SISTEMAS DE PROPULSIN Y DE GENERACIN DE ENERGALuis Lpez Palancar Dr. Ingeniero Naval

Luis Lpez Palancar Dr. Ingeniero Naval

SISTEMAS DE PROPULSIN Y DE GENERACIN DE ENERGA

CARTAGENA 2003

A todos aquellos que nos antecedieron en la aventura del descubrimiento y la investigacin de nuevos sistemas y tcnicas para la propulsin del ser humano

Cartagena, mayo 2003

PREFACIOEl objeto de esta obra no es describir exhaustivamente los diferentes sistemas de propulsin navales, terrestres y areos usados anteriormente y en la actualidad. En el momento actual la investigacin tecnolgica avanza tan sumamente rpido que en pocos aos o meses esta obra quedara totalmente anticuada s ese hubiese sido el propsito del presente libro. La razn principal de la existencia del mismo es dar a conocer los fundamentos de los diferentes sistemas de propulsin y generacin de energa, sobre todo, en su vertiente de aplicacin militar. Obvia decir que para todo estudioso del tema es suficiente con tener ideas sencillas, pero claras, de cuales son los fundamentos de tales sistemas, y el conjunto de estas ideas le permitir en el curso de su vida profesional consultar las innumerables obras que sobre cada uno de los sistemas existen. Se ha tratado del motor diesel como mquina de combustin interna de rendimiento an no superado, por lo que se le ha dado un relieve especial en todas sus posibles aplicaciones; pero no se han omitido otros sistemas como las turbinas de vapor y de gas, los sistemas de generacin de energa a partir de procesos qumicos (Clulas de Combustible, Cohetes), as como aquellos sistemas de propulsin, que por muy sofisticados, antiguos o nuevos que sean puedan ser tiles a todo el que consulte la presente obra.

CAPITULO 0

LA EVOLUCIN DE LA PROPULSIN NAVAL

I

II

El remo La ms antigua representacin de embarcaciones movidas a remo se encuentra en las grutas de Tassili (frica del Norte), que datan de la prehistoria, pero si debemos citar una fuente ms cercana a nosotros, temporalmente hablando, fuerza es referirse a una antigua representacin de la propulsin naval a remo que se encuentra en el monumental Diario de Navegacin de las naves de la reina Hatsheput (hacia 1500 a.C.); se trata de naves de unos 22 a 25 m de eslora, con 15 pares de remos sencillos, de unos 6 m de longitud, manejados por un solo remero cada uno; la chusma remaba de pie, y el tolete estaba situado en la bodega. Otras representaciones muestran la forma de los remos con pala lanceolada. El birreme fenicio de 700 a.C., representado en el famoso bajorrelieve del palacio de Senaquerib, presenta dos rdenes de remos, con pala parecida a una esptula; en este caso los remeros aparecen sentados.

FIG.0-1Un nativo de las islas Fidji construyndose su embarcacin; es un simple tronco vaciado. As debieron ser los albores de la navegacin en la lejana prehistoria.

Este sistema de propulsin, que deriva del ms primitivo de las manos del ser humano propulsando un tronco o una pequea piragua, ha sobrevivido hasta nuestros das, aun cuando su poca ms gloriosa est situada entre los siglos XII y XVI, en que las galeras dominaron el Mediterrneo.

FIG.0-2 Un documento antiqusimo, del periodo predinstico; este fragmento de pintura sobre tela de lino de la necrpolis de El Gebelen muestra dos barcas de remo navegando por el Nilo

III

FIG.0-3 Reproduccin de una nave de altura egipcia (2.600 a.C. aproximadamente)

FIG.0-4 Nave de guerra fenicia, utilizada por este activo pueblo de navegantes para defender sus rutas comerciales (Palacio de Senaquerib, Asira)

IV

FIG.0-5 Una gran galera trirreme de guerra, nave griega del siglo V a.C.

FIG.0-6 Una esplndida birreme romana de guerra. Conocidas en la poca con el nombre de pentecnteras, estos buques fueron los protagonistas de las Guerras Pnicas

V

FIG.0-7 Grabado de una nave de guerra romana encontrado en el puerto de Ostia

Cristoforo Canalle nos proporciona en su obra Della Milizia Marittima (1540) una amplia informacin sobre las galeras venecianas del siglo XVI, ltimos ejemplares del tirreme clsico, con tres remos y tres remeros por banco. Adems de interesantsimas noticias sobre la boga, Canalle da las dimensiones de los remos: 11,10 m el remo interno, 10,58 m el intermedio y 10,23 m el exterior. Desde finales del siglo XVI y hasta el final de la propulsin a remo, los remos de las galeras fueron de galocha, y en cada banco haba un solo remo de ms de 13 m manejado por tres o ms remeros, hasta un mximo de 7. Para hacerlos manejables aquellos remos iban equilibrados mediante contrapesos de plomo o de madera dura. Las proporciones del remo estaban reguladas por dos exigencias particulares: que la mano no tuviera que recorrer ms de 80 cm y que el ngulo entre sus posiciones extremas no superase los 45 con el fin de evitar una excesiva y perjudicial divergencia de los filetes lquidos de la estela. El remo se considera normalmente como una palanca de segundo gnero, pero esta definicin que implica la existencia de un apoyo rgido no es realmente vlida cuando el apoyo consiste en una masa de agua. Por ello, el matemtico alemn Leonhard Euler (1707-1783) desarroll una teora analtica de la propulsin a remo, en funcin del ciclo de boga. Siguiendo esta teora, Reech evalu en 12,65 kgm/seg la potencia mxima ejercida por un remero, moviendo la mano a una velocidad de 1,15 m/seg. La teora de Euler y los conocimientos actuales sobre la existencia de las carenas nos llevan a la conclusin de que la velocidad de 7 nudos deducida de los relatos de Jenofonte, Tucidides y otros habra sido posible, aunque slo durante un espacio de tiempo limitado, si los tirremes hubiesen tenido las dimensiones calculadas por A. Kster (Das Antike Seewesen, Berln 1923), es decir, 34 metros de eslora aproximadamente y unas 94 toneladas de desplazamiento. Por otro lado, sabemos que las galeras otomanas superaron ligeramente los 5 nudos entre Prevesa y el Cabo Spartivento, mientras las cristianas, entre Mesina y Gerba, slo llegaron a poco ms de 3 nudos. Debe tenerse en cuenta que el ritmo de boga correspondiente a la velocidad de 7 nudos para un tirreme de 34 m es alrededor de los 50 golpes por minuto, con una fraccin activa del ciclo de boga de a = 1,7, mientras que el valor normal se considera a = 1/3, lo que corresponde, por tanto, a un ritmo de boga de 29 golpes por minuto. La vela Es muy controvertido que fueran los egipcios los iniciadores de la navegacin de altura, pero es cierto que a su costumbre de representar grficamente sus empresas y hechos memorables, debemos casi todo lo que sabemos del perodo que se extiende desde el reinado de Sahure, de la V dinasta, hacia 2470 a.C., al de Ramses III, de la XX dinasta, que hacia 1174 a.C derrot en una batalla naval a los pueblos del mar.

VI

FIG.0-8 Barco de guerra egipcio, cuyos remeros estn protegidos por bordas muy altas, soldados con yelmos almohadillados y un hondero en la popa, atrapa un barco filisteo de la armada formada por el conjunto de los pueblos del mar; procedente de un relieve en la tumba de Ramses III en Medinet Habu, oeste de Tebas. Aprox. 1.170 a.C.

FIG.0-9 Grabado de una nave mercante romana, la famosa nave longae

Por espacio de varios milenios, la navegacin a vela no tuvo otra posibilidad que la marcha en popa, la cual, aparte del natural inconveniente de tener que avanzar hacia donde soplaba el viento, implicaba cierta dificultad de gobierno, con tendencia a las guiadas y, con viento duro y racheado y mar gruesa, a fachear. Los romanos lo saban, segn se desprende de la exactitud con que Virgilio (Eneida, I, 103) describe la vela que recibe el viento por la cara de proa (procella velum adversa est), mientras la clara tendencia a arribar dada a sus naves por la posicin del palo demuestra que los egipcios se haban dado cuenta de ello. La vela egipcia, muy ancha y baja, iba envergada a una verga compuesta de dos perchas parcialmente superpuestas y unidas mediante varillas ligadas. El pujamen de la vela, a su vez, iba envergado en una especie de botavara libre. La verga se izaba con dos drizas, cuyas tiras estaban al alcance del timonel, al igual que las brazas de la verga. Por su parte, la botavara llevaba dos retenidas. La vela deba mantenerse siempre en cruz, segn se deduce de la .total ausencia de obenques destinados a sujetar lateralmente el palo.

VII

Durante mil aos la coexistencia de la vela con los remos fue comn a todas las embarcaciones de altura, tanto de guerra como mercantes. Se trataba de naves longae, en las que el principal medio de propulsin era el remo, mientras la vela era una especie de aparato motor de crucero que se usaba cuando el viento era favorable. La nave redonda, en la que el principal medio de propulsin, y ms tarde el nico, era la vela, no parece haber existido entre los egipcios. Tampoco eran redondas las naves homricas. Las de propulsin a vela, sin remos, las introdujeron posiblemente los cretenses y los fenicios, pero de hecho una evidencia clara y patente no aparece sino con los griegos y con los romanos. La utilizacin del viento en direcciones distintas a la de popa supone que la vela, impulsada oblicuamente por el viento, se comporta como un ala, por cuanto aqul ejerce una presin en la cara de barlovento de la vela, al tiempo que forma una depresin en la cara opuesta; la fuerza resultante se descompone en dos; una hacia proa que impulsa la nave, y otra transversal, que la inclina y tiende a desplazarla lateralmente, hacindola abatir. De aqu la necesidad, en primer lugar, de sostener lateralmente el palo mediante obenques y, en segundo lugar, de dar a las carenas la forma precisa para reducir la deriva a sotavento. La primera nave conocida en que la primera de tales condiciones aparece satisfecha es la mercante romana del siglo II, representada en el bajorrelieve del puerto de Ostia, conservado en el Museo Torlonia. Por otra parte, del relato del viaje de San Pablo (Hechos de los Apstoles, 27) se deduce que por aquel entonces era posible ya la navegacin de bolina. Otras innovaciones que aparecen en la nave de Ostia son el fraccionamiento de la vela en una mayor y dos gavias y la existencia de un segundo palo a proa, con una inclinacin aproximada de 40, sosteniendo una pequea verga de la que penda una vela, de forma similar a la cebadera empleada en la Edad Moderna. Este fraccionamiento de la vela en diversos elementos fue el origen de los velmenes compuestos que encontraron su perfecta expresin en la nave de tres palos y aparejo cuadro. Pero la gran evolucin lleg con la vela latina, que permite ceir el viento; es decir, ganar camino en una direccin contraria a aqulla en que sopla el viento, y por tanto liberara a los marineros de la milenaria servidumbre del viento favorable; de ella derivaron luego las dems velas de cuchillo, es decir, los foques y velas de estay y ms tarde cangrejas. Una consideracin importante es que la vela, orientada de forma que cia el viento, no es ya un medio de propulsin de accin pura, porque en tales circunstancias aparece el efecto de reaccin. De este hecho naci el sistema de propulsin experimentado entre 1924 y 1928 por el profesor Flettner, que utiliza, en lugar de velas, un rotor mecnico.

VIII

FIG.0-10 La nave vikinga de Oseberg, tal como fue descubierta durante las excavaciones realizadas en 1904

FIG.0-11 Las descripciones de las sagas noruegas y los hallazgos de Nydam, Gokstad, Oseberg, etc., permiten hacerse una perfecta idea de cmo fueron las naves vikingas, de altas rodas adornadas con dragones y velas de vivos colores

Durante siglos la superficie de velamen fue emprica. Pero a partir del siglo XVII, con la lenta evolucin del galen al buque de lnea, comenz a intuirse la necesidad de armonizar la superficie de las velas y la estabilidad a fin de reducir la escora navegando a vela y evitar que se sumergieran las portas de la batera inferior (Causa del hundimiento del Vasa, buque insignia de la flota real sueca) y, al mismo tiempo que un exceso de estabilidad causar un balanceo demasiado duro, que pusiera en peligro la integridad de la arboladura de la nave. Esta exigencia encontr posteriormente una formulacin en lo que los ingleses llaman power to carry sail, y que viene dado por la expresin .GM/Sh, donde es el desplazamiento, GM la altura metacntrica, S la superficie vlica y h la altura del centro vlico sobre el centro de deriva.

IX

La velocidad mxima de un velero con una eslora en la flotacin de L pies es de

1,34 L aproximadamente, pero hubieron de pasar milenios antes de advertir que para conseguirla erannecesarias unas formas y relaciones de carena adecuadas para ofrecer la mnima resistencia. La nave que llev a San Pablo desde Reggio a Pozzuoli alcanz una velocidad media de 3,5 nudos; Coln hizo de 3,75 a 5 nudos; en 1798 Nelson, con un velamen relativo de S/2/3 = 9 a 11 para los navos y de 11 a 15 para las fragatas, hizo 6 nudos escasos desde Malta a Alejandra, mientras que en 1851 el clper Lightning, con S/2/3 alrededor de 10, mantuvo durante 24 horas una velocidad de ms de 18 nudos, correspondiente a 1,2 L .

FIG.0-12 Proa de la reproduccin de tamao natural de la galera Real de D. Juan de Austria, construida en el Museo Martimo de Barcelona con ocasin del IV centenario de la batalla de LepantoDesplazamiento Eslora en la lnea de flotacin Eslora mxima (con espoln) Manga en la flotacin Calado medio Bancos por banda Nmero total de remeros (tres por banco) Potencia de cada remero Dotacin total Velocidad mxima a remo (Solo 20 minutos) Velocidad mxima a vela (Condiciones ptimas de mar) Velocidad normal a remo Longitud de los remos Peso de cada remo Artillera: 3/ 5 piezas a proa 10-12 nudos 3 4 nudos 14 metros 20 kilos 1 tipo can 2 4 tipo culebrina o pedrero 170 toneladas 43 metros 55 metros 6 metros 1,5 metros 25 150 1/8 CV 225 hombres 7 nudos

X

FIG.0-13 Popa de la reproduccin de tamao natural de la galera Real de D. Juan de Austria. La carroza ricamente decorada, lleva en su coronamiento los tres fanales cuyos nombres eran Fe, Esperanza y Caridad

XI

FIG.0-14 Maqueta del Sovereing of the Seas. Este navo de tres puentes y 100 caones, construido por Pett, por expreso deseo de Carlos I de Inglaterra era en todos los aspectos extraordinario, hasta en la decoracin. Su precio fue tan exorbitante, que, indirectamente le cost el trono a Carlos I

FIG.0-15 El navo Pelayo acude en Socorro del Santsima Trinidad en el curso del combate naval de cabo San Vicente (Museo Naval de Madrid). El Santsima Trinidad, con sus cuatro puentes y 130 caones, era entonces el mayor navo del mundo.

XII

FIG.0-16 El navo sueco Vasa tuvo vida efmera; apenas naveg una milla; pero sus restos, recuperados en 1961 constituyen hoy la mejor fuente de informacin para la arqueologa marina

FIG.0-17 El navo sueco Vasa tal y como se exhibe en el Museo Vasa en Estocolmo

XIII

FIG.0-18 El navo sueco Vasa a su llegada al muelle de Beckholmen, en Mayo de 1961

Origen de la propulsin mecnica naval Blasco de Garay Aunque generalmente se suele atribuir el primer intento de propulsar un buque mediante la energa del vapor a Denis Papin y a Watt, la realidad es que las primeras experiencias que recogen las crnicas las llev a cabo el espaol Blasco de Garay, quien en 1539, present a Carlos V sus proyectos para sacar buques de cualquier fondo, para convertir el agua del mar en potable y para hacer navegar las naves sin remos ni velas. Sobre este ltimo tema, Blasco de Garay realiz experiencias en el ro Tajo, en Toledo, en Mlaga, y posteriormente en Barcelona, obteniendo inmejorables resultados. Para las pruebas en Barcelona se us la nao Trinidad, de 200 toneladas, que haba llegado con grano desde Portugal. El buque lleg a alcanzar una velocidad de 3 nudos, y el sistema estaba basado en una mquina de combustin interna accionando ruedas de paletas situadas a ambas bandas del buque. La comisin nombrada por el emperador no dio su aquiescencia al proyecto, y Blasco de Garay fue recompensado por Carlos V con 200.000 maravedises. Los planos y la descripcin de la mquina se encontraban en el archivo de Simancas, perdindose cuando los franceses incendiaron el castillo de Simancas. Denis Papin Reclamado por los franceses como inventor de la propulsin naval mecnica, en realidad este ingeniero francs estudi con el conocido fsico holands Huygens (El famoso Ugenio citado por Jorge Juan), que pensaba construir un motor impulsado por plvora, que posteriormente sustituy con agua..

Papin, con las ideas de su maestro, parece ser que en 1705 mont una mquina en una embarcacin en Kassel, con la que pensaba trasladarse a Inglaterra, pero los bateleros, que vean en la embarcacin un competidor, acabaron con el invento.

XIV

La mquina atmosfrica Aunque suele citarse a Thomas Savery como el inventor ingls de este ingenio, en realidad fue Thomas Newcomen quien, en 1712, construy una mquina que convenci al pblico de las posibilidades que ofreca el vapor. En Francia, el Marqus Claude de Jouffroy d' Abbans construy un buque de 40 m de eslora con el que remont el ro Saone, cerca de Lion, en 1783. El nombre del buque fue Pyroscaphe, y de aqu procede la palabra con la que en italiano se designa a los buques de vapor (Piroscafi) El mayor xito lo tuvo W Symington, que recibi del Secretario de Guerra ingls el encargo de construir un remolcador fluvial. Este buque, que se acab en 1801, recibi el nombre de Charlotte Dundas, con el que se remolcaron dos barcazas de 70 t cada una, por el canal del Forth. La mquina montada en este buque estaba diseada por James Watt, que adems de esta mquina, invent el condensador de mezcla, el volante de inercia, el distribuidor de vapor, y un sistema de ruedas dentadas para la conversin del movimiento rectilneo en circular, en lugar del mecanismo biela-manivela, que haba patentado uno de sus operarios.

FIG.0-19 Original proyecto del estadounidense John Fitch en el que la fuerza del vapor se usaba para mover doce remos que penetraban verticalmente en el agua, accionados por un complicado sistema de bielas

Fulton y Stevens Robert Fulton, norteamericano de origen, se estableci en Pars. Se interesaba por la guerra submarina, la locomocin y otras cuestiones. Entre ellas, la navegacin a vapor, en la que acab centrndose. Construy su primer buque experimental en Pars, con ayuda del embajador norteamericano, pero el casco era demasiado dbil para soportar la estructura de su mquina de vapor, y se parti, perdindose la embarcacin. En 1803, repiti la prueba, esta vez con xito, aunque a pequea velocidad. Por ello no interes su invento a los franceses, por lo que se traslad a Inglaterra, donde construy otra mquina con la que regres a su pas. En Estados Unidos compr una embarcacin de 40,5 m de eslora e instal en ella su mquina, bautizando el buque con el nombre de Clermont y remontando el ro Hudson durante 160 millas en 32 horas. El viaje fue sonado en todos los sentidos y el xito completo. Consigui el monopolio en el estado de Nueva York, por lo que pudo amortizar en poco tiempo su invencin y devolver al embajador en Pars el importe con que haba financiado sus primeras experiencias. No debemos olvidar a John Stevens, que en 1802 haba construido en Hoboken (frente a Nueva York) una lancha de 8 m de eslora propulsada por hlice. Tuvo diferentes problemas (gobierno de la lancha, explosin de la caldera, etc.) hasta que en 1808 consigui navegar sin novedad; y as lo hizo desde el Hudson a la baha de Delaware, donde tuvo que trasladar el buque debido al monopolio de Fulton en Nueva York. Esta fue seguramente la primera travesa con un buque de vapor.

XV

FIG.0-20 El inventor estadounidense Robert Fulton

FIG.0-21 El Clermont de Fulton navegando por el ro Hudson. Este fue el primer buque de vapor con el que se obtuvo xito comercial, el establecerse con l un servicio regular de navegacin entre New York y Albany

XVI

FIG.0-22 El Comet. De 25 toneladas, construido en 1812 por el mecnico escocs Henry Bell, estaba impulsado por una mquina de vapor de 3 CV que, en las pruebas realizadas en el Clyde, le dio una velocidad de 7 nudos

FIG.0-23 El Great Western, diseado por Brunel, realiz su primera travesa trasatlntica en 1838, a una velocidad media de 8 nudos, empleando solo la propulsin a vapor

XVII

FIG.0-24 El Great Eastern fue un buque desmesurado para su tiempo; 211 metros de eslora, 27.400 toneladas 2 de desplazamiento a plena carga, une superficie de velamen de 5.400 m , dos ruedas de paletas y una hlice, siendo el nico buque que ha dispuesto de los tres medios de propulsin

XVIII

Los buques mixtos de vela y vapor Esta solucin fue normal durante casi 80 aos. En Europa el primer buque a vapor que prest servicio comercial fue el Comer de Clyde. Su mquina de tipo saltamontes se conserva en el Museo de la Ciencia en Londres. No mucho despus exista tambin en Espaa un vapor en servicio regular. Perteneca a la Real Cia. del Guadalquivir y se llam Real Fernando, aunque parece que fue ms conocido por Fernandino o Betis. Construido en Triana en 1817, era capaz para 120 pasajeros, si se cuentan los que iban en cubierta que eran, aproximadamente, la mitad de esa cifra. La empresa dio resultados positivos, ya que dos aos despus se duplicaba el servicio con el nuevo Infante Don Carlos, del que consta que remontaba el ro entre Sanlcar y Sevilla a una velocidad media de 5,9 nudos. Respecto al servicio martimo, fue en 1818 cuando entre Glasgow y Belfast se estableci el primer servicio regular. El barco, de 90 toneladas de porte y 30 HP se llamaba Rob Roy, mantenindose as la estirpe escocesa de la mquina de vapor. Un ao despus tambin haba un servicio martimo en los dominios espaoles. En este caso entre La Habana y Matanzas, por el vapor Neptuno.

FIG.0-25 Los planos del Fernandino, primer buque espaol con propulsin a vapor

FIG.0-26 Modelo del Fernandino, primer buque espaol con propulsin a vapor

XIX

No obstante fue norteamericano el primer buque que cruz el ocano con una de esas mquinas. Se llamaba Savannah llevaba unas ruedas de paletas que se podan izar, plegar y estibar sobre cubierta cuando el buque navegaba a vela. Fue construido para servicio costero en Estados Unidos, pero habindose desatado una crisis econmica en aquel pas, decidieron venderlo a Europa, siendo ste el motivo del viaje trasatlntico, que result tan infructuoso que no slo no vendieron el barco, sino que ni siquiera consiguieron un pasajero para la travesa. En estos buques mixtos, las chimeneas eran orientables con objeto de eliminar el peligro de que las chispas procedentes de la combustin que salan por ellas pudiesen prender fuego en el velamen. Las ltimas mquinas alternativas La mquina alternativa perdur hasta bien entrado el siglo XX; en buques de combate las ltimas unidades que mantuvieron este tipo de propulsin fueron los dreadnoughts alemanes de la serie Nassau (Nassau, Westfalen, Rheinland y Posen) as como los de le serie Oftriesland (Oftriesland, Thuringen, Oldenburg, y Helgoland), dado que el mando de la Kaiserliche Marine no tena absoluta confianza en las turbinas de vapor. Por otra parte, las ltimas unidades mercantes que navegaron con este tipo de maquinaria fueron los famosos buques tipo Liberty y T2 donde la eleccin de la maquinaria fue en razn de su simplicidad, economa de coste y facilidad de operacin, as como en los portaaviones tipo Bay obtenidos de la transformacin de buques Liberty.

FIG.0-27 El dreadnought alemn Nassau, uno de los ltimos buques de combate que confi su propulsin a mquinas alternativas

XX

Las calderas En Europa las primeras calderas para mquinas de vapor tenan forma cilndrica, de eje vertical, con un techo ms o menos abombado, que los ingleses consideraron parecidas a los almiares, dndoles ese nombre. Procedan de las que usaban los tintoreros y cerveceros. Adoptaron posteriormente el aspecto de cofre, de paredes verticales y tapa ligeramente abombada, que empleaba Watt en sus instalaciones terrestres. Hubo intentos de Fulton de utilizar tubos de agua, pero sin xito. Las calderas acuotubulares de tres colectores fueron el ltimo desarrollo de este elemento y, a ttulo de ejemplo, podemos citar que el famoso acorazado alemn Bismarck llevaba 9 calderas Wagner, que proporcionaban vapor a 55 kg/cm2, siendo uno de los primeros buques que utiliz calderas de alta presin, que luego llegaran a hacerse de uso universal en grandes unidades de combate, y que han llegado hasta nuestros das en las fragatas de tipo estadounidense DDG, si bien la presin de vapor ms alta fue conseguida en los destructores alemanes tipo Z mob con 75 kg/cm2 a 470 C., siendo mquinas muy fiables aunque de mantenimiento delicado. El uso del petrleo En el mar Caspio, donde el petrleo era muy barato y el carbn caro, se empleaba en calderas desde 1856, pulverizndolo con vapor. Su uso se fue extendiendo en Rusia y en 1880 se quemaba tambin en barcos del mar Negro. Pero hasta el cambio de siglo no empez a utilizarse en las flotas de la Europa Occidental. Y eso, con parsimonia, ya que haba en todos los puertos carbn, pero no petrleo de calderas y, adems, era ste ms caro que aqul en casi todas partes. Por ello, no se cort en seguida con este ltimo combustible. Y hubo barcos de guerra, como el Reina Victoria Eugenia -que al final de su vida se llam Navarra y que se empez a construir en 1915- que originalmente llevaban tantas calderas de carbn como de petrleo. Pero esta duplicidad dur poco y despus de la guerra de 1914 la generalidad de los barcos de guerra quemaba exclusivamente petrleo.

FIG.0-28 El crucero Reina Victoria Eugenia, posteriormente Repblica, y Navarra, que en sus primeros das de vida llev calderas para carbn y otras para petrleo

XXI

ste tena las importantes ventajas de reducir el nmero de fogoneros, que en algunos barcos haba dado lugar a que el personal de mquinas alcanzara cifras del orden de los 300 (en el barco alemn Imperator, con 46 calderas) y, por otra parte, poderse almacenar en espacios menos tiles que los que solan ocupar las carboneras. Desde el punto de vista de las calderas, no es menor su inters, ya que por introducirse pulverizado en el hogar y evaporarse en parte en l, se quema mucho ms rpidamente que el carbn, lo que da lugar a un considerable aumento de la cantidad de vapor que puede generar una caldera. A este respecto cabe destacar que toda la Hochsee Flet alemana durante toda la Primera Guerra Mundial (19 dreadnoughts + 7 cruceros de batalla, todos ellos con desplazamiento a plena carga superior a las 22.000 Tm) emple propulsin mixta a base de carbn y petrleo, dado que Alemania no poda confiar enteramente la propulsin de su flota de batalla a un combustible del que no dispona en su territorio metropolitano. Otras dos ancdotas a este respecto son las ocurridas con la flota italiana y con la actitud del Japn en la Segunda Guerra Mundial. La flota italiana, toda ella usando petrleo, no pudo llevar a cabo operaciones dignas de importancia por la falta de este tipo de combustible, y ello an cuando Libia era colonia italiana, y hoy en da uno de los productores de petrleo a nivel mundial ms importantes. Lo mismo vale para el ejercito germano -italiano destacado en frica del Norte, que vio constreida su actuacin en numerosas ocasiones por falta de combustible cuando bajo sus pies existan enormes reservas del preciado combustible. En cuanto al Japn, los motivos para declarar la guerra a las Potencias Occidentales no fueron otros que la falta de combustible para mantener su enorme flota de combate operativa. A este respecto, tngase en cuenta que el 7 de diciembre de 1941 (fecha del ataque de Pearl Harbor) la Taikoku Kaign (Flota Combinada Imperial) slo tena reservas de combustible para un ao de operaciones, combustible que fue avaramente racionado, permitiendo casi cuatro aos de operaciones a dicha flota. El estado de tales reservas lleg a ser tal, que el superacorazado Yamato fue enviado a Okinawa con los tanques de combustible llenos de aceite de soja, y slo en cantidad suficiente para el viaje de ida. El resto de los buques nipones debieron permanecer en puerto debido a la falta de combustible.

FIG.0-29 El superacorazado japons Yamato en sus pruebas de mar. Con sus ms de 70.000 toneladas de desplazamiento a plena carga, era capaz de andar a casi 28 nudos

XXII

FIG.0-30 El superacorazado japons Yamato en sus ltimos momentos en Okinawa, en 1945.

Las turbinas de vapor Las primeras turbinas Parece que fue en el ao 126 antes de Cristo cuando Hern de Alejandra construy un aparato que, de forma similar a ciertos aspersores de riego modernos, adquira un movimiento continuo de rotacin por los chorros que salan de dos brazos acodados. Como de aquel aparato no sala agua, sino vapor, suele considerrsele como el antecedente ms lejano de la turbina de vapor. En tiempos ms recientes (1784), Wolfgang van Kempelen propuso otra turbina. No perdur, pero su diseo era tan prometedor que lleg a preocupar a G. Watt como una posible rival de su mquina. Pero el primer inventor que contribuy a las turbinas marinas actuales fue Cad de Laval, que aplic en 1883 el mismo principio de la eolipila de Hern a una centrifugadora para separar la nata de la leche. Esto sigue siendo anecdtico y, desde luego, ajeno a la propulsin naval. Pero en 1892-1893 ensay en el lago Mlaren, en Suecia, una lancha movida por una turbina de su invencin. Se trataba de una mquina de 15 CV, con doble reduccin (de 16.000 a 330 rpm en la hlice), del tipo que luego ha recibido el nombre de turbina Laval, o de accin. En 1884, es decir, en la misma poca, Charles Parsons patent y dirigi la construccin de otra turbina, de 10 CV, para mover un generador elctrico, a 18.000 rpm. Siendo excesiva dicha velocidad para el generador, dise luego otro que funcionara bien a revoluciones altas. Y diez aos despus (1894), fund su propia compaa e hizo sus primeros ensayos de propulsin.

XXIII

Se trataba ya del Turbinia. Las primeras pruebas fueron un fracaso. No obstante, habiendo descubierto que ste no era debido a la mquina sino a la hlice, que giraba a muchas revoluciones por estar directamente acoplada, se concentr en el estudio de este elemento. Hizo numerosos ensayos, tanto en la mar como en un pequeo tnel que construy al efecto y dedujo que el problema estaba en la cavilacin que se produca por tener la hlice una carga y unas rpm excesivas. Por lo que, en lugar de una, mont tres turbinas acopladas a sendos ejes, cada uno de los cuales con tres hlices en tandem. En su conjunto, las tres turbinas avante tenan una potencia de 2.000 HP. El total de la instalacin pesaba 22 toneladas, siendo de 44,5 el desplazamiento del barco, que tena una eslora de 30,5 m. Ya sobre seguro, se col en la revista naval que en 1897 se celebraba en Spithead con motivo del Jubileo (60 aos de reinado) de la reina Victoria. Llam as la atencin general y alcanz, con la velocidad de 34,5 nudos, un rotundo xito.

FIG.0-31 Un buque que marc una poca. El acorazado monocalibre britnico Dreadnought

FIG.0-32 El Turbinia en pruebas de mar. Fue la primera embarcacin propulsada por turbinas de vapor

XXIV

Con esta demostracin se prestigi, pues, la turbina de reaccin, que es la que haba desarrollado Sir Charles (fue nombrado caballero) y fue este tipo de turbina el que, inicialmente, se mont en los barcos. Respecto al autor, sigui trabajando en turbinas y se estaba ocupando en las de gas cuando muri, en 1931, viajando por mar. No tuvo tanta fama, y, por tanto, se tienen menos noticias de Charles Curtis, ingeniero norteamericano, que en 1896 aada una o ms coronas de paletas al rodete de la turbina Laval, as como coronas fijas intermedias en la envolvente, para aprovechar la energa cintica que todava tiene el vapor al salir de la primera corona. La idea era importante, ya que as pueden ser menores tanto las prdidas debidas a dicha causa, como la velocidad circunferencial de las paletas mviles. Como ancdota merece sealarse que hasta la construccin de los portaaviones tipo Mdway en 1948, el buque que tuvo mayor potencia instalada fue el portaaviones alemn, nunca operativo, Graf Zeppelin con 200.000 HP a cuatro ejes, suficiente para proporcionar al buque de 35.500 Tm de desplazamiento a plena carga una velocidad sostenida de 34,8 nudos.

FIG.0-33 Botadura del portaaviones alemn Graf Zeppelin, en 1938

XXV

Los motores de combustin interna Los motores de gas El primer combustible empleado en motores de combustin interna fue el gas procedente de la combustin parcial del carbn. La primera mquina fue ideada por el ingeniero francs, nacido en Luxemburgo, Etienne Lenoir, que patent en 1860 el siguiente mtodo de obtener trabajo: introducir en un cilindro una mezcla de aire y gas a la presin del ambiente; cerrar la vlvula de admisin. y provocar una explosin; dejar que se expanda el gas hasta el final de la carrera del mbolo y retornar con el escape abierto, para volver a empezar. El diagrama del indicador que as se poda obtener era el siguiente: un tercio de la carrera desde el principio de la aspiracin hasta que se produce la explosin, con la que se alcanzaba un mximo de 4 bar y luego la expansin y la carrera de retama hasta el extremo de la izquierda. Pero el mecanismo original era poco prctico y unos aos despus se sustituy por el sistema de cuatro tiempos, inventado, tambin en Francia, por Alphonse Beau de Rachas en 1863, e independientemente de l, segn parece, por el ingeniero alemn Nikolaus Otto. Fue este ltimo quien lo desarroll. Con tal fortuna, que en pocos aos se vendieron centenares de motores. Por ello tom su nombre el ciclo Otto, compuesto de compresin (al principio, del orden de 3 bar); combustin a volumen constante en el punto muerto alto (pma), con presiones mximas de 10 a 15 bar; y, naturalmente, la expansin y otras dos carreras para el cambio de gases. La ignicin del gas se haca al principio mediante una llama exterior. Pero no tard en emplearse el encendido elctrico. El combustible proceda de un gasgeno donde se introduca aire en cantidad suficiente para mantener el carbn incandescente, aunque tambin se introdujera vapor de agua, que en contacto con dicho carbn se disocia en hidrgeno y monxido de carbono (CO). Como el aire que entraba no era suficiente para obtener una combustin completa, el oxigeno sala principalmente en forma de CO que, con el hidrgeno, constitua la parte combustible (el 40%, aproximadamente) del gas. El gasgeno consiste en un cilindro vertical con aberturas arriba y abajo para la salida del gas y entrada del aire, respectivamente adems de otras tantas para la carga de carbn y descarga de cenizas. Puede tener doble envolvente para meter agua en medio y producir as el vapor citado. Aparte de ello, se precisa un sistema de lavado y enfriamiento del gas. Por lo que el conjunto puede ser menor, pero del mismo orden que la caldera de vapor equivalente. Una particularidad de los motores, que dio mucho que pensar en su poca, es que as como el cilindro de una mquina de vapor produce trabajo en cada carrera del mbolo, un motor (de 4 tiempos, que eran los que entonces haba) slo es activo en una de cada cuatro embotadas. Como, adems, la presin en su interior es muy poco constante, se pretendi corregir la irregularidad de marcha que de ello resultaba, acoplando al motor un volante con gran momento de inercia: haciendo motores de doble efecto; o, finalmente, montando varios cilindros, convenientemente desfasados. Un primer intento de aplicacin a bordo fue el que emprendi la casa Deutz en 1884 con la asistencia del doctor Otto. El motor tena el eje vertical. El gran volante que llevaba estaba en el fondo para no hacer perder estabilidad a la embarcacin. El acoplamiento al eje de la hlice se haca por engranajes cnicos. Pero las fuerzas transversales, originadas por su funcionamiento, hacan balancear el barco. Por lo que fue abandonado el invento. Ms tarde, se adopt el tipo vertical, que ya era corriente en la mquina de vapor. Pero el gasgeno era poco elstico en las maniobras y presentaba incomodidades, sobre todo si el combustible no era muy seco (la antracita era cara y no siempre se poda utilizar). Por lo cual, y por los menores peso y volumen del conjunto, los motores de gas fueron sustituidos a bordo por los de combustibles lquidos gasificados.

XXVI

El sistema slo recuper cierto inters cuando por circunstancias especiales no se poda disponer de petrleo suficiente para mover unos motores que eran esenciales para el transporte. Como sucedi durante la guerra del 39 en la navegacin fluvial en Alemania; y en algn pesquero y, sobre todo, en automviles, en Espaa. Pero como adems de los inconvenientes citados, los motores daban mucha menos potencia (por el volumen ocupado en el cilindro por el gas, que resta aire y, por tanto, la cantidad de combustible que se puede quemar), tan pronto como se pudo se suprimieron los gasgenos. El nacimiento del motor Diesel Aunque como su nombre indica fue la gasolina el combustible lquido que antes se gasific en motores, sus bajas temperaturas de evaporacin e inflamabilidad impidieron que, al contrario de lo que sucedi en tierra, y salvo pequeas embarcaciones, se acreditar su uso a bordo, particularmente en espacios cerrados. Hubo, por ello, intentos de sustituir el motor de explosin por otro que fuera capaz de quemar eficazmente combustibles menos peligrosos. El combustible lquido ms conocido en el ltimo tercio del siglo XIX era el petrleo p queroseno, ya que se empleaba para alumbrado. Seguramente por ello fue tambin el primero que se emple en motores, despus de la gasolina y en sustitucin de ella. El problema era encontrar la forma de gasificarlo, no slo por aprovechar la experiencia adquirida con los motores de gas, sino por la dificultad de hacerla arder en estado lquido. Se pens en dos formas de inflamado: aumentando la compresin hasta alcanzar la temperatura de ignicin o provocando sta por el contacto del combustible con un slido caliente. El primer mtodo prepar el camino del motor diesel; el segundo dio origen a los motores de cabeza caliente. Llamados as porque en la culata hay una antecmara con una superficie sin refrigerar, hacia la que se proyecta el combustible que se inyecta. Para dar tiempo a que se vaporice el petrleo, se introduca el combustible con mucho avance. Tanto, que no era raro que acompaara al aire durante la compresin, como en los motores de carburador. Por lo que, como en aqullos, todo el combustible se quemaba de golpe. Lo que daba lugar a un brusco y fuerte aumento de presin. Entre los ingenieros que trabajaron en el campo, puede citarse a J. Soehnlein que pens, ya en 1885, tanto en la ignicin por compresin como en la inyeccin por aire comprimido; Capitaine, que tambin en Alemania haba llegado a una compresin de 16 bar, y Hornsby-Akroyd, que en Inglaterra construy, en 1891, el primer motor de cabeza caliente. Salvo algn caso aislado, este ltimo tipo de motor fue el primero que se mont en un espacio cerrado a bordo. Pero la persona que dio el empuje definitivo a estos motores fue Rudolf Diesel. Hijo de un artesano alemn establecido en Pars, vio la luz en dicha ciudad en 1858. Con motivo de la guerra franco-prusiana, la familia tuvo que salir de Francia, y Rudolf fue enviado a casa de unos parientes en Augsburg. Sin salir de Baviera, estudi luego ingeniera en Munich y fue all donde se despert su inters por conseguir una mquina que tuviera un rendimiento mayor del 10% que podan tener las mquinas de vapor de la poca. Efectivamente, catorce aos despus, en 1893, e interrumpiendo su trabajo, hizo pblicas sus ideas bajo el ttulo Teora y Construccin de un motor trmico racional. Inspirado en el ciclo de Carnot, el nuevo motor tena que tener el ms alto grado de compresin que fuera prcticamente posible, desde luego superior al necesario para la ignicin del combustible (pensando seguramente en el queroseno), que deba quemarse, si no a temperatura constante, al menos mientras el pistn se mueve, entregando trabajo al exterior; y para ello gasificar el combustible dentro del cilindro en una operacin que forme parte del ciclo.

XXVII

Se realiz en la Maschinenfabrik (se llamaba as) de Augsburg. Fueron esa firma y Friedrich Krupp, de Essen, los que la financiaron. Ellos explotaran en Alemania el motor que resultara. La primera mquina fue construida y ensayada en el mismo ao 1893. Tena 150 mm de dimetro y 400 de carrera; la culata y el extrao mbolo eran de acero fundido, y. el prensaestopas, de bronce, con cierre por aceite a presin. Despus de 20 das de rodado con otra mquina, logr una presin de compresin de 38 bar, aunque con prdidas abundantes y habiendo tenido que aadir aros al mbolo, ya que el cierre por aceite no result efectivo. Cuando, finalmente, se meti combustible, se produjo tal explosin, que hizo saltar en pedazos el indicador de diagramas. Al cilindro, dimensionado como un can, no le pas nada. Pero no se logr que rodara por s solo. Lo nico que se consegua era holln. No parece esto extrao con la cmara de combustin que llevaba el mbolo y el hecho de que hubiera una sola vlvula (por cierto, de doble asiento) para admisin y escape. En el siguiente proyecto las vlvulas estn separadas, pero se mantiene el tipo de cmara de combustin. Se logra que esta mquina gire en vaco.

FIG.0-34 Primer motor diesel construido en 1892

Pero al cabo de un minuto se para, a pesar de haberse medido en el diagrama del indicador 4,3 bar de pmi. Lo que muestra un rendimiento orgnico muy bajo, que es principalmente debido al rozamiento del mbolo. En este motor, el combustible descargado por la bomba va a un recipiente a presin, donde permanece hasta que se abre la vlvula de inyeccin. Como con ese sistema el combustible que entra en el cilindro depende no de la carga, sino de la velocidad del motor, se decide cambiarlo, enviando directamente a la inyectora la cantidad de combustible que se desea introducir en el cilindro. Lo que se logra con aire a presin. Para evitar el compresor, se dispone un botelln sobre la culata, que se rellena de aire durante la fase de compresin del propio cilindro motor a travs de una vlvula de retencin. Los resultados son que se pierde compresin y la combustin se produce cuando la carrera de expansin est bastante adelantada. Como, adems, se producen explosiones en el sistema de inyeccin, se vuelve a considerar la inyeccin sin aire (que luego se llam directa).

XXVIII

Preocupado desde el principio por la gasificacin del combustible, pierde mucho tiempo ensayando, sin xito, diversos sistemas para ello. Prueba entonces con gas del alumbrado y descubre que tampoco se obtienen resultados satisfactorios con este combustible ya gasificado. Deduciendo que el defecto est en la falta de mezcla. Se decide entonces ensayar distintas formas de realizar esa mezcla, pero conservando la forma de la cmara de combustin; que ahora se incorpora a la culata. En el nuevo motor con la cmara citada a la izquierda, atravesada por un mezclador, consistente en este caso en un conducto al que descarga la bomba y que est provisto de dos discos huecos, con agujeros para que salga por ellos el combustible en forma de chorros: como en una regadera, pero hacia arriba. Sin embargo, debido al espacio que ocupa la cmara de combustin en la culata, no caben las dos vlvulas, de admisin y escape, y se vuelve a una comn, pensando que se puede poner a la salida otra vlvula, giratoria, que separe ambos flujos. El motor funciona e inmediatamente despus del arranque se obtiene una pmi de 8,3 bar. Pero los gases que quedan en el conducto que va a la vlvula giratoria impiden que llegue bastante aire fresco al motor y, poco despus, la presin media baja a 6,8 bar. De todas formas, se trabaja con este motor y se corrigen defectos de construccin. Se cambian los aros, logrando disminuir el rozamiento del pistn. Con lo que el rendimiento orgnico pasa de 0,54 a 0,67, y el consumo especfico, de 382 a 291 g/CV /hora. Se vuelve a pretender utilizar la compresin del motor para obtener aire comprimido, utilizando ahora la vlvula de arranque. Pero, finalmente, se desiste de ello. En abril de 1896 se termina un nuevo motor, ya mucho ms parecido a lo que iban a ser los posteriores: la cmara de combustin y las vlvulas estn en su sitio y el pistn, hueco, est enfriado con agua; lleva aros normales y el contacto con el cilindro est lubricado con una bomba, en lugar de coger aceite por inmersin cada vez que baja. Como reaccin a los humos diluidos en el aire aspirado en el tipo anterior, se aumenta el relleno de aire fresco en el cilindro, empleando su parte baja como un compresor de sobrealimentacin. Puede extraar que parezca que sus vlvulas estn mandadas. Y, efectivamente, lo estn, por haberse considerado que eran demasiado grandes para actuar automticamente, con muelles. Con esta especie de sobrealimentacin se alcanz una presin media de 10,4 bar. Pero al abrir el escape haba en el cilindro 5 bar y el consumo era alto. Por ello principalmente, pero tambin porque en el depsito intermedio de la izquierda entraba mucho aceite, se prescindi de la citada sobrealimentacin. Y en febrero de 1897 se hicieron unas pruebas oficiales con resultados excelentes. Era un xito, sealndose el bajo consumo a potencia reducida en comparacin con otras mquinas de la poca, as como la facilidad de arranque, con aire, sin preparacin previa. El consorcio Augsburg-Krupp concede varias licencias en Alemania, y Rudolf Diesel, al extranjero. La Maschinenfabrik de Augsburg se une con la del mismo nombre de Nrnberg y forman la MAN. Se sigue trabajando para obtener un motor que pueda salir al mercado. Lo que se consigue con el cambio de siglo. Debe observarse que el combustible segua siendo queroseno, que era lo que quemaban otros tipos de motores. Slo ms tarde se intent quemar productos ms pesados e, incluso, polvo de carbn. Lo primero, con mayor inters comercial que lo segundo, ya que el carbn tena entonces amplia aplicacin. Respecto a Rudolf Diesel, no se preocup demasiado del ciclo de Carnot que inicialmente le haba inspirado y declaraba que el diafragma del indicador deba ser convexo en la zona de combustin, sin subir mucho de la presin de compresin. Es decir, la combustin no se realizaba exactamente a presin constante, que es a lo que se ha dado en llamar ciclo Diesel. De hecho, a lo que se dedic fue a explotar su invento, negociando licencias y transmitiendo su experiencia como ingeniero consultor. Como tal, viajaba a Inglaterra en 1913 cuando desapareci. Se supone que ahogado en la mar.

XXIX

En contra de lo que pueda pensarse, fue Francia el primer pas que aplic la nueva mquina a la navegacin de sus submarinos (tipo Pluviose en 1904, partiendo de un motor estacionario), y Rusia el primero que lo aplic en buques de superficie.

FIG.0-35 El submarino francs CIRCE, el primero en el mundo en confiar la navegacin en superficie a los motores diesel

Sin embargo nadie puede poner en duda la primaca del Selandia, primer buque con propulsin y generacin totalmente diesel, que entr en servicio en 1912 permaneci navegando hasta 1942, en que result hundido frente a las costas japonesas. En todo ese tiempo solo perdi 10 das por averas en sus mquinas.

FIG.0-36 El carguero Selandia, primer buque en el mundo en Ser propulsado y generar la energa elctrica con motores diesel

XXX

El pas mayor usuario de esta mquina fue nuevamente Alemania, que la aplic no slo en sus buques mercantes, sino en buques de combate de notable entidad. (En 1939 haba tres acorazados de bolsillo, cinco cruceros ligeros, lanchas torpederas y avisos propulsados por motores diesel o plantas combinadas, y en el Plan Z se contemplaba la construccin de una flota de batalla amplia y equilibrada totalmente propulsada por motores diesel, lo que le habra dado una notable autonoma. Los ltimos submarinos alemanes, el famoso tipo XXI, tenan motores diesel sobrealimentados por gases de escape, bloques y culatas fabricados en fundicin nodular, bombas de agua dulce, salada, aceite y alimentacin de combustible accionadas por el motor, y sustentacin elstica para el mismo. Falta slo por decir que el antecedente o motor base de aquellos submarinos, el famoso RV 40/46, fue financiado por Espaa en los lejanos tiempos de la dictadura del general Primo de Rivera.

FIG.0-37 El submarino espaol S 01, ex G7, ex U 573, nico ejemplar Tipo VII C incorporado a la armada espaola, saliendo de su base en Cartagena

FIG.0-38 Construccin en serie de submarinos alemanes Tipo XXI Alemania fue el primer pas que aplic la construccin naval modular

XXXI

FIG.0-39 El motor diesel RV 40/46, propulsor de los lobos grises, y financiado en sus orgenes por el gobierno espaol

FIG.0-40 La escuadra alemana en las maniobras de 1938. En primer lugar los tres acorazados de bolsillo propulsados por motores diesel

XXXII

Los motores de dos tiempos Siguiendo la tradicin de los motores de gas, los primeros que quemaban petrleo fueron tambin de cuatro tiempos. No significa esto que no se pudieran construir motores de dos tiempos quemando gas. Pero el hecho de que ste entrara mezclado con el aire, supona que una buena parte se desperdiciara durante el barrido, dando, adems, lugar a que se pudieran producir explosiones en el tubo de escape. Por lo que tuvieron poca aceptacin, al menos, en motores un poco grandes. Con el combustible lquido, que se inyecta durante la compresin, el motor de dos tiempos no presenta inconvenientes. Habindose construido incluso con antecmara o cabeza caliente. Cosa poco recomendable, ya que en ellas quedarn sin barrer parte de los gases del ciclo anterior. Un motor de esas caractersticas es aqul donde el barrido se produce desde el crter, como en algunos motores pequeos y motocicletas modernos. Se hace observar que el aire pasa a travs del pistn, enfrindolo, y que ste tiene una forma adecuada para facilitar el barrido.

FIG.0-41 El motor de 2 Tiempos y doble efecto MAN, Tipo M8Z 65/95, destinado a propulsar los grandes buques de batalla H N

Posiblemente, por ser una variante de lo que sucede en los motores de 4 tiempos, los primeros de 2 tiempos solan tener barrido uniflujo, como el primer motor monocilndrico de 2 tiempos ensayado por Krupp. Se trataba de un diesel de 50 CV a 500 rpm. Muy rpido para la poca. El barrido se hace por la parte de mayor dimetro de un pistn escalonado, que enva el aire a la parte superior del cilindro. El escalonamiento fue pronto abandonado. Pero no as el sentido descendente del aire de barrido, que se sigui empleando, entre otros, en motores de submarinos construidos por la misma firma en vsperas de la guerra mundial de 1914 -1918.

XXXIII

Los pistones opuestos Un diseo muy particular de motor de 2 tiempos es el de pistones opuestos. La idea de disponer dos pistones en el mismo cilindro haba sido propuesta anteriormente. Pero fue el profesor alemn H. Junkers el primero que concibi un motor diesel con esa disposicin. Tiene, sta, la ventaja de disminuir las fuerzas sobre el cigeal y los cojinetes de bancada; eliminar las principales verticales en la estructura del motor, y emplear el barrido uniflujo, suprimiendo, claro est, la culata. Los inconvenientes pueden estar en la mayor altura del motor que, aunque posible en la mayor parte de los buques mercantes, es origen de una estructura poco rgida. Junkers no slo no dio importancia a la altura, sino que proyect motores con cilindros en tandem, para disminuir la longitud de la cmara de mquinas. Este motor, de 800 CV a 120 rpm, fue instalado por duplicado en 1912 en un barco de la Hamburg Amerika Linie. Pero dio tales problemas de vibraciones, que tuvo que ser reemplazado por una mquina de vapor. Es, en cualquier caso, interesante observar cmo varios cilindros mueven las bombas de barrido que descargan a un conducto alto longitudinal, mientras un cilindro mueve los compresores para el aire de

inyeccin..

Un proyecto posterior, con un solo cilindro en altura, fue aplicado en otro barco, con mediano resultado. En cambio, se acreditaron los motores menores, de los que se construyeron muchos para distintas aplicaciones, incluso para aviacin, hasta despus de la segunda guerra mundial. En motores grandes, el testigo fue recogido por Doxford, en Inglaterra, donde se prob, con xito, el primer motor de pistones opuestos en 1914. No obstante, no montaron a bordo un motor de ese tipo hasta 1921. El barco fue el Yngaren, de bandera sueca, y el motor tena 3.000 HP, a 77 rpm, y varias novedades interesantes. Entre ellas, el sistema de inyeccin que, inspirado en el que haba empleado Vickers en motores de submarinos durante la guerra europea, se realizaba sin aire. En general, este tipo de motores se ha construido con pocos cilindros, siendo tres un nmero tpico, ya que con stos ya est asegurado el arranque, y predominaba el criterio de hacer el motor lo ms corto posible. Hasta el extremo de haber construido brazos de cigeal con forma circular, para que al mismo tiempo hicieran de cuello de apoyo del mismo. Si bien, sus muequillas no estaban acopladas al pistn inferior, sino al superior, que se construa con menor carrera para compensar las fuerzas alternativas. Se llegaron a fabricar cojinetes de bancada de 1.000 mm de dimetro. La aplicacin ms curiosa de ese tipo de motor la constituyeron las mquinas Jumo 205D, instaladas en los hidroaviones de reconocimiento alemanes tipo Blohm & Voss 138, que despus de la guerra sirvieron de base para proyectar los motores rusos Zvezda, instalados en la mayora de las unidades de combate ex soviticas, en las que se ha llegado hasta los 112 cilindros, en una disposicin radial de 7 elementos de 16 cilindros cada uno.

XXXIV

FIG.0-42 El hidroavin alemn de reconocimiento Blohm & Voss BV 138 Este aerodino estaba propulsado por motores diesel tipo Jumo 205D

La sobrealimentacin Suponiendo constantes los rendimientos, la potencia desarrollada por un motor ha de ser proporcional al calor aportado. Por tanto, si la combustin se produce en su interior, al combustible que se pueda quemar en l. Al principio, se pretendi obtener esa mayor cantidad de aire, mediante un compresor movido, bien por una mquina aparte o por el propio motor que se deseaba sobrealimentar. Las soplantes Roots, ya mencionadas al tratar del barrido de los motores de 2 tiempos, fueron utilizadas para ello. Pero aunque el rendimiento de este tipo de compresor es muy aceptable, la aplicacin de una energa mecnica ya disponible, para obtener el mismo tipo de energa a travs de unos procesos en los que necesariamente se han de producir prdidas, supona un coste energtico poco deseable. La solucin la dieron Rateau y, sobre todo, Alfred Bchi, que la estudi, desde 1911, primero en Sulzer y luego en Brown Boveri Co. (BBC), haciendo que el compresor fuera accionado por una turbina de gases de escape. Ya que, como stos tienen mayores presin y temperatura que el aire ambiente, poda obtenerse de ellos, tericamente de forma gratuita, una energa que poda ser utilizada para aumentar el relleno del cilindro. En las primeras mquinas para acoplarse a la alta velocidad de rotacin de la turbina, el compresor (o soplante) tuvo que ser centrfugo y como stos tenan entonces un rendimiento muy bajo, se dispusieron dos rodetes en serie, a pesar de que la presin de descarga no era mayor de 1,3 bar abs. La turbina tena una sola corona mvil. BBC se amarr tanto con las patentes, que los dems posibles fabricantes tardaron en hacerle la competencia en barcos. Haba otras aplicaciones, tales como los automviles de carreras, donde hicieron su papel. Aunque negativo en lo que a barcos se refiere, al menos en Inglaterra, donde los armadores se mostraron reacios a montar a bordo un dispositivo que serva para hacer el loco. No obstante, los sobrealimentadores se impusieron y otras casas (Napier, MAN, etc.) se decidieron a hacerlos, con otros tipos, de compresor (axial, por ejemplo) o de turbina (con ms de un salto), o de tipo radial. Pero el diseo original es el que, an hoy en da, est ms generalizado. Si bien, normalmente basta un rodete - incluso para presiones superiores a 3 bar - por haberse mejorado notablemente el rendimiento de los compresores centrfugos.

XXXV

FIG.0-43 Motor diesel M9V 40/46 KBB con turbosoplante BBC, tipo 450 a

FIG.0-44 Turbosoplante M.A.N., Tipo A30/204/4.3 para uso en el motor G6V 42

XXXVI

La situacin actual y el futuro de los motores diesel De los apartados anteriores puede deducirse que los fabricantes de motores han ido acomodando sus productos a la demanda. Despus de los primeros balbuceos, los criterios que sucesivamente han ido dominando son los siguientes: a) Intentar obtener la mayor potencia posible por tonelada o metro cbico de motor; procurando disminuir, sobre todo, la dimensin en sentido eslora. Es sta la poca del desarrollo inicial de las turbosoplantes, gracias a las cuales entre otras cosas se ha podido decir que la p.m.e. de los motores se ha duplicado cada 20 aos. b) Reducir los gastos de combustible mediante el empleo de un fuel que se empeora de da en da, pero que, por ello, disminuye de precio en los destilados. En la actualidad, se han resuelto los principales problemas. c) Resolver las cuestiones que presenta el incremento de las potencias propulsaras. Lo que, en parte, se produce por el deseo de competir con las turbinas de vapor que dominan el terreno de las ms altas. Por tratarse de mquinas alternativas, con el crecimiento de los motores aumenta la importancia de las vibraciones y otras interacciones con la estructura del casco. Posteriormente, se extiende esa atencin a los ruidos producidos. d) Mejorar el rendimiento. Este objetivo, tpico de ingeniera, se persigui desde el principio. Y de los consumos especficos de 230 g/CVh de los primeros motores ya se haba bajado a 150 g en tiempos de la segunda guerra mundial. Pero los incrementos de precio del crudo en los aos setenta, que dieron lugar a que en ciertos trficos la partida de combustible supusiera la mitad de los gastos de explotacin, aceleraron los esfuerzos dirigidos a reducir ese consumo. El cual ha llegado, como se sabe, a ser de 120 g/CV. h en algunos motores grandes de 2 tiempos. e) Actuar sobre la instalacin en su conjunto para reducir el consumo total. Por entender que las mquinas auxiliares y sus consumos se salen del objeto de esta disertacin, no se ha tratado de la generacin de electricidad para los servicios a bordo. N o debe, sin embargo, dejar de citarse la posible implicacin del motor principal: bien sea moviendo el generador mediante una toma de fuerza existente en el propio motor o acoplndolo a la lnea de ejes; bien sea por un turbogenerador que recibe vapor producido por una caldereta de gases de escape. Ambas soluciones se haban empleado antes, pero se popularizaron en esa poca. La ltima, en barcos grandes. f) Disminuir el coste de personal. ste es un objetivo lgico en cualquier explotacin, que ha sido perseguido de formas distintas. Entre ellas, tripulando los barcos con chinos y filipinos y matriculndolos bajo banderas de pases con manga ancha en relacin con el tema, tales como Liberia, Panam, y otros ms. En lo que a los motores se refiere, dicho deseo ha tenido modernamente dos consecuencias: aumentar la fiabilidad del motor, y, naturalmente, impulsar la automatizacin, hasta llegar a cmaras de mquinas desatendidas. g) Reducir los precios racionalizando los tipos de motor mediante una reduccin de su nmero o de las diferencias existentes entre ellos. De modo que haya elementos comunes en motores distintos y que un motor pueda adaptarse a un amplio margen de circunstancias. En la actualidad se admite que un motor funciona normalmente a los 3/4 de la velocidad nominal y el 60% de la potencia nominal, y ello aunque sea de 2 tiempos. Puede, por ltimo, observarse que apenas se han mencionado marcas que no sean europeas. Ciertamente, existen fabricantes importantes en otros pases. Pero as como Europa ha dejado de estar en primera lnea en la produccin de otras materias, no ha sido as en lo que al desarrollo de los motores diesel se refiere. Y no ha parecido necesario incluir otros ejemplos que los mencionados en el texto.

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FIG.0-45 El motor ms moderno en estos momentos; el MTU 20V 8000 (9.000 kW a 1.150 rpm, con inyeccin common-rail)

FIG.0-46 Curvas caractersticas del motor MTU 20V 8000 (8.200 kW a 1.150 rpm, con inyeccin common-rail)

XXXVIII

Las turbinas de gas Las turbinas de gas propiamente dichas son bsicamente iguales a las de vapor. Por lo que, una vez demostrada a principios de siglo la validez de las turbinas, no tardaron en presentarse propuestas para esta aplicacin. Entre ellas, puede recordarse su presencia en las calderas Velox o en la sobrealimentacin de los motores de combustin interna. Pero en ambos casos el calor cedido por el combustible tiene una finalidad distinta que la de mover la turbina, que lo hace por aprovechamiento de una energa residual. Ms tarde fue cuando se aplicaron como mquinas propulsaras. Puede suceder que el gas reciba el calor del exterior a presin constante y que evolucione en circuito cerrado, como en las instalaciones de vapor con condensador. Ambos ciclos son anlogos. Si bien, con una diferencia importante: que no producindose aqu cambio de estado, la comprensin no se hace con una bomba, con poco gasto de energa, sino con un compresor que absorbe un trabajo grande, mayor que el que finalmente se puede utilizar libremente. Si el gas es aire y el calor se le suministra por un combustible que se quema en l, hay que renovado de forma continua. Por lo que a este tipo de instalacin se le llama de ciclo abierto. En ella, el calentador, que haca oficio de caldera en una instalacin de ciclo cerrado, se sustituye por una o ms cmaras de combustin y se prescinde del enfriador, ya que los gases se enfran en la atmsfera, adonde se expulsan, como en un motor de combustin interna. Sin ms elementos, y en igualdad de las dems condiciones, estas turbinas de gas (como impropiamente suele llamarse al conjunto) pueden tener mejor rendimiento que las de ciclo cerrado, ya que los lmites de temperatura no quedan recortados por las diferencias en los intercambiadores de calor citados. Y, desde luego, tienen menores peso y volumen. Por lo que son las que se utilizan, no slo en aviacin, sino tambin en los barcos. Aunque en este ltimo caso puedan aadirse otros intercambiadores de calor para aumentar el rendimiento. Las turbinas de aviacin Las turbinas de gas son, por su poco peso y volumen en relacin con su potencia, muy adecuadas para la propulsin de aviones. Sobre todo, los de combate. Era, pues, lgico que se propusiera su aplicacin a los aviones con la propulsin a reaccin. Si bien, en ellos acta de generador de gas, ya que el objeto que se le encomienda es producir los gases que han de acelerarse en una tobera y producir, con ello, el empuje deseado. Los primeros aviones de este tipo se construyeron por Caproni en Italia y Heinkel en Alemania en 1939, y en 1944 se pusieron en operacin por parte de Alemania el caza birreactor Messerchsmitt 262 Schwalbe y el bombardero bimotor Arado 234 C Blitz. Con hlice, el primer avin provisto con turbina vol en Inglaterra en 1945. Al incluir la hlice, y con ella la turbina y reduccin de engranes correspondientes, el sistema se haca ms pesado y complicado. Pero era ms adecuado para aviones en los que, por no tener que ser tan rpidos como los de combate, era mayor la diferencia entre las velocidades de salida de la tobera y la del avin. Por lo que lo era tambin la energa cintica perdida en el chorro, con la consiguiente reduccin de rendimiento. Debido a la necesidad de acoplarse a las formas del avin y de ofrecer poca resistencia al avance, se dispusieron los elementos de esas turbinas (compresor, cmaras de combustin y turbina propiamente dicha) en lnea, con el exterior en forma de huso. Para que quepan son varias las cmaras de combustin, que se colocan como una corona alrededor del eje.

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FIG.0-47 El primer avin con turbina de gas El Heinkel, He 178 vol en 1939

FIG.0-48 El Messerchsmitt Me 262A 1, Schwalbe, del III Gruppe del Ergnzungs-Jagdgeschwader Nr2 (III/EJG2), primer aparato de combate Operativo propulsado por turbinas de gas. El prototipo apareci en 1943

FIG.0-49 El Arado Ar-234 Blitz, primer bombardero operativo propulsado por turbinas de gas. Apareci en 1944

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Fueron estas turbinas, con salida de potencia por un eje, las que fueron adaptadas por encargo de las marinas de guerra para la propulsin naval. Gran Bretaa fue, de nuevo, la primera nacin que lo hizo, montando en 1947 una de ellas en una caonera de 200 toneladas y tres hlices. De las que las dos laterales siguieron movindose por motores diesel, si bien durante la contienda, el doctor Altenkirch prob en el Bltico varias embarcaciones con este tipo de propulsin, y en 1945 fue hundido en Wilhemshaven para que no cayese en manos de los aliados el destructor Z 59, con turbina de gas y motores diesel, en la primera configuracin CODOG existente en el mundo. Tena esta turbina dos ejes alineados, pero girando a velocidades distintas. Uno, a 7.220 rpm, llevaba el compresor movido por la turbina de AP; y el otro, a 1.087 rpm, mova la hlice con la de BP a travs de un reductor. Los ejes eran independientes, principalmente para que la turbina propulsara y, por tanto, la hlice, pudieran variar de revoluciones, mientras el compresor, que por ser rotatorio es muy sensible a las desviaciones de la velocidad de proyecto, la mantuviera lo ms constante posible. Al principio, el compresor era centrfugo, por ser ms barato y compacto. Pero luego slo se han empleado compresores de ese tipo en grupos de poca potencia. En los dems se emplean los axiales, que son como unas turbinas Parsons girando al revs, porque tienen mejor rendimiento. En el prototipo a que nos estamos refiriendo, el compresor tena nueve pares de coronas de paletas de aluminio. En las pruebas, esta turbina desarroll 2.550 SHP con un consumo de 450 g/CV /h. Haca mucho ruido. Pero se consider que deba seguirse estudiando la adaptacin a la mar de este tipo de mquinas. Una de las cosas que haba que cambiar para ello era el material de las paletas del compresor, ya que el aire salino originaba en ellas corrosiones y depsitos. Por ello, se hicieron de acero inoxidable y, ms tarde, de titanio, que teniendo tambin buena resistencia a la corrosin es muy ligero, y la fuerza centrfuga, que en las paletas se origina, no obligaba a modificar los rotores proyectados para paletas de aluminio. De todas formas, hubo que disponer de un sistema para el lavado con agua dulce. Lo que se haca a diario. Estas paletas de la turbina no deban estar en contacto con gases a una temperatura superior a 650 C, que se consideraba el lmite admisible del material de que estaban construidas. Tampoco la presin era alta, ya que no pasaba de 3,1 bar. Dependiendo de la aplicacin puede aumentarse esa temperatura a costa de la vida de las paletas. Y as, puede ser mayor en un avin de combate que en uno comercial y en ste, que en un barco: por ser, en ese orden, mayor y ms seguido el tiempo que se tienen que utilizar. Posteriormente, se han encontrado materiales ms resistentes al calor. Llegando a ser normales los 1.200 grados en aviacin y los 900 grados en las instalaciones marinas. Si bien, las temperaturas ms altas se consiguen refrigerando las paletas. La limitacin de la temperatura mxima del ciclo tiene otro efecto: que el aire que evoluciona es mucho mayor que el necesario para la combustin. Esto da lugar a volmenes muy grandes de aire y humos y, por tanto, a que los conductos de aspiracin y escape tambin lo sean. Tanto ms si es pequea la presin en el ciclo, por tener en ese caso mayor importancia las prdidas de carga. Este problema que, naturalmente no existe en los aviones, ha supuesto dificultades a bordo, si bien en la actualidad la turbina de gas es de aplicacin universal, sobre todo en unidades de combate y en algunos tipos de ferries rpidos.

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La propulsin elctrica Medio siglo antes de que apareciera una mquina motriz que pudiera sustituir a la alternativa de vapor, ya existan los motores elctricos y las bateras. Por lo que, combinando ambos elementos, se poda propulsar una embarcacin en cortos recorridos. Esto es lo que, en 1839, hizo el ruso Jakobi en una lancha capaz de 12 pasajeros, que alcanz as una velocidad de 2,25 nudos. Su explotacin no fue, sin embargo, satisfactoria por el escaso desarrollo que entonces tenan los componentes de la instalacin. No hay otro antecedente de inters hasta que, en 1886, se construye en Inglaterra el submarino Nautilus con la misma propulsin, pero con tan triste destino que se hundi en el Tmesis durante las primeras pruebas. Dos aos ms tarde se botaba el submarino de Isaac Peral, de mucho mayor tamao y xito, ya que fue el primero que naveg, sumergido, en mar abierta. Y lo hizo durante una hora, manteniendo el rumbo. Este mtodo de alimentar un motor elctrico mediante bateras o acumuladores ha sido prcticamente el nico utilizado para la navegacin en inmersin hasta que en los aos cincuenta se empez a aplicar la energa nuclear. Para aumentar la autonoma, las bateras, que al principio slo se cargaban en tierra, se empezaron a cargar a bordo, estando en superficie, con una mquina de vapor que llevaba, para ello, el propio sumergible. Esto se hizo en Francia, a propuesta de Max Laubeuf en 1899. Dos aos despus, John Holland sustitua en Estados Unidos dicha mquina por un motor de gasolina. Y ste fue el sistema empleado en esta clase de barcos durante las guerras de este siglo. Aunque, naturalmente, sustituyendo el motor de gasolina - cuyos gases dieron pronto lugar a accidentes - por el diesel. En los buques de superficie se aplic una receta parecida. Tambin esta vez, el primer ensayo se realiz en Rusia, ahora en 1903. Si bien, la maquinaria fue construida en Suecia: los motores diesel, en los talleres que ms tarde fabricaran los Atlas y las mquinas elctricas, en los que luego fueron Asea. Los motores elctricos eran tres, acoplados a sendas hlices, y estaban directamente conectados a otras tres dinamos, movidas por otros tantos motores diesel, que tambin movan las excitatrices. La regulacin se realizaba, segn el principio Ward Leonard, con tensin variable hasta 500 voltios, pudiendo variar la velocidad de giro de las hlices entre 30 y 300 rpm. Esta facilidad de gobierno, que se puede realizar adems desde el puente, es muy deseable en barcos de navegacin interior. Eso era el Vandal del que estamos tratando, ya que era un petrolero, de 1.100 toneladas, destinado a navegar por el mar Caspio y el Volga. Sin embargo, el ejemplo no cundi, porque el sistema era caro, tanto por la transmisin elctrica como por los propios motores diesel. Adems, y salvo la facilidad de mandar las mquinas desde el puente, no pareca resolver ningn problema que no lo estuviera ya con la mquina alternativa de vapor. Con corriente alterna se cita como uno de los primeros ensayos de propulsin el que realiz H. Mayor en Gran Bretaa, en 1911. Mont en la lancha de pasaje Electric Are (llamada as por tener tambin la novedad del casco soldado) un motor de 75 HP a 700 rpm que mova un alternador de cuatro y seis pares de polos. El motor elctrico tena doce, de modo que se podan conseguir las reducciones de velocidad de 1/2 Y 1/3. Cambiando, pues, el nmero de polos y variando las revoluciones de la mquina motriz, se obtena una flexibilidad, que no ser tan grande como la de una mquina de continua, pero suficiente en un barco con un servicio normal en la mar. Muy oportuna era esa transmisin al ofrecer una solucin para que la velocidad de las turbinas fuera alta y baja la de la hlice, sin necesidad de interponer grandes engranajes, difciles de construir. Pudindose, adems, eliminar las ruedas de ciar. No se podr emplear la corriente continua, ya que los generadores, con su colector y escobillas, son muy poco adecuados para las velocidades altas. Pero como hemos visto, se poda utilizar la corriente alterna que, por otra parte, ofreca varias ventajas. Entre ellas, el poder emplear tensiones elevadas.

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El sistema ofrece, por otra parte, la posibilidad de variar el nmero de mquinas motrices en funcionamiento. Pudindose as realizar reparaciones o acopladas al rgimen de marcha deseado. Al ser ambas cosas muy deseables en un barco de guerra, es probable que influyeran en la Marina de los Estados Unidos para ensayar el sistema.

FIG.0-50 El ferry fluvial argentino MOP- 5BA con propulsin diesel - elctrica

Lo hizo con el carbonero de dos hlices y 19.000 toneladas Jupiter, al que despus convertiran en el primer portaaviones de su armada, con el nombre de Langley. La instalacin propulsora era conceptualmente anloga a la del Electric Are, aunque con una tensin de 2.300 voltios, para el rgimen normal de 15. nudos. Si bien, se poda navegar tambin a seis nudos, con corriente a 450 voltios producida por un generador auxiliar. Los motores eran de induccin, con rotor bobinado y restato para el arranque y para poder navegar a velocidades bajas durante las maniobras. Alcanzada la velocidad de rgimen, dicho motor se pona en cortocircuito, funcionando como si fuera de jaula de ardilla. La reduccin era de 1/18, ya que los generadores acoplados a las turbinas tenan dos polos y los motores 36. Los resultados obtenidos con esta instalacin aconsejaron su aplicacin a una serie de acorazados. De los que el primero fue el New Mexico, de cuatro ejes y una potencia total de 31.300 HE En este barco los motores eran de doble jaula de ardilla, con 24 y 36 polos; como corresponde a los dos regmenes clsicos de los buques de guerra. Las velocidades eran, en este caso, de 21 y 14 nudos, aproximadamente. Luego se volvi al rotor bobinado. Y as fue en los barcos que siguieron. Entre ellos, los portaaviones Lexington y Saratoga, que tenan cuatro hlices, y para cada una de ellas dos motores de 22.500 HP, con 22 y 44 polos, alimentados por corriente trifsica a 5.000 voltios.

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FIG.0-51 El portaaviones estadounidense Lexington, con propulsin turbo elctrica, fotografiado antes de la II Guerra Mundial. Fue hundido en la batalla del mar del Coral (1942)

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Los primeros sumergibles Debemos, ante todo, dedicar un recuerdo a los intrpidos inventores de los primeros vehculos submarinos que, con harta frecuencia, tuvieron mal fin. Se pretendi por algunos de ellos que fueran propulsados a remo; por otros, que fueran a vela, que se arriaba oportunamente. Pero el propulsor lgico era la hlice o un pariente prximo y no se consigui esta navegacin hasta que se aplic. As era el que llevaba el Turtle, que suele citarse como el primer intento que merece ser considerado. Fue ideado por el ingeniero David Bushnell para atacar a los barcos ingleses durante la guerra de independencia de los Estados de Norteamrica. Lo intent en 1776 con el navo Eagle. Y aunque no logr taladrar su forro, como deseaba, para colocar una carga explosiva, pues estaba recubierto de cobre, logr volver de la misin. Lo cual ya era un xito. La hlice estaba movida por el piloto.

FIG.0-52 El submarino Turtle, de Bushnell, primer intento serio de navegacin submarina

Tambin con hlice iba el sumergible que Fulton construy con ayuda de Napolen y que no tuvo aceptacin por la escasa velocidad que lograba alcanzar. Menos fortuna todava tuvo el Brandtaucher, que fue la versin alemana de mediados de siglo (1851). Haba duplicado la potencia, metiendo dos hombres, que movan una especie de jaula de ardilla. Se hundi en el estreno, pero pudieron salvarse sus tripulantes.

FIG.0-53 El submarino Brandtaucher en su intento de forzar el bloqueo dans

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Con hlice y propulsin humana era tambin el primer sumergible construido por Narciso Monturiol ocho aos despus. En Cadaqus, donde entonces viva, haba observado la pesca del coral y se propuso ayudar a los que la realizaban. Por ello, dise el Ictneo, que llevaba cuatro hombres a bordo en un espacio de siete m3.

FIG.0-54 Maqueta del submarino Ictneo de Narciso Monturiol

Habiendo despertado la atencin pblica, se constituy una sociedad para construir un sumergible mayor, que tuvo 73 toneladas de desplazamiento en inmersin. Este Ictneo tena, en efecto, forma de pez, y doble casco, que era de madera, ya que eran carpinteros de ribera los que lo hicieron. Al principio se volvi a intentar la propulsin humana: con ms hombres, puesto que el sumergible era mayor. Pero la velocidad segua siendo demasiado baja. Por lo que se dispuso una mquina de vapor de dos cilindros oscilantes y una caldera, que se acab de montar en el interior, ya que no caba por la escotilla. Naturalmente, con la caldera encendida el calor era insoportable. Pero en superficie se lleg as a 3,5 nudos. Para navegar en inmersin se haban dispuesto en la caldera unas cmaras para introducir en ellas cartuchos de productos qumicos de reaccin exotrmica (CIO3K + limaduras metlicas). Ese sistema fue ensayado en tierra. Pero no lleg a funcionar a bordo, pues se acab el dinero y hubo que vender el sumergible a trozos para pagar deudas. Tampoco llegaron a utilizarse los dispositivos ideados para la pesca del coral. Pero con todos esos fracasos, fue el primer submarino con propulsin mecnica autnoma, entre otras novedades. Otro sistema de propulsin submarina, mediante mquina de vapor, fue el inventado por R. d'EquevilleyMonjuston. Estaba basado en el calor desprendido por la sosa custica al disolverse en el agua y complementaba la instalacin normal de vapor, que se utilizaba para navegar en superficie. En inmersin se prescinda de la caldera y el vapor se generaba en las envolventes de los tanques de sosa cuando sta reciba vapor de evacuacin de la mquina. El tanque de agua caliente B suministraba el agua de alimentacin que faltaba de la escasa procedente del condensador. Ni que decir tiene que el radio de accin que el sistema proporcionaba era pequeo. Pero tena la virtud de que la sosa se poda regenerar calentando en superficie. Otras propuestas estaban basadas en mquinas alternativas de aire, que se llevaba a presin en botellas cargadas en tierra. Esta solucin, que se hizo corriente en torpedos, fue tambin aplicada al sumergible francs Le Plongeur en 1861.

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No podemos dejar esta apasionante historia del desarrollo del submarino sin citar los buques tipo David construidos por la Armada Confederada durante la guerra de Secesin norteamericana, en la que se obtuvo el primer hundimiento de un buque de superficie por un semisumergible confederado. Ello tuvo lugar en los alrededores del puerto de Charleston, bloqueado por la marina nordista, cuando un sumergible David hundi la corbeta de vapor unionista Housatonic. El pequeo sumergible fue a fondo con su vctima, dado que la dotacin para asegurarse el impacto se acerc demasiado a su presa. Despus de la guerra fueron recuperados tanto la vctima como el pequeo verdugo.

FIG.0-55 Un submarino confederado David. Uno de estos buques efectu el primer ataque submarino contra un buque unionista el 5 de Octubre de 1863

En 1888 se botaba el submarino de Isaac Peral, de mucho mayor tamao y xito, ya que fue el primero que naveg, sumergido, en mar abierta. Y lo hizo durante una hora, manteniendo el rumbo, y siendo tambin el primero que tuvo tubos lanzatorpedos, ya que hasta aquel momento los torpedos eran de botaln.

FIG.0-56 El submarino Isaac Peral, primer buque de este tipo que incorpor una serie de elementos que seran normales en este tipo de buques. Solo las consideraciones polticas y el desinters tpico de los gobiernos espaoles del siglo XIX impidieron que Espaa dispusiese de este arma

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FIG.0-57 Modelo del submarino Narval de Laubeuf, que es considerado por muchos como el primer sumergible verdadero de la historia

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Los motores de combustin interna Cargando las botellas de aire a bordo con un compresor movido por un motor diesel, se poda hacer funcionar dicho motor en inmersin el tiempo que durara el aire almacenado. Una variante de ese sistema es el ideado por el ingeniero del Proposto en Blgica. El compresor carga en superficie las botellas con aire a 250 bar. En inmersin se hace trabajar al mismo compresor como mquina de aire, evacuando al motor, que trabaja normalmente. El intercambiador de calor que haya continuacin del colector de escape tiene por objeto enfriar los humos para disminuir el trabajo que necesita un compresor para enviados al exterior, venciendo la presin esttica debida a la profundidad en que se encuentra. En aquella poca, en la que ya existan sumergibles con propulsin diesel-elctrica, se estimaba que este sistema tena ms peso que el del Proposto. Que fue, sin embargo, abandonado. Si en lugar de llevar aire se llevara oxgeno en las botellas, se podra, mezclndolo en las debidas proporciones con los gases de escape, aumentar varias veces la autonoma en inmersin, con el mismo peso y volumen. Aunque, claro est, por una sola vez. Este sistema, inventado por Sabath en Francia en 1908, es, por tanto, muy adecuado para torpedos, que pueden as tener mayor alcance (o velocidad o carga explosiva) y, adems, reducir la marcada estela que dejan las burbujas procedentes de la evacuacin de la mquina de aire. Ya que, aparte de que se evacua un volumen mucho menor de gases, stos consisten, principalmente en CO2, que se disuelve y vapor de agua que se condensa. Como dato curioso puede citarse que con ese destino, y por haber poco espacio en el interior del torpedo (su dimetro es de unos 500 mm), se han construido motores en los que las vlvulas tradicionales se han sustituido por discos de mayor dimetro que, girando, destapan o cierran las aberturas previstas para la admisin o el escape. En submarinos, el motor ha de ser diesel. Pero aunque el espacio no sobra, no hay el agobio que existe en los torpedos. Por lo dems, las ventajas e inconvenientes son anlogos y la autonoma en inmersin ser la que permita el oxgeno cargado en tierra, ya que una instalacin, para obtener este gas del aire ambiente, es demasiado voluminosa y pesada para llevada a bordo. Desde 1907, en que se consider en Alemania, no se ha abandonado esta solucin. Pero sin llegar a aplicar en un submarino. Puede observarse que aunque en estas mquinas el oxgeno se dosifica en exceso, no es necesario aportar ms de 1/10, aproximadamente, del volumen de gases en cada ciclo. Los consumos medidos en 1943 en un motor Daimler Benz, de 1.500 k W, fueron 200 g de combustible y 900 g de oxgeno por caballo y hora.

FIG.0-58 Interior de la cmara de mquinas de un submarino alemn en 1916

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FIG.0-59 El famoso submarino alemn U 9, responsable del hundimiento de tres cruceros acorazados britnicos, Aboukir, Hogue, y Cressy en el mismo da, en 1914

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La propulsin elctrica Ya hemos mencionado anteriormente este tema, pero no se trata ahora, como entonces, de las instalaciones, sino preferentemente de los sumergibles que las llevan. Que son, prcticamente, todos los que no son nucleares. El inconveniente es el espacio ocupado y el peso de los acumuladores para poder navegar en inmersin. Al menos, si se desea un radio de accin que no sea pequeo, como el de los torpedos elctricos o como se supuso que bastaba tuvieran los semisumergibles enanos que se emplearon en la segunda guerra mundial. Algunos de los cuales, como los empleados con gran xito por los alemanes durante el desembarco de los aliados en Anzio, eran simples torpedos, de los que se haba quitado la carga explosiva para dejar espacio al piloto, que llevaba la cabeza fuera para poder dirigir hacia el blanco el autntico torpedo que llevaba colgado. Los italianos hicieron algo parecido para los ataques muy fructferos que realizaron contra los barcos ingleses en Alejandra y Gibraltar.

FIG.0-60 Uno de los ingenios italianos, S.L.C. (Siluro a Lenta Corsa), llamado por los propios italianos maiale, responsable del hundimiento en Alejandra de los acorazados britnicos Valiant y Queen Elizabeth en 1942

FIG.0-61 El submarino italiano Scir, portador de los maiale para el ataque a Alejandra.

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La velocidad de esos vehculos era muy pequea para que el agua no arrastrara a los tripulantes. Pero aun as, el radio de accin que permitan las bateras era muy limitado. Lo que demostr ser un grave inconveniente desde el punto de vista militar, que impidi que fueran efectivos los ms de 300 sumergibles enanos, tambin puramente elctricos, que los alemanes haban construido en previsin del posible desembarco que, finalmente, se realiz en Normanda. En los sumergibles de tamao normal esa limitacin no es tan crtica, ya que llevan un motor diesel con el que se supone se podr navegar o cargar las bateras. Para evitar tener que emerger, discurrieron los alemanes unas tomas de aire ms o menos labernticas para separar el agua que pudiera entrar por el conducto, que haba de sobresalir poco de la superficie del agua. Pero los resultados fueron poco satisfactorios hasta dar con el Schnorkel, que lleva, adems, una vlvula mandada por un flotador. Esto sucedi en la guerra del 39. En la del 14, en la que apenas tenan los submarinos que temer a la aviacin, no haba problema en navegar en superficie mientras no hubiera enemigo a la vista. Por lo que los alemanes pudieron construir submarinos mercantes para burlar el bloqueo y poder importar materiales estratgicos. Uno de ellos era el Deutschland de 1.820 toneladas que, efectivamente, transport materiales desde Estados Unidos hasta que stos entraron en la guerra.

FIG.0-62 El submarino comercial Deutschland, en 1916

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El motor Stirling No es probable que el Rev. Robert Stirling pensara en los fondos marinos cuando invent su mquina, en 1816. Pero como es en los submarinos donde su aplicacin como motor propulsor ha encontrado mayor inters, no parece impropio situarla en este lugar. Se trata de un motor de aire caliente en circuito cerrado, en el que el gas evoluciona tericamente segn dos isotermas y dos transformaciones a volumen constante, con el mismo rendimiento que el ciclo de Carnot. Este ciclo se ha realizado de diversas formas. Una de las ms conocidas consiste en disponer dos cilindros: uno para la expansin a alta temperatura y otro para la compresin del gas fro. Entre ellos hay un regenerador donde los gases cambian de la temperatura de un cilindro a la del otro, mientras los dos mbolos se mueven, de modo que el volumen permanece aproximadamente constante. Los intercambios de calor con el exterior debieran hacerse en los mismos cilindros. Pero por razones prcticas se montan junto a ellos los intercambiadores.

FIG.0-63 El Rev. Robert Stirling

Otra de las dificultades est en la realizacin de los movimientos de los mbolos de la forma descrita: ambos con el mismo desplazamiento durante los pasos del gas por el regenerador; y con uno de ellos parado en las fases de expansin o compresin. Evidentemente, eso no se puede conseguir con el sistema de bielas normal de los motores y es difcil acercarse al rendimiento terico. No obstante, los primeros motores gozaron de prestigio por consumir menos que las mquinas de vapor de la poca. Luego, las mquinas de aire han pasado por diversas vicisitudes. Merece, entre ellas, recordarse el barco construido en Estados Unidos por J. Ericsson en 1852. Mont en l cuatro cilindros de 4,2 m de dimetro y 1,5 de carrera que a 9 rpm desarrollaban 306 CV A pesar de la publicidad hecha por su inventor, las pruebas finalizaron con un fracaso. Como no poda por menos que suceder, vista la relacin de potencia a tamao de la mquina. Ya en este siglo, Phillips intent resucitar la mquina Stirling. El mecanismo finalmente utilizado por dicha casa fue uno inventado por R. J. Meijer en 1953 y que recibi el nombre de rmbico. En el nuevo motor los dos mbolos se movan en un solo cilindro. Una de estas mquinas, de 22 kW, fue instalada en un yate, el holands Johann De Witt. y, posteriormente, ha habido diversos intentos en otros pases.

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Los resultados hasta ahora ms prometedores parecen, sin embargo, ser los obtenidos por United Stirling de Malmoe (Suecia) con mquinas proyectadas para submarinos. Empezaron con el mecanismo rmbico de Phillips, que luego descartaron por ser complejo y de mucho peso y empacho. Uno de los tipos posteriores es el 4-275 (de cuatro cilindros y 275 c.c. de cilindrada. Es capaz de 75 kW en marcha normal a 2.000 rpm. En la cmara de combustin, que se encuentra en el centro, sobre los cilindros, se inyecta el combustible en una mezcla de oxgeno y gases reciclados que est a una presin que puede llegar a 30 bar. Por lo que los gases pueden salir al exterior hasta con una inmersin de cerca de 300 m sin necesidad de compresor. Los enfriadores y regeneradores del gas, que es helio, rodean a los cilindros como lo hacen las camisas. Por lo que la unidad es relativamente compacta.

FIG.0-64 Seccin transversal de un motor Stirling

FIG.0-65 Un motor Stirling a bordo de un submarino sueco de la clase Gotland

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Esta mquina se ha montado en submarinos de la Marina sueca. Siendo apreciada en esta aplicacin porque, con un rendimiento prximo al del motor diesel, produce mucho menos ruido y vibraciones que aqul. En la Marina civil es el SAGA 1 (Submarino de Asistencia de Gran Autonoma), que ha sido construido en Marsella, la aplicacin ms importante. Sus dimensiones son 28 por 7,4, y est previsto para una profundidad mxima de 600 m. Est dotado de tanques de oxgeno lquido de capacidad suficiente para que sus dos moto