Seguridad y operación en buques: incendios, vías de agua, salvamento y construcción naval

Incendios a bordo

Peligros y causas

Peligros:

• Explosiones.
• Destrucción de medios de salvamento.
• Producción de humos tóxicos y asfixiantes.
• Reducción de visibilidad.
• Pánico.
• Pérdida total.

Causas: cortocircuitos, cigarrillos, chispas, fugas de combustible, trabajos en caliente (soldadura), cocinas, etc.

Teoría del fuego (Triángulo del fuego)

Para que exista fuego se necesitan tres elementos simultáneamente:

• Combustible (sólido, líquido, gaseoso).
• Comburente (oxígeno del aire).
• Energía de activación (calor, chispa).

La extinción se basa en eliminar uno de estos elementos.

Clasificación de los incendios

• Clase A: Fuegos de materiales sólidos (madera, papel, tela). Extinción por enfriamiento (agua).
• Clase B: Fuegos de líquidos inflamables (gasolina, aceite, pintura). Extinción por sofocación (eliminar oxígeno) con espuma, polvo seco o gases inertes.
• Clase C: Fuegos de gases (propano, butano). Primero cortar el suministro; luego sofocar con polvo seco o espuma.
• Clase D: Fuegos de metales (magnesio, aluminio en polvo). Extinción con polvos especiales Clase D. El agua puede reaccionar violentamente.
• Clase E (o F según normativas): Fuegos en equipos eléctricos energizados. Extinción con agentes no conductores: polvo seco, CO2. NUNCA usar agua hasta no estar desenergizado.

Prevención (Diseño y construcción conforme a SOLAS)

• Uso de materiales incombustibles e ignífugos.
• Subdivisión en compartimentos estancos y sistemas contraincendios.
• Mamparos con protección al fuego:

Tipos de mamparos

• Tipo A: Mamparos de acero aislados con material incombustible. Subclases según los minutos que resisten sin que la cara no expuesta supere 139 °C de media y 180 °C en ningún punto: A-60 (60 min), A-30, A-15, A-0.
• Tipo B: Mamparos construidos con materiales aprobados que impidan el paso de llamas y humos al menos 30 min. Subclases: B-30, B-15, B-0.
• Tipo C: Mamparos de material incombustible sin requisitos específicos de tiempo o temperatura.

Medios de extinción

1. Sistemas rociadores (sprinklers): Red de tuberías con rociadores automáticos en techos de alojamientos y vías de escape. Se activan por calor (fusible ≈ 68 °C). Caudal mínimo: 5 l/min/m².

2. Red de contraincendios (fire main):

• Colector principal: tubería que recorre el buque.
• Bombas de incendios: número y capacidad según reglamentos. Deben mantener presión y caudal suficientes.
• Bocas de incendio (fire hydrants): válvulas de conexión en cubiertas y pasillos. Debe poder alcanzarse cualquier punto con agua desde dos bocas diferentes (una con una manguera, otra con dos mangueras unidas).
• Mangueras y lanzas: la lanza permite chorro o pulverizado.

3. Extintores portátiles: según la clase de fuego de la zona.

• CO2 (dióxido de carbono): para fuegos Clase B y E. Sofoca; peligro de asfixia en espacios cerrados.
• Espuma: para Clase A y B. Forma una capa aislante.
• Polvo químico seco (PQS): multipropósito ABC o para BC. Sofoca e interrumpe la reacción química.

4. Sistemas de inundación por gases (sofocadores fijos):

• CO2: para salas de máquinas y bodegas. Descarga total desde botellero exterior. Tiene retardo acústico/visual para evacuar el local antes de la descarga.
• HALON (halogenados): muy eficaces, pero dañinos para la capa de ozono; su uso está restringido (HALON 1301 aún permitido en algunos espacios de maquinaria). Actúan por inhibición química de la llama.

5. Brigadas de seguridad interior: tripulación organizada, entrenada y equipada con trajes de aproximación y equipos de respiración autónoma (ERA).

Vías de agua y control de averías

Medios para taponar

Taponamiento directo:

• Tapones de madera (espiches) y mazas: para agujeros pequeños y redondos.
• Cuñas de madera: para grietas y fisuras.
• Turafallas: disco metálico con goma y tornillo para agujeros de tamaño medio. Se introduce un brazo plegable por el agujero, se abre y se aprieta el tornillo contra el interior del forro.

Taponamiento con apoyo:

• Colchones, planchas y puertas: para aberturas grandes. Se coloca un colchón (de fibras o gomaespuma) sobre el agujero desde fuera (con ayuda de bicheros) o desde dentro, y se apuntala con una puerta o plancha de madera.

Encajonada: se construye un encofrado (cajón) alrededor de la vía ya taponada y se rellena con cemento rápido (Portland con arena y acelerante de fraguado).

Apuntalamiento de mamparos: si un compartimento se inunda, la presión del agua puede colapsar los mamparos adyacentes. Se apuntalan con largueros, puntales y soleras de madera, distribuidos contra los refuerzos (varetas) del mamparo.

Medios de salvamento (Código LSA – Life Saving Appliances)

Dispositivos de ayuda a la flotación

• Aro salvavidas (lifebuoy): de material flotante (poliestireno, espuma), color naranja. Con guirnalda (cuerda perimetral) y luz automática y/o señal fumígena. Se lanzan al agua para una persona caída.
• Guindola: aro salvavidas con una rabiza flotante de 27,5 m y una luz en su extremo, para ayudar a localizar a la persona.

Medios de evacuación colectiva

1. Balsas salvavidas (liferafts):

• Inflables: estibadas en contenedores de fibra o plástico. Se lanzan al agua y se inflan automáticamente al tirar de un painter (cabo de disparo) o por presión hidrostática a 4 m de profundidad (válvula HRU – Hydrostatic Release Unit). Capacidad: 6 a 25 personas. Llevan balsa de CO2, dos compartimentos de flotación, toldo y kit de supervivencia.
• Rígidas: de fibra de vidrio o plástico. Más voluminosas y pesadas.

2. Botes salvavidas (lifeboats):

• Material: fibra de vidrio reforzada con poliéster.
• Tipos:
  • Abiertos: sin cubierta superior.
  • Parcialmente cerrados: con toldo parcial; pueden ser autoadrizables.
  • Totalmente cerrados: con cubierta estanca; algunos son a prueba de fuego y tienen sistema de aire autónomo para navegar a través de llamas.
• Propulsión: a motor (diésel) o a remos. Debe haber al menos un bote a motor por banda.
• Botes de rescate (rescue boat): botes rápidos y maniobrables, para recoger personas del agua y agrupar balsas. A menudo son rígidos-semirrígidos (RHIB).

Sistemas de puesta a flote (pescantes – davits)

• De gravedad: el bote o la balsa se desliza por una rampa o se baja por unos brazos que basculan por su propio peso. El más seguro y rápido; la trinca se suelta automáticamente al tocar el agua.
• Basculantes: los brazos del pescante basculan mediante un sistema mecánico o hidráulico.
• De grúa: una grúa hidráulica o eléctrica maneja el bote.
• Rampa de caída libre (free-fall): el bote está en una rampa inclinada a popa; la tripulación embarca y se suelta, cayendo al agua desde altura. Solo para botes totalmente cerrados.

Otros equipos de salvamento

• Señales pirotécnicas: cohetes con paracaídas, bengalas de mano, señales fumígenas flotantes.
• Aparatos radioeléctricos:
  • EPIRB (Radiobaliza de Localización de Siniestros): emite señal de socorro vía satélite (COSPAS-SARSAT).
  • Radio VHF portátil.
  • SART (Search and Rescue Transponder): reflector radar que genera una marca en las pantallas de los barcos de rescate.
• Aparato lanzacabos: lanza un proyectil con un cabo fino para establecer una línea entre el bote y el buque o entre botes.
• Iluminación de emergencia: alumbra vías de escape, estaciones de embarque y dispositivos de salvamento. Se alimenta de baterías.

Características del sector naval

1. Características del sector

• Industria de síntesis: el astillero moderno actúa como ensamblador final e integrador de sistemas complejos suministrados por una red global de proveedores (motores, hélices, equipos de navegación, sistemas de carga, etc.).
• Producto singular (one-off o few-off): cada buque suele ser prácticamente único, diseñado a medida para un armador y una misión específica.
• Alto valor unitario y largo ciclo de construcción:
  • Coste: desde varios millones de euros (pesqueros) hasta más de 1.000 millones (portacontenedores grandes, cruceros, portaaviones).
  • Tiempos: mercante: 8 meses (bulkcarriers en serie) a 44 meses (gaseros complejos); militar: 2 años (patrulleras) a 10+ años (submarinos nucleares).
• Cíclica y con exceso de capacidad: muy sensible a los ciclos económicos mundiales; existe sobrecapacidad productiva global, agravada por subsidios y expansión de astilleros en Asia.
• Competencia internacional feroz y globalizada: los armadores compran en cualquier astillero del mundo. Principales constructores por cuota de mercado: China (47%), Corea del Sur (29%), Japón (~17%).
• Sector naval militar: estratégico y de alta seguridad; cliente principal es el Estado; altísima complejidad tecnológica y coste; demanda poco elástica al precio.

2. Agentes que intervienen en el proceso

1. Armador (ship owner): persona física o jurídica responsable de la explotación, mantenimiento, tripulación, seguros y certificación del buque.
2. Naviero (shipping company): empresario que explota comercialmente el buque en el transporte marítimo.
3. Shipbroker: intermediario que actúa en la compraventa de buques, fletamentos y construcción nueva.
4. Astillero constructor (shipyard): empresa que diseña y construye el buque nuevo.
5. Sociedades de clasificación (classification societies): organismos privados que establecen reglas, certifican durante la construcción y realizan inspecciones periódicas. Principales: Lloyd’s Register (LR), Bureau Veritas (BV), DNV (antes DNV-GL), ABS, RINA, ClassNK, KR.
6. Organización Marítima Internacional (IMO): agencia de la ONU que crea los convenios internacionales obligatorios (SOLAS, MARPOL, STCW).
7. Capitanía Marítima / Autoridad Portuaria: autoridad del estado del puerto; funciones: control de buques y tripulaciones, seguridad portuaria, salvamento, lucha contra la contaminación, expedientes sancionadores.
8. Astilleros reparadores y de mantenimiento.
9. Desguaces navales (ship recycling yards): instalaciones para el desmantelamiento final del buque. El Convenio de Hong Kong (2009) busca regular este proceso.

3. Tipos de proyectos navales

• Embarcaciones menores: lanchas, botes de trabajo, veleros pequeños. Ingeniería simple y pocos requisitos reglamentarios complejos.
• Buques convencionales y de complejidad intermedia: bulkcarriers, tanqueros, portacontenedores, gaseros convencionales, pesqueros de altura, remolcadores, ferries. Aplicación de la «espiral de diseño»; duración típica: 1 a 4 años (diseño + construcción).
• Grandes proyectos de buques complejos: portaaviones, submarinos (especialmente nucleares), grandes cruceros, plataformas offshore, megayates, veleros de competición. Características: prototipos, altísima innovación, duración muy larga (5 a 20 años), presupuestos enormes. Metodología: ingeniería de sistemas (systems engineering).

Elementos constructivos principales

Son las «familias» de trabajo en un astillero:

1. Estructuras: el casco en sí (forro, cubiertas, mamparos, refuerzos). Plataforma base.
2. Tubería (piping): para todos los fluidos: combustible, lubricante, agua de mar, agua dulce, vapor, aire, hidráulica. Kilómetros por barco.
3. Equipos (outfitting): motores, bombas, válvulas, generadores, grúas, winches, mobiliario, cocinas.
4. Cableado (cabling): redes eléctricas de potencia, control, instrumentación, datos y comunicaciones. Decenas de kilómetros.
5. Aislamientos (insulation):
   • Térmico: para conservar calor/frío (cámaras, tuberías de vapor).
   • Acústico: para reducir ruido en alojamientos.
   • Fireproofing: protección pasiva contra incendios en estructuras.
6. Conductos de ventilación y aire acondicionado (HVAC).
7. Chorreo y pintado (blasting & painting): preparación de superficies y aplicación de pinturas anticorrosivas y antiincrustantes.
8. Grandes módulos:
   • Bloque armado: gran sección del casco que sale del taller con gran parte de su tubería, cableado y equipos ya instalados.
   • Módulo funcional: conjunto de equipos con una función, montados sobre una bancada común (ej. módulo de auxiliares).

Fases de diseño (ingeniería)

Fase 1: Viabilidad / Proyecto conceptual

• Objetivo: determinar si lo pedido por el cliente es técnicamente viable y a qué coste aproximado.
• Actividades: estudios de alternativas (trade-off studies), estimaciones iniciales de peso y estabilidad, definición de la configuración general.
• Salida: proyecto conceptual y lista maestra de equipos (MEL) preliminar.

Fase 2: Proyecto de definición / Contrato (contract design)

Objetivo: desarrollar el paquete de documentos sobre el cual el cliente y el astillero firman el contrato de construcción.

Documentos:

• Especificación de contrato: describe detalladamente todos los requisitos técnicos del buque.
• Planos de contrato: disposición general (GA), líneas, disposición de maquinaria.
• Presupuesto y plan de proyecto.

Fase 3: Proyecto funcional (functional / basic design)

• Objetivo: desarrollar la ingeniería básica de todos los sistemas del buque.
• Actividades: cálculos estructurales definitivos, diseño de sistemas (electricidad, tuberías, ventilación), especificaciones técnicas de compra, definición de la estrategia constructiva.
• Salida: planos funcionales (esquemas de sistemas), especificaciones técnicas de compra, planos básicos.

Fase 4: Proyecto de construcción / Detalle (detail / production design)

• Objetivo: generar toda la información necesaria para fabricar y montar en talleres.
• Actividades: elaboración de planos de taller: planos de corte de chapa, planos de fabricación de bloques con piezas numeradas, planos de montaje de tubería y cableado (isométricos, diagramas).
• Salida: planos de producción, listas de materiales (BOM).

Adquisiciones y aprovisionamientos (compras)

• Gestión de materiales: asegurar que materiales y equipos lleguen al astillero en el momento adecuado, minimizando stocks sin provocar paradas.
• Proceso para equipos:
  1. Petición de ofertas (RFQ) basada en la especificación técnica.
  2. Evaluación de ofertas y selección de proveedor.
  3. FAT (Factory Acceptance Test): inspección y prueba en la fábrica del proveedor antes del envío.
  4. Recepción, inspección y almacenaje controlado en el astillero hasta su instalación.
• Trazabilidad: fundamental para rastrear el origen de cada material y componente, por calidad y por reglamentación.

Fase de producción

En un astillero moderno se sigue una filosofía de construcción modular o por bloques. Flujo principal de producción:

1. Corte y conformado de planchas y perfiles: en mesas de corte por plasma/oxigás y robots de soldadura.
2. Fabricación de sub-bloques (panel lines): se sueldan planchas para formar paneles de cubierta, forro o mamparos.
3. Ensamblaje de bloques: los sub-bloques se unen para formar bloques grandes.
4. Armamento pesado de bloques (outfitting): se instala la mayor parte de la tubería grande, equipos pesados, cableados principales y aislamientos.
5. Chorreo y pintado de bloques.
6. Traslado a la grada o dique seco: con grúas pórtico o carretillas autopropulsadas (SPMT).
7. Posicionamiento y unión de bloques (erection): se izan y sueldan en orden predefinido.
8. Armamento final y conexionado: se completan las instalaciones y acabados.
9. Puesta a flote (launching): por gravedad, flotación o sincrolift.
10. Amarre a muelle y pruebas de puerto (harbor trials): puesta en marcha y pruebas de sistemas; pruebas de estanqueidad.
11. Pruebas de mar (sea trials): se demuestra rendimiento: velocidad, consumo, maniobrabilidad, equipos de navegación y comunicación, sistemas de propulsión y gobierno.
12. Preparación para la entrega (delivery): corrección de punch list items, entrega de documentación y firma del acta de entrega-recepción.

Garantía y ciclo de vida

• Período de garantía: normalmente 12 a 24 meses desde la entrega; el astillero repara defectos de material, diseño o fabricación que aparezcan.
• Ingeniero de garantía: en buques complejos, un ingeniero del astillero puede embarcar durante los primeros viajes para asistir y resolver problemas.
• Apoyo al ciclo de vida (through-life support): suministro de repuestos originales, mantenimiento programado, modernizaciones (retrofits), consultoría técnica y formación, gestión del final de la vida útil (desguace).

Componentes y terminología del gobierno

Guardín: cabos o cables de acero que forman parte del sistema de transmisión entre la rueda de gobierno y el timón en sistemas mecánicos.

Mecha: pieza cilíndrica de acero solidaria a la pala del timón que gira apoyándose dentro de un soporte llamado limera. Transmite el movimiento desde el servomotor a la pala.

Limera: tubo o conducto estanco, generalmente soldado a la estructura del buque, a través del cual pasa la mecha del timón. Permite el giro de la mecha manteniendo la estanqueidad del casco.

Servomotor: mecanismo de accionamiento, normalmente electrohidráulico, que genera el par necesario para girar la mecha del timón en buques donde se requiere potencia elevada.

El timón (rudder)

Definición

El timón es un elemento plano o de perfil hidrodinámico, situado en la popa del buque, generalmente detrás de la hélice, cuya función es generar una fuerza lateral al ser desviado de la línea de crujía. Esta fuerza, aplicada a popa, crea un momento que hace girar al buque sobre su centro de gravedad, permitiendo cambiar su rumbo.

Partes constitutivas

1. Pala: superficie que interactúa con el agua; perfil hidrodinámico para reducir resistencia y aumentar fuerza lateral.
2. Mecha: vástago cilíndrico unido a la pala que sirve de eje de giro y transmite el par del servomotor.
3. Caña o sector: brazo unido a la cabeza de la mecha que permite la conexión con el sistema de accionamiento.

Parámetros geométricos y nomenclatura

• Borde de ataque: borde que recibe en primer lugar el flujo de agua.
• Borde de salida: borde por donde sale el flujo de agua.
• Altura media (H): altura promedio de la pala.
• Cuerda media (C): anchura promedio del perfil del timón.
• Área de perfil (Ap): área proyectada de la pala (Ap ≈ H × C).
• Coeficiente de aspecto (AR): AR = H / C.
• Coeficiente de apuntamiento (taper ratio): relación entre la cuerda en la punta y la cuerda en la raíz.
• Espesor medio: espesor promedio del perfil del timón.
• Línea de 1/4 de cuerda: línea que une los puntos situados al 25% de la cuerda desde el borde de ataque en cada sección.
• Ángulo de caída: ángulo entre el eje de giro de la mecha y la línea de 1/4 de cuerda.
• Centro de presiones (C.P.): punto sobre el cual actúa la fuerza hidrodinámica resultante; su posición varía con el ángulo de metida del timón.

Fundamento físico del funcionamiento

1. Timón a la vía (0°): pala alineada con el flujo; presión simétrica; no se genera fuerza lateral.
2. Timón metido (ángulo ≠ 0°): el flujo incide con un ángulo sobre la pala. Se genera diferencia de presiones que produce una fuerza resultante (R), descompuesta en:
   • Fuerza de sustentación (L): componente perpendicular al flujo, principal responsable del giro.
   • Fuerza de resistencia (D): componente paralela al flujo que se opone al avance.
3. Momento de evolución (yaw moment): la fuerza lateral actúa en el C.P. a una distancia del centro de gravedad, generando un par que hace rotar al buque.
4. Momento de adrizamiento (hinge moment): par necesario para vencer la resistencia hidrodinámica y mover el timón; determina la potencia requerida del servomotor.

Características operativas

Ángulo crítico: alrededor de 35°, a partir del cual el timón deja de ser autoestable. Por ello los sistemas de gobierno llevan topes: topes eléctricos (≈ 35°), topes físicos en la mecha (≈ 37°) y topes físicos en el codaste (≈ 38°) para evitar que la pala golpee la estructura.

Servomotor

Definición

El servomotor es la máquina encargada de generar y transmitir a la mecha del timón los momentos necesarios para vencer el momento de adrizamiento y mover el timón a los ángulos ordenados.

Características y requisitos

• Tipo habitual: mecanismo electrohidráulico: motor eléctrico que acciona una bomba hidráulica y envía aceite a presión a cilindros actuadores que, mediante bielas y cruceta, convierten el movimiento lineal en rotación de la mecha.
• Rendimiento requerido (reglamentos): debe mover el timón desde 35° a una banda hasta 30° a la banda contraria con el buque a máxima velocidad en un tiempo máximo de 28 s.
• Sistemas de respaldo:
  • Sistema auxiliar de accionamiento: obligatorio salvo duplicidad total del sistema principal; debe mover el timón de 15° a una banda a 15° a la contraria en menos de 60 s con el buque a 7 nudos.
  • Sistema de emergencia: accionamiento manual o hidráulico manual para gobernar en caso de fallo total.

Componentes típicos

Bomba hidráulica, motor eléctrico, depósito de aceite, cilindros actuadores, cruceta de transmisión, válvulas de control, unidad de control (que recibe la orden del timón y la realimentación de la posición), sistema de seguimiento.

Sistemas de gobierno especiales

1. Timón tobera (ducted rudder/nozzle)

La hélice está dentro de una tobera que gira y dirige el chorro; aumenta rendimiento. Pueden ser retráctiles o fijos (remolcadores).

2. Hélice lateral o transversal (bow/stern thruster)

Hélice en túnel que genera empuje lateral controlable; muy usada en ferries, buques de pasaje y pesqueros para maniobras de atraque.

3. Propulsión a chorro (water-jet)

Agua aspirada y expulsada por tobera orientable; común en embarcaciones de alta velocidad y en aguas someras.

4. Timones KITCHEN (embarcaciones menores)

Sistema que combina gobierno, velocidad y sentido de avance mediante dos conchas giratorias que dirigen el flujo de la hélice.

5. Propulsor cicloidal o Voith-Schneider

Conjunto de palas verticales cuya orientación variable permite aplicar empuje en cualquier dirección horizontal, otorgando gran maniobrabilidad.

6. Sistema Naviflux (maniobra en proa)

Dispositivo instalado a proa con un tubo en Y: una boca en la roda que aspira agua y dos bocas laterales que la expulsan. Cerrando una boca se genera empuje lateral y un momento de giro; es un sistema auxiliar de maniobra.