Transporte Marítimo: Tipos de Buques, Cargas, Válvulas y Bombas

Lastre en Buques: Problemática Ambiental y Soluciones

El lastre es el peso que se coloca en una embarcación con el fin de variar su centro de masas y estabilidad, mediante el llenado y vaciado de tanques con agua salada del mar.

Problemática Ambiental

La problemática que encontramos es que el agua que se recoge en un puerto puede ser descargada en otro bastante alejado. Esto provoca la invasión de especies no autóctonas y pérdidas de biodiversidad, ya que, a causa de las nuevas especies, otras desaparecen. Algunas de las especies invasoras que protagonizan esta problemática ambiental son:

• Kelp asiático (conocido como wakame): alga comestible usada en la cocina japonesa y coreana. Se encuentra por las aguas frías de Japón, Corea y China y se ha encontrado en Nueva Zelanda, Francia, Gran Bretaña, España, Italia, Argentina, Australia, México y Estados Unidos.
• Cólera: se reproduce en áreas portuarias cerca de desembocaduras de ríos en países donde el saneamiento es deficiente y el agua está muy contaminada con aguas sucias sin depurar. Ataca superficies de animales planctónicos, moluscos y plantas acuáticas. Si se ingiere con agua potable puede causar cólera en los seres humanos.
• Cangrejo verde europeo: desde el noreste Atlántico y el mar Báltico hasta América del Sur y el Atlántico y costas del Pacífico de América del norte. El cangrejo verde caza almejas, mejillones, ostras y gasterópodos. Además, les arrebata los alimentos y se reproduce rápidamente. Su introducción ha costado millones de dólares al sector pesquero americano.

Soluciones

En el 2004 se celebró en Londres el Convenio Internacional para el Control y la Gestión del Agua de Lastre y Sedimentos de los Buques, el Convenio BWM (BWM Convention). Aun así, ese convenio aún no ha entrado en vigor porque no todos los países han firmado el convenio. Desde septiembre del 2017, los buques tienen la obligación de gestionar su agua de lastre para evitar introducir organismos marinos y patógenos a bordo o retirarlos sin dañarlos antes de descargar el agua en otro lugar. Los buques deben cumplir:

• Implantar de forma progresiva sistemas de gestión de aguas de lastre en los buques construidos a partir del 2009.
• Obligación de llevar a bordo un Plan de Gestión del agua de lastre y un libro de registro.
• Permitir que esos buques puedan ser inspeccionados en el tema de las aguas de lastre.
• Podrán ser prohibidos a no descargar el lastre.

Otras soluciones son:

• Descargar en puertos las aguas de lastre: puertos equipados con sistemas de recepción de esas aguas para poder tratarlas y luego echarlas al mar.
• Cambio constante: cambiar las aguas de lastre mediante bombas a medida que se navega. Pero este sistema afecta al consumo del buque y puede provocar fuerzas estructurales, de fatiga y tensiones ya que los buques no han sido diseñados para cambiar el agua de lastre durante la navegación.

Otra opción era la implantación en los buques de plantas de tratamiento de las aguas de lastre. Encontramos tres tipos de tratamiento:

• Físicos
  • Calentar las aguas 70-80ºC con los gases de escape.
  • Tratamiento por frío.
  • Radiación ultravioleta (pequeñas cantidades de lastre) (transferencia energía electromagnética desde lámpara de vapor de mercurio al material genético u organismos).
  • Ultrasonidos.
  • Desoxigenación (quitar oxígeno del agua para matar organismos acuáticos).
  • Corrientes eléctricas o magnéticas (barras titanio sometidas a corrientes eléctricas. Iones de titanio eliminan organismos vivos).
• Químicos
  • Introducción productos químicos que eliminen los organismos.
  • Clorar las aguas de lastre con lejía.
  • Utilización del ozono (destrucción de vida microscópica, virus, bacterias y esporas).
• Mecánicos
  • Sistemas de filtrado (a través de medio poroso, se retienen primeros los elementos más grandes y luego los de menor tamaño).
  • Sistemas de separación con máquinas centrífugas.
  • Sistemas de flujo continuo.

Sin embargo, muchos presentan dificultades a la hora de aplicarlos debidos al coste, más contaminación de las aguas, peligrosas para el humano (irritante, nocivas…), útiles solo para pequeñas cantidades de agua de lastre…

Clasificación de las Cargas Marítimas

En el comercio internacional, el transporte marítimo tiene mucho peso. El transporte de bienes por agua se ha convertido en una de las formas más baratas de hacerlo, gracias al reducido coste por tonelada y al poco fuel consumido por tonelada transportada, comparándolo con otros medios. Podemos clasificarlos según diversas categorías:

Tipo

• Carga general: todo tipo de carga de distinta naturaleza que se transporta conjuntamente, en pequeñas cantidades y en unidades independientes.
  • Suelta: bienes sueltos manipulados y embarcados como unidades separadas (planchas de hierro, tubos, rieles, llantas…).
  • Unitarizada: agrupación de embalajes en una carga compacta de mayor tamaño para ser manejada como una sola unidad, reduciendo superficies de almacenamiento, facilitando operaciones de manipulación de mercancías y favoreciendo las labores logísticas.
    • Paletizada: carga empaquetada y depositada sobre un palé.
    • Contenerizada: elementos de carga suelta que se empaquetan en un contenedor, juntamente con la carga paletizada que también puede agruparse en contenedores. La carga rodada también se puede incluir en esta clasificación.
• Carga a granel: por lo general los graneles se almacenan en tanques o silos. Ninguno de estos productos necesita embalaje o unitarización.
  • Líquida: mayoritariamente, petróleo y sus derivados como el crudo o productos obtenidos por su separación y procesado. Este tipo de carga supone un riesgo tanto para la tripulación como para el medio ambiente. Por eso, la carga líquida está doblemente sellada y los buques que la transportan tienen doble fondo para evitar la posibilidad de fuga del líquido en caso de colisión. Además, puede ser inflamable. (Petróleo crudo, productos petrolíferos, productos químicos, gases licuados del petróleo (LPG), gas natural licuado (LNG), líquidos naturales o fermentados…).
  • Sólida: producto que se transporta suelto, metido en bodegas sin necesidad de ser empaquetado. (granos, minerales, fertilizantes, carbón…).
  • Gaseosa: mercancía en estado gaseoso (propano, butano).

Naturaleza

• Carga refrigerada o perecedera: se requiere que los buques naveguen a altas velocidades para la conservación de los productos (frutas, verduras, flores frescas, lácteos, carne, pescado, marisco…).
• Carga frágil: se requiere un manejo especializado durante el transporte. Su operación se debe desarrollar con sumo cuidado. Los puntos críticos son el cargue, el transporte, el almacenamiento y el descargue. (vidrio, obras de arte…).
• Carga peligrosa: carga, sustancia química, mezcla o artículo que por sus características puede ocasionar daños al buque, a otros productos, a las personas o al medio ambiente. (munición, combustibles, productos químicos…).
• Carga de dimensiones y pesos especiales: cargas muy voluminosas o pesadas que requieren un manejo especial (turbinas para hidroeléctricas, plantas eléctricas para proyectos especiales, tuberías para oleoductos, plataformas petrolíferas, yates, trenes, motores…).
• Ganado: tipo de carga delicado ya que se debe mantener en todo momento en unas condiciones óptimas para el bienestar animal. (animales).
• Personas: Buques especializados para satisfacer todas las necesidades del humano a bordo como por ejemplo cruceros y ferris.

Clasificación y Tipos de Buques

Buques Mercantes

Transporte de carga y/o pasaje. Tipo liner si navegan entre destinaciones fijas y tienen puerto base, puerto de escala y puerto de destinación, además de tiempos aproximados de salida y llegada. Tipo tramp si operan en horarios no fijos y sus puertos base, de escala y de destinación varían en cada viaje.

• Buques de carga general: carga de distinta naturaleza que se transporta conjuntamente, en pequeñas cantidades y en unidades independientes. Mercancía cargada y descargada por grúas del barco de tierra. Más de una cubierta para estrategia de colocación y facilitar las operaciones de carga y descarga.
• Graneleros o Bulk-carriers: transporte de cargas secas a granel (grano, fertilizantes, minerales) buques divididos en compartimentos de forma longitudinal y trasversal.
• Petroleros: Carga líquida (crudo, petróleo, aceites) se transporta en tankers, buques tienen doble fondo, cofferdams separaciones para evitar mezclas en caso de fuga. En la cubierta, eje central de tuberías con ramificaciones para la carga y la descarga del crudo.
  • Very Large Crude Carriers (VLCC)
• Gaseros: en la cubierta, grandes tanques esféricos, cilíndricos o una elevada estructura. Suelen usar como combustible el propio gas que transporta.
  • Liquified Petroleum Gas tankers (LPG)
  • Liquified Natural Gas tankers (LNG)
• Quimiqueros: transporte productos químicos (fenol, amoniaco, gasolina, derivados). Contienen muchos tanques. De elevado coste por las exigencias: doble fondo, tanques acero inoxidable, materiales sofisticados…
• Buques portacontenedores: mercancía cargada en contenedores. Se miden con unidades TEU para facilitar su localización: tres coordenadas (fila, columna, capa). Algunos equipados con grúas para cargar y descargar los contenedores. Ventajas como corta estancia en el puerto, poco personal, reducción de hurtos.
• Buques roll-on/roll-off (ro/ro): carga entra y sale del buque sobre ruedas (camiones o tráilers). No hace falta equipamiento de carga y descarga. Los propios vehículos mediante una rampa en popa.
• Buques de carga refrigerada: mercancía perecedera (carne, fruta). La carga requiere refrigeración debe de almacenarse con temperatura y humedad precisas. Buques equipados con plantas refrigeradoras.
• Buque Lash: (Lighter Aboard Ship). Buque con cubierta principal sin obstáculos. Lighter contenedor que flota en el agua. Contenedores levantados y llevados a bordo con pesadas grúas del barco o sumergiendo parcialmente el barco y emerger para recoger los contenedores.
• Buques de carga pesada: buques diseñados para levantar y transportar cargas extremadamente pesadas en la cubierta principal (plataformas petrolíferas, motores, yates, trenes, barcos hundidos). Enormes grúas y sistemas para levantar pesos. También el método de sumergir parcialmente el buque haciendo flotar el módulo encima del barco y después emerger.
• Buques portadores de madera: buques diseñados para llevar carga de altura considerable en la cubierta. Reconocibles por sus altas grúas.
• Buques multifunción: transporta carga general, a granel y contenedores. Equipados con gran variedad de mecanismos de manejo para cargar y descargar todos los tipos.
  • Ore-bulk-oil (OBO): buque diseñado para transportar carga a granel líquida o seca. Dividido para que el petróleo se transporte en los compartimentos más grandes y los minerales en los más pequeños.
• Cruceros: transporte de personas, viajes turísticos. Según la duración y cantidad de pasajeros varían las dimensiones.
• Transbordadores o ferris: transporte de pasajeros y sus vehículos en distancias relativamente cortas (no más de dos días de navegación).

Embarcaciones de Recreo

• Veleros: de pequeñas dimensiones equipados con un sistema de velas. Como embarcaciones de recreo o deportiva.
• Yates: barco de recreo pequeño considerado de buenas cualidades estéticas.
• Lanchas: embarcación pequeña y rápida diseñada para navegar en aguas costeras o interiores. Por lo general, las lanchas tienen una sola cubierta y están propulsadas por motores de combustión interna, aunque algunas pueden estar equipadas con motores fuera de borda o interiores.

Buques de Asistencia y Servicio

Llevan a cabo tareas específicas, como ayudar a otros barcos o proporcionar servicios especiales para la negación.

• Remolcador: barco que ayuda a otros barcos a entrar y salir del puerto, remolca una plataforma petrolífera o ayuda en una operación de rescate. Motores capaces de desarrollar potencias elevadas. Los más grandes y potentes suelen llevar hélices de paso controlable. Gran maniobrabilidad gracias a los motores popa y de popa. Cubierta de popa despejada para realizar funciones de remolque adecuadamente.
• Buque de salvamento: rescata a otros barcos y sus cargas de perderse en el mar. Equipados con grúas muy potentes para levantar buques hundidos del fondo del mar.
• Buoyage vessel: instalación y mantenimiento de boyas. Cubierta de popa alberga espacio para transportar las boyas y sus elementos.
• Buque de investigación: investigación marina. Equipado con instrumentos oceanográficos para medidas, evaluaciones y cálculos.
• Buque de suministro: transportar piezas de repuesto, provisiones y suministros a las plataformas petrolíferas. Cubierta de popa plana. También remolca plataformas y extingue incendios. Equipado con bombas de extinción de incendios.
• Buque SAR (Search and Rescue): localizar y ayudar a un buque en situación de peligro. Desarrolla altas velocidades y equipado con sistemas de comunicación más modernos para mantener contacto en todo momento con los Centros de Coordinación de Rescate (RCC).
• Gabarra: trasporte de bienes pesados a lo largo de ríos y canales. Algunas no tienen sistema de autopropulsión y suelen ir con remolcadores.
• Buque contraincendios: apagar fuego. Equipado con un sistema de extinción de incendios muy potente.
• Barco de pilotos: barco pequeño en el que va el piloto que quiere embarcar en un buque que no está en puerto. Suele llevar alguna escalera o pequeña plataforma para subir al buque al que quiere embarcar.
• Buque cablero: coloca cable en el fondo de mar. Equipado con una gran rueda que extiende el cable. Sistema de posicionamiento dinámico para mantener el barco exactamente en la misma posición mientras el cable es dispuesto en el fondo.
• Buque faro: sirve de faro de baliza para la navegación. Anclado en las inmediaciones de canales muy transitados o vías marítimas. No suele ser autopropulsado, tiene que ser remolcado hasta su posición.
• Rompehielos: diseñado para romper la capa de hielo de la superficie subiéndose encima para que otros buques puedan seguirlo y navegar por el camino que va abriendo.
• Buque draga: ayuda a remover el suelo marítimo de puertos y sus entradas y salidas o en mar abierto. Tres tipos: con grandes baldes; con sistemas para agarrar la tierra; mediante succión.

Buques Pesqueros

Todo buque que se dedica a la pesca. Muchos disponen de plantas refrigeradoras a bordo que permiten congelar el pescado.

• Arrastreros: opera con una red de arrastre en forma de bolsa, con la que tira a una velocidad que hace que los animales marinos sean atrapados.
• Palangre: tiene una boya en la que se une una línea madre de la cual, cada cierta distancia, hay pequeñas ramificaciones que contienen anzuelo con cebo en los extremos.
• Atuneros: especializado en la pesca de atún.
• Balleneros: de gran tamaño. En la proa un arpón de grandes dimensiones.
• Buques de factoría: de gran tamaño. Almacena la pesca de distintos buques de pesca en grandes bodegas refrigeradas para mantener la calidad del producto.

Buques Destinados al Ejército

Equipados con equipos propulsores muy potentes.

• Portaaviones: trasporta y opera aviones y helicópteros. Utilizado como base móvil para aviones de combate o de reconocimiento.
• Acorazado: de gran tonelaje, fuertemente blindado y armado. En la cubierta una batería principal de armamento formada por cañones de gran calibre.
• Destructor: buque de guerra rápido y maniobrable para proporcionar escolta a buques mayores y en convoyes, defenderlos contra la flota, aviación o artillería enemiga. Algunos con capacidad de llevar misiles nucleares.
• Submarino: capaz de navegar bajo la superficie del mar. Diseño del casco para minimizar el ruido y evitar ser detectados. Suelen estar equipados con torpedos y misiles guiados.

Componentes de las Válvulas

1. Obturador: interrupción física del fluido.
2. Husillo: eje, parte que conduce y fija el obturador.
3. Asiento: parte donde se realiza el cierre por contacto con el obturador.
4. Empaquetadura del eje: montada alrededor del eje, para que sea estanco.
5. Juntas de cierre: montada alrededor del órgano de cierre, para que sea estanco.
6. Cuerpo y tapa: retenedoras de presión, envolvente de partes internas de las válvulas.
7. Extremos: conexión a la tubería.
8. Pernos de unión: unen cuerpo y tapa, para que sea estanco.

Tipos de Válvulas

Válvula de Aguja

Vástago cónico hace obturador sobre un orificio de pequeño diámetro en relación al diámetro nominal de la válvula.

Válvula Anular

Permite la regulación de presión y caudal. Obturador forma cónica, se desplaza en la dirección axial de la tubería. Fluido pasa rodeando el obturador.

Válvula compuerta

Para flujo de fluidos limpios y sin interrupción. Cuando la válvula está totalmente abierta el flujo coincide con el diámetro nominal de la tubería. No recomendable para regulación o estrangulamiento, parcialmente abierta puede sufrir vibraciones. Abertura y cierre lenta. No recomendado en instalaciones para uso frecuente por el desgaste por la fricción.

Válvula diafragma

Para corte y estrangulación de líquidos que pueden llevar gran cantidad de sólidos en suspensión. Para servicios corrosivos y viscosos. Fluidos aislados de los mecanismos de la válvula mediante una membrana flexible de elastómero. Se tensa por el efecto de un eje punzón de movimiento lineal hasta hacer contacto con el cuerpo.

• Weir (paso restringido): apertura, cierre y regulación.
• Straightway (paso directo): apertura y cierre.

Válvula globo

Para regulación de fluidos con estrangulación al grado deseado. Forma esférica. Cuando le das vueltas al vástago, obturador se desplaza con movimiento lineal. Mecanismo de avance es un tornillo. Según puertos de entrada y el eje del obturador:

• Válvula globo asiento recto (straight).
• Válvula globo asiento inclinado (Y).
• Válvula globo angular.

Válvula de cono fijo

Para descargar el agua de alta presión de embalses o tuberías forzadas contra la atmosfera. Salida del flujo no convergente, descarga en forma de chorro hueco. Tubería con un cono fijo soldado a su final. Otro tubo actúa como obturador, se desliza linealmente hasta hacer contacto con el asiento del cono cuando la válvula se cierra completamente.

Válvula pinch

Para líquidos pastosos y partículas sólidas en suspensión, evita contacto con los mecanismos de la válvula y contaminación con el exterior. Estanqueidad mediante estrangulación de la misma conducción que es un tubo flexible. Bajas presiones.

Válvula de bola

Para abertura y cierre. No recomendable parcialmente abierta por un largo tiempo con alta caída de presión. Macho esférico agujereado contra la circulación del líquido.

• Válvula bola flotante: se sostiene sobre dos asientos en forma de anillos.
• Válvula bola guiada: soportada en su eje vertical de rotación por unos muñones. Absorben los esfuerzos.

Válvula mariposa

Gran capacidad de adaptación. Pequeña pérdida de carga. Rotación 90º del disco. Geometría sencilla y barata de fabricar.

Válvula macho

Obturador cilíndrico o cónico. Para apertura/cierre y desviación de flujos, ya que pueden tener configuración de multipuerto. Pueden ser utilizadas en fluidos con sólidos en suspensión.

Válvula de retención Duck Bill

Utilizada en desagües a sistemas de alcantarillado o para evitar la entrada de un fluido a un río en sentido contrario. Construidas por un tubo de goma aplanado al final. La válvula se abre cuando la fuerza del flujo empuja el extremo aplanado del tubo que actúa como sello de la válvula. La posición normal es estar cerrada. No requiere de ninguna fuerza externa para actuar y como no tiene ningún mecanismo tampoco requiere mantenimiento.

Válvula de retención de Disco Oblicuo

Abre paso al fluido en una dirección y se cierra en el sentido inverso. Para protección de bombas por su rapidez de cierre. No recomendable con sólidos en suspensión.

Bombas de Impulsión de Fluidos

Las bombas son aparatos que mueven un fluido mediante energía mecánica que se acaba convirtiendo en energía hidráulica (velocidad y presión). A bordo son usadas para suministrar fluido para el correcto funcionamiento de la maquinaria, abastecer de agua dulce los servicios de la tripulación, abastecer con agua del mar los conductos de contraincendios, refrigerar la maquinaria o bombear agua de sentinas y de los compartimentos inundados.

Bombas de Desplazamiento

Se cede energía de presión al fluido mediante volúmenes confinados. Se produce un llenado y vaciado periódico en una serie de cámaras mediante aspiración e impulsión. Cuando el fluido queda atrapado, tiene que ser descargado y es necesario operar con la válvula de descarga abierta.

• Bombas recíprocas: movimiento de un lado al otro para desplazar el fluido de la línea de succión a la de descarga.
  • Bomba de pistón: pistón se mueve de lado a lado para bombear el fluido desde un nivel bajo a uno alto. Común para achique o vaciado de tanques.

• • Bomba de embolo: embolo cilíndrico se mueve de lado a lado para bombear el fluido.

• Bombas rotativas: bombean fluido mediante movimiento rotativo.
  • Bomba de engranajes: atrapa líquido en las cavidades que se forman entre los engranajes y la carcasa de la bomba.

• • Bomba de tornillo: uno o más tornillos para mover el fluido de la succión de descarga. Tornillo gira sobre su eje dentro del cilindro, fluido queda atrapado en múltiples cavidades y es empujado hacia delante.

• • Bomba de paletas: paleta flexible que puede extenderse y retraerse cuando gira sobre el eje dentro de una gran cavidad circular. Eje descentrado. En el lado de entrada la pelta se extiende y aumenta el área para la succión. En el lado de descarga la paleta se retrae y provoca la descarga.

• • Bomba de lóbulos: utilizada donde hay posibilidades de contaminación sólida.

Bombas Dinámicas

Se agrega energía continuamente al fluido dentro de la bomba. Como resultado se aumenta la velocidad del fluido.

• Bombas centrífugas: utiliza la rotación para dar velocidad, el líquido se convierte en flujo mediante la carcasa. Suele ser bomba contraincendios principal, también servicio general, limpieza de boquillas…
  • Bombas centrífugas de carcasa voluta: sección transversal de la carcasa aumenta gradualmente a media que el fluido se mueve hacia la descarga. Esto provoca la disminución de velocidad de flujo (- e.cinética, + e.presión).

• • Bombas centrífugas de carcasa vórtice: hay una cámara circular entre el impulsor y la carcasa. La conversión de energía es la misma que las anteriores, pero es más eficiente.

• Bombas axiales: generalmente se utiliza una hélice para un aumento de presión impartiendo aceleración axial al fluido a bombear. Caudal más alto. Se utilizan en estabilizadores y hélice de proa.