timon schilling

MARINA CIVIL 71

a la seguridad de la maniobra. La Or-ganización Marítima Internacional(OMI) ha afrontado esta cuestión desde1985 estableciendo unos estándares re-

a maniobrabilidad de los bu-ques en aguas restringidas apoca velocidad constituye un

problema que en muchos de ellos afecta

feridos a aguas profundas, lo cual no re-sulta del todo fiable para supuestos enque no se encuentran en esta situacióncomo sucede en la mayoría de las entra-

El presente artículo trata de un tipo de timón, el de-

nominado Schilling, que es uno de los que ha adqui-

rido mayor relevancia en los últimos tiempos por sus

características y diseño. Dota al buque de una ma-

niobrabilidad superior a la del timón convencional

en su doble configuración de un timón por hélice

(Schilling MonoVec) y de dos timones por hélice

(Schilling VecTwin); siendo este último el único sis-

tema que existe en la actualidad mediante el cual una

hélice fija que gira en un solo sentido (ya sea de paso

fijo o controlable) es capaz de generar empuje en su

popa en cualquier dirección.

IMPORTANT IMPROVEMENT INSHIP MANOUVRABILITY

Summary: This paper deals with a type of rudder, called the

Schilling rudder, which has become increasingly relevant in the last

few years due to its special design features. The Schilling provides

more manouvrability than the conventional rudder by either of the two

models available, the single propeller rudder (Schilling MonoVec) and

the twin propeller rudder (SchillingVec twin), the latter being the only

existing system by which a fixed propeller (either of a fixed or

controlable pitch) rotating in a single direction can propel the vessel

from the stern in any direction.

MEJORA RELEVANTE EN LAMANIOBRABILIDAD DE UN BUQUE

LL

El M/V “Goden Nerina”, un bulkcarrier de 75.000 DWT, dotado de un timón Schilling semicompensado de espada (denominadoOcean Schilling Rudder). Fuente: http://japanham.co.jp/www/en/service/pdf/ocean.pdf.

El timón SchillingEl timón Schilling

das, salidas y maniobras de atraque ydesatraque en los puertos.

El timón es uno de los factores másrelevantes en el control del buque en lasmaniobras. Como sabemos, el timónconvencional tiene la limitación de queel ángulo máximo a partir del cual seproduce la denominada separación delfluido y por tanto deja de ser efectivo, esde aproximadamente 35° a cada banda.

Mucho se ha investigado en los últi-mos años en orden a conseguir un timón

capaz de generar una presión normallift mayor a igualdad de superficie de lapala cuando el timón se mete a unabanda, sin que resulte mayor su resis-tencia al avance drag cuando está a lavía, y poder emplear unos ángulos ma-yores de metida sin que se produzca laseparación del fluido; todo ello especial-mente con el objetivo de incrementar elmomento evolutivo del timón a bajasvelocidades y también para aprovecharde un mejor modo la corriente de expul-

sión generada por la hélice cuando vaavante, puesto que la presión normaldecrece a medida que el buque dismi-nuye su velocidad, hasta hacerse cerocuando el buque está parado y sinarrancada.

Aunque generalmente los buques em-plean en torno al 90 por 100 de su vidaoperacional navegando a velocidad en

Elemento esencial

MARINA CIVIL72


FIGURA 1. Comparación aproximada de la curva de evolución descrita por un buque equipado con un timón Schilling (para un ángulode 70° y de 35°) y con un timón convencional (ángulo 35°) donde se puede apreciar la mejora que se produce en la maniobrabilidad delbuque. (E = Eslora entre perpendiculares del buque). Fuente: http://japanham.co.jp/www/en/service/pdf/scilling.pdf . Dibujo: autor.

4E

3

2

1

0

Timón Schilling(Ángulo = 70°)

Timón Schilling(Ángulo = 35°)

Timón Convencional(Ángulo = 35°)

5E43210

aguas profundas, es durante el princi-pio y fin de cada viaje cuando el riesgode colisiones, choque contra objetos fijosy varadas resulta más elevado; de unaparte, porque la maniobra ha de reali-zarse a poca velocidad y de otra, porqueen la mayoría de los casos dicha manio-

bra se lleva a cabo en aguas restringi-das con la pérdida de maniobrabilidadconsiguiente en ambos casos.

En consecuencia, si queremos queeste riesgo se vea reducido, es absoluta-mente vital proporcionar los medios queaseguren la capacidad para mantener

un control completo del movimiento delbuque durante esta parte inicial y finalde cada travesía.

En este sentido, el timón resulta unelemento esencial3 para lograr este ob-jetivo, salvo en el caso de los sistemas depropulsión omnidireccional (Voith, héli-ces acimutales, el denominado azipodpropulsión) que generalmente sólo semontan en buques que necesitan mu-cha maniobrabilidad, como los remolca-dores de puerto o de escolta, buques depasaje y buques de posicionamiento di-námico.

Es importante resaltar que la ma-niobrabilidad de muchos buques mer-cantes, sobre todo a baja velocidad, seha visto mermada tras el incrementogeneralizado del tamaño de los bu-ques a partir de la década de los 60,lo que indirectamente ha supuestouna alteración en muchos de ellos dela relación eslora-manga para supe-rar los problemas de calado en mu-chos puertos y poder así transportarmás carga.

Esta pérdida de maniobrabilidad sedebe por un lado a que la superficie de

MARINA CIVIL 73


Es durante el principioy fin de cada viajecuando el riesgo

de colisiones resultamás elevado

3 Además del timón, otros factores queno se consideran aquí pero que son tam-bién particularmente relevantes en elcontrol del buque son la relación eslora-manga (asistimos a una progresiva dis-minución de esta relación en los buquesmercantes, lo que los hace cada vez me-nos capaces de detener una caída del bu-que a una banda); la relación potencia-tonelaje (que en general ha sufrido unadisminución generalizada a medida quese ha ido incrementando el tonelaje delos buques); la velocidad mínima de go-bierno del buque, y la superficie de obramuerta del buque expuesta al viento win-dage.

El timón Schilling1 es un timón especialmente diseñado para superar la conocidalimitación de los timones convencionales en los que se produce la separación2 delfluido en torno a los 35°, disminuyendo por tanto su eficiencia al reducirse la pre-sión normal que es capaz de generar a partir de dicho ángulo de metida.

Con este timón también se pretende aprovechar de un modo más efectivo la co-rriente de expulsión generada por la hélice, y está construido de tal manera queun corte horizontal de una sección transversal del mismo adopta forma de pez, conunas planchas horizontales de forma rectangular en la parte superior e inferior deltimón que van solidarias al mismo (opcionalmente puede llevar también incorpo-radas unas pequeñas planchas en la medianía del timón dispuestas a cada bandadel mismo), y una altura y longitud chord optimizada, estando dispuesto de tal ma-nera que para maniobras de puerto, puede utilizarse hasta un ángulo de timón de70° a cada banda sin que se produzca la separación del fluido, lo cual significael doble del ángulo máximo de que se dispone en los timones convencionales.

Estos timones son de construcción de una pieza, y no hay ninguna parte móviladicional en el agua, no siendo necesario en consecuencia ningún trabajo de man-tenimiento especial, y debido a su robustez, son muy apropiados para navegar porzonas de hielo.

Superar las limitacionesSuperar las limitaciones

1 También conocido como hydrodynamic fishtail rudders.2 En mecánica de fluidos, una característica muy relevante del agua en este pun-to es su continuidad; es decir su tendencia a mantenerse como una masa continua.Si un volumen de agua sobre la que se desplaza un buque en movimiento se des-vía por medio de un apéndice como es el timón, puede suceder que tomando en con-sideración las formas y la velocidad del buque y la forma hidrodinámica del timón,se produzca la separación del fluido, es decir su pérdida de continuidad al incidirsobre el mismo, y en consecuencia las turbulencias que se generan en la cara pos-terior del timón, hace que deje de ser efectivo a partir del ángulo de metida en quese produce este fenómeno. Esta situación es la que se define en terminología an-glosajona como stall cuyo significado aparece recogido de modo muy expresivo enel diccionario Webster del siguiente modo sin más que sustituir airfoil por hydro-foil y airflow por waterflow: “The condition of an airfoil or aircraft in which exces-sive angle of attack causes disruption of airflow with attendant loss of lift”.

Pueden utilizarse hasta un ángulo máximode 70°, el doble del que se dispone

con un timón convencional

MARINA CIVIL74


la pala ha venido dada de ordinario poruna relación de ésta con la superficiemojada del buque, la cual constituye unindicador de la resistencia del buque algiro, exigiéndose una menor relación(por tanto más superficie de la pala) alos buques que necesitaban estar dota-dos de una mayor maniobrabilidad, co-mo por ejemplo los remolcadores.

Dicha forma de establecer la superfi-cie de la pala de los timones en los bu-ques mercantes pudo ser acertadamientras se mantuvo una relación eslo-ra-manga más o menos estable, pero ac-tualmente la realidad es que siendo elcalado de los buques una limitación enmuchos puertos, los armadores han tra-tado de construir buques con una man-ga mayor, alterando consecuentementela relación eslora-manga.

Y es en este supuesto cuando la su-perficie de los timones, basada en la re-lación superficie de la pala/superficiemojada del buque, que puede ser sufi-ciente para iniciar una caída4, puede noserlo para detener una caída de la proaya establecida debido a que en el cálcu-lo de la superficie de la pala no se ha te-nido en cuenta el incremento del des-plazamiento del buque (y consecuente-mente una mayor inercia) derivado dela disminución generalizada de su rela-ción eslora-manga, problema que seagrava cuando se maniobra a baja velo-cidad como sucede en la mayoría de lasmaniobras de entrada y salida de puer-to.

Por otra parte, un factor adicionalque con carácter general ha venido amermar la capacidad de maniobra delos buques en aguas restringidas es elhecho de que la relación potencia de losMM.PP./tonelaje del buque también seha visto reducida en los últimos años, loque ha significado que muchos buquesno dispongan de la potencia suficientepara su control en aguas poco profun-das o restringidas.

Las características5 generales de este ti-po de timones son las siguientes6:

• Mejoran significativamente el control

Característicasdel buque a velocidades pequeñas, loque hace más segura la maniobra enaguas restringidas donde hay pocaprofundidad y espacio para manio-brar.

• El coeficiente de presión normal liftcoefficient es alto (aproximadamente1,3 veces mayor que el de un timónconvencional), lo que quiere decir quetanto el diámetro táctico de la curvade evolución como el avance son re-ducidos.

• Para una misma superficie de la pa-la, el timón Schilling desarrolla unafuerza de presión normal entre un 30y un 40 por 100 mayor que un timónconvencional, obteniéndose la máxi-ma fuerza con un ángulo de timón deaproximadamente entre 40° y 45°(ver figura 2). Como se ha dicho ante-riormente, el ángulo máximo de ti-món que se utiliza básicamente paramaniobras de puerto a poca velocidades de 70° (aunque también puede uti-lizarse para maniobras de emergen-cia en cualquier situación), y con esteángulo, la corriente de agua generadapor la hélice se desvía 90° debido aldiseño y las formas del timón, tenien-do de este modo un efecto similar auna hélice lateral de popa, de tal mo-do que en esta situación, el empujeavante del buque se reduce mucho,produciéndose en este caso solamenteempuje transversal, lo que determinauna curva de evolución con unos pa-rámetros muy pequeños, y en conse-cuencia mayor maniobrabilidad a lahora del atraque, hasta el punto deque si se dispone de una hélice trans-versal de proa, el buque puede des-plazarse con ayuda de la misma, late-ral o diagonalmente, y finalmente noes necesaria una hélice transversalde popa.

• El coeficiente de presión normal estambién alto cuando el buque vaatrás, lo que permite un gobiernoefectivo en estas condiciones, cosaque no es posible con un buque deuna sola hélice ya sea de paso fijo ocontrolable. La máxima fuerza depresión normal se consigue con unángulo de timón de aproximadamen-te 20° (ver figura 2).

5 La mejora en su maniobrabilidad queproporciona este tipo de timones está enconsonancia con la Res. IMO MSC.137(76)“Standards for the Ship Manoeuvrability”complementada con la Circular MSC/Circ.1053 “Explanatory notes to the Standardsfor Ship Manoeuvrability”, ambas adopta-das en diciembre de 2002. Esta normativaque introduce unos estándares y define loscuatro parámetros principales del gobier-no del buque (Turning hability, Inicial tur-ning hability, Yaw-checking and course-ke-eping abilities, and Stopping ability), deri-va del incremento de la preocupación de laIMO por la deficiente maniobrabilidad dealgunos buques, lo que la ha movido en es-pecial desde 1985 a introducir unos están-dares mínimos referentes a la maniobrabi-lidad de los buques [como precedentes dela normativa actual que se acaba de seña-lar cabe citar en 1985 la MSC/Circ. 389 yen 1993 la IMO Res. A.751(18)]. Sobre es-ta normativa en vigor habría que hacer dosconsideraciones a nuestro juicio relevantesque le restan operatividad. De una parteestá la categoría jurídica empleada, queadolece de la fuerza de obligar y por lo tan-to en muchos supuestos no se está cum-pliendo a pesar de que los Estados de ban-dera deben de velar porque así sea, y deotra parte porque estos estándares estánreferidos al supuesto cuando el buque na-vega por aguas profundas y no se conside-ran aquellos otros de navegación en aguasrestringidas donde los problemas de pérdi-da de maniobrabilidad del buque son másimportantes. Sobre la base de estos están-dares se han llevado a cabo pruebas de mo-delo y pruebas reales de mar en buquesequipados con un timón Schilling, obte-niéndose resultados empíricos que revelanla superior capacidad de gobierno que estetipo de timones le proporcionan a un bu-que en comparación con otro equipado conun timón de perfil convencional. Ver en es-te sentido página web: http://japanham.co.jp/www/en/service/pdf/scilling.pdf.6 Ver pág. web http://japanham.co.jp/ www/en/service/pdf/ocean.pdf donde se presentanresultados derivados de tanques de prue-bas y pruebas reales de mar de distintosbuques equipados con este tipo de timónque avalan estas consideraciones.

4 Si disminuimos la relación eslora-mangade un buque, su inestabilidad de rumbo esmayor, en consecuencia no presenta pro-blemas a la hora de hacerle caer a unabanda, pero al mismo tiempo resulta mu-cho más difícil parar una caída del buqueya iniciada.

MARINA CIVIL 75

• La capacidad del buque para mante-ner el rumbo derecho es muy buena,siendo posible con ángulos mínimosde timón, lo que confiere al buqueuna gran estabilidad del rumbo, almismo tiempo que un ahorro de com-bustible.

• La parte superior e inferior del timónfinaliza en unas planchas horizonta-les de cierre con las que se consigueun doble efecto, de una parte orientanlos filetes líquidos de un modo másefectivo sobre la pala del timón (ca-nalizan podríamos decir el flujo deagua, evitando el paso transversaldel flujo de un lado a otro), y de otraparte disminuyen las cabezadas del

buque. Puede llevar opcionalmenteunas pequeñas planchas en la media-nía del timón con el mismo fin y dis-puestas a cada banda del mismo.

• Montado en un buque mercante, lamejora en su maniobrabilidad que leotorga a velocidades muy bajas encomparación con un timón convencio-nal, hace que normalmente sea me-nor el número de remolcadores nece-sarios para realizar la maniobra conseguridad.

• La sustitución de un timón conven-cional por un timón Schilling en unbuque ya existente, no presenta difi-cultades y puede ser una solución aconsiderar por el armador en el su-puesto de buques que experimentenproblemas serios en su capacidad degobierno.


FIGURA 2. Comparación del coeficiente de presión normal entre un timón Schilling MonoVec y un timón convencional de similares dimensionesllevada a cabo en un tanque de pruebas por HSVA Hamburg. Fuente: http://japanham.co.jp/www/en/service/pdf/scilling.pdf. Dibujo: autor.

Ángulo de TimónBabor y Estribor

Ángulo de TimónBabor y Estribor

Coeficiente de presión normal

75°50°30°10°10°30°50°70°

1.0

0.5

ATRÁS AVANTE

Timón Schilling

Timón Convencional41° de timón = valor máx

22° de timón = valor máx

Su construcciónes de una pieza,

no siendo necesarioningún trabajo

de mantenimientoespecial

MARINA CIVIL76


7 Un ejemplo lo constituye el remolcador de salvamento japonés “Koyo Maru” (ver figura 9).8 El momento de adrizamiento del timón es igual a la resistencia de la pala que hay que vencer para llevar a cabo un determinado án-gulo de metida, o lo que es lo mismo, el momento resistente de la presión normal (Pn) sobre la pala respecto al eje de giro de la misma,y su efecto sería llevar el timón a la vía si se le dejara en libertad de girar. Al igual que el momento evolutivo del timón, el valor de es-te momento es proporcional al cuadrado de la velocidad del fluido que incide sobre la pala. Debido a esta relación entre el momento deadrizamiento del timón y el cuadrado de la velocidad del buque que hacía necesario dotarlo de unos servomotores de mucha potencia yconsiguiente peso, es por lo que se buscó un método para disminuir el momento de adrizamiento sin variar el de evolución y se encon-tró como único posible disminuir la distancia del punto de aplicación de la presión normal (Pn) al eje de giro del timón, colocando partede la pala a proa de la mecha del timón, dando lugar a los denominados timones compensados. La compensación de los timones tieneuna limitación importante y es que el punto de aplicación de la presión normal que varía con el ángulo de incidencia del fluido sobre elmismo, siempre debe de quedar a popa de la mecha del timón, porque de lo contrario el timón tendría tendencia a atravesarse.

Este tipo de timón normalmente se monta en buques con

una sola hélice aunque existen buques con dos hélices

que van equipados con un timón de este tipo por cada hé-

lice7. Este timón puede instalarse en tres tipos de sopor-

tes, todos ellos dotados de una cierta compensación, de

una parte para disminuir el momento de adrizamiento

del timón8 que resulta considerable al ir dotado de un coe-

ficiente de presión normal muy grande, y de otra porque

de este modo el timón aprovecha de modo más eficiente

la corriente de expulsión de la hélice, aspecto muy rele-

vante cuando el buque maniobra a bajas velocidades en

las que la presión normal decrece hasta hacerse nula

cuando el barco está parado y sin arrancada.

A PROPELLER RUDDER

Summary: This type of rudder is normally installed in single

propeller ships although it could also be used in both propellers of a twin

propeller ship. They can be installed using three different types of

structural support. Each support must be balanced, in order to, on the

one hand, reduce the rudder righting lever which is high due to its

normal high pressure coefficient and on the other because the rudder

uses the propeller jet stream to improve efficiency, particularly useful

when a vessel has to manouvre at low speeds and normal pressure

diminishes to zero as the vessel comes to a stop.

El Schilling MonoVec

UN TIMÓN POR HÉLICE

El buque ro-ro “Aida” de la compañía Wallenius Lines, realizando una curva de evolución con 70° de timón a estribor. Este buque vadotado de un timón Schilling MonoVec. Fuente: http://www.hamworthy.com/docGallery/83.PDF.

os tipos de soporte de este ti-món son:

• Timón compensado colgado.• Timón compensado soportado.• Timón semicompensado de espada.

El timón compensado colgado y el so-portado se montan preferentemente en

buques de menor porte, mientras que elsemicompensado de espada resulta másadecuado para buques de mayores di-mensiones, en cuyo caso suele ser nor-mal que en navegación el ángulo máxi-mo de timón que emplean sea de 45° ypara maniobras en puerto a poca veloci-dad puede llegar a 70°.

MARINA CIVIL 77


LL Puedeinstalarse en

tres tiposde soportes

FIGURA 3. Vista lateral de un timón Schilling MonoVec con su forma de pezy con las dos planchas horizontales en la parte superior e inferior del mismoque van formando un solo cuerpo con el timón. En este dibujo también se representanlas planchas intermedias que llevan opcionalmente a cada banda en la medianíadel timón. Dibujo: autor.

FIGURA 4. Detalle del tipo de soporte deeste tipo de timón compensado colgado.Dibujo: autor.

FIGURA 5. Detalle del tipo de soporte deeste tipo de timón compensado soportado.Dibujo: autor.

FIGURA 6. Detalle del tipo de soporte deeste tipo de timón semicompensado deespada. Se monta principalmente enbuques de grandes dimensiones paradotar al timón de un apoyo adicional alobjeto de que la mecha del timón puedaresistir los esfuerzos de torsión que segeneran evolucionando. Dibujo: autor.

Timón compensado colgado

Timón compensado soportado

Timón semicompensado de espada

70°

MARINA CIVIL78


FIGURA 7. Representación de la sección transversal de un timón Schilling MonoVec donde se puede apreciar tanto su forma como ladirección del flujo de agua a lo largo de la superficie de la pala. Dibujo: autor.

FIGURA 8. Representación del timón Schilling, donde el rectángulo que en la figura anterior no se ha reflejado por razones declaridad, representa a las dos planchas horizontales que lleva este timón en su parte superior e inferior y cuya función ya se ha descrito.Dibujo: autor.

Mejor rendimiento de este timónya que desasarrolla una mayorfuerza de presión normal (Pn) aigualdad de superficie de pala.

La parte de popa del timóntiene forma de cola de pez. La forma en su parte intermedia está

diseñada para reducir la resistencia almovimiento de los filetes líquidos queinciden sobre la pala del timón.

La forma de la parte de proa como sepuede apreciar, es bastante ancha y conpocos finos.

La aceleración del flujo de agua debido a la forma del timón, impide quese formen turbulencias en torno al mismo, lo que permite un rendimientoaceptable, incluso con ángulos de metida de hasta 70°, superiores portanto a los de un timón convencional (normalmente 35° como máximo)

MARINA CIVIL 79


FIGURA 9. Foto del remolcador de salvamento japonés “Koyo Maru”,construido en junio de 1998, y dotado de dos timones Schilling MonoVeccon tipo de soporte colgado, uno por cada hélice de paso controlable contobera Kort. En el medio de las hélices lleva un quillón skeg típico en estetipo de remolcadores.

FIGURA 10. Detalle de un timón SchillingMonoVec soportado de que va dotado el petrolerode 68.000 DWT M/V “Hal Dean”. Fuente:http://japanham.co.jp/www/en/service/pdf/scilling.pdf.

FIGURA 11. Detalle de un timón Schilling MonoVec compensado colgado (izquierda) y timón semicompensado de espada (derecha).

MARINA CIVIL80


FIGURA 13. Representaciónde la curva de evolución a Er.

de un buque ro-ro de 41.600 DWTdotado de un timón Schilling

MonoVec tipo semicompensadode espada realizada durante

las pruebas de mar(E = 175 m, manga = 30 m,

calado = 10,4 m,velocidad al comenzar

la evolución = 17,4 nudos) con35° y 65° de ángulo de timón,

donde se pueden apreciarunos parámetros de la curva

muy pequeños.Fuente:

http://www.hamworthy.com/docGallery/22.PDF. Dibujo: autor.

FIGURA 12. El M/V “Esso Plymouth” equipado con un timón Schilling MonoVec desplazándose lateralmente con la ayuda de una hélice lateralde proa (izquierda) y evolucionando prácticamente sobre su eslora (derecha). Fuente: http://japanham.co.jp/www/en/service/pdf/scilling.pdf.

Schilling MonoVEC 65° Er

Schilling MonoVEC 35° Er

Distancia / Epp

1 2

1

2

Dis

tanc

ia /

Epp

ste control se realiza por mediode una palanca única joystick9,mediante la cual se coordinan

los ángulos de timón. Cada timón tie-ne un dispositivo de gobierno separa-do y pueden girarse por medio deljoystick un máximo de 105° hacia

MARINA CIVIL 81


Este sistema consta de dos timones Schilling dis-

puestos detrás de una hélice que dotan al buque de

una gran maniobrabilidad, de tal modo que se puede

conseguir que el empuje se oriente hacia donde sea

necesario a lo largo de los 360°, incluyendo la situa-

ción en que no se genere empuje hovering condition

por ser cero la resultante del mismo, pudiendo modi-

ficarse libremente la magnitud del empuje con la hé-

lice girando en la dirección de marcha avante y a

unas r.p.m. constantes.

ALLOWS AN OMNIDIRECTIONALPROPELLING MOVEMENT

Summary: This system comprises two Schilling rudders placed

beneath the propeller, providing a high degree of manouvrability and

allowing the propeller thrust to be directed through 360°, enabling

manouvrability in the hovering condition (at zero thrust) and the

possibility of modifying the thrust strength with the propeller rotating in

the go-ahead position at constant revolutions per minute.

El sistema de timones Schilling VecTwin

PERMITE UNA ORIENTACIÓNDEL EMPUJE OMNIDIRECCIONAL

EE

FIGURA 14. Foto del buque gasero LPG “Nittan Maru” (actualmente su nombre es “Ju Yeon”) equipado con un sistema de timonesSchilling VecTwin. Fuente: http://japanham.co.jp/www/en/img/pdf_o.gif.

9 La palabra joystick es un término acuñado en la aviación y que en el mundo marítimotiene sus orígenes en la progresiva sustitución de la rueda del timón por una palanca ti-ller con la cual se gobierna el buque. En este caso, este mando de control único consisteen un dispositivo controlado por una microcomputadora, en la cual se introducen dife-rentes parámetros en función de la posición del joystick, que se transmiten al control elec-trónico remoto que es el que gobierna el ángulo de cada uno de los timones necesario pa-ra proporcionar el empuje en la dirección e intensidad que se pretende.

afuera y 25° hacia adentro10, de talmodo que, dependiendo de los ángulosa que estén dispuestos los dos timo-nes, es posible que con una hélice depaso fijo montada convencionalmentey que gire en un solo sentido (paso a laderecha o a la izquierda) se produzcauna dirección del empuje en cualquie-ra de los 360°, evitando de este modola necesidad de invertir el sentido de

giro de la hélice o variar el paso de laspalas en el supuesto de hélice de pasocontrolable.

A diferencia del timón de aleta (FlapRudder) o el timón Schilling MonoVecque hemos visto anteriormente, y queindependientemente de proporcionaruna maniobrabilidad superior al buque,trabajan de un modo similar a un timónconvencional, este sistema es totalmen-

te diferente tanto en diseño como en sumodo de operación.

Como decíamos anteriormente, sucaracterística más relevante e inusuales la hélice, la cual, incluso aunque seade paso fijo, está girando constantemen-te con la máquina principal permanen-temente con rpm avante11. Para fines demaniobra del buque, las rpm óptimasrequeridas son aquellas asociadas con

MARINA CIVIL82


10 En la publicación HENSEN, HENK.Tug use in Port, The Nautical Institute, 2ªed. London 2003 p. 16, se menciona que losángulos límite de este tipo de timones sonde 140° hacia fuera y 40° hacia adentro,aunque la mayoría oscila entre los límitesdescritos aquí, y no se ha encontrado en lainformación disponible ningún sistema cu-yos ángulos de metida del timón sean deesta magnitud.

11 A los efectos prácticos con relación a es-te punto, se comporta como si se tratara deuna hélice de paso controlable, en el senti-do de que gira siempre a las mismas rpm yen el mismo sentido, no siendo necesarioinvertir la máquina para generar empujeatrás y en lugar de variar el paso de la hé-lice, lo que varía en este caso es la combi-nación del ángulo de metida de cada timóndel modo necesario para conseguir el em-puje que se pretende.

FIGURA 15. Izquierda: Detalle de un sistema de timones denominados VecTwin Schilling Rudder System del buque-tanque “Nittan Maru”(Fuente: http://japanham.co.jp/www/en/img/pdf_o.gif). Derecha: Un buque similar equipado con el Super VecTwin Rudder System, donde seaprecian las dos planchas horizontales en la medianía de la cara interior de cada timón reaction fins y que mejoran la propulsión enmarcha avante en un 3,5 por 100 al aprovechar la corriente de expulsión de la hélice que de otro modo resulta desperdiciada en el casode el sistema VecTwin. (Fuente: http://japanham.co.jp/www/en/service/).

En caso de emergenciaen la que resultenecesario invertirel empuje hay unsistema que anulala orden enviada

toda avante, aunque pueden ajustarsesi es necesario por ejemplo para reduciruna excesiva estela wash que puede ge-nerar efectos perjudiciales en el mo-mento evolutivo del timón, incluidos losfenómenos asociados con la cavitación.

Inmediatamente a popa de la hélice,en lugar de un timón convencional haydos timones Schilling, cada uno de loscuales puede girar un arco total de 130°.Los timones no actúan independiente-mente uno de otro sino que están sincro-nizados para trabajar entre ellos de talmodo que se origine el empuje en la di-rección deseada, en respuesta al únicocontrol que se dirige mediante el joysticken el puente, el cual es muy sencillo deoperar; de tal modo que el movimientodel mismo, dispone cada ángulo de ti-món del modo necesario para conseguirel empuje en la dirección e intensidadque se pretende dentro de los 360°.

Para el supuesto de navegación libre,los timones se controlan al unísono (losdos se mueven el mismo número de gra-

dos y en la misma dirección) por mediodel gobierno a mano o con piloto auto-mático, de tal modo que en estos su-puestos el gobierno no se controla con eljoystick.

La unidad visual de presentación(Visual Display Unit —VDU—) mues-tra la inclinación y dirección del joystick(vector ordenado) y el empuje real de lahélice y la dirección del mismo (vectorde respuesta). También hay dos indica-dores de la posición de cada timón encada momento para conseguir el empu-je que se pretende.

Lógicamente, después de que trans-curra el espacio de tiempo necesario pa-ra que los timones respondan al ángulode timón ordenado a cada uno, la inten-sidad y los vectores (ordenado y de res-puesta) coinciden, lo cual da al operadoruna completa apreciación visual delvector empuje en dirección e intensidaden cada momento.

Tanto la unidad visual de presen-tación como la consola del joystick

usan señales digitales para minimi-zar cualquier interferencia eléctricaexterior.

En caso de una emergencia en la queresulte necesario invertir el empuje detoda avante a toda atrás crash stop, hayun botón de emergencia en la consola decontrol (en la figura 16 es el botón rojosituado a la derecha de la consola deljoystick) que anula la orden enviada porel joystick a los timones para conseguirun determinado empuje tanto en direc-ción como en intensidad, y mueve auto-máticamente los timones 105° haciafuera, que es la disposición necesariapara conseguir toda atrás como se pue-de ver en la figura 17.

Pruebas realizadas con buques simi-lares han demostrado que la distancia

de parada con un sistema de timonesSchilling VecTwin, es aproximadamen-te la mitad de la que necesita el mismobuque equipado con un timón conven-cional. Para realizar las maniobras des-de los alerones cuando así resulte másconveniente, también se montan en ca-da uno de los mismos tanto el joystickque controla ambos timones como losindicadores del ángulo de timón, estan-do ambas consolas debidamente prote-gidas para que resulten estancas alagua.

Recientemente este sistema de timo-nes Schilling ha sufrido una modifica-ción en su diseño al objeto de mejorarla eficiencia de la hélice aprovechandosu corriente de expulsión cuando elbuque va navegando avante, surgien-do el denominado Super VecTwinRudder System, el cual no es más que

un sistema VecTwin al que se le haagregado por la cara interior de la me-dianía de la pala o azafrán de cada ti-món, una plancha horizontal solidariaal mismo (reaction fin) aprovechandoasí la corriente de expulsión de la hé-lice que de otro modo resulta desper-diciada cuando el buque va en nave-gación, al pasar entre los dos timonessin aprovechar su energía12 (ver figu-ra 15 derecha).

Esta modificación ha sido resultadode la investigación basada en los datostécnicos obtenidos de pruebas realesprocedentes de más de 50 buques quevan equipados con un sistema VecTwiny del desarrollo técnico llevado a caboposteriormente. Con esta modificación,se aprovecha de un mejor modo la co-rriente de expulsión de la hélice cuando

Mejora del sistema

MARINA CIVIL 83


12 Para más información sobre este siste-ma de timones ver pág. web: http://japan-ham. co.jp/www/en/service/.

FIGURA 16. Detalle de la consoladel joystick y de la unidad visual depresentación (Visual Display Unit —VDU—) deun sistema de timones Schilling VecTwin, en laque se puede apreciar el vector de empujeordenado por el joystick y el vector respuestadel buque. Ambas tienen iluminación ajustablecon el fin de obtener una presentaciónadecuada para visión nocturna. Fuente:http://japanham.co.jp/www/en/img/pdf_o.gif.

La hélice gira siempreen la misma dirección

Consta de dos timonesSchilling por hélice

el buque va en tránsito manteniendo lamisma maniobrabilidad13.

Las pruebas reales de mar llevadas acabo entre un buque equipado con unsistema de timones Schilling SuperVecTwin y otro buque similar equipadocon su antecesor el timón Schilling VecT-win revelaron una eficiencia del primerosuperior en un 3,5 por 100 (de los resul-tados previos en un tanque de pruebasse había estimado que sería de un 4 por100), o lo que es lo mismo, para conseguiruna misma velocidad se necesita haceruso aproximadamente de un 3,5 por 100menos de potencia del MM.PP.

Santiago IGLESIAS BANIELA(Profesor TEU de la E.T.S.

de Náutica y Máquinas de A Coruña)Pablo LÓPEZ VARELA

(Profesor Asociado T3 de la E.T.S.de Náutica y Máquinas de A Coruña)

Enrique MELÓN RODRÍGUEZ(Profesor Asociado del Centro Superior

de Náutica y Estudios del Marde la Universidad de La Laguna)

Bibliografía[1] Capt. HANS O.G. Hederström, FNI, Marin.Operating Guidelines for Masters and Pilots. Schi-lling. Pág. web: http://www.hamworthy.com/doc-Gallery/83.PDF.[2] Explanatory Notes to the Standards for ShipManoeuvrability. MSC/Circ. 1053. Pág. web:http://www.imo.org/includes/blastDataOnly.asp/data_id%3D6573/1053.pdf.[3] GRAY, WILLIAM O., et al. Channel Designand Vessel Maneuverability-Next Steps. Pág. web:http://www.usna.edu/NAOE/channel/final.pdf.[4] HENSEN, HENK. Tug Use in Port. A practicalguide, The Nautical Institute, 2ª ed., London 2003.[5] HOOYER, HENRY H. Behaviour and Hand-ling of Ships, Cornell Maritime Press, Centreville,Maryland 1994.[6] New VecTwin System. Pág. web: http://japan-ham.co.jp/www/en/img/pdf_o.gif.[7] ROWE, R.W. The Shiphandler´s Guide, TheNautical Institute, 2ª ed., London 2000.[8] Standards for Ship Manoevrability. ResMSC.137(76). Pág. web: http://pilots-rioparana.com/Documentos/IMO%20RESOLUTION%20MSC%20137-76-2002.pdf.

MARINA CIVIL84


FIGURA 17. Esquema en el que se muestran las posiciones básicas de la palanca deljoystick, las correspondientes de los timones y el movimiento resultante del buque. Entreestas posiciones básicas y la posición central del joystick (sin empuje o hoveringcondition), puede aplicarse cualquier posición intermedia para dar la fuerza y direccióndel empuje que se desee en función de las necesidades. Dibujo: autor. Fuente:http://www.becker-marine-systems.cn/03_products_content/03_products_pdf/becker_vectwin.pdf.

La distancia de parada es aproximadamentela mitad de la que necesitaría

un timón convencional

13 Con carácter general la corriente deexpulsión de una hélice se aprovecha me-jor si el timón es compensado y va a popade la misma (por eso a estos efectos re-sulta más efectivo un timón por héliceque dos).

Avante: Caída de la proaa Bavor Derecho avante Avante: Caída de la proa

a Estribor

Avante: Evolucióna Bavor

No se genera empuje(Hovering condition)

Avante: Evolucióna Estribor

Atrás: Caída de la popaa Bavor

Atrás: Caíada de la popaa Estribor

Empuje atrás:Popa a Bavor Derecho atrás Empuje atrás:

Popa a Estribor

Jostick de control combinaodde los timones Schilling VecTwin

Dirección del movimientodel buque

timon schilling

Documents