de carbón hacía casi incosteable la operación de estos barcos al gravarla excesivamente, haciendo difícil recuperar el capital invertido; además, los barcos de vapor no podían llegar a lugares muy distantes sin tener que hacer escalas, por lo que su aprovisionamiento resultaba difícil y costoso, principalmente en los viajes marítimos.

El primer paquebote que intentó cruzar el Pacífico partiendo de Sydney, Australia, para llegar a Panamá, consumió en la travesía 2 600 toneladas de carbón, haciendo el viaje de 9 862 millas en 38 días; como la capacidad de sus carboneras era de 1 500 toneladas tuvo que proveerse en Tahití a un precio mayor, por lo que el déficit de la travesía se elevó a la suma de 10 000 libras esterlinas, quedando suspendida la empresa. El barco Golden Age no volvió a atravesar el Pacífico.

El equipo de vapor para los barcos se fue perfeccionando y se introdujeron progresivamente otro tipo de calderas, como las tubulares, parecidas a las que utilizan las locomotoras; después, las máquinas de vapor de retroceso y, más tarde, las de triple expansión, con las cuales se redujo considerablemente el gasto de carbón; por ejemplo, el barco Uruguay, de 3 250 toneladas, quemaba 32 toneladas de carbón al día, y el Córdoba, de dimensiones parecidas, gracias al empleo de la máquina de triple expansión, redujo su gasto de carbón a 25 toneladas diarias.

El invento de las calderas tubulares permitió el empleo de vapor a alta presión con una considerable economía en el uso del carbón; y en 1933 el célebre ingeniero naval inglés Isherwood construyó el buque Arcwear, de 7 000 toneladas, cuya máquina sólo consumía 20 toneladas a una marcha de 11 nudos, consumo que se reducía a 10 toneladas cuando desarrollaba 9 nudos.

Al mismo tiempo, las compañías navieras empezaron a construir los primeros vapores de carga, para poder transportar grandes cantidades de carbón, aumentando considerablemente su valor por la utilización de este importante medio de transporte. Los ingleses construyeron el vapor de hélice John Bowes con casco de hierro, ideado especialmente para el transporte de carbón, con una capacidad de bodega de 650 toneladas y una velocidad de marcha de 8 nudos. Este barco, aunque sufrió algunas modificaciones, estuvo en uso 72 años, y su solidez de construcción hizo que muchos armadores copiaran su diseño.

Los avances en las máquinas propulsoras de vapor también permitieron que se alcanzaran mayores velocidades de desplazamiento. Los trasatlánticos alemanes de la serie Kaiser Wilhelm II, construidos a principio del siglo y que contaban con dos máquinas de vapor, cada una de las cuales movía una hélice, desarrollaban una velocidad de 23 nudos.

La marina mercante inglesa construyó los paquebotes Lusitania y Mauritania, hermosos navíos de 31 000 toneladas, que alcanzaron una velocidad de 26 nudos y que ganaron el "gallardete azul" del Atlántico, que era el galardón otorgado para el navío que desarrollara mayor velocidad y que el Mauritania conservaría 22 años; no fue sino hasta después de la primera Guerra Mundial que el Normandie, barco francés que logró rebasar los 32 nudos, se adjudicó este premio.

El diseño de las calderas también progresó al introducirse los tubos hidráulicos que permitieron el aumento de la presión en las máquinas de vapor y, al mismo tiempo, la reducción del consumo del carbón y la disminución en el número de calderas. El Normandie contaba con 31, mientras que, años más tarde, el Queen Elizabeth sólo llevaba 12 calderas. Algunos mercantes modernos de gran tonelaje, que alcanzan altas velocidades, tienen una sola caldera, demostrándose así los avances que se han logrado en sus diseños en los últimos años.

La instalación propulsora de vapor de los barcos está compuesta por las calderas, que son el generador de vapor, donde tiene lugar la vaporización del agua, absorbiendo el calor desarrollado al quemar el combustible; la máquina, que transforma la energía térmica en trabajo y que logra que se accione el mecanismo propulsor, que en los primeros barcos de vapor fue la rueda de paletas, y posteriormente se cambió por la hélice; el condensador, en el que el vapor desalojado por la máquina retorna al estado líquido al ser enfriado por una corriente de agua, lo que permite utilizar una y otra vez la misma agua en el circuito, y los aparatos auxiliares necesarios para el funcionamiento del sistema, así como para mejorar su rendimiento, como son los diferentes tipos de bombas que utiliza la embarcación.

Las calderas de los barcos de vapor están constituidas por un recipiente metálico cerrado donde el agua se transforma en vapor, proporcionando una producción continua de vapor a presión y temperatura determinadas. Estas calderas están formadas por el hogar, espacio donde se lleva a cabo la combustión del carbón o del petróleo; la caldera propiamente dicha, formada por uno o varios cilindros denominados colectores, y una serie de tubos por donde circula el agua, el vapor o los gases que se desprenden durante la combustión; y los accesorios necesarios para la seguridad y el mejor funcionamiento del sistema, como los aparatos para medir la presión que se produce.

Todo el conjunto de caldera, accesorios y aparatos auxiliares se ubica en un compartimiento del barco denominado cuarto de calderas, pudiendo existir uno o varios y, también, más de una caldera en cada uno de ellos, según la potencia de vapor requerida y el tipo de embarcación.

Estos cuartos pueden ir abiertos al exterior por medio de sus correspondientes compuertas, o bien, cerrados herméticamente, contando con un tiro para expulsar los gases que generalmente salen en grandes chimeneas.

Existen dos tipos de máquinas de vapor marinas: las llamadas alternantes, en las que el vapor de agua actúa por presión produciendo el movimiento rectilíneo de un émbolo; y las de turbina, en las que lo hace por su fuerza propia, haciendo girar un rotor. Para la propulsión de los barcos de vapor, las alternantes se utilizan en embarcaciones de pequeña y mediana potencia, mientras que las de turbina son empleadas cuando se precisan grandes potencias y velocidades; tal es el caso de los trasatlánticos y de los buques de guerra: en los primeros se emplean para contribuir a la comodidad del pasaje, ya que las turbinas son más silenciosas y carecen de vibraciones. En los segundos ayudan a evitar su detección por el enemigo.

Para aprovechar las ventajas económicas de ambos tipos de máquinas, cada vez se utiliza el sistema mixto de máquina alternante y turbina, haciendo trabajar primero la alternante y luego la de turbina, aprovechando, así, la energía del vapor a alta presión, para lo que es más apta la primera, y el mayor rendimiento de la segunda, obteniéndose un sistema motriz que permite mejores resultados. Este sistema mixto tiene su principal aplicación en barcos mercantes y en los buques auxiliares de la marina de guerra.

Las máquinas de vapor mueven a la hélice o propulsor helicoidal, que se ha impuesto por su robustez y ausencia casi absoluta de averías, debido a su sólida construcción que se emplaza en la popa del barco. Consiste en un núcleo de forma cilíndrica-esférica del que salen unas palas en número variable, de dos a seis, situadas simétricamente a su alrededor. El núcleo lleva un orificio central donde entra el eje propulsor para fijar la hélice; su cara anterior es plana, mientras que la posterior lleva un capacete cónico con el objeto de darle forma hidrodinámica.

La hélice funciona produciendo un impulso al golpear el agua con sus paletas, éste se trasmite al barco haciéndolo deslizarse en un sentido de avance o marcha; si se invierte el giro de la hélice cambia el sentido del empuje, en consecuencia la embarcación retrocede. Según el sentido de giro necesario para producir el impulso, las hélices pueden ser "derechas" o "izquierdas", las primeras para producir la marcha avante del buque, giran en el sentido de las manecillas del reloj, y las segundas tienen que hacerlo en sentido contrario. Todas la hélices que se colocan en el eje central son derechas, cuando los barcos llevan dos o más hélices colocadas en los ejes de babor son izquierdas, mientras que las de los ejes de estribor son derechas.

Para obtener un buen rendimiento de combustible, el número de revoluciones de la hélice debe ser relativamente bajo y depende de la potencia de la máquina propulsora, siendo en general, menor cuanto mayor es esta potencia; no puede sobrepasar un cierto número de revoluciones, porque si gira demasiado rápido puede disminuir el empuje. Para mejorar el rendimiento de una hélice se utilizan varios sistemas. Entre los más comunes está la tobera, que consiste en colocar alrededor de la hélice un anillo que evita la formación de remolinos e incrementa su eficiencia. La hélice se emplea en los remolcadores.

Pese al alto grado de eficacia de las máquinas de vapor, en la construcción naval se desarrolló el motor de combustión interna, lanzado a principios del siglo por el ingeniero Diesel. En estos motores la combustión se realiza en el interior de los cilindros para impulsar un pistón, que es el que produce la energía necesaria para el empuje. Los motores son, según la manera en que producen el calor, de explosión, diesel o semidiesel. Inicialmente se ensayó este motor en embarcaciones pequeñas y en 1912 fue montado por primera vez en un barco grande, el mercante danés Selandia, y desde entonces muchas embarcaciones de diferentes tipos adoptaron este sistema.

El empleo de estos motores representó grandes ventajas: el aumento de espacio destinado a mercancías o pasaje, ya que se suprimen las calderas y las carboneras; la disminución del personal en el cuarto de máquinas, al no llevar fogoneros y paleros; también se incrementa considerablemente el radio de acción del barco, debido a la economía del gasto de combustible. No es exagerado decir que el motor de combustión interna es el que ha permitido que en el Océano Pacífico se pueda realizar el tráfico marítimo mundial.

En la actualidad todavía se siguen empleando todos los sistemas de navegación mas o menos perfeccionados: el remo, la vela, las ruedas de paletas, etcétera; sin embargo, el barco de vapor inició d desarrollo de los sistemas propulsores y permitió la navegación trasatlántica.

Se sigue investigando en la ingeniería y arquitectura naval para diseñar y construir nuevos sistemas de navegación, habiéndose llegado al punto más espectacular de este proceso que es la aplicación de la energía nuclear como elemento propulsor en el submarino americano Nautilus, que en el mes de julio del año de 1958 logró pasar por debajo de las heladas aguas del Polo Norte. La humanidad sigue trabajando para la conquista pacífica del océano.

CRONOLOGÍA

1690 - Con Denis Papin surge la idea original de la máquina de vapor.
1707 - Dennis Papin construye una máquina de vapor de alta presión destinada al bombeo de agua. El 27 de septiembre viaja a bordo del primer barco de vapor construido por él, el viaje se realizó por el Fulda, entre Mulnden y Kassel y aunque no tiene éxito los boteros de la localidad temiendo que se convirtiese en un importante competidor, destrozan el invento y casi matan a Papin.
1736 - Jonathan Hulls patenta un barco a vapor utilizando la máquina de Newcomen y movido por ruedas de paletas. Sus contemporaneos no llegaron a intuir la transcendencia del invento e incluso él no sospechó el brillante porvenir que le aguardaba a la navegación a vapor, muriendo en Londres embargado por el fracaso y la incomprensión.
1775 - Constantin Perier hace funcionar por primera vez una máquina de vapor.
1783 - Jouffroy logró remontar durante 15 minutos la corriente de Saone. Le fue negada la ayuda oficial, al estallar la Revolución hubo de emigrar. En 1832 sin éxito y arruinado murió en el hotel de los inválidos.
1807- Fulton cierra el periodo experimental y logra establecer con el Clermont un servicio regular a vapor.
1808 - Navega por el mar un vapor construido por Robert L. Stevens.
1816 - Pierre Andriel atraviesa el canal de la Mancha con el Elise.
1817 - El Real Fernando primer vapor de ruedas construido en Sevilla navega por el guadalquivir a la velocidad de 6 nudos hasta llegar a cádiz.
1819 - Moses Roger cruza el Atlántico a vela y vapor con el Savannah
1836 - Francis Pettit Smith dota prácticamente a un barco de hélice.
1838 - R. Roberts, capitan del Sirius, atraviesa el Atlántico enteramente a vapor.
1842 - El vapor ingles Driver es el primero de su clase en dar la vuelta al mundo.
1845 - El Great Britain es el primer vapor de hélice que cruza el Atlántico.
1856 - Se podruce el nacimiento de la máquina "COMPOUND",de doble expansión y se emplean condensadores de superficie, lo cual produjo la disminución del consumo de carbón de cinco a dos libras por caballo de fuerza.
1861 - Se construye el último trasatlántico con ruedas de paletas, el Scotia de la Cunard Line que estuvo en servicio hasta 1874.
1871 - Se introduce la máquina de triple expansión.
1890 - Se introduce la máquina de cuádruple expansión.
1894 - Se construye el Turbinia el primer buque con turbinas de vapor,su primera turbina era de 1500 CV y accionaba una sola hélice que le daba la velocidad de 18 nudos, dos años más tarde se la sustituyó por otras tres de presión combinada, alta, media y baja para accionar sendas hélices, y así pudo obtenerse la marcha de 34,5 nudos.
1910 - Se introdujeron los engranajes reductores, y de esta manera las turbinas fueron instaladas con éxito tanto en buques de guerra como en los de pasajeros.



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