Introducion a la industria naval

BUQUES PATRULLEROS DE APOYO FLUVIAL PARA LA ARMADA NACIONAL DE COLOMBIA “Un proyecto en evolución” Capitán de Fragata JORGE E. CARREÑO M. Director I+D+i COTECMAR Cartagena de Indias, 1 de Abril de 2005 ANTECEDENTES El diseño y la construcción BUQUES NODRIZA o PATRULLEROS DE APOYO FLUVIAL y su puesta en servicio para la Armada Nacional de Colombia es un caso exitoso de Innovación en el campo de la Ingeniería Naval, en el que se ha creado a partir de una necesidad sentida de seguridad nacional una familia de buques evidenciado un mejoramiento continuo en el diseño, construcción, logística, control de calidad y retroalimentación de las experiencias operacionales a partir del primero de los cinco buques construidos desde el año 1998 hasta el año 2005. Colombia tiene aproximadamente 13.000 Kilómetros de ríos navegables, con cuencas hidrográficas muy ricas que contrastan con la situación social, con amenazas internas de grupos subversivos, terroristas y traficantes de substancias ilícitas. Por ello la Armada Nacional con su Brigada Fluvial de Infantería de Marina, ejerce control sobre estos ríos, teniendo desde hace varias décadas con los elementos de combate fluvial (ECF) la responsabilidad de garantizar la libre navegación, mantener el control fluvial, combatiendo los grupos generadores de violencia y narcotraficantes, llegando de esta forma a las zonas más apartadas del país, en muchas de las cuales los ríos son la única vía de acceso. Un elemento de combate fluvial (ECF) es una organización especial de combate de infantería de marina que reúne las características de rapidez, maniobrabilidad, flexibilidad y poder de fuego, con un radio de acción limitado por el consumo de combustible. Esta compuesto por un bote de comando y control y tres botes tácticos y tiene la capacidad de transportar un grupo de Infantes de Marina, denominado Grupo de Asalto Fluvial (GAF) para efectuar operaciones en tierra. Las operaciones que puede cumplir un elemento de combate fluvial son operaciones de asalto, operaciones de vigilancia, interdicción y seguridad y operaciones de apoyo, está dotado con armas automáticas y de acompañamiento que le imprimen un alto poder de fuego, al igual que potentes motores fuera de borda que le dan alta velocidad y gran maniobrabilidad. El agudizamiento del conflicto interno y el aumento de la producción de narcóticos, trajo como resultado la necesidad de incrementar las operaciones fluviales, situación que se logra con la inclusión del concepto del BUQUE NODRIZA o PATRULLERO DE APOYO FLUVIAL, cuyo propósito es prolongar la duración y el espacio de cubrimiento de los ECF, asegurando un apoyo logístico eficiente durante el cumplimiento de las operaciones, a la vez que tiene la capacidad de efectuar operaciones de vigilancia y control en el área de operaciones. El BUQUE NODRIZA o PATRULLERO DE APOYO FLUVIAL, fue conceptualizado desde el punto de vista operativo, de acuerdo con las características de nuestros ríos y las necesidades de suministros de los Elementos de Combate Fluvial y desde el punto de vista tecnológico, como una Unidad segura y capaz de ejecutar eficientemente las operaciones para las que fue proyectada. EVOLUCION DEL PROYECTO Ilustración 1 Primera Generación, Nodriza I “ARC Guillermo Londoño” en Pruebas de mar, Enero 2000 La Armada Nacional de Colombia desde el año 1997, tomó la decisión de iniciar el Programa de Diseño y Construcción de diez buques Nodriza o Patrulleros de Apoyo Fluvial, confiando esta labor a los Oficiales, Suboficiales y civiles que formaban parte del Departamento Técnico de la Base Naval ARC Bolívar en Cartagena. La Ingeniería Básica de los primeros buques se desarrolló en el año 1997 y la construcción de los dos primeros buques en los años 1998 y 1999. Estos Buques fueron construidos en el Astillero de la Base Naval ARC Bolívar e iniciaron pruebas en el mes de Agosto de 1999. La primera generación de buques Nodriza, entró en servicio en Enero de 2000 y está representada por los Buques ARC Guillermo Londoño (Ilustración 1) y ARC Sénen Araujo, en honor a héroes de la Armada Nacional que han ofrendado su vida en el altar de la patria. Tan solo tres meses después de haber entrado en servicio la primera generación de buques Nodriza, enfrentaron la primera prueba, el ARC Guillermo Londoño, fue atacado por los terroristas de las FARC cerca de Vigía del Fuerte en el Río Atrato en el mes de Marzo de 2000. Esta solo sería la primera de una serie de ataques que recibirían estos buques por parte de los enemigos de la patria que veían cómo la Fuerza Pública llegaría a brindar seguridad a regiones que hasta ese entonces estaban vedadas para las fuerzas del orden. Los ataques continuaron y los buques siguieron demostrando su excelente desempeño, a la vez que los Ingenieros se retroalimentaban de las experiencias operacionales y evaluaban el desempeño de cada uno de los sistemas de los buques para validar su comportamiento y mejorar aquellos en los que se evidenciaran deficiencias. En el año 2000 continuó el programa de construcción del tercer y cuarto buque de esta serie, la construcción se traslada a los Astilleros de Mamonal, recientemente adquiridos por la Armada Nacional y que se constituye la principal sede de COTECMAR, Corporación de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo de la Industria Naval, Marítima y Fluvial de Colombia, cuyos socios fundadores fueron el Ministerio de Defensa – Armada Nacional de Colombia, La Universidad Nacional de Colombia, La Universidad Tecnológica de Bolívar y la Escuela Colombiana de Ingeniería “Julio Garavito” (socio hasta Diciembre de 2004). Los resultados operacionales de la primera generación de buques Nodriza, requirió una reingeniería de algunos sistemas para adaptarlos a las nuevas necesidades y amenazas encontradas en los ríos, surgiendo la Segunda Generación de Buques Nodriza, la cual terminó en el año 2004 con la entrega del cuarto buque de la serie. En el año 2002 se inició un proceso de reingeniería total que abarcase no solo algunos sistemas tal como sucedió con la segunda generación de Buques Nodriza, sino que se adicionaron nuevos roles y misiones, mayores capacidades para operar conjuntamente con unidades de aire, tierra y de superficie (fluviales), surgiendo el concepto de tercera generación de Buques Nodrizas, llamados a partir de este momento Patrulleros de Apoyo Fluvial. CONCEPTO DEL DISEÑO PRIMERA GENERACION Como resultado de los requerimientos del MANDO NAVAL, basados en las amenazas existentes, se generaron los siguientes criterios de diseño de las unidades Nodriza: Capacidad para apoyar un Elemento de Combate Fluvial (ECF) y un Grupo de Asalto Fluvial (GAF), durante un período de 15 días. El apoyo requerido para los ECF consiste en el suministro de: ‰ Alojamiento, comida y servicios médicos de primer nivel ‰ Munición, Combustible, repuestos, víveres y raciones de campaña Las áreas de operación, la localización de apostaderos o Bases fluviales imponen los siguientes parámetros de diseño: ‰ Seguridad y sencillez de operación ‰ Funcionalidad ‰ Economía de operación ‰ Bajo costo de mantenimiento ‰ Movilización interior a los puestos de combate ‰ Blindaje en zonas críticas ‰ Alta capacidad de fuego ‰ Muy poco calado CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE DIMENSIONAMIENTO Las dimensiones principales de la unidad, se derivaron de un estudio paramétrico de buques semejantes que se encuentran operando en los Ríos Colombianos. La eslora es condicionada principalmente por la sinuosidad de los ríos, la disposición del armamento, sus ángulos de tiro, así como las zonas de aprovisionamiento de combustible a los ECF. La manga se determinó jugó un papel importante en la determinación del calado y la disposición de espacios de alojamiento y carga, así como de la adecuada distribución de las dos líneas de ejes y maquinaria propulsora. El calado máximo se determinó en función de las profundidades de los Ríos en zonas de navegación mayor en temporada de bajas lluvias. Las dimensiones principales del buque son: ‰ Eslora total 38.45m ‰ Manga 9.5m ‰ Calado medio 1,0m ‰ Puntal 2.8m ‰ Desplazamiento 260 T LÍNEAS DE FORMA Partiendo de las dimensiones anteriores se procedió al diseño de un casco del tipo de desplazamiento, con cuadernas en “V” en el cuerpo de proa y transición suave a cuadernas en “U” en el cuerpo paralelo con astilla muerta de 3° para mejorar sus condiciones hidrodinámicas y eliminar los hombros en la curva de áreas seccionales. El cuerpo de popa está provisto de un espejo recto, dos túneles de sección variable para alojar los dos timones y las hélices. Tanto los timones como las hélices no sobresalen por debajo de la línea base con el propósito de evitar daños debidos a roces con el fondo, hecho muy común en la navegación fluvial. La cubierta principal tiene una brusca lineal para permitir la evacuación de agua, así mismo posee arrufo para disminuir el embarque de agua por la proa cuando efectúe navegaciones costaneras. ESTABILIDAD Los criterios tomados como referencia para comprobación de la estabilidad del buque tanto en condición de buque intacto como en averías, fueron los de la US Navy según DDS-079 y OMI. Los cálculos de estabilidad se efectuaron con el programa GENERAL HYDROSTATICS (GHS) y los resultados muestran que en todas las condiciones de carga estudiadas se cumplen los criterios con amplios márgenes. Esto se debe gran parte a la alta relación manga-calado (B/T), lo cual influye directamente en la obtención de valores de altos radio metacéntrico. La subdivisión del buque por medio de seis (6) mamparos transversales estancos, le permite soportar la inundación total de dos compartimentos aledaños manteniendo unas condiciones mínimas de estabilidad de acuerdo a los criterios de la marina de Guerra de Estados Unidos. CASCO Y ESTRUCTURA Como es sabido, los elementos estructurales del buque de guerra deben escantillonarse siguiendo criterios distintos de los establecidos para otro tipo de buques debido a que las condiciones operativas son más exigentes. En el escantillonado del buque Nodriza, se han tenido en cuenta esfuerzos especiales originados por explosiones, rebufo del armamento principal y la resistencia a la penetración de metralla y fragmentos. Por otra parte, la posibilidad de inundaciones en condiciones de avería producto de situaciones de combate, originan la necesidad de una mayor compartimentación y del calculo de la resistencia longitudinal en diferentes condiciones. Los elementos estructurales en cubierta tienen una disposición longitudinal, en los costados transversal y fondo es mixta. El casco está construido en acero Naval ASTM A-131 grado A. Las zonas críticas de la unidad se encuentran protegidas con Acero Blindado. El escantillonado de la estructura global de la viga buque, se desarrolló según las reglas de Sociedad de clasificación. Finalmente los planos estructurales fueron aprobados por la sociedad internacional de clasificación de buques BUREAU VERITAS. La soldadura de materiales diferentes como lo es el acero estructural con el acero blindado, constituyó un reto tecnológico importante, que implicó el estudio y selección de material aportante apropiado para su fundición y nuevos procedimientos de soldadura, cuyas características permitieran una unión sin problemas de agrietamiento. PLANTA PROPULSORA Y MAQUINARIA AUXILIAR La planta de propulsión esta compuesta por dos motores diesel electrónicos, accionando dos hélices de paso fijo alojadas en túneles. La estimación de resistencia al avance, coeficientes propulsivos, potencia propulsora y proyecto de las hélices se efectuó con el programa NAVCAD, se comparó con la potencia instalada en buques similares tomando márgenes sobre Potencia (BHP). Las hélices se seleccionaron empleando la Serie B de Wageningen y fueron construidas en acero inoxidable. El sistema de control de propulsión se efectúa a través de un PLC desde el puente de mando o localmente en la cámara de máquinas. La consola de control de cristal líquido, despliega los parámetros de funcionamiento de los motores y ejecuta las funciones de vigilancia y control de la planta propulsora. El buque se encuentra dotado con todos los equipos y sistemas necesarios para operar de manera segura y autónoma, brindando confort a sus tripulaciones; entre los cuales vale mencionar dos generadores de energía eléctrica accionados por motores Diesel, sistema de contraincendio con agua de río, sistema sanitario, sistema de agua potable, sistema de achique y lastre, sistema de combustible Diesel para servicio del buque y de gasolina para los ECF, aire acondicionado y cuartos fríos para carmes y verduras, sistema de gobierno para controlar el rumbo entre otros. Dada la gran cantidad de material combustible transportado abordo, se han tenido en cuenta los siguientes aspectos para la prevención, detección y combate de incendios son: ‰ Empleo mínimo de materiales combustibles en la construcción ‰ Sensores de humo y temperatura en los compartimentos ‰ Identificación y aislamiento de zonas con alto riesgo de explosión ‰ Empleo de sistemas antiexplosión en los tanques de almacenamiento de combustible. ‰ Empleo de equipos eléctrico EX PROOF en zonas clasificadas ‰ Instalación fija CO2 para los motores generadores y tablero de distribución ‰ Instalación fija de CO2 de inundación compartimentos aledaños tanques de gasolina ‰ Dotación a la unidad de un grupo de reparaciones con elementos para combatir incendios y vías de agua. EQUIPO DE NAVEGACIÓN Y COMUNICACIONES El equipo de comunicaciones de la unidad está compuesto por: Comunicaciones interiores: El buque cuenta con los equipos de comunicaciones necesarios para monitorear y controlar los principales sistemas y detección de riesgos de incendio, a la vez que le permiten comunicarse por diferentes medios a las diferentes estaciones de operación y control del buque. Comunicaciones exteriores: El buque cuenta con los equipos necesarios para establecer comunicaciones de corto, mediano y largo alcance en diferentes frecuencias con otras unidades a flote, unidades aéreas o instalaciones fijas en tierra. El equipo de navegación esta compuesto por Radar de navegación, Ecosonda digital, Compás magnético y geo posicionador satelital GPS, que le permiten efectuar navegaciones seguras tanto marítimas como fluviales. SEGUNDA Y TERCERA GENERACIÓN En el año 2003 entró en servicio la SEGUNDA GENERACIÓN DE BUQUES NODRIZA O PATRULLEROS DE APOYO FLUVIAL representada por el “ARC TNEIM Mario Villegas”, tercera de esta serie (Ilustración 2) y en el mes de Mayo de 2004 se efectuó la entrega del “ARC TECIM Tony Pastrana Contreras”, cuarto Buque de la serie (Ilustración 3). Estas unidades de segunda generación son el producto de la experiencia operacional de las dos primeras unidades que desde al año 2000 ejecutan misiones de seguridad y vigilancia en los Ríos Atrato y Magdalena. COTECMAR ha interpretado los requerimientos en los diferentes niveles del mando, desde las tripulaciones y Comandantes de las unidades, pasando por los comandantes tácticos, de Brigada y ha concretado estas necesidades con los entes responsables del Material Naval en la Armada Nacional, de tal forma que se han obtenido mejoras significativas en el desempeño de los Buques de segunda generación. Ilustración 2 Segunda Generación. Nodriza III “ARC TNEIM Mario Villegas” en Construcción, Mayo 2002 Los principales mejoras que se lograron en estos buques son una disposición de armas más funcional, incluyendo la dotación de tres casamatas blindadas y con movimiento en ronza asistido electromecánicamente diseñadas y construidas por COTECMAR, se amplió la cobertura de blindaje del casco y de la superestructura, se mejoró la habitabilidad al igual que se incorporaron nuevos compartimentos para equipos de comunicaciones exteriores acordes con las misiones que cumple la unidad. De la misma manera se han mejorado diversos sistemas de la unidad como el de propulsión dotando a los buques con motores propulsores más potentes que cumplen con las normas de emisiones ambientales, se optimizó la maniobrabilidad rediseñando el sistema de gobierno entre otras muchos aspectos que hacen de estas unidades más habitables y funcionales. Ilustración 3 Segunda Generación. Nodriza IV "ARC TECIM Tony Pastrana" en pruebas de mar, Mayo 2004 Las unidades de este tipo están cumpliendo misiones conjuntas con el Ejército y Fuerza Aérea, motivo por el cual fue requerido por el Comando de la Armada Nacional que se dotara a este tipo de unidades con la capacidad de tomar helicópteros de porte mediano para su reaprovisionamiento. Es así como nace el concepto de la TERCERA GENERACIÓN DE BUQUES NODRIZA O PATRULLEROS DE APOYO FLUVIAL, (Ilustración 4) incorporando además un sistema de propulsión tipo “Pump Jet” fabricado por la empresa Alemana Schottel, especialmente diseñado para operar en ríos, y con materiales especificados para las aguas de nuestras vías fluviales, con lo cual se elimina el uso de ejes de propulsión, arbotantes, hélices y timones y se garantiza una excelente maniobrabilidad, a la vez que se minimiza el riesgo de avería en los componentes de los sistemas de propulsión y gobierno. Ilustración 4 Tercera Generación de Buques Patrulleros de Apoyo Fluvial, 2004 En el año 2003 COTECMAR desarrolló la ingeniería Básica del Proyecto, en la cual se definieron todos los sistemas, se dimensionaron y seleccionaron los equipos y por primera vez se hicieron pruebas de resistencia al avance y autopropulsión en un canal de experiencias hidrodinámico (Ilustración 5). En el mes de Septiembre de 2003, se desarrollaron estos ensayos en la ciudad de Gdansk en Polonia en el CTO “Centrum Techniki Okretowej”, el objetivo fue predecir de manera más confiable la resistencia al avance del buque en diferentes condiciones de profundidad teniendo en cuenta el efecto de canal. Como resultado de estos ensayos con modelos a escala se obtuvieron unas formas hidrodinámicamente optimizadas y se determinó la potencia efectiva requerida para que el buque navegue a la velocidad de diseño con menor potencia instalada y por supuesto con menor consumo de combustible. Ilustración 5 Ensayos de modelos a escala en CTO Polonia. Septiembre 2003 La Ingeniería de detalle igualmente representó un reto importante para COTECMAR, por cuanto se desarrolló en un Software de diseño de alta tecnología como es el caso de Tribon®, el Buque patrullero de apoyo fluvial V se constituyó en el proyecto piloto para aplicar esta herramienta, con lo cual se redujo a un año la construcción de este tipo de buques, permitiendo la mejora de los procesos productivos por medio de la adopción de una estrategia de construcción del buque por zonas. La construcción del casco se desarrolló en seis bloques (Ilustración 6) y es así como el dia 15 de Enero de 2004 se inició el corte de acero del primero de ellos y el 29 de Noviembre de 2004 se efectuó el lanzamiento del buque al agua. Ilustración 6 Estrategia Constructiva Nodriza Tercera Generación En Marzo de 2005 se desarrollaron los protocolos de pruebas tanto de puerto como de mar especificados por los Ingenieros diseñadores de COTECMAR en conjunto con los proveedores de equipos y sistemas que componen el buque para validar los diseños que tomaron en total 20.000 horas de ingenieros y técnicos. Ilustración 7 Tercera Generación Nodriza V "ARC TECIM Jorge Moreno Salazar" última fase construcción, Octubre 2004 Los resultados de estas pruebas han sido satisfactorios, mostrando entre otras las siguientes ventajas de la tercera generación de buques sobre sus antecesores: • Incremento de maniobrabilidad, demostrada en la facilidad para cambio de rumbos, diámetros tácticos muy bajos y un excelente compromiso con la estabilidad de ruta. • Alta confiabilidad en cuanto al desempeño del sistema de propulsión en su conjunto, especialmente al minimizar el riego de averías por impacto de objetos extraños en los sistemas de propulsión, ya que no cuenta con ningún tipo de apéndices como si lo tienen los sistemas tradicionales. • Incremento en las condiciones de habitabilidad al reducirse los niveles de ruido y vibración en alojamientos y zonas de descanso, al ser eliminado la transmisión de ruido aéreo, estructural y por reverberación. Igualmente se ha eliminado una de las fuentes más importantes de ruido como es la cavitación de las hélices de propulsión. • Incremento de Inter-operatibilidad, es decir se ha adquirido la capacidad de operar con helicópteros de porte mediano con capacidad de tomarlos en la cubierta de vuelo y de reaprovisionarlos con combustible. Igualmente se mantiene la capacidad de operar con unidades terrestres y otras unidades de superficie o fluviales. • Incremento del nivel de protección del casco y de la superestructura frente a impactos de armas de fuego, por el diseño aerodinámico utilizando superficies inclinadas de moderno diseño. • Optimización de áreas interiores destinadas e espacios de alojamiento, obteniendo más de área de espacios habitacionales por persona y mejorando la circulación interior para acudir de manera más funcional y seguro a las estaciones de control y operación del buque. COTECMAR no solo ha apostado por invertir en la capacitación y la formación del talento humano con que cuenta entregándoles herramientas de diseño de alta tecnología, sino que ha implementado un Sistema de Gestión de Calidad para el Diseño y Construcción de Buques y consultoría en Ingeniería Naval según la norma ISO 9001-2000, el cual ha sido certificado por Lloyd’s Register Quality Assurance de Londres, que le permite garantizar una cultura de mejoramiento continuo satisfaciendo las necesidades de sus clientes. Este es el buque número 13 construido por COTECMAR que sin lugar a dudas es el fruto del talento y conocimiento adquirido por los Ingenieros y técnicos que participan en este tipo de Proyectos siguiendo el legado de aquellas personas visionarias que hicieron una realidad el resurgimiento de la Industria Naval de Colombia con este proyecto de Buques Patrulleros de Apoyo Fluvial para la Armada Nacional de Colombia. Ilustración 8 Tercera Generación Nodriza V "ARC TECIM Jorge Moreno Salazar", Pruebas de mar Abril 2005

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