ingenieria naval
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Al docente del curso por
impartirnos los
conocimientos necesarios
para nuestra formación
profesional, y a nuestros
padres por el apoyo moral
y económico.
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INTRODUCCIÓN
El costo y escasez crecientes de la madera duradera para la construcción de
barcos ha afectado a la construcción de embarcaciones pesqueras en todo el
mundo. El mundo desarrollado en general ha visto cómo los métodos tradicionales
de construcción de buques de madera han pasado a técnicas de construcción con
maderas menos convencionales (por ejemplo, contrachapados o laminados de
madera) o materiales distintos de la madera tales como los plásticos reforzados
con fibra de vidrio, acero, aluminio y ferrocemento. Estas técnicas suponen, en
general, unos métodos que exigen menos mano de obra.
En los países en desarrollo, en los que la madera constituye todavía el material
predominante para la construcción de buques, la escasez y el elevado costo de la
madera de buena calidad no han redundado en la construcción de menos buques
de madera sino más bien en el deterioro de la calidad mediante el uso de madera
de mala calidad. Al mismo tiempo, se han realizado intentos para diversificar los
métodos de construcción, con variados grados de éxito.
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INGENIERIA NAVAL
El ingeniero naval, se ocupa del diseño, planificación, proyecto y construcción de
buques, embarcaciones, y artefactos flotantes como pudieran ser plataformas
petrolíferas e incluso parques eólicos y piscifactorías
La ingeniería naval abarca las funciones de ingeniería incluyendo el proyecto
creativo del buque y artefactos flotantes, la investigación aplicada, el desarrollo
técnico en los campos de diseño y construcción y la administración de los centros
de producción de material flotante (astilleros). Así como también del
mantenimiento y reparación de éstos.
HSTORIA DE LAS EMBARCACIONES
Las primeras evidencias arqueológicas del uso de barcos se remontan a 50.000 o
60.000 años atrás en Nueva Guinea.
En el Antiguo Egipto hay evidencias de que ya se conocían las técnicas para
ensamblar maderas planas para formar un casco, ensamblándolas con espigas de
madera y brea para calafatear. Los barcos de la dinastía XXV tenían 25 metros de
longitud y un sólo mástil.
En la Edad Media, la navegación sufrió un retroceso que no se recuperó hasta el
siglo XV cuando nuevos barcos (Urca) y la reactivación de las rutas comerciales
marítimas impulsó de nuevo el viaje por mar.
En la época de los descubrimientos estos nuevos modelos, creados para surcar el
Báltico y el Mediterráneo, fueron sustituidos por galeones y carabelas, ideadas
para las travesías oceánicas, pasando la actividad marítima y los astilleros a la
costa atlántica (Londres).Las técnicas más antiguas de construcción de barcos
probablemente fueran del tipo de vaciado de troncos para formar una canoa, o el
ensamblado de troncos, juncos, etc. para formar balsas (tal y como la Kon-tiki de
Thor Heyerdahl) o las estructuras de madera o caña recubiertas de pieles de
animales.
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El primer salto tecnológico se dio cuando empezaron a construirse barcos a base
de tablas de madera. Se dan dos técnicas: las maderas superpuestas a partir de la
quilla, sin cuadernas (al estilo de los drakkar vikingos) o las maderas unidas y
calafateadas sobre quilla y cuadernas. El calafateo consiste en introducir entre
cada dos tablas estopa y brea, de manera que se evite la entrada de agua por las
rendijas que quedan entre dos tablones.
Hasta el siglo XVII no empezaron las primeras construcciones en metal, durante la
revolución industrial se crearon los primeros diques secos artificiales con ladrillos,
mientras que los materiales plásticos y los compuestos de fibra de vidrio o fibra de
carbón con resinas epóxicas empezaron en el siglo XX.
También en el siglo XX se han desarrollado técnicas de epoxidización de
maderas, lo que las hace más duraderas y resistentes, y han abierto la nueva
construcción de barcos en madera. La FAO ha publicado varios textos referentes a
la construcción de pesqueros artesanales en ferrocemento, como detalle curioso
se puede citar que el casco está terminado en menos de 72 horas desde el inicio
del proceso, pero es necesaria la participación de un total de 47 personas para la
construcción.
Antes de 1850 el principal material para la construcción de buques, puentes y
otras estructuras era la madera. Es así como en los siglos XVIII y XIX, los buques
de madera tenían una vida útil de 50 años o más. Pero, desde le punto de vista de
los materiales, sus cascos poseían escasa resistencia a la tracción y compresión,
y estaban expuestos a gran desgaste y/o deterioro. Es así como el cambio de gran
cantidad de madera estaba en manos de los carpinteros de ribera en tierra o del
carpintero de a bordo.
A mediados del siglo XIX, los cascos de hierro desplazaron a los de madera
debido al gran desarrollo de la industria siderúrgica surgido como consecuencia de
importantes logros tecnológicos. A su vez éste fue substituido por el acero a partir
de 1880, material que corresponde a una aleación de hierro y carbono más otros
elementos aleantes. El acero tiene las ventajas de tener un bajo costo, ductilidad,
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resistencia mecánica, adecuadas dimensiones, facilidad para trabajar y buenas
condiciones para unir con remaches o soldadura; lo anterior, permite el laminado
en frío o en caliente para la producción de planchas entre otros procesos de
conformado.
En un comienzo, su principal desventaja era su baja resistencia a la corrosión, por
lo que no es accidental que varias de las principales compañías fabricantes de
pinturas se establecieran con la producción del acero, las cuales no solamente
ofrecieron productos anticorrosivos, sino también antincrustantes, ya que eran
problemas que se agravaron con los cascos ferrosos.
A partir de entonces otros materiales de construcción han sido desarrollados, pero
es el acero el que más amplia variedad de aplicaciones posee tanto en buques
como en grandes estructuras.
El acero ha reinado supremamente durante una centuria como el único material
importante para construcción de buques de travesía, siendo la madera todavía
empleada para embarcaciones pequeñas tal como en las embarcaciones de
pesca; y las aleaciones de aluminio para embarcaciones de alta velocidad, en las
cuales la reducción del peso del casco es primordial en la relación peso/potencia.
Por otra parte, otro material ha sido desarrollado para la construcción de cascos,
como es la fibra reforzada, cuya aplicación está limitada para buques menores a
60 metros de eslora.
Sus aplicaciones varían desde buques anti-minas, en las cuales sus propiedades
no magnéticas son importantes, a yates y/o embarcaciones de placer
masivamente construidas.
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MATERIALES UTILIZADOS EN LA COSTRUCCION DE
EMBARCACIONES
BARCOS DE MADERA
Compuesto natural que no posee propiedades ingenieriles de un producto
homogéneo como el acero.
Un casco de madera es bello, pero siempre requerirá un mantenimiento alto
especialmente si tenemos el barco en una base en los trópicos. Por ello
cada vez hay menos barcos de madera y los profesionales que trabajan
correctamente este material van desapareciendo poco a poco. A pesar de
ello, el moldeado en frío de la madera con nuevas resinas epoxis, está
logrando un nuevo resurgir para este material ya que se obtienen pesos
bajos y coste comedidos. El resultado son cascos no demasiado resistentes
para las condiciones extremas que necesita un yate oceánico.
LONA:
Barcos de fabricaci Barcos de fabricación caseros, ligeros, baratos, baja
resistencia al impacto.
BARCOS DE FERROCEMENTO
Muy utilizado en los años 70, se caracteriza por unos costes muy bajos de
materiales en la producción del casco. Pero al ser solo aplicable al casco, la
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repercusión sobre el coste total del barco no es tan espectacular como en
principio pudiera parecer. Es bastante seguro para navegación oceánica y
su mantenimiento parecido al de los cascos de fibra, y en cualquier caso
mucho más bajo que el de los cascos de madera o de acero, pero más alto
que el del aluminio.
Son cascos pesados y con relativamente poca reserva de resistencia en
caso por ejemplo, de una colisión y de nada vale mejorar en el diseño
avanzado en hidrodinámica para luego malgastarlos con un material poco
adecuado. Tienen un bajo valor de reventa aunque quizás esto le pueda
interesar si es usted el comprador! No conseguirá ver ni uno solo en una
puerto deportivo, pero si viaja por puertos perdidos de otros países menos
occidentales podrá encontrar un gran número de ellos. Los cascos de
ferrocemento deben tener una capa aislante en su interior, y una manera
cómoda y fácil para conseguirlo suele ser el uso de espumas de de
poliuretano. Actualmente está relegado a una construcción tipo ‘amateur’ y
la mejor manera de garantizar una buena compra consiste en conocer bien
la técnica constructiva, poder certificar que el barco ha navegado por todos
los mares incluso en malas condiciones y que no ha sido recientemente
pintado, para posiblemente esconder alguna reparación estructural
peligrosa y siempre de complicados resultados.
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BARCOS DE ACERO
El acero es el material por excelencia de los grandes barcos dada su
extraordinaria dureza, aunque a veces los cascos de aluminio bien
diseñados puede llegar a ser más duros que estos en la práctica. Los
tratamientos antioxidación son fundamentales y delicados ya que de ellos
depende directamente la duración del casco. Permite cualquier diseño por
complicado que este sea sin comprometer por ello la resistencia final
obtenida. Para un acabado de calidad deben ser limpiados con chorro de
arena para dejarlos completamente desnudos de otras capas de pinturas,
antes de aplicárseles las nuevas, y esto debe ser efectuado cada 5 o 10
años.
El asilamiento térmico del casco en el interior es un grave problema ya que
en aguas frías se producen marcados efectos de condensación y por el
contrario en los trópicos se convierten en auténticos hornos. La aplicación
de espuma sin más está muy desaconsejada, pues aunque aísle el interior,
puede producir condensaciones entre la capa aislante y la pared interior del
casco, produciendo oxidaciones imposibles de localizar.
Una importante ventaja es la de poder soldar directamente distintos
accesorio y elementos del barco a la cubierta de acero o al casco sin tener
por ello que perforar y producir de esta manera posibles pérdidas de
estanqueidad. Los cascos de acero son mucho más compactos y rígidos
que los barcos de fibra o madera.
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BARCOS DE ALUMINIO
El ratio de dureza/peso del aluminio es excelente, especialmente si
tenemos en cuenta su ductilidad para poder recibir impactos accidentales
sin fracturarse. Los cascos de aluminio resisten mucho mejor que la fibra,
los roces con el fondo, golpes y otros abusos. Son totalmente inmunes al
proceso de ósmosis, no requieren pinturas de ningún tipo al resistir
extremadamente bien la corrosión. Los antiguos problemas de electrolisis al
actuar como ánodos en reacciones electrolíticas son perfectamente
evitados mediante la aplicación de principios básicos como la de la
instalación de un ánodo de sacrificio de magnesio o de zinc.
La aleación utilizada es la 5086 o la 5083 que es menos resistente que el
aluminio 6000 pero es mucho más estable frente a corrosiones. Al ser inerte
frente al agua marina, el interior del casco puede ser ‘tapizado’ por una
capa de 3 a 6 centímetros de espuma de poliuretano para conseguir un
aislamiento efectivo frente a temperatura y ruidos. Son mucho más
compactos que los cascos de fibra y los distintos elementos de cubierta o
del interior pueden ser directamente soldados evitando perforaciones
susceptibles de provocar pérdidas de estanqueidad.
Si el casco necesita tener las características verdaderamente oceánicas el
resultado puede ser ligeramente más liviano que con otros materiales pero
sin producirse tampoco excesivas diferencias. El coste de reventa es
siempre muy bueno ya que su conservación es excelente.
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• FIBRA DE VIDRIO
Por mucha diferencia es el material más utilizado y por muchas razones.
Para grandes tiradas de un mismo barco la fibra es el tipo más económico y
de acabado impecable, permitiendo realizar cubiertas, mamparos y distintos
elementos interiores en el mismo material. Muchos modelos en fibra son
fabricados teniéndose en cuenta que navegarán pocos días al año y que
pasarán la mayor parte del tiempo en el amarre. Es relativamente sencillo y
barato construir cascos de fibra que no deban soportar muchos esfuerzos
estructurales. Pero si son sometidos a esfuerzos intensos, las zonas
sometidas a mayor estrés comenzarán a deteriorarse y partirse debido al
sometimiento repetido de altas tensiones como las producidas en un velero.
No suelen degenerar en roturas trágicas pero requieren caras reparaciones.
Los mejores cascos en fibra utilizan refuerzos estructurales de acero
inoxidable unidos y laminados con la propia resina que suele ser de tipo
epoxídica o vinílicas (vinyl-ester) ya que estas suelen ser de mejor calidad y
propiedades. Son pocos los astilleros que utilizan este tipo de resinas
epoxis frente a la tradicional de poliester debido a su elevado precio.
Actualmente los problemas de ósmosis se han paliado bastante respecto a
los producidos en cascos de hace 20 o 30 años, pero naturalmente siguen
siendo un problema muy importante en este tipo de cascos. Los cascos de
fibra también sufren con los rayos ultravioletas del sol.
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EL MATERIAL MAS VENTAJOSO
Existen muchos materiales de construcción apropiados para la creación de
cascos y embarcaciones. Desde la madera, el fibro-cemento, acero, fibra de
vidrio, Aluminio, y toda una serie de nuevas aleaciones metálicas, acero-
inox, incluso titanio, o el increíblemente ventajoso pero muy caro Monel
(aleación al 65 de Niquel y cobre) sobre el que es incluso innecesario
utilizar antifouling!
Pero de entre todos ellos, y si tenemos en cuenta además de las
prestaciones mecánicas conseguidas, las importantes cuestiones del coste
y la facilidad detrabajo, y además tenemos en cuenta cuestiones como
factores de envejecimiento, mantenimiento, y perdidas de valoración por el
paso del tiempo, el aluminio se perfila como uno de los materiales de
construcción naval más ventajosos.
Mayor resistencia: Es evidente que el aluminio tiene mayor resistencia que
la fibra. Esto se traduce en menos averías (no tiene problemas de ósmosis,
ni fisuración), y por tanto en menor gasto de mantenimiento. Un choque
contra unos bajos de roca o un roce en unos arrecifes, en fibra supondrían
una avería posiblemente importante y de reparación muy costosa. El
aluminio, gracias a su elevada ductilidad, es uno de los metales que menos
se fracturan, y no da problemas de fisuración.
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Mayor rigidez: Los cascos fabricados en aluminio y también en acero, al
realizarse mediante soldadura de todas sus pieza estructurales y estas a su
vez con las chapas de recubrimiento adopta una estructura totalmente
compacta que produce una gran rigidez estructural, traduciéndose en
menores fatigas del material y por tanto en una mayor seguridad y
posibilidad de soportar estados de la mar más duros. No en vano cada vez
se utilizan más los cascos de acero y aluminio para las embarcaciones
destinadas a soportar condiciones duras de la mar. Muchos navegantes
transoceánicos aconsejan embarcaciones de cascos metálicos por sus
múltiples ventajas.
Mejor estanqueidad: El aluminio
como el acero es ciertamente tan
impermeable como la fibra, pero...
Los cascos metálicos en acero o
aluminio permiten soldar los
distintos elementos de la cubierta
o del interior directamente a su
estructura. De esta manera no es
necesario perforar las cubiertas o
elementos estructurales para por ejemplo fijar mediante tornillos pasantes
un carril de escotas o cualquier elemento o soporte para una jarcia, incluso
una mesa interior o cualquier otro mecanismo, componente o dispositivo. Al
eliminar una parte importante de perforaciones disminuye
proporcionalmente las posibilidades de perder estanqueidad.
Menos consumo: El aluminio es más ligero que la fibra, siendo las
diferencias mayores a medida que aumenta el tamaño de la embarcación.
Esto supone mejor maniobrabilidad, mayores prestaciones y lo que es mas
importante, menor consumo de combustible.
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Mayor seguridad: el aluminio no se quema con el fuego. Un incendio en
una lancha de fibra puede dar con la embarcación en el fondo del mar, ya
que ésta se consume. En caso de un choque contra un fondo rocoso, la
fibra se rompe y eso supone una vía de agua en la embarcación,
impidiendo la navegación al llenarse el casco de agua. Por el contrario, el
aluminio gracias a su elevada ductilidad y baja fragilidad, se deforma y no
se fisura, por lo que no hay vía de agua. Para romper el aluminio el golpe
tiene que ser especialmente violento.
Menor mantenimiento: El aluminio no necesita ser pintado pues es
prácticamente inmune a la corrosión. Por ello es normal ver cascos
totalmente desnudos y brillantes como acabado final para tales
embarcaciones, aunque por cuestión de gustos si se quiere pintar, puede
también hacerse, siempre y cuando utilicemos las bases y procesos
necesarios. La obra viva necesitará necesariamente la aplicación de
antifouling, y además su rendimiento es mayor al de un casco de fibra, pues
el poder de incrustación de organismos vivos es menor en este material. Y
que nadie se lleve a engaño, pues alguien podría avisarle de posibles
inconvenientes de corrosión electrolítica. Actualmente estas antiguas
complicaciones ya han sido totalmente solucionadas mediante la correcta
utilización de ánodos de sacrificio de mayor electronegatividad que el
aluminio como son los de Zinc o los de Magnesio.
Menor coste de reparación: la reparación en aluminio es muy sencilla, al
igual que en las chapas de los coches. Un bollo en el casco se puede
reparar en tan sólo unas horas, cortando la chapa y soldando una nueva,
devolviendo la embarcación a su estado original con total garantía de
resistencia del casco. Sin embargo en fibra, un golpe produce el fenómeno
complejo conocido como fisuración, y obliga a reparaciones parciales y muy
costosas que no garantizan la resistencia original, ya que la fibra, como su
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propio nombre indica, no está compuesta por piezas enteras donde la
tensión superficial es la misma en todos los puntos.
Mayor valor residual: el aluminio no se deteriora por la exposición
permanente a los rayos solares. Tampoco sufre los efectos de la ósmosis, y
resiste mucho mejor la incrustación de algas y lapas cuando la embarcación
lleva mucho tiempo inactiva. El transporte en remolque acaba fisurando la
fibra, no así el aluminio. Esto supone que después de los años, las
embarcaciones de aluminio mantienen sus condiciones iniciales, o lo que es
lo mismo, están más nuevas que las de fibra. Y por ello, el valor de
segunda mano es mayor, y la depreciación, menor.
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CONCLUSIONES
En la actualidad, existen de muy diverso tipo por su forma y construcción de
barcos. Así, tenemos grandes petroleros, buques de carga, de pasaje,
remolque, de recreo, etc. Y según los materiales utilizados, existen de
acero, aluminio, ferrocemento, madera, fibra de vidrio, etc.
Dentro de la náutica de recreo, destaca la construcción basada en la fibra
de vidrio con resinas, sin olvidar el acero y aluminio, pero ya en menor
proporción, la madera va quedando relegada a la reconstrucción de
antiguos yates.
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BIBLIOGRAFÍA
1. https://es.wikipedia.org/wiki/Construcci%C3%B3n_naval
2. http://www.arqhys.com/construccion/barcos-materiales.html
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