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Estudio Técnico Naval   
Estudio Técnico Naval    11 de mayo de 2014 19:40
¿Cómo mide las distancias y las posiciones un GPS?

A los precios que están y con lo útiles que son, todo el mundo sabe para que valen y como se manejan, pero… ¿cómo es posible que nos puedan decir en donde estamos y con una precisión tan increíble de solo unas decenas de metros de error?

Para entenderlo, debemos saber que cada satélite tiene una posición perfectamente definida y que su orbita es predecible. El GPS funciona por triangulación. Conociendo la distancia desde el barco receptor a 3 satélites distintos se puede calcular resolviendo unas ecuaciones de trigonometría sobre superficies esféricas, la posición exacta en la que nos encontramos.

Los 36 satélites de la red GPS orbitan a 10.900 millas de la superficie terrestre lanzando continuamente mensajes. En cada mensaje se dice qué satélite es, en donde está exactamente y la hora en la que emite cada mensaje. Es muy importante destacar que la hora es terriblemente exacta gracias a un reloj atómico instalado en cada satélite. La precisión del reloj es por tanto fundamental y del orden de una cien millonésima de segundo. Es decir que el reloj se puede atrasar o adelantar no más de un segundo en 30 años!

En el receptor es también fundamental que el reloj sea muy exacto y sobre todo que esté perfectamente sincronizado con el reloj de los satélites. Como no se puede instalar un reloj atómico en cada receptor de GPS pues son muy caros y ocupan mucho, los mismos satélites se encargan de enviar una señal a los receptores GPS para que estos se sincronicen exactamente. En definitiva en nuestro GPS tenemos la hora con una exactitud de millonésimas de segundo, y totalmente sincronizada con la hora universal de los satélites.

La distancia hasta un satélite se calcula sabiendo el tiempo que tarda en llegar la señal de radio al receptor GPS. Como la velocidad de la luz (y de las ondas de radio) es constante e igual a 300.000 kilómetros por segundo, cuando el mensaje del satélite llega al receptor, no hay más que comparar la hora actual del receptor con la hora que marca el mensaje recibido.
Con este primer mensaje recibido, el receptor GPS sabe que nos encontramos sobre una esfera cuyo radio es la distancia calculada al satélite, el cual también nos enviaba en el mensaje su posición exacta justo en el momento de la emisión. Esta misma operación repetida con un segundo satélite nos permite saber que estamos en el círculo intersección de la primera y segunda esfera. Con un tercer satélite sacamos una tercera esfera que corta al círculo anterior en un único punto (en realidad corta en dos puntos, pero uno de ellos situado en el espacio exterior a la tierra, el cual es lógicamente descartado).

¿Cómo se sincroniza y corrige la hora en el receptor GPS?
En el receptor GPS no hay más que un sencillo reloj de cuarzo como los baratos y bastante exactos que encontramos en cualquier relojería. Aunque son muy precisos, no se aproximan ni de lejos a la exactitud de un reloj atómico, el cual no se puede instalar en el receptor GPS entre otras cosas porque cuestan más de 100.000 Euros. Es importantísimo que el reloj del receptor esté sincronizado a la perfección con el reloj atómico de los satélites.

El truco es hábil y eficaz. Si con tres satélites sabemos exactamente el punto en el que estamos, una cuarta esfera trazada mediante un cuarto satélite nos debería corroborar el cálculo del punto en el que nos encontramos. Si el reloj del GPS está perfectamente sincronizado, el punto coincide y no nada que hacer. Si el punto tiene una ligera variación se debe a que el reloj del receptor GPS está ligeramente fuera de sincronía y la desviación entre las dos posiciones permite calcular las millonésimas de segundo que hay que adelantar o atrasar la hora del receptor GPS.

Transductores de Profundidad
Pros y Contras
Los transductores de profundidad trabajan emitiendo señales sonoras y escuchándolas seguidamente como hacen los delfines o los murciélagos para orientarse. Los datos escuchados por el ‘micrófono’ son enviados a un software para su interpretación de forma gráfica.

Los transductores emiten ‘sonidos’ a 200.000 ciclos por segundo es decir mucho más alta frecuencia que el sonido más agudo que somos capaces los humanos de escuchar. Para ello utilizan un cristal (de cerámica policristalina) capaz de vibrar a esta alta frecuencia. Las ondas de presión (sonidos) rebotan en los objetos y en los fondos y son seguidamente escuchadas por el transductor. Como el sonido se desplaza en el agua a una velocidad constante (salvo diferencias debidas a los cambios de temperatura y que también son tenidas en cuenta por el software de calculo), conociendo el tiempo que tarda en regresar la señal, podremos conocer la profundidad del fondo o la distancia a los objetos reflejados.

En aguas profundas: Medir profundidades mayores a algunos pocos cientos de metros es tarea de una sonda que esté diseñada para ello. Si navegamos en fondos de solo algunos metros las prestaciones de alta profundidad de una sonda no son importantes, pero haciendo navegación de altura eso es precisamente lo que nos hace falta. Para conseguir medir fondos a mucha profundidad debemos utilizar transductores de mayor diámetro, capaces de imitar sonidos de frecuencia más baja (de unos 50 Kilohercios), y con un haz de emisión más estrecho. En aguas saladas la capacidad de medición de una sonda disminuye entre un 25% y un 50% respecto al agua dulce de un lago, pues la sal disuelta atenúa la señal recibida.
La frecuencia y el Haz emitido: Las frecuencias más bajas producen ecos más potentes y con mayor capacidad de penetración, pero la capacidad de resolución de la imagen procesada en la pantalla disminuye. Pero con los sonidos de bajas frecuencias, el haz de sonido emitido tiende a dispersar la energía más que con frecuencias mayores. Por esta razón se trabaja con dos frecuencias de (50kHz y 200kHz) que pueden mostrar imágenes en pantalla partida en dos zonas gráficas. La correspondiente a los 200 kHz muestra un nivel de detalle superior.
El haz emitido queda determinado por el angulo con que este se dispersa, y cuanto más estrecho sea, menos información recogerá de los fondos, pero con más energía reflejada y por tanto más detalle. La norma por tanto es que, para aguas profundas es preferible un transductor de haz estrecho y para aguas someras es preferible un transductor de haz ancho que ofrezca más información del entorno submarino.

El tipo de transductor: Normalmente los de baja frecuencia tienden a ser mayores (al igual que pasa con los altavoces de graves y agudos), y para una misma frecuencia, cuanto más ancho sea el transductor, más estrecho será el haz obtenido y con mejores capacidades de resolución y penetración en aguas profundas. Los transductores de unas 2 pulgadas son considerados como de haz estrecho, mientras de los de 1 pulgada son aconsejables para aguas poco profundas.
Para su instalación existen varios tipos de montajes siendo el más conocido el que necesita realizar un agujero en el casco para situar en él un pasacascos en el cual se aloja la sonda. Son los más efectivos y con mejor rendimiento al no atenuarse la señal emitida por el propio casco.
Pero si su barco es de fibra (en los de madera o metal no es posible la instalación) podrá adquirir un transductor que se pega con epoxi directamente en el interior del casco evitando problemas de estanqueidad, y los peligros derivados de una perforación en el casco. Además debe pegarlo en la parte del casco más delgada y sobre todo que no tenga capas de foam, burbujas de aire, o madera de balsa laminada que absorbería toda la energía haciendo inútil el funcionamiento.
Aún con una buena instalación su funcionamiento es muy inferior a los de casco pasante pues siempre se pierde mucha energía al atravesar el sonido el grosor de fibra en el casco. Por esta razón se inventaron otro tercer tipo conocido como transductores ‘Transom’ que se montan en el exterior del casco y en la popa, asomando solo un par de centímetros de la superficie del casco. El cable que transmite la señal atraviesa el interior del casco por la cubierta o en una zona por encima de la línea de flotación. Son los más económicos y muy adecuados para cascos planeadores de menos de 8 metros de eslora equipados con motores fueraborda y que no se desplacen a velocidades muy altas o con aguas ‘movidas’ cerca del transductor (como haría un motor de eje).

La carcasa de la sonda suele ser de plástico y este tipo es el más adecuado para los cascos de fibra y cascos metálicos. Las de bronce también son válidas para los de fibra y también para los cascos de madera ya que la expansión de esta podría deteriorar a los de plástico. En cascos metálicos los transductores de bronce necesitan obligatoriamente aislamiento galvánico para evitar las corrientes generadas entre metales de distinta electronegatividad. Por último existen transductores cuya carcasa es de acero inox. muy adecuadas para cascos de aluminio o también de acero.
ALEJANDRO GABRIEL JAJICH
TÉCNICO EN CONSTRUCCIONES NAVALES.

El misterio del Trimado. Embarcaciones a motor
Todo capitán que se precie de tal, debe lograr de alguna manera que su barco navegue en las mejores condiciones de maniobrabilidad, economía y seguridad para la tripulación y su propia embarcación. Para ello debe actuar sobre un conjunto de reglas ya establecidas y otra muy importante también y que deberá adecuarla con su criterio en cada caso en especial y que deberá tenerla en cuenta a la hora de pilotear su navío y es sobre el Trimado del mismo.
Se entiende por trimado al conjunto de ajustes sobre los elementos de propulsión de la embarcación, que se realizan para optimizar el desplazamiento de buque y aprovechar al máximo la fuerza impulsora que genera el mismo.
Dicho en otras palabras, se trata de regular los elementos encargados de impulsar el barco, sea motor o vela, para lograr el máximo aprovechamiento de la fuerza propulsora.
Para el caso del buque a vela esto es, afinar el complicado mecanismo de los aparejos que actúan sobre el velamen para aprovechar la fuerza de empuje que ejerce el viento sobre los paños. Estos elementos pueden ser las drizas, cunninghams., obenques, stay, botavara, amantillo, catavientos, la forma de la vela, etc.
En cuanto a las embarcaciones gobernadas por motor, la cosa se simplifica en gran medida y en esta nota nos referiremos a estos ajustes, por ser este el método de navegación más utilizados por lo pescadores y a menudo desconocidos por muchos, desaprovechando potencia, consumiendo combustible de más y viajando a veces en forma incómoda e insegura.
Cuando hablamos de trimado en una embarcación a motor, hablamos del ángulo & que forma la embarcación a lo largo de su casco y el del agua circundante en la dirección de desplazamiento. El ajuste preciso de este ángulo, nos dará el punto exacto en que la hélice transfiere la mayor parte posible de su fuerza impulsora sobre el casco y este se desplaza por el agua. Podemos decir que salvo contadas excepciones, el ángulo & ideal de trimado esta entre2.5 º y 3,7º aproximadamente. Este ángulo es directamente proporcional a la altura de la hélice sumergida en el agua. Mientras más sumergida este, más diminuirá dicho ángulo Esto último no se puede medir con exactitud pero ciertas señales en el momento de la navegación nos darán la idea si hemos alcanzado esta condición.
Una de ellas es la porción del casco sumergida y generalmente corresponde al tercio del total. Cuando alcanzamos este punto podemos afirmar que hemos alcanzamos una condición optima de planeo.
Básicamente para modificar el ángulo de la hélice con respecto a la línea de agua, podemos actuar sobre dos puntos.
• Modificando la altura del motor mediante el trim o el Power trim.
• Alterando la hidrodinámica del casco en contacto con el agua, utilizando Flaps o Flaps regulables.
Existen dos sistemas ampliamente difundidos del Trim. El sistema manual que generalmente lo usan los motores de baja potencia y poco peso y el segundo que es accionado mediante un dispositivo electro-hidráulico utilizado por los motores de mayor potencia y cilindrada llamado Power Trim.
La ventaja de este último sistema es que podemos efectuar ajustes sobre la marcha para adecuar el ángulo de trimado según las circunstancias.
Para el caso de los fijos, debemos estimar antes de zarpar, las condiciones en la cual se dará la travesía, disponiendo la carga y los tripulantes para tal efecto. La única forma de variar el trimado sobre la marcha es moviendo la carga sobre cubierta o desplazando la tripulación convenientemente hasta lograr el ángulo adecuado. Debemos tener mjuy en cuenta el diseño de la nave tanto en sus líneas generales como la salida del agua en el fondo del casco, Quilla-Pantoque. Esto puede afectar positiva o negativamente el trimado.
Para el sistema de Flaps también tenemos los modelos fijos y los regulados hidráulicamente. Utilizados para embarcaciones de mayor eslora y propulsados por motores internos y de eje, estos sistemas actúan sobre el casco ya que los ejes de las hélices no pueden variar su ángulo con respecto al agua.
Los sistemas de regulación eléctro-hidráulica, generalmente el piloto posee un medidor de ángulo visible desde el comando para que de esta manera tener un control más preciso del trimado.
Otro de los aspectos que tenemos que tener en cuenta es que gracias este mecanismo de ajuste sobre el ángulo de la hélice, podemos levantar o bajar la proa dependiendo de las condiciones de navegación o de la carga que transportamos.
Pero existen algunos factores, tanto externos a la embarcación como internos a ella, que nos harán variar esta condición ideal de planeo para que, con pequeños ajustes, logremos una situación óptima de navegabilidad.
Externos:
Condiciones del agua. Oleaje, vientos.
Internos
Variaciones en las condiciones de carga y tripulación
Condiciones de Planeo.
Estática:
En la figura 1 vemos una embarcación a motor fuera de borda en reposo. Aunque en la práctica no es así, podemos ver que el casco forma un ángulo con respecto al agua de 0º
Dinámica
Aquí vamos a ver las 3 condiciones usuales de planeo. La primera es la condición óptima en donde alcanzamos el ángulo adecuado. Como ya dijimos anteriormente este ángulo & oscila alrededor de los 3º aproximadamente dependiendo del tipo de embarcación. Pero usualmente para todos los casos se consigue un equilibrio dinámico dentro de este rango establecido. Un punto en común es que cuando se alcanza dicha condición, el casco planea sobre el agua ofreciendo un tercio de la carena (popa) sumergido en el agua mientras que los 2 restantes permanecen velando (través-proa). Otros datos que delatan un buen trimado es que el timón trabaja liviano y sin esfuerzos respondiendo sin “derrapes” ni cabeceos. El andar de la embarcación se siente brioso y el acelerador responde dócilmente a los distintos niveles de velocidad exigidos. La proa permanece levantada ofreciendo la “V ” al oleaje para cortarlo sin esfuerzos.
En este punto podemos decir que se consigue un inmejorable equilibrio entre consumo y potencia de nuestro navío.
La segunda condición es la proa baja. Aquí en la figura observamos que al bajar excesivamente la pata del motor, también lo hace la proa.
Este efecto produce una serie de inconvenientes siendo el principal, el hundimiento de la proa en el agua, aumentando el rozamiento con la misma. El consumo de combustible se incrementa notablemente mientras que la velocidad decrece mucho. Otro indicativo es la poca maniobrabilidad del casco y el serio riesgo de “pinchar” una ola con el consiguiente peligro de embarcar agua sobre cubierta.
Por último está la embarcación con la hélice demasiado levantada y el casco se “empopa” es decir, como si tendiera a hundirse. Sería el efecto contrario al que describimos con anterioridad. En la figura siguiente podemos ver este efecto con más claridad.

La proa se levanta excesivamente y cuando lo hace el casco pierde sustentación de planeo y cae nuevamente hasta que la proa vuelve a levantarse produciendo un molesto cabeceo y pérdida del control del timón en algunos casos. Este efecto es más notorio a medida que se acelera.
Uso correcto del Power Trim.
Cuando salimos de la marina conviene tener el trim a 0 º, es decir neutro. Esto es conveniente para que la proa corte mejor el agua y no produzca oleaje molesto a las demás embarcaciones amarradas. Otro beneficio es que la embarcación navega mejor y con mayor estabilidad. A baja velocidad es mejor que trabaje todo el casco y no parte de él.
Por regla general, lo mismo deberíamos hacer cuando pasamos delante de un surtidor de combustible.
Una vez que salimos de la zona de amarre, aceleramos sin tocar el power hasta que notamos que la proa comienza a elevarse. Si miramos el cuenta vueltas del tablero tendremos entonces una idea clara sobre a cuantas revoluciones nuestra nave toma gobierno. En ese momento comenzamos a actuar sobre el Power Trim sin tocar el acelerador y controlando la velocidad y las revoluciones. Si todo va bien, advertiremos que la velocidad se incrementa y a la vez las revoluciones también.
Este sería más o menos el punto exacto de trimado y a partir de ahora podríamos aumentar la velocidad hasta alcanzar el rango deseado. Si entonces la proa comienza a oscilar levemente, es señal que nos pasamos y debemos bajar un poco más la pata del motor ajustando así el trimado.
Consideraciones sobre los Flaps.
A modo de los Flaps de las alas de los aeroplanos, los flaps cumplen la función de “extender” el casco más allá de la línea de estos y a su vez , modificando el ángulo de incidencia, también modificaríamos el ángulo de trimado.
Como ya dijimos, estos adminículos se utilizan en aquellas embarcaciones en donde no es posible modificar la altura de la hélice ya que el eje motriz proviene de la carena de la embarcación que generalmente es de gran porte.
Estas cuasi-aletas ( por lo general metálicas)se colocan de a par, una en cada banda en la popa del buque o una sola a lo largo de la popa y su plano hidrodinámico coincide con la línea del fondo de la carena del casco. Cuando variamos esta línea, se produce el trimado de la embarcación. Aquí indicamos que estos adminículos, no actúan sobre el motor y solo lo hacen sobre el casco y cuando se encuentre hidrodinámicamente en movimiento.. En ciertos casos se usan fijos y más que nada son utilizados para compensar deficiencias en el diseño del caso o por el agregado de motores de más peso que descompensan el equilibrio funcional del barco y ayudan a sustentar mejor al mismo.
Cuando se utilizan para trimar, generalmente se colocan uno a cada lado del espejo de popa y con sistemas similares al power trim, se ajusta desde el interior con la ayuda de un comando servo -eléctrico.
La ventaja de usar dos flaps, radica en que se puede compensar la escora del barco cuando por cuestiones de peso o mala estiba de la carga o fuerte viento de través, la línea de eslora presenta un ligero alabeo hacia estribor o babor y para esto se trata de corregir dicho inconveniente, subiendo o bajando el flaps correspondiente.
La combinación de Flaps y Power Trim, es sin duda un sistema perfecto para el trimado de una embarcación a motor puesto que regulados en conjunto, se logran la mejor perfomance sobre la relación peso-potencia-consumo.
Situaciones especiales:
Un problema molesto es cuando debemos colocar la reversa, ya sea para retirarse de una marina como para salir de una situación de embancamiento. Por lo general la popa tiende a hundirse lo que produce el ingreso de agua por esta vía.
Una solución es levantar la pata del motor a fin de que la popa se levante y la proa baje un poco. También sirve para preservar la hélice de golpes sobre el fondo si es que tratamos de salir de un bajío y en cierta manera ayuda a salir más fácilmente. Ciertamente esto no es aplicable a los Flaps ya que estos actúan en velocidad
Otra situación es la que se presenta cuando hay marejada u oleaje de proa. Aquí tiene mucho que ver el tipo de casco pero para todos los casos siempre es bueno disminuir la velocidad en forma segura y tratar de todas formas de cortar el oleaje a 45 º y mantener la proa lo más alta posible.
Si la “v” de nuestra embarcación es profunda y el oleaje no es muy fuerte, podemos intentar levantar el Power trim a fin que la quilla corte la ola y no pinchemos ninguna.
Pero si nuestra quila no es muy pronunciada, entonces para evitar el golpe de la ola debajo del fondo plano, intentaremos bajar la proa un poco pero teniendo en cuenta que ya no es posible tomar la ola de frente sino que debemos hacerlo como dijimos antes, a 45 º y tendremos cuidado de no colocarnos nunca paralelos al oleaje. Bajo estas circunstancias, el uso del timón y del acelerador se intensifica notablemente. Pero no existe una regla general para aplicar en situaciones difíciles , solamente un conocimiento profundo de la embarcación y nuestra pericia nos dará el método justo para salvar las distintas situaciones que se nos presenten en el agua.

Notas Finales
Tenga el salvavidas a mano para arrojarlo con su cabo se seguridad correspondiente. Mientras tanto Ud, estimado Capitán, tenga la precaución de colocarse el seguro del motor en su muñeca para cortar la corriente del motor en forma automática en el caso de que sea Ud. el que se cae al agua.
Finalmente, cuide su vida y la de los demás nautas. De otra manera no van a volver a disfrutar del paisaje de nuevo.
Consulte el pronóstico antes de salir a navegar y esté atento a los alertas meteorológicos.
ALEJANDRO GABRIEL JAJICH.
TECNICO EN CONSTRUCCIONES NAVALES.

NOSTICO MAREOLOGICO PARA EL RIO DE LA PLATA
VALIDO DESDE 23:00 HS DE HOY HASTA LAS 11:00 HS. DE MAÑANA
 RADIOAVISO RIO DE LA PLATA 0815
 
RIO DE LA PLATA INTERIOR
 
CORRECCION A LAS ALTURAS DE LAS TABLAS DE MAREA PARA LOS PUERTOS DE LA
PLATA, BUENOS AIRES, SAN FERNANDO E ISLA MARTIN GARCIA.
 
VEINTE CENTIMETROS POR DEBAJO DE LOS VALORES INDICADOS EN LAS
TABLAS DE MAREA, LUEGO DISMINUYENDO HASTA NOVENTA CENTIMETROS POR
DEBAJO DE ESTOS.-
 
VALORES CORREGIDOS
 
LUGAR ESTADO HORA ALTURA EN MTS.
 
PUERTO PLEAMAR 06:30 0,95
LA PLATA BAJAMAR 12:00 -0,05
 
 
PUERTO BAJAMAR 01:30 0,20
BUENOS AIRES PLEAMAR 05:00 0,50
 BAJAMAR 14:00 -0,40
PUERTO BAJAMAR 02:30 0,40
SAN FERNANDO PLEAMAR 06:00 0,70
 BAJAMAR 15:00 0,05

AVISO POR CRECIDA NRO. 2 DEL RIO DE LA
PLATA PARA LA CIUDAD DE BS. AS. Y ZONA
COSTERA SUR Y NORTE DEL CONURBANO
BONAERENSE
_________________________________________________
 FECHA: 19 de Abril de 2014 HORA: 23:00
 
 EL CENTRO DE PREVENCION DE CRECIDAS DEL SERVICIO DE
HIDROGRAFIA NAVAL, DEPENDIENTE DEL MINISTERIO DE DEFENSA INFORMA QUE
DURANTE LA NOCHE DE HOY Y HASTA EL MEDIODIA DE MAÑANA, EL RIO DE LA
PLATA SE ENCONTRARA EN NOVENTA CENTIMETROS SOBRE LOS VALORES
INDICADOS EN LAS TABLAS DE MAREA.
 
SE ESTIMAN LAS SIGUIENTES ALTURAS:
 
PUERTO DE LA PLATA 2.25 MTS. A LAS 08:30 HORAS
PUERTO DE BUENOS AIRES 2.10 MTS. A LAS 10:00 HORAS
PUERTO DE SAN FERNANDO 2.25 MTS. A LAS 11:00 HORAS
 
 
 
NOTA: DE NO VARIAR LAS CONDICIONES HIDROMETEOROLOGICAS PRONOSTICADAS
ESTE AVISO SE ACTUALIZARA A LAS 11:30 HORAS.