El patín: ingenioso invento que permite la botadura de grandes buques

A nivel mundial en los años setenta del pasado siglo apenas existía experiencia en botaduras en grada inclinada, de grandes buques. Pero en aquel momento en un astillero gallego pretendían botar los mayores superpetroleros de la historia, por lo que se procedió a efectuar numerosos cálculos, con el objetivo de poder estimar con suficiente exactitud la influencia de todas las variables que intervenían en el proceso de la botadura, de manera que el día señalado para los lanzamientos, los buques superpetroleros deslizaran sin ningún contratiempo.

Entrevista Cope+Galicia del 20 de enero de 2023 a las 12:25 horas:

Para poder cumplir el objetivo con éxito, y poder contrarrestar las presiones en el giro y en el extremo de la grada que se producirían, era necesario disponer de una “cuna” y de unas “imadas” adecuadas, al objeto de que las presiones se redujeran al mínimo, y no se superaran las cargas máximas admisibles en la grada en ningún momento. Para ello las cunas iban provistas de un ingenioso y novedoso dispositivo a proa, “el patín”, que facilitaba el giro del buque al entrar en contacto con el agua, evitando así los brutales rozamientos que se producían y que podrían llegar a partir el buque.

Introducción

En el Siglo XVII, la botadura de los buques de madera creaba obstáculos de resistencia estructural fácilmente salvables en aquella época, gracias a las grasas y a la flexibilidad de la madera, que permitían que los buques botados proa a la mar en aquel momento, durante los lanzamientos pudieran encontrar puntos de giro y flexión que no produjeran grandes daños estructurales de sus cascos. Se consideraba que la popa, al estar más reforzada que la proa, podría soportar mejor los grandes esfuerzos finales de la botadura. Pero con la llegada del acero estos problemas empezaron a tener mayor peso, por lo que empezó la búsqueda de soluciones que ayudaran a que los buques sufrieran lo menos posible durante las botaduras.

A mitad del siglo XVIII, con la llegada de los constructores ingleses contratados por Jorge Juan en su viaje a Londres, se adoptó en los astilleros de los arsenales la disposición en la grada del buque popa a la mar, por lo que se comenzó a botar los buques de popa, práctica que se ha mantenido hasta la actualidad en los astilleros españoles, salvo algunas excepciones. Las principales ventajas del lanzamiento por popa derivan principalmente del hecho de que en general los calados de los buques a flote tienen asiento positivo (o sea son mayores en popa que en proa), y el menor calado a proa reduce la altura de agua necesaria en el extremo de las imadas para que el buque quede a flote, lo que reduce o minimiza el saludo del buque.

Dando un salto en el tiempo de doscientos años, en el siglo XX José Deus López ingenió un dispositivo que permitió, a partir de los años 70, la botadura de grandes petroleros en la empresa ASTANO, de Ferrol. Entre los años 1967 y 1983, la empresa Astilleros y Talleres del Noroeste, S.A. (ASTANO), construyó treinta y ocho buques petroleros. Aquellas naves incluyeron un amplio espectro de tipologías de barcos, abarcando desde los pequeños petroleros de distribución de 500 toneladas de peso muerto (TPM), para CAMPSA, hasta los mayores buques construidos en grada inclinada, de más de 363.000 TPM, para armadores como Gulf Oil Corporation.

En aquellos años se produjo un hito histórico, la botadura del petrolero Arteaga en el año 1972, el mayor buque de la historia construido en grada inclinada hasta aquel momento. Se debe destacar que, a petición de los armadores, el escantillonado (grosor del casco) del Arteaga superó los requerimientos exigidos por la Sociedad de Clasificación de aquel momento. Aquella botadura supuso un hito insuperable que convirtió a Ferrol, a su comarca, y a sus astilleros, en iconos de la ría y de la ciudad. ASTANO, junto a la Empresa Nacional Bazán, convirtieron a la ciudad departamental en aquellos años en el mayor emporio técnico naval de nuestro país.

Aquel año de 1972 el Arteaga se convertiría en el mayor buque construido hasta entonces en una grada, ya que los petroleros de esa época se construían en dique seco. Aquel 15 de abril de 1972 todos los ojos del mundo estaban puestos en un astillero de Ferrol, ASTANO. Aquel hito, que sigue formando parte del orgullo ferrolano, evidenció el talento de una ciudad y de sus ingenieros navales, que fueron capaces de desarrollar los dispositivos necesarios para poder realizar la botadura desde la grada inclinada, y de forma satisfactoria. Y no debemos olvidar que los cálculos de aquella botadura se llevaron a cabo con un simple ordenador de 256 kb, algo impensable en nuestros días. Pero además aquellos ingenieros no estaban solos, sino que estaban acompañados del buen hacer de los cinco mil trabajadores de la factoría, y de varios cientos más, de empresas auxiliares de la comarca.

En aquella fecha histórica de 1972, los técnicos japoneses, y algunos europeos, que construían hasta aquel momento los petroleros de mayor porte del mundo, no quisieron perderse el acto. Y no fueron los únicos, profesionales del mundo entero se dieron cita en el astillero de Fene aquel célebre 15 de abril, y probablemente muchos pensando que iban a ver cómo se partiría un superpetrolero en el momento de entrar en contacto con la mar.

Pero eso no ocurrió, más bien todo lo contrario, el patín cumplió su labor, y el buque entraba suavemente en el agua, al tiempo que se tensaban los cables de las enormes rastras de cadenas que fueron frenando su arrancada y lo dejaron flotando libremente en la ría. Ferrol había defendido su tesis doctoral obteniendo una calificación de sobresaliente cum laude, gracias a que había superado un desafío técnico de gran envergadura, irrepetible, y además de manera muy notable.

El desafío de la botadura del Arteaga en 1972

Los problemas más importantes que surgieron a la hora de estudiar el lanzamiento del día señalado estuvieron relacionados con las altas presiones esperadas en el deslizamiento y con la resistencia necesaria en la grada. Para contrarrestar las presiones en el giro y en el extremo de la grada (instante en el que el buque abandona la grada durante el deslizamiento el día de la botadura, y en el que el buque alcanza las mayores presiones), fue necesario disponer de una cuna y de un perfil adecuado de las imadas, al objeto de que las presiones se redujeran al mínimo. Además, se dispusieron más de 300 toneladas de refuerzos en el fondo y doble fondo del buque, para evitar que la flexión agrietara el casco al tocar este el agua durante la botadura, que se retiraron a flote al finalizar el lanzamiento.

Y en referencia a la resistencia de la grada, esta fue proyectada de manera que estuviera formada por una placa sostenida por columnas. La cuna fue diseñada de manera que distribuyera el desplazamiento del buque de forma conveniente, para que no se superaran las cargas máximas admisibles en la grada en ningún momento.

Para el cálculo del lanzamiento, en primer lugar, se efectuaron los cálculos de lanzamiento estático y dinámico según los métodos clásicos, obteniéndose los resultados correspondientes a la reacción sobre las imadas, y al movimiento y frenado del buque, usuales. Para la distribución de las reacciones, no se consideró válida la hipótesis clásica de una distribución trapezoidal de pesos, sino que se tuvo en cuenta la elasticidad de la cuna e imadas, así como la flexibilidad del buque como viga, de la cual ya había dado cuenta, entre otros, el ingeniero naval Ignacio Espinosa de los Monteros y Bermejillo. Ello implicó introducir una complejidad notable en los cálculos, que se realizaron con la ayuda de un ordenador marca IBM y modelo 360, de 256 Kb de memoria.

Para estos cálculos se dividió la eslora del buque en cien puntos, y en cada uno de ellos se tuvieron en cuenta, como datos, los coeficientes de elasticidad de la cuna e imadas. También se estudiaron valores como la inercia, el área efectiva de contacto o el peso propio del buque, en cada posición durante el recorrido del lanzamiento. Junto a estos valores también se tuvieron en cuenta los datos de reacciones y presiones en las imadas, momentos flectores del buque viga, esfuerzos en cubierta y fondo, y esfuerzos cortantes.  Asimismo, para cada posición del buque, se obtuvo el momento del peso respecto al extremo de proa de la cuna, el momento del desplazamiento respecto al mismo punto, y la tangente del ángulo girado por la quilla respecto a la línea base.

Los programas utilizados en el ordenador de 256 kb permitieron efectuar el cálculo con rapidez y precisión, lo que posibilitó la repetición del cálculo para diversas disposiciones de la cuna y perfil de imadas, hasta conseguir valores de presiones admisibles, tanto para la estructura del buque como para la grada. Además, para auxiliar en el deslizamiento, se emplearon grasas del tipo Basekote 65 (20 mm de espesor sobre imadas) y Slipkote 4 (5 mm de espesor sobre imadas).

José Deus, el cerebro que ideó el patín y perfeccionó los procedimientos de botaduras en grada inclinada

A sus 94 años el capitán de Fragata José Deus tiene una vida llena de éxitos e historias trepidantes. Fue dado por desaparecido en dos ocasiones, salvó a la tripulación de un submarino y contribuyó a la creación y éxito del astillero de ASTANO. Deus es doctor ingeniero naval, pero en sus orígenes perteneció al Cuerpo de Máquinas de la Armada, donde obtuvo el número uno de su promoción en sus comienzos. En 1955 se presentó al Cuerpo de Submarinos y estuvo destinado en Cartagena embarcado en diferentes destinos. Posteriormente, en 1959, realizó los cursos de Estudios Superiores en el Instituto y Observatorio de la Marina de San Fernando, y a continuación siguió con los cursos de la Escuela Superior de Ingenieros Navales de Madrid, que le sirvieron para poder ingresar en el Cuerpo de Ingenieros de la Armada.

Ya destinado en el Arsenal Militar de Ferrol fue Jefe de los Servicios Técnicos de Casco y Máquinas e Instalaciones Navales en Tierra, y también Segundo Jefe de la Inspección de Construcciones y Obras del Arsenal de Ferrol (ICOFER), hoy denominada Ingeniería de Construcciones y Obras (por cierto, destino de un servidor desde el año 2005, y donde actualmente ocupa el puesto de Jefe de Ingeniería de Plataforma).

Deus comenzó a trabajar en ASTANO en el año 1963, donde se jubiló siendo el director del Departamento de Ingeniería y Estudios, y es considerado uno de los mayores expertos mundiales en el proceso de botadura, por lo que viajó por todo el mundo enseñando sus conocimientos. Deus inventó el patín y perfeccionó el procedimiento de soportado del buque en grada inclinada sobre cama elástica, que permitió la botadura de los mayores buques del mundo construidos en ASTANO, la serie del Arteaga y Al Andalus, de 323.000 y 363.000 TPM respectivamente.

Asimismo, también desarrolló procedimientos de alineación de líneas de ejes de grandes buques, mediante la utilización de extensímetros, y llevó a cabo un novedoso estudio para aplicar el concepto de construcción en serie a los grandes petroleros en ASTANO, mediante la transferencia de popas entre gradas. También realizó estudios teóricos sobre una novedosa membrana criogénica, junto con ensayos de confirmación en taller, así como trabajos técnicos y de consultoría para diferentes astilleros.

El secreto del patín

Durante el lanzamiento, el buque desliza a lo largo de pistas de deslizamiento llamadas imadas, normalmente dos, dispuestas simétricamente respecto al plano longitudinal, sobre las que apoya el peso del buque a través de las anguilas, piezas de contacto con las imadas que reciben el peso del buque a través de piezas, normalmente de madera, llamados picaderos, con las cuñas necesarias, para realizar mediante apriete de las cuñas, la transferencia del buque de la cama de construcción a la de deslizamiento.

En el caso de buques de gran porte, debido a la necesidad de tener que absorber grandes cargas, se ha recurrido a utilizar tres o cuatro imadas. En estos casos, a pesar de la reducción de presiones que se logra, es más difícil conseguir una distribución uniforme de las cargas sobre las vías de apoyo.

La transferencia del peso del buque, de la cama de construcción a la de deslizamiento, se lleva a cabo mediante un simple recipiente metálico, denominado caja de arena. Su misterio radica en que contiene unas bolsas de arena, que son pinchadas para esta vaya saliendo, al tiempo que permiten que se produzca la transferencia del peso del buque, para su posterior lanzamiento.

El conjunto de anguilas y piezas de soporte, solidarias al casco del buque durante el lanzamiento, reciben el nombre de cuna de lanzamiento. Las anguilas se convierten en una especie de vagones de tren, unidos solidariamente al casco por medio de cables, que se deslizan junto al buque. Una vez que se ha realizado la botadura, estos cables son liberados mediante buzos, y la cuna cae al fondo del mar, de donde se recupera.

Para que el deslizamiento de la botadura no se produzca antes del instante deseado, una vez que se inicia la transferencia del desplazamiento del barco, el barco debe estar inmovilizado hasta el instante elegido para el inicio del lanzamiento. Para ello se utiliza el mecanismo de las llaves de retención. Estas consisten en dos juegos de llaves, uno por cada costado, instalados al inicio de la construcción en grada, y diseñados mediante un juego de seis palancas, desmultiplicadores de fuerza, que permiten que un simple solenoide pueda liberar el buque en el movimiento de la última palanca, una vez que se acciona el dispositivo.

Evidentemente, la longitud y anchura de las imadas son diseñadas para soportar una presión determinada (presión media), y para que el giro del buque sobre el patín (último extremo de las anguilas en abandonar la basada móvil) se realice en un momento y lugar prefijado (no nos podemos olvidar que el lugar de la botadura tendrá una profundidad determinada y debemos estar seguros que el buque en el momento del saludo no superará el calado permitido por la profundidad en ese lugar y para ese instante del día).

Por lo tanto, el patín facilita el giro del buque al entrar en contacto con el agua, evitando los brutales rozamientos que solían acompañar a este tipo de procesos cuando los buques se botaban sin este ingenioso invento. Antiguamente, cuando no se usaba el patín, a veces se rompían las estructuras, e incluso se dañaban los barcos.

El patín consta de dos partes construidas en acero, que deslizan una sobre otra, en la superficie cilíndrica de contacto entre ellas, facilitando de esta manera el giro del buque en el lanzamiento. Tal como se observa en las figuras 1 y 7, sobre el patín reposan los santos de proa, que ayudan a la flotabilidad y a la sujeción de las anguilas.

Se debe destacar, que el buque metanero Laietá, que marcó otro hito en la historia de ASTANO, fue uno de los primeros buques que se botó auxiliado por el patín en la proa de la cuna, ideado por Deus.
Para finalizar me gustaría indicar que se puede consultar una versión más reducida de este artículo, referente solo al patín, en la web de la Fundación de las Ciencias y las Artes Militares (https://www.fundcami.org/invencion-del-patin-de-botadura/).

¡HASTA EL MES PRÓXIMO!