Timones convencionales y especiales 67 diapo –2019 Cap. Eduardo O. Gilardoni

Los timones son utilizados en el segundo caso. Los buques pueden ser gobernados de dos formas: Direccionando el chorro de expulsión de la hélice. Modificando la dirección de descarga de dicho chorro. Los timones son utilizados en el segundo caso. Se denomina momento evolutivo (Me) de un buque a la cupla generada por la fuerza que ejerce el agua sobre el timón multiplicada por su distancia al centro de gravedad (Cg) del buque.

Desarrollo del momento evolutivo que genera el timón Pn = Presión normal Pr = Presión retardatriz Pt = Presión transversal C = Punto aplicación Pn d = Dist. despreciable punto C/mecha timón D = Dist. mecha timón - centro de gravedad

El momento evolutivo del timón produce cinco efectos A los mismos los podemos dividir en: Principales Trayectoria curvilínea: Pn – D – P´n Efecto frenante: Pr - G Efecto deriva: Pt - G Secundarios Escora de saludo Pt - C - G Aproamiento Pr - C - G

El efecto frenante reduce la velocidad tangencial del buque en la trayectoria curvilínea entre el 40 y 50%, sin que haya sido modificada la inyección del motor El efecto de deriva hace que el buque, en la primera etapa de la curva evolutiva se desplace ligeramente lateralmente hacia la banda opuesta a la que fue colocado el timón

Relación entre el momento evolutivo generado y la pérdida de velocidad

Escora de saludo Es provocada por Pt Primera etapa Segunda etapa

Efecto aproamiento Es provocada por Pr Es inversamente proporcional a la eslora y directamente proporcional al área del timón

Los timones pueden ser: De marcha avante De marcha atrás Además, de acuerdo a la relación de áreas entre la sección de proa y la de popa, con respecto a la mecha: Ordinarios Compensados Semi compensados

Vista de los diferentes tipos de timón Ordinario Compensado Semicompensado Se denomina relación de compensación a la existente entre el área que se encuentra a proa y a popa de la mecha. Normalmente varía entre 10 y 25%

Timones compensados

Cuando un timón compensado es puesto a una banda, la sección de proa del mismo pasa hacia la banda opuesta a la de metida Eso genera que se produzcan remolinos sobre dicha banda lo que provoca remolinos que afectan su rendimiento En consecuencia, a iguales dimensiones, un timón compensado tiene un rendimiento menor a un ordinario

Pérdida de eficacia de los timones compensados Al desplazarse el área a proa de la mecha hacia la banda contraria a la de metida, genera remolinos que restan eficiencia al timón

Timones semicompensados

Timón semicompensado

Timones convencionales

Los timones convencionales solo pueden aplicar 35º a cada banda

En la mayor parte de los buques el ángulo del timón puesto todo a la banda está limitado a 35°. Con ángulos mayores a 35°, el buque deja de caer a la banda a que se puso el timón; su efecto es como si se hubiera puesto a la vía. Al principio, cuando se pone a la banda en los primeros grados, la fuerza Pt crece casi linealmente con el ángulo de ataque, pero si sobrepasamos los 35° de ángulo en un timón convencional, se produce el fenómeno llamado stall, y Pt disminuye rápidamente haciendo perder el gobierno del buque, en la misma forma que lo pierde un avión que entra en pérdida de velocidad.

Si superan dicho ángulos pierden eficiencia Remolinos

Timones de marcha atrás

Suele haber dos por propulsor, uno a cada lado de la hélice. Los timones de marcha atrás se encuen-tran ubicados a proa de la hélice y son uti-lizados cuando la misma da atrás, para así aprovechar su corriente de expulsión, que de otra forma perdería su poder evolutivo. Suele haber dos por propulsor, uno a cada lado de la hélice. Son comandados por palancas indepen-dientes y se mueven siempre al unísono.

Vista transversal de la disposición de timones de marcha avante y de marcha atrás

Navegando en línea recta

Virando por avante

Virando retrocediendo

Puente de un remolcador empujador con timones de retroceso

Timones especiales

Para lograr un notable mejoramiento de la maniobra de determinados buques, se han diseñado timones especiales que no sólo reducen sus curvas evolutivas, sino que además producen fuerzas laterales semejantes a un stern thruster

Timones Schilling Monotimón

Rojo = pala Gris= Platabanda

Perfil de la pala del timón mostrando la silueta pisciforme

Curva evolutiva con máquina avante Schilling 45º

Coasting turn (Curva evolutiva con maquina detenida)

Diferencias evolutivas entre dos buques similares, uno equipado con timón convencional y el otro con un Schilling

Timones Schilling Vectwin®

Marcha avante, trayectoria rectilínea

Virada por avante

Curva evolutiva de un buque tanque de 32 Curva evolutiva de un buque tanque de 32.000 DWT equipado con timones gemelos Schilling

Aprovechando la fuerza lateral, conjuntamente con el bow thruster, produce un desplazamiento lateral

Dando atrás y llevando la popa a babor

Dando atrás

Esta es una de sus principales virtudes: Da atrás invirtiendo 160° el chorro de expulsión de la máquina avante; o sea que la hélice es una FPP que solo gira en un sentido: Marcha avante

Obsérvese que en lugar de las 15 t. de BP solo entrega 10 t. El diagrama nos muestra los empujes que se obtienen en un buque monohélice FPP de 2.500 SHP con un bow thruster de 1000 HP. Observemos como se puede lograr un empuje lateral en la popa superior al del bow thruster. Obsérvese que en lugar de las 15 t. de BP solo entrega 10 t.

Se debe tener presente que el espacio necesario para detener el buque es mayor que en un sistema convencional, debido a que la hélice dirige la corriente de expulsión hacia atrás y son los timones los que cambian su sentido aproximadamente 160º (para que no peguen contra la bovedilla)

Recién entonces la computadora habilita el sistema Las principales ventajas son: El buque se detiene si desgobernarse El efecto frenante es rápido El sistema sólo puede ser activado solamente cuando el buque se desplaza por el agua por debajo de determinada velocidad. Recién entonces la computadora habilita el sistema

En lugar de timón posee un joystick con el cual se indica la dirección donde se desea que el buque se desplace En el display superior se puede observar el vector de movimiento sobre agua y movimiento sobre fondo

El display indica también la posición que adoptaron los timones para cada situación

También han sido usados experimentalmente para propulsar buques. Uso de los rotores Fletchner para incrementar el momento evolutivo de los timones. Estos rotores se basan en el efecto Magnus que aprovecha las diferencias de presiones que se generan en las caras opuestas – per-pendiculares a la dirección de avance -, cuando se hace girar un cilindro dentro de un fluido. También han sido usados experimentalmente para propulsar buques.

El uso del Rotor Fletchner

La fuerza Pn generada por un timón conven-cional está formada 2/3 por la succión sobre la cara pasiva y 1/3 la presión sobre la activa. Sin embargo es posible incrementar esas dife-rencias entre ambas caras mediante el aprove-chamiento del efecto Magnus, utilizando un ci-lindro, a proa del timón, que se lo hace girar el el sentido apropiado. Se ha comprobado en piletas que, si se logra una relación entre la velocidad de giro del rotor y su velocidad de avance en el agua, de 3 a 4, se obtiene un incremento de la fuerza del timón de un 100%. Pej.: si se hace girar el rotor a una velocidad tangencial de 8 m/s y la velocidad del buque es de 4 a 5 ns. (2 - 2,5 m/s)

Aquí vemos en detalle el porqué se produce el incremento de las diferencias de presiones entre ambas caras, al girar en el sentido adecuado.

Timones con flap

Hay diversas empresas que fabrican estos timones Becker Barke Ulstein Promac Stuwa En el timón W. Becker, por ejemplo, el flap se mueve el triple de lo que mueve la pala para pequeños ángulos, decreciendo luego hasta el doble para grandes ángulos, alcanzando valores de 45° la pala y 90° el flap. Tienen dos aspectos fundamentales a tener en cuenta: Curvas evolutivas de muy pocas esloras. Rápida disminución de la velocidad del buque cuando son puestos todo a la banda.

Diferencia notable en eficiencia entre un timón convencional y uno con flap

El flap tiene un área entre el 20 al 30% del área total del timón, el cual alcanza ángulos de metida de 40 a 50°.

Timones Willy Becker con rotor Fletchner

Timones Jastram

Timón Jastram con aleta y rotor Fletchner

Timón Jastram sólo con rotor Fletchner

Timón persiana

Se pueden encontrar también timones múltiples, que capturan la totalidad de la corriente de expulsión de cada hélice, como estos tipo persiana, colocados en la descarga de una tobera Kort fija

Timón persiana con timones de retroceso

Cuadro comparativo de rendimientos de distintos timones

Bibliografía: Tugboat design guidelines – N. DeJong & A. Lebet. Desarrollo de un nuevo sistema de transporte fluvial – Ing. R. Segade & Ing M Glas. The resistance of barges and flotillas – L.A.Baier. Comboios Fluviais integrados – J.A. Cristoväo Balau. River towboat hull & propulsion – B.Christopoulos & R.atorre Power of shallow-draft river towboats – A.Dawson. La baquia – Arte y técnicas de la navegación – B. Pellizzetti. Shiphandling with tugs – G. Reid. Remolque fluvial por empuje – Ing P.Preusche & Ing J.Abal. The Nautical Institute on Pilotage and Shiphandling – varios. Shiphadling for the mariner – D. MacElrevey. ACBL hidrovias SA - Curso de entrenamiento.