TITULO DE LA INVENCIóN

Sistema de propulsión multidireccional HG, para buques. En adelante (SPM) SECTOR DE LA TéCNICA Construcción naval. Sistemas de propulsión en buques a motor, de superficie e inmersión o mixtos (vela - motor). ESTADO DE LA TECNICA

Sin antecedentes comparables conocidos por el autor. EXPLICACIóN DE LA TECNICA INTRODUCCIóN

En el estado actual de Ia técnica, Ia propulsión a motor en los buques, se realiza básicamente por hélice, al igual que las maniobras (atraque, fondeo, etc.), en combinación con Ia hélice de proa.

En estos sistemas actuales de propulsión y maniobra hay dos aspectos que se pretende mejorar, de forma significativa con el uso del SPM (objetivos "a" y "b").

Las ventajas principales de Ia invención, respecto al estado actual de Ia técnica son: aumento muy significativo del rendimiento de propulsión y aumento prácticamente ilimitado de Ia maniobrabilidad del buque. Otra ventaja, no menos importante, de Ia aplicación del SPM, es Ia eliminación de las omnipresentes entradas de agua a Ia sentina por Ia bocina del eje, ya que con el SPM el paso del eje propulsor a través del casco se puede realizar por encima del nivel del agua.

Una consecuencia ventajosa del uso del SPM, es el ahorro significativo de combustible en los buques. OBJETIVOS DE LA INVENCIóN - Objetivo "a": Aumentar el rendimiento de propulsión, (entendiendo éste como Ia relación gasto de energía / fuerza de propulsión lograda), aplicando para ellos los medios técnicos y Ia nueva forma de lograr Ia propulsión, propios del SPM.

- Objetivo "b": Definir un nuevo sistema para realizar las maniobras direccionales de los buques, aumentando así sus opciones de gobierno.

El objetivo "b", tal como se verá al hablar de las Reivindicaciones, se pude considerar como una "reivindicación dependiente "del objetivo "a".

El SPM presenta pues, de forma simultanea, mejoras significativas tanto en el rendimiento de Ia propulsión como en Ia maniobrabilidad del buque.

DESARROLLO DE LA EXPLICACIóN DE LA INVENCIóN (Figs. A)

Esencialmente Ia fuerza de propulsión lograda con el SPM es el resultado de mover un sólido (pala) en el agua (con un cierto ángulo de oposición) y aprovechar Ia fuerza de reacción que se genera, para mover el buque, tal como Io harían las palas de una hélice. La novedad está en Ia nueva forma de lograr esta fuerza de reacción y los medios técnicos aplicados para ello (reivindicación esencial).

Nota: En ocasiones se hará mención al "prototipo" en referencia al prototipo construido para Ia ocasión a fin de comprobar Ia viabilidad del SPM, extraer datos comparativos, etc. En ningún caso se tomarán en cuenta factores como: tipo de material, dimensiones de los componentes, etc., puesto que estas características no son preceptivas y van a depender de cada aplicación concreta. > Objetivo "a" (Aumento significativo del rendimiento de propulsión). Su realización práctica implica el uso de los medios técnicos que se describen ahora y Ia forma en que estos trabajan para generar Ia fuerza de propulsión: EJE OSCILANTE

LIRA PALA o EJE OSCILANTE (Fig A.1)

Normalmente, pero no de forma exclusiva, será cilindrico (macizo o hueco [tubular]), con los mecanizados (roscas, estriados, muescas, etc) que cada aplicación concreta requiera.

Una singularidad del eje es su posición de trabajo en el buque: normalmente perpendicular a Ia superficie del agua en reposo (admisible una cierta inclinación hacia proa o hacia popa, sobre el plano longitudinal de simetría del buque, por v. gr. para compensar el "empopamiento" o hundimiento exagerado de Ia popa con ciertas condiciones de propulsión.

Otra singularidad del eje su forma de trabajar. Nunca realiza revoluciones completas sobre su eje geométrico longitudinal.

Trabaja (fig B) girando una fracción de vuelta sobre su eje geométrico longitudinal (ida) para regresar a su posición inicial, con Ia misma fracción de vuelta pero en sentido contrario (venida) (oscilaciones en abanico). Una ida y una venida completas constituyen un "ciclo de propulsión" (CP).

Existen varias formas de lograr este movimiento oscilante del eje, pero ninguna de ellas es preceptiva. En el prototipo se escogió un mecanismo de cigüeñal y biela para tal fin (Mecanismo Oscilador).

o LIRA (figs. A.2)

Esta parte del SPM es solidaria del eje y por Io tanto Io acompaña en sus oscilaciones.

Esta constituida básicamente por cuatro tipos de elementos.:

* 1 CUERPO (fig A2.1) * 2 BRAZOS (figs A2.2)

* 1 EJE DE PALA (fig. A2.3)

* TOPES DE PALA (dos ó más) (fig A2.4)

CUERPO (fig A2.1) Normalmente tubular y atravesado longitudinalmente por el eje oscilante. Es Ia parte de Ia lira que Ia une fijamente al eje oscilante.

BRAZOS (fig A2.2)

Los brazos mantienen Ia pala en su posición de trabajo, permiten que esta gire libremente en su eje (eje de pala), Ie transmiten el movimiento del eje oscilante y soportan los topes de Ia misma (topes de pala).

La longitud de los brazos puede ser fija o variable (en marcha o en reposo). Esta longitud determina Ia magnitud del "radio de barrido" (RB).

EJE DE PALA (fig A2.3) Mantiene Ia pala en su posición respecto al cuerpo de Ia lira y permite que Ia primera se mueva libremente entre sus topes, para que se reposicione en cada ciclo.

TOPES DE PALA (fig. A2.4) Dos o más según cada aplicación concreta. Además pueden ser fijos o regulables (en reposo o en marcha).

Su misión es limitar el recorrido de giro de Ia pala cuando se reposiciona. Esta limitación es fundamental ya que es Ia que define Ia magnitud del ángulo de ataque (AA), el cual a su vez, está directamente relacionado con Ia cantidad de fuerza de propulsión que genera Ia pala del SPM al desplazarse.

Normalmente estos topes estarán ubicados sobre los brazos de Ia lira, aunque también pueden estarlo sobre Ia pala.

o PALA (fig A 3)

Normalmente un cuerpo sólido (macizo o hueco) de forma paralelepípeda, perfilado hidrodinámicamente para minimizar Ia resistencia a su movimiento en el agua. Dispondrá de los mecanizados adecuados (normalmente un orificio cilindrico vertical pasante) para poderla montar en el eje (eje de pala) y que gire libremente sobre el.

> Objetivo "b" MULTIDRECCIONALIDAD (Nuevo sistema para las maniobras direccionales: multidireccionalidad)

La forma de lograr las maniobras del buque y el aumento de sus opciones de maniobra, son una consecuencia directa de Ia disposición en que trabaja el eje oscilante del SPM. (perpendicular respecto al agua en reposo)

Para entender como funciona el dispositivo (Conexión multidireccional, fig A4), que permite hacer las maniobras en todas direcciones, Io mejor es seguir Ia "secuencia de imágenes C", que de forma esquemática intenta explicar este funcionamiento.

SISTEMA MULTIDIRECCIONAL (Cambiar Ia dirección y el sentido de Ia fuerza de propulsión)

Partiendo de Ia situación en que el motor propulsor del buque está en marcha y conectado (embragado) al SPM y por tanto el sistema está generando fuerza de propulsión (fig C 1), el primer paso consiste en desconectar (desembragar) el motor del SPM (fig C 2), para que este quede en reposo.

A continuación (fig C 3.) un mecanismo auxiliar, pongamos electromecánico, mueve un trecho el "disco deslizante" (fig C3.1.) (este disco no pude girar sobre el eje oscilante, solo puede deslizarse por él), alejándolo del "disco motriz" (fig C3.2), que seguirá en reposo.

El disco motriz es el que recibe el movimiento de vaivén "M" (fig. C1) del Mecanismo Oscilador (en nuestro caso particular cigüeñal-biela) y Io transmite al eje oscilante a través de su conexión con el disco deslizante.

Al separarse los dos discos, el pasador de conexión (que en nuestro dibujo es solidario del disco deslizante, aunque podría serlo del motriz) sale del orificio concreto del disco motriz en que se hallaba alojado, cuando ambos discos estaban en contacto. Esta acción independiza el eje oscilante (y en consecuencia al resto del

SPM) del disco motriz.

Seguidamente el eje oscilante (junto _{con e} | disco deslizante y el resto del SPM) recibe (fig. C 4), por Ia acción de un mecanismo auxiliar, una rotación parcial sobre si mismo (Yλ de vuelta, Ví vuelta, o cualquier fracción de vuelta), con Io cual el pasador del disco deslizante queda reubicado frente a otro orificio del disco motriz. En nuestro caso particular el disco motriz admite 8 posiciones de reanclaje,

(8x45°= 360°), o sea 4 direcciones de empuje (8 sentidos de empuje), pero estas pueden ser más o menos. De hecho ilimitadas.

A partir de aquí el mismo mecanismo auxiliar que separó los dos discos, invierte su acción y los vuelve a juntar (fig. C 5). Volvemos a tener conectados mecánicamente el disco de salida del embrague del motor y el SPM. Pero con una nueva orientación de este último, respecto al buque. En cuanto volvamos a embragar, el SPM enviará su fuerza de propulsión en otra dirección y sentido. Las consecuencias de poder orientar el empuje, parecen obvias: multidireccionalidad. Notas- En el caso de un buque con una sola línea central de propulsión el ámbito de giro permitido para reubicar el SPM, es de 360° (fig. D). En el supuesto de que el buque monte dos líneas de propulsión (babor y estribor), este ámbito podría verse restringido para cada amura, a Ia media circunferencia distal de Ia obra viva.

Evidentemente con dos líneas de propulsión combinando sus acciones, se obtiene una gama de maniobras prácticamente ilimitada.

El sistema de conexión multidireccional del SPM explicado aquí (secuencia C), es el que se ha aplicado en Ia construcción de Ia maqueta de un buque de 15 metros de eslora, a escala 1/10, que se ha realizado para comprobar como trabajan juntas todas las partes de Ia invención (aparte del prototipo a escala natural, que únicamente ha servido para estudiar las diferentes fuerzas de propulsión que se logran con el SPM, combinando diversas, palas, ángulos de ataque, radios de barrido, etc.)

Hasta aquí Ia "Explicación de Ia Invención", que se ha basado en Ia forma más sencilla que puede adoptar el SPM, y que engloba todos los detalles y requisitos técnicos que se consideran necesarios para describir Ia invención.

Se considera conveniente exponer a continuación y, antes de pasar a las Reivindicaciones unas EXPLICACIONES COMPLEMENTARIAS DE LA INVEINCION que incluyen UNAS CONSIDERACIONES TEóRICAS.

Hasta ahora se ha asignado, a cada línea de propulsión SPM, un eje oscilante, una lira y una pala. Pero el SPM permite, sin modificar su esencia, variar Ia cantidad de estos elementos por cada línea de propulsión.

A tal efecto en el prototipo se han hecho pruebas con dos palas por lira, tomando Ia precaución de que Ia suma de las extensiones (US) de las dos palas, sea

Ia misma que Ia de Ia pala única (en Ia Perspectiva de Ia figura A se esboza una segunda pala, más interna) y se prevé hacer pruebas montando más de dos palas por lira. Evidentemente usando dos palas por lira, aparte de lograr una gama de propulsiones más variada, tenemos también duplicados algunos parámetros: dos radios de barrido (RB) distintos, dos extensiones de pala (US) que no pueden ser iguales, dos ángulos de ataque (AA) que pueden no ser iguales. Esto en cuanto a las palas múltiples.

Al hablar del "Trabajo teórico de Ia pala" (ver el apartado "Consideraciones teóricas"), se apunta Ia posibilidad de "suprimir los efectos de Ia componente rl" (los cuales se traducen en un esfuerzo pulsante tendente a desplazar Ia popa del buque hacia babor y estribor de forma alternante)

En el prototipo se ha logrado esta supresión montando, en cada línea de propulsión, dos liras que trabajan simultáneamente pero en oposición (recorridos encontrados) CONSIDERACIONES TEóRICAS

Con objeto de clarificar las explicaciones se toman en consideración algunos aspectos teóricos del SPM.

TRABAJO TEóRICO DE LA PALA (fig. G)

Durante el funcionamiento del SPM, Ia superficie de Ia pala que presiona el agua genera una reacción de esta, en sentido opuesto. Esta fuerza de reacción R (suma de todas las reacciones unitarias), se puede descomponer en dos (r1 y r2).

La componente "r1" no es aprovechable para nuestro fin. Aprovecharemos como fuerza de propulsión Ia "r2".

Para cuando los efectos de Ia "r1" llegaran a ser un inconveniente, es posible lograr su anulación. En el prototipo se logró suprimir estos efectos con un sencillo cambio de diseño (ver: "Explicaciones complementarias de Ia invención").

En Ia cara que no ataca al agua se genera una presión negativa (fuerza de succión). Parte de esta fuerza (r3) se suma a Ia r2.

La generación de Ia fuerza de propulsión, objetivo fundamental de Ia invención, se puede explicar teóricamente partiendo del hecho conocido de que "una superficie (pongamos plana), de un cuerpo sólido, al desplazarse en un fluido (en nuestro caso agua) encuentra una resistencia a este desplazamiento, Ia cual depende a su vez de varios factores, que podemos ajustar a nuestras necesidades (ángulo de ataque con que avanza, velocidad de este desplazamiento, extensión de Ia superficie, etc.). Esta acción de resistencia del agua es Ia que genera Ia reacción de Ia pala (R de Ia fig. G)

A continuación se definen los parámetros principales a tener en cuenta para el SPM (figs. A y E). o AB ángulo de barrido de Ia lira. o AA ángulo de ataque de Ia pala o AS ángulo de sombra o RB Radio de barrido de Ia lira o VB Velocidad de barrido o US Extensión de Ia superficie de pala o AP ángulo útil de propulsión.

AB - Este parámetro normalmente será fijo para cada SPM. Su valor dependerá de cada aplicación concreta. En el caso particular de nuestro prototipo, este ángulo es de 92°. AA - Es el ángulo que forma el plano vertical de simetría de Ia pala, cuando esta se halla apoyada en uno de sus topes, con Ia tangente geométrica al arco de circunferencia que describe un punto del eje geométrico del eje de Ia pala.

AS - Cada vez que Ia lira llega al final de medio ciclo e invierte el sentido de giro, Ia pala por Ia resistencia misma del agua, automáticamente cambia su posición (reposicionamiento de Ia pala) buscando el tope opuesto. Al llegar a dicho tope empezará a generar empuje y Io seguirá haciendo mientras recorra el resto del ángulo de propulsión (AP).

La porción de ángulo consumida para que Ia pala logre este reposicionamiento es el ángulo de sombra (AS). No es productivo por Io que conviene minimizarlo al máximo, para Io cual se puede actuar en dos sentidos

1 ^a -Para una extensión determinada de Ia superficie de Ia pala, hacer que esta tenga una relación h/a (fig. F) numéricamente Io más elevada posible.

2 ^a -Compensar la pala, situando su eje (eje de pala), Io más cerca posible del centro de su anchura (superficies "p" y "d" muy próximas en extensión, pero siempre "d"> "p").

RB - (figs. A, E) Es Ia distancia que separa Io ejes geométricos del eje oscilante y del eje de pala.

Prototipo se construyó de manera que este radio se puede variar para probar el rendimiento del SPM en función de este parámetro.

VB - Indica el número de oscilaciones por minuto del eje oscilante. La fuerza de propulsión del SPM está directamente ligada a esta velocidad. US - Nos indica Ia extensión superficial de cada una de las dos caras de ataque de Ia pala, que normalmente será Ia misma para ambas.

AP - (AB-AS) Representa Ia parte del ángulo de barrido (AB), útil para generar propulsión.

ESQUEMA DINáMICO DEL SPM (fig. H) En este esquema se intenta representar de forma simple una oscilación completa (ciclo) del SPM. Por convención ^λ A ciclo positivo, en el sentido de las agujas del reloj.