¿Alguna vez has notado que los barcos, a diferencia de la mayoría de los aviones, no tienen los mismos tipos de timones? El tipo de timón que convendría a un barco en particular es una decisión que debe basarse en varios factores, como la forma del casco, la velocidad, el diseño de la hélice, la disposición estructural de la popa, el espacio libre entre la hélice y la popa, y también algunos aspectos hidrodinámicos. Factores que dictan el flujo de agua después de la hélice.

La forma en que los diseñadores de barcos deciden el tipo de timón es en realidad un proceso muy complejo. En la etapa de diseño del concepto de barco, en realidad no decidimos (o no podemos permitirnos) decidir el timón adecuado para el barco. Entonces, lo que hacen los diseñadores y arquitectos navales es estimar una dimensión muy aproximada del timón junto con la hélice. Pero a medida que ingresamos al diseño preliminar del barco, las dimensiones del timón y la hélice son casi fijas, lo que nos da una idea casi clara del tipo de timón que mejor se adaptaría al problema de diseño.

Sin embargo, lo que se vuelve significativamente importante desde el punto de vista de un diseñador es decidir el tipo y la ubicación del timón, según el diseño del casco y la hélice.

Tratemos de entender esto de una manera simple.

La selección del tipo adecuado de timón es tan importante como la ubicación del timón detrás de la hélice. La ubicación del timón debe ser tal que esté correctamente orientado dentro del flujo de salida de la hélice, para producir el momento de giro requerido en el barco. Un ligero cambio en el tipo, la dimensión y la posición del timón puede provocar una gran variación en la respuesta del barco al timón, así como en la capacidad de giro del barco. Entonces, la optimización es la clave.

Tipos de timones utilizados para barcos:

Para categorizar ampliamente los timones convencionales, hay dos tipos de timones de barco:

1-Timón de pala o equilibrado

Un timón de pala es básicamente una placa de timón que se fija a la mecha del timón solo en la parte superior del timón. En otras palabras, la mecha del timón (o el eje del timón) no desciende a lo largo del tramo del timón. La posición de la mecha del timón a lo largo de la cuerda del timón (es decir, el ancho, desde el extremo delantero hasta el extremo trasero del timón) en realidad decide si el timón está equilibrado o semiequilibrado. En los timones equilibrados (que generalmente son los timones de pala), la mecha del timón está en una posición tal que el 40% del área del timón está delante de la mecha y el resto está detrás de ella.

Una pregunta genuina que debe haber surgido en su mente es, ¿por qué se elige esa posición para la mecha del timón? La respuesta está en la física simple. El centro de gravedad del timón estará cerca del 40 % de la longitud de la cuerda desde su extremo delantero. Si el eje del timón se coloca cerca de esta ubicación, el par necesario para girar el timón será mucho menor que el necesario para moverlo si el eje se hubiera colocado en el extremo delantero del timón. Por lo tanto, se reduce el requerimiento de energía del equipo del aparato de gobierno, por lo que se reduce el consumo de combustible del barco.

2-Timones desequilibrados

Estos timones tienen sus mechas unidas en el punto más adelantado de su envergadura. A diferencia de los timones balanceados, la mecha del timón corre a lo largo de la cuerda del timón. La razón es simple. En este caso, el par necesario para girar el timón es mucho mayor que el necesario para un timón equilibrado correspondiente. Por lo tanto, la parte superior del timón debe estar fijada al eje para evitar que se desplace verticalmente de su posición natural. Sin embargo, los timones desequilibrados no se utilizan mucho en la actualidad.

Habiendo discutido los tipos convencionales de timones, pasemos a algo aún más interesante. Los investigadores y operadores de barcos habían encontrado problemas significativos con los timones equilibrados y desequilibrados. Es decir, en caso de que haya una falla en el mecanismo del mecanismo de gobierno mientras gira una nave. El timón permanecería inmóvil con su ángulo de ataque en esa condición. La solución a esto se encontró en el diseño de un timón semiequilibrado optimizado.

• Timón semiequilibrado:

Si ya ha podido visualizar un timón equilibrado y desequilibrado, debería ser bastante fácil visualizar un timón semiequilibrado. De hecho, el timón que se ve en la mayoría de los barcos está semiequilibrado en la industria moderna. El nombre semi-equilibrado en sí mismo implica que el timón está parcialmente equilibrado y parcialmente desequilibrado. Si consulta la figura a continuación, verá que una parte de la longitud de la cuerda desde la parte superior está desequilibrada y la longitud restante de la cuerda está equilibrada. ¿Por qué? Sigue leyendo.

La parte superior desequilibrada ayudará a actuar como soporte estructural para el timón del desplazamiento vertical. Y la parte equilibrada generará menos par al girar el timón. Como resultado, un timón semiequilibrado vuelve a la orientación de la línea central por sí solo si el equipo del mecanismo de gobierno falla durante un giro.

Observe en la figura anterior la bocina del timón. Los timones semiequilibrados son nuevamente de dos tipos según la profundidad de la bocina (que afecta las características de respuesta y par del timón). Un timón de cuerno poco profundo tendrá un cuerno que se extiende apenas la mitad de la longitud de la cuerda del timón desde la parte superior. Considerando que, un timón de bocina profunda contará con una bocina que se extiende profundamente hasta más del 50 % de su longitud de cuerda desde la parte superior del timón.

Además de estos, los diseñadores han desarrollado otros sistemas de timón bastante poco convencionales, que se vuelven más interesantes de analizar.

• Timón de aletas:

Debes haber observado de cerca las alas de un avión. ¿Viste esas aletas que entran y salen del extremo de popa del ala? ¿Por qué crees que hacen eso? Principalmente para cambiar el ángulo de ataque efectivo de toda la sección aerodinámica del ala. Verás, durante un despegue, como todas las aletas se despliegan por completo. Eso realmente ayuda a lograr el ángulo de ataque efectivo para obtener la máxima fuerza de sustentación.

El mismo principio, cuando se usa en timones, proporciona un resultado similar. Solo que, en el caso de los timones, las aletas no son retráctiles y tienen sus efectos significativos cuando se le da al timón algún ángulo de ataque.

• Timón Pleuger:

Quizás uno de los mecanismos de timón más innovadores que jamás haya encontrado. Suponga que tiene un barco, demasiado grande para maniobrar en una cuenca con restricciones de tamaño, de modo que el barco no puede usar su hélice durante la maniobra. Esta situación se presenta a menudo en el caso de grandes buques que operan en dársenas con limitaciones de espacio, o en cualquier caso de maniobras a baja velocidad.

Entonces, un timón Pleuger (como puede ver en la figura a continuación), tiene una hélice auxiliar más pequeña alojada dentro (que funciona con un motor). Como esta carcasa está montada en el propio timón, genera un empuje (que es menor que el generado por la hélice del motor principal del barco) en una dirección que está orientada a lo largo del timón, lo que permite una maniobra efectiva en condiciones de baja velocidad.

Dicho timón también se puede utilizar en condiciones normales. Solo que, en velocidades normales, el Pleuger no se opera. Sin embargo, cuando se ejecuta el Pleuger, la hélice del motor principal no debe operarse simultáneamente, lo que de lo contrario provocará que el Pleuger se rompa.

3 – Propulsión Voith:

Debe estar preguntándose por qué un sistema de propulsión ha aparecido en la discusión cuando estamos interesados en los sistemas de timón. Bueno, eso es algo por lo que debes agradecer a los investigadores. Porque este sistema de propulsión es único en su clase, que actúa como un timón en sí mismo. No necesita una superficie de control de timón para cambiar la dirección del barco. ¿Cómo? Sigue leyendo.

Como puede ver en la figura a continuación, esta hélice tiene una orientación completamente diferente. Para visualizarlo en términos simples, consta de una serie de palas de hidroala montadas en un disco, que a su vez está montado en el casco. El disco gira en un plano horizontal, alrededor de un eje horizontal, y por lo tanto imparte una rotación a las palas.

Pero, ¿cómo imparte empuje a la nave una rotación en el plano horizontal? Aquí está la respuesta. Las propias palas se pueden ajustar para tener un ángulo de ataque variable durante el funcionamiento de la hélice. Dependiendo de eso, la dirección y la magnitud del empuje varían. Bueno, si también estamos manipulando la dirección del empuje, entonces en realidad no necesitamos un timón. Por eso, en realidad, una hélice Voith actúa como un sistema combinado de propulsión y dirección para el barco.

No hay duda de que los sistemas de propulsión y dirección se han innovado e inventado en gran medida en comparación con muchos otros aspectos en la industria del diseño de barcos que aún requieren los ojos de las aplicaciones tecnológicas modernas. Sin embargo, a medida que transitamos hacia una era de tecnologías más rápidas y ambientalmente más seguras, se están desarrollando formas de casco más nuevas. Esto le ha dado a la industria un alcance más amplio para desarrollar y diseñar nuevos sistemas de dirección para el futuro.

FUENTE: Marine Insight