PROPULSIÓN EN BUQUES DE GUERRA

[hartmann]

Hola a todos¡¡
Abro este post porque tengo ciertas dudas sobre algunos de los sistemas de propulsión usados en buques de guerra durante la segunda guerra mundial.
De forma sucinta podemos resumirlos en:
-Diesel.
-Calderas y turbina de vapor.
-Diesel-eléctrico.
-Turboeléctrico.
Por internet y en otros sitios se aduce ventajas de eficiencia y ahorro de combustible de la propulsión turbo electrica sobre la propulsión de turbina de vapor, sin embargo, viendo con detenimiento como funciona, al tener más pasos de transformación de la energía, creo que es incorrecta tal afirmación, ya que basicamente usan una turbina de vapor par mover un generador eléctrico y después, usan esa energía eléctrica para mover hélices con un eje más corto, por lo que según veo se desperdicia parte de la energía en un nuevo paso, la conversión a enrgía eléctrica.
¿Alguien puede decir si esto que pienso es cierto o me equivoco?
Un saludo y muchas gracias por adelantado

[minoru genda]

Te falta un tipo de propulsión amigo Hartmann, las máquinas de vapor de triple expansión.
Ya iremos comentando ventajas e inconvenientes y tu y el resto juzgais cual es el mejor sistema

[Domper]

Es así, pero a medias. La producción de electricidad es más eficiente y menos compleja que el aprovechamiento del vapor a presión por un complejo sistema de turbinas, y luego la transmisión a las hélices con un complejo sistema de engranajes. Además, la maquinaria era más barata y menos voluminosa.

Lo del eje corto no es cierto, porque turbinas, generadores y motores eléctricos estaban adyacentes, para evitar el problema por el que se abandonó este tipo de propulsión: la vulnerabilidad a los daños en combate (inundaciones).

De hecho en submarinos nucleares se ha usado el sistema turboeléctrico, pero no por eficiencia (anecdótica en la propulsión nuclear) sino por disminuir el ruido, con un sistema relativamente poco complejo (al menos se planeó para los Seawolf y Virginia, pero no sé si se ha montado).

Saludos

[minoru genda]

Toda máquina pierde rendimiento por diferentes causas y en una propulsión turboeléctrica lo hace dos veces la primera cuando haces funcionar la máquina que empuja al generador y la segunda cuando al ser utilizada por un motor se pierde otra parte de ese rendimiento
Todo generador eléctrico frena al meterle una carga, hay una caida de tensión en el motor alimentado y para mantener la potencia del motor se necesita que el generador a su vez proporcione más potencia, sobre la rentabilidad pues piensa tienes por ejemplo dos turbinas, dos generadores y dos motores alimentados por esos generadores, esos generadores son aprovechados para proporcionar a su vez energia eléctrica para otros servicios pero no puedes prescindir de motores auxiliares para lo mismo, por tanto una mayor posibilidad de averías y en cuanto a consumo tu mismo.
Pregunta que he hecho sobre lo mismo en otras ocasiones y nadie me ha contestado de un modo satisfactorio ¿porque no construyeron los estadounidenses más buques con propulsión turbo eléctrica y si con propulsión por turbinas de engranajes?
Una de las razones aducidas era que resultaban caros, ya tenemos algo, pero parece ser que en principio solo por eso, aunque comentaban que eran mejores por el ahorro en consumo ¿en que quedamos son poco caros, muy caros o salen a la par?
Sobre las excelencias se habla además de una mejor compartimentación y protección, yo sigo pensando que en su momento no se hicieron porque había poderosas razones y no precisamente por lo caros que resultaban.

[Domper]

Los norteamericanos tuvieron bastantes dificultades con la producción de turbinas engranadas, tanto que el Oklahoma llevó maquinaria alternativa (y fue un fracaso, era el primer acorazado que se pensaba retirar tras el Arkansas y los dos New York).

Por lo que sé el motivo del abandono de la propulsión turboeléctrica no fue de eficiencia. Eso tiene una importancia relativa en un acorazado, siendo mucho más importante en ese tipo de buques que la planta motriz sea de volumen relativamente pequeño (porque hay que encerrarla entre planchas de blindaje) y que funcione bien a todo tipo de régimen. Especialmente el que pueda modificar su régimen rápidamente es una gran ventaja táctica. Un factor a favor de la propulsión turboeléctrica es que no se precisa turbinas especiales o un sistema de engranajes para invertir el sentido de giro (y eso sí era una ventaja táctica).

De nuevo que yo sepa la propulsión turboeléctrica se abandonó por el gran riesgo que supone una inundación en estas unidades. Una simple filtración de agua de mar, que no afectaría a una propulsión de turbinas de engranajes, obliga a desconectar los generadores de esa sala. De hecho en los cruceros y luego los acorazados construidos en los últimos veinte y los treinta se volvió a las turbinas de engranajes.

Saludos

[minoru genda]

Ventaja táctica a toda máquina ¿cual?
La ventaja táctica la marca el entrenamiento de los oficiales al mando, las tripulaciones y las inmediatas respuestas a las órdenes. De que te sirve ganar unos segundos en invertir la marcha (porque me parece que te refieres a eso) si los pierdes pensando si es lo más conveniente, luego tienes la propia inercia del buque, el resbalamiento de la hélice al cambiar, la respuesta más o menos rápida a la orden un buque de 30 o 40 mil toneladas no es un coche que frena o cambia de dirección en segundos y por lo general en caso de mucho apuro sirve pa poco (aun con todos los adelantos de los coches ya ves que desgraciadamente sigue quedando gente en la carretera) puede ganar unos segundos importantes pero también con turbinas de engranajes se puede hacer con un buen entrenamiento.
Sobre las máquinas alternativas de vapor,.... pues, tienen el inconveniente que para la misma potencia que una turbina son más voluminosas y necesitan más espacio además de consumir más combustible además tenemos un mantenimiento más complejo por la cantidad de piezas de una máquina alternativa de vapor pero hay casos concretos en que por razones de economía para determinadas potencias es preferible la máquina alternativa como ves la elección de unos u otros tipos de propulsión dependian de diferentes criterios y necesidades sobre todo para los buques de guerra pues los mercantes por lo general montaban alternativas, bien de vapor o bien diesel.

[hartmann]

Te falta un tipo de propulsión amigo Hartmann, las máquinas de vapor de triple expansión.
Ya iremos comentando ventajas e inconvenientes y tu y el resto juzgais cual es el mejor sistema

Cierto, me acordé despues en mi casa leyendo un poco .
Y eso que las llevaron bastantes buques como las corbetas y algunas fragatas.

[hartmann]

Es así, pero a medias. La producción de electricidad es más eficiente y menos compleja que el aprovechamiento del vapor a presión por un complejo sistema de turbinas, y luego la transmisión a las hélices con un complejo sistema de engranajes. Además, la maquinaria era más barata y menos voluminosa.

Más bien creo que al contrario, según algunos autores, intentar generar electricidad a partir del vapor de una caldera puede llegar a ser tan poco eficiente como aprovechar escasamente un 10% de l energía inicial, y en estos buques, omo ya ha dicho Minoru y yo comenté, tenían todo lo mismo que uno con turbina, salvo los engranajes desmultiplicadores, pero encima le metes un generador eléctrico. antes de usar la energía resultante en impulsión.

Por lo que sé el motivo del abandono de la propulsión turboeléctrica no fue de eficiencia. Eso tiene una importancia relativa en un acorazado, siendo mucho más importante en ese tipo de buques que la planta motriz sea de volumen relativamente pequeño (porque hay que encerrarla entre planchas de blindaje) y que funcione bien a todo tipo de régimen.

En principio, siempre será más grande y voluminosa la planta turboeléctrica que la de vapor convencional, ya que tiene más maquinaria adicional (los ejes van fuera de la ciudadela blindada), y por descontado es mucho más pesada, y si no, observa que los "Lexington" necesitaban una mquinaria gigantesca para producir semejante potencia, y eran extremadamente largos para poder acomodar tanta maquinaria.
Un saludo

[Domper]

Leed este enlace:

http://www.navweaps.com/index_tech/tech-038.htm

Según dice, el problema de las turbinas engranadas era acoplar las turbinas, con una velocidad eficiente, con las hélices. Para aprovechar eficientemente el vapor es preciso una serie de turbinas (de alta, media y baja presión), acopladas mediante engranajes, más el sistema de invertir la marcha. El no poder usar la velocidad ideal de cada turbina produce pérdidas de vapor y menor eficiencia. En un generador, la turbina funciona a la velocidad ideal independientemente de la velocidad de la hélice. Tiene otras ventajas (modularidad, simplicidad, posibilidad de aprovechar la electricidad en uno u otro eje) pero a cambio son algo más costosas y pesadas, y más vulnerables a las inundaciones. Un problema muy importante fue que su peso, dado que el tratado de Washington limitaba el desplazamiento de los buques.

En la práctica resultaron menos sensibles a los daños en combate de lo temido, y a cambio permitieron mayor agilidad. Y de hecho se han seguido usando, cada vez más. El futuro “Buque de Proyección Estratégica” español lleva este sistema, igual que las fragatas F-125 alemanas, o el transatlántico Queen Mary 2.

Saludos

[minoru genda]

Tenían inconvenientes y serios porque si no te hago la pregunta que en su momento hice a otro colega que me planteó la cuestión.
¿Porque no se hicieron más buques con propulsión turboeléctrica?
Es que si ese tipo de propulsión era tan bueno, quienes lo desecharon por las razones que fueran, eran tontos.
Vamos con otra propulsión mejor que esa que citas para entonces, la propulsión cicloidal. Este tipo de propulsión no necesitaba timones sin embargo fue usada solo para unidades menores y para una unidad mayor, el portaviones Graf Zeppellin ¿porque no se uso en otras unidades mayores?
La explicación es que no proporcionaban la potencia suficiente para alcanzar altas velocidades, ni para unidades de gran desplazamiento, en el Graff Zeppellin, se instalaron dos en tamdem a proa para maniobras a baja velocidad, las otras propulsiones de este tipo se usaron para minadores y unidades menores.
Este tipo de propulsión aún es usada hoy en dia en unidades de guerra (especialmente dragaminas) incluso en plataformas flotantes.
Sobre la propulsión turboeléctrica actual decirte que no es comparable a la de entonces, hoy en día, hay un ahorro grande y un mejor aprovechamiento del espacio en los buques, gracias a los motores eléctricos acimutales que permiten maniobrar sin necesidad de timones, con capacidad para hacer cambios en la propulsión sin parar máquinas pudiendo girar las hélices hasta 180º, el sistema ahorra energia eléctrica y peso porque no se necesita un circuito hidraulico para el funcionamiento de los timones tampoco estos ni sus accesorios (mecha, servo, martillo, polín, bombas, motores eléctricos para las bombas, cuadros, líneas de tensión...etc. que suponen unas cuantas toneladas menos) tampoco es necesaria una línea de ejes propulsores y se ahorran un montón de horas de trabajo alineando ejes de timón ni propulsores, torneando bocinas de ejes y mechas o colocando servos ,cojinetes, chumaceras, etc.
La simplificación proprciona por otra parte una serie de ventajas para el mantenimiento, menos mecanismos, menos averías
Tiene además la particularidad de que para las maniobras de atraque no necesita ayuda de remolcadores lo que supone un ahorro adiccional.
Como ves para nada es comparable la propulsión turboeléctrica de entonces a la actual, simplemente porque el ahorro entonces era el chocolate del loro que suponía mas inconvenientes que ventajas aún en el caso de que las ventajas fueran más y los inconvenientes menos, estos eran menos asumibles

[hartmann]

Hola a todos¡¡
Bueno, viendo lo visto, creo que en aquella época entonces, el mejor tipo de propulsión para un buque de guerra de gran tonelaje como un acorazado o un portaaviones eran entonces la propulsión de calderas con turbinas de vapor, y después quizá la Diesel, según los requerimientos de algo más de velocidad o de algo mayor autonomía.
Un saludo

[Domper]

Yo no conozco la construcción naval como tú, tengo que aceptar lo que dices. Ya dije en su día que la adopción de la propulsión turboeléctrica se debió más que a sus ventajas a los problemas que tuvieron los constructores norteamericanos. La primera clase de acorazados monocalibre (los South Carolina) y el Delaware montaron máquinas alternativas de triple expansión. Los buques siguientes (North Dakota, los dos Florida y los dos Wyoming) llevaron turbinas de acoplamiento directo (o como se diga en castellano), que no debieron dar muy buen resultado, porque se volvió a la maquinaria alternativa de triple expansión para los dos New York y el Oklahoma. En este último este sistema de propulsión causaba excesivas vibraciones, y era el primer buque que se retiraría a medida que entrasen en servicio nuevas unidades. Los japoneses dijeron otra cosa.

El Nevada, los dos Pennsylvania y dos de los tres New Mexico (Mississippi e Idaho) llevaban turbinas engranadas, más complejas pero también más eficientes que las turbinas de acoplamiento directo. El New Mexico llevaba el nuevo sistema, el turboeléctrico, y debió mostrarse superior porque fue el instalado en las siguientes series: los Tennessee, Colorado, los nonatos South Dakota y los cruceros de batalla Lexington. Como ya he dicho, la propulsión turboeléctrica tenía un inconveniente capital para futuras construcciones: pesaba más que una planta de turbinas engranadas, y los nuevos buques deberían respetar las limitaciones de los tratados de Washington y Londres. Esas limitaciones forzaron a que en buques de otras marinas se usase la soldadura eléctrica o las aleaciones ligeras para superestructuras, e hicieron que las nuevas construcciones (cruceros) llevasen plantas convencionales, así como los primeros acorazados posteriores al tratado (North Carolina y South Dakota). Cuando se abolieron las limitaciones de desplazamiento supongo que a esas alturas los fabricantes norteamericanos habían adquirido experiencia, y no era cosa de volver a un sistema cuyo desarrollo se había parado en los veinte. El hecho fue que las plantas motoras norteamericanas durante la SGM se mostraron potentes y fiables (cosa que no puede decirse de algunas de la posguerra).

Supongo que las turbinas de vapor engranadas serían superiores a la propulsión turboeléctrica, pues ninguna otra marina las adoptó, y los norteamericanos también se pasaron al nuevo sistema. Mientras que ahora parece que está volviendo la torna, y la propulsión turbo eléctrica (o diesel eléctrica, o mixta) se hace más atractiva, pos los motivos que indicas. Sobre todo el requerir menos personal a bordo. También hay que considerar que los sistemas actuales son bastante más eficientes que los de los años veinte, y las alternativas, complejas.

Respecto al Graf Zeppelín y la propulsión cicloidal, sólo se usaba para una propulsión auxiliar, del estilo de la que lleva el Príncipe de Asturias (aunque en el caso español es por tener un único eje). Como cualquier nuevo sistema, tenía bastantes ventajas. Pero…

Un problema constante en la construcción naval germana previa a la SGM era la tendencia a incorporar nuevas tecnologías, muy prometedoras pero poco probadas (no eran únicos, los franceses también hicieron de las suyas) y el resultado demasiadas veces era la poca fiabilidad. Fue el principal inconveniente de los Scharnhorst y de los cruceros Admiral Hipper. En España, los barcos con maquinaria de diseño alemán o francés siempre fueron muy problemáticos: el Guadalete se perdió “gracias” a su maquinaria, los Audaz y los Oquendo han sido pesadillas flotantes gracias a las calderas de alta presión francesas. Lo que llama la atención es que se adopte un sistema experimental en un barco que ya de por sí es experimental, esa es la mejor receta para tener retrasos.

Para el desarrollo de la aviación naval alemana (visto en retrospectiva) lo más prudente hubiese sido, al mismo tiempo que se seguían las obras en el GZ, hacer alguna transformación limitada de algún casco grande, tipo el nonato Sparviero italiano: aunque fuese poner una cubierta sin hangar, o con un hangar pequeño, a algún buque de pasaje viejo, para probar equipos (sistemas de frenado y ascensores), desarrollar tácticas, y probar aviación embarcada. E incorporar al GZ lo aprendido.

Eso hicieron los ingleses con el Aarhus y el Tagle, los japoneses con el Hosho (aunque fue un buque nuevo, lo hicieron pequeño y sencillo para aprender) o los norteamericanos con el Langley. Además lo que se aprendiese serviría para convertir otras unidades, como los grandes buques de pasaje que se pasaron toda la guerra amarrados.

Saludos

P.D.: para Hartmann: con los conocimientos de 1940, lo mejor para un gran buque eran las turbinas de vapor engranadas, y como segunda elección una planta turboeléctrica (que hubiese venido muy bien a los cascos con tres ejes alemanes). Los motores diesel estaban limitados en potencia, incluso para barcos del tamaño de cruceros.

[hartmann]

Hola a todos¡¡

Los motores diesel estaban limitados en potencia, incluso para barcos del tamaño de cruceros.

Bueno, tenían un cierto inconveniente por el tamaño, pero los acorazados H-39 en adelante llevaron en sus diseños tanto propulsores diesel puros como sistemas híbridos de turbins engranadas y diesels en 5 ejes. Así que debieron de ver algunas ventajas en ese sistema para adoptarlo en los nuevos buques posteriores a los "Bismarck".
Un saludo

[minoru genda]

Vamos a hacer un pequeño repaso a algunos de los buques que no llevaban turbinas de engranajes y vereís que incluso ya en la posguerra se siguió confiando en la propulsión por turbinas, cuando no en diesel o sistemas combinados de diesel y turbinas.
Además de los ya mencionados por Domper, Tennessee, West Virginia, New Mexico,.... tenia también propulsión turboeléctrica el Langley.
Los motores diesel y salvo las excepciones de los Deuschland (Deuschland, Graff Spee y Admiral Scheer) así como los buques mercantes corsariós, eran más propios para la propulsión de submarinos y unidades menores como las Schnellboote, algún destructor, (DE Tipo GMT estadounidense con dos ejes y cuatro diesel y un rendimiento muy deficiente, o los Edsall algo mejores) minador (el Gryf polaco buque polivalente con dos ejes y motores diesel usado como minador y buque escuela), lanchas de desmbarco como las LST, LSM, LCI... etc.
Excepcionalmente los motores Diesel fueron usados en alguna otra unidad mayor pero con un muy bajo rendimient por ejemplo: portaviones Audacity británico, portaviones estadounidense Long Island)
luego hay una propulsión no mencionada la de motores de gasolina propios de las PT estadounidenses y otras lanchas patrulleras o costeras, como las torpederas rusas tipo D3, las Fairmile Tipo C británicas.
Tenemos a las corbetas Flower y a las fragatas River que usaban máquinas de triple expansión y daban un buen rendimiento, con triple expansión tenemos tambien algunos portaviones (los Casablanca)
Al margen de todo lo comentado habia buques que empleaban un sistema combinado como por ejemplo los cruceros soviéticos Chapayev o Kirov con dos ejes y turbinas y un motor diesel de crucero las primeras eran usadas para cuando se requería una potencia elevada y más velocidas, el diesel para desplazarse a velocidad de crucero, los japoneses Chitose y Chiyoda también usaban una propulsión mixta con diesel y turbinas de engranajes al igual que los Katori pequeños cruceros con un rendimiento muy deficiente usaron la misma propulsión mista COSAD (COmbinated Steam And Diesel) propulsión combinada de vapor y diesel.
Leipzig y Nüremberg usaban un peculiar sistema de propulsión mixto con tres ejes los exteriores llevaban turbinas de engranajes y el central era usado para velocidad de crucero y movido por motores diesel
Al margen de esta breve lista en la cual faltan unos cuantos buques más el resto de buques usaron por lo general la propulsión por turbinas de engranajes. Sin embargo podemos observar que tras la guerra siguieron construyéndose buques con los tres tipos de propulsión más usuales a lo largo de la guerra que eran: turbinas de engranajes, diesel y triple expansión, esta última era propia de los buques mercantes petroleros y otras unidades que no requerían demasiada potencia y tampoco se siguieron construyendo por mucho tiempo pasando a ser la propulsión diesel y la de turbinas la más usual y frecuente.
Con el tiempo se fueron combinando sistemas y aparecieron las turbinas de gas y la propulsión nuclear pero hasta tiempos muy recientes no se empezó con la propulsión diesel eléctrica o turboeléctrica al aparecer los propulsores POD que pueden girar 180º y por tanto el buque que los lleva no necesita timones.
Todo lo comentado indica muy claro que a pesar de las excelencias que se dicen de la propulsión turboeléctrica de aquellos tiempos no debia de ser muy ventajoso instalarlas cuando no se siguió experimentando con ellas ni siquiera en la posguerra porque si no vuelvo a un planteamiento anterior y es que alguien o muchos deberia haber que fueran tontos dando de lado a un sistema tan revolucionario.

[hartmann]

Hola a todos¡¡¡

Leipzig y Nüremberg usaban un peculiar sistema de propulsión mixto con tres ejes los exteriores llevaban turbinas de engranajes y el central era usado para velocidad de crucero y movido por motores diesel

Este tipo de propulsión era al que me refería con los acorazados posteriores a los H-39 (puse híbrido y era mixta, porque viendo la disposición había varios ejes de turbinas y otros de diesel, vaya despiste ).
Un saludo y muchas gracias por todo