Un tanque de lastre es un compartimento dentro de un bote, barco u otra estructura flotante que contiene agua, que se usa como lastre para proporcionar estabilidad hidrostática a un buque, para reducir o controlar la flotabilidad , como en un submarino , para corregir el asiento o la escora , para proporcionar una distribución de carga más uniforme a lo largo del casco para reducir las tensiones de hundimiento o desnivel estructural , o para aumentar el calado , como en un buque o plataforma semisumergible , o un SWATH , para mejorar el comportamiento en el mar . El uso de agua en un tanque proporciona un ajuste de peso más fácil que el lastre de piedra o hierro utilizado en buques más antiguos, y facilita que la tripulación reduzca el calado de un buque cuando entra en aguas menos profundas, bombeando temporalmente el lastre. Los dirigibles utilizan tanques de lastre principalmente para controlar la flotabilidad y corregir el asiento.
El concepto básico detrás del tanque de lastre se puede ver en muchas formas de vida acuática, como el pez globo o el pulpo argonauta . [ aclaración necesaria ] [1] El concepto ha sido inventado y reinventado muchas veces por los humanos para servir a una variedad de propósitos.
El primer ejemplo documentado de un submarino que utiliza un tanque de lastre fue el Turtle de David Bushnell , que fue el primer submarino en ser utilizado en combate en 1776. [2] En 1849, Abraham Lincoln , entonces abogado de Illinois, patentó un sistema de tanque de lastre para permitir que los buques de carga pasaran sobre bancos de arena en los ríos de América del Norte . [ cita requerida ] [ aclaración necesaria ]
El lastre se utiliza en los buques de superficie para modificar el calado, el asiento, la escora y la estabilidad. También se puede utilizar para modificar la distribución de la carga estructural, normalmente la distribución de la carga longitudinal que afecta a las tensiones de flexión y de inclinación. También se puede utilizar para cambiar los momentos de inercia que afectan al movimiento en mar abierto. Los acuerdos internacionales en virtud del Convenio SOLAS (Seguridad de la vida en el mar) exigen que los buques de carga y los buques de pasajeros se construyan para soportar determinados tipos de daños. Los criterios especifican la separación de compartimentos dentro del buque y la subdivisión de dichos compartimentos. Estos acuerdos internacionales dependen de que los estados que firmaron el acuerdo apliquen las normas dentro de sus aguas y de que los buques tengan derecho a enarbolar su pabellón. El lastre se puede utilizar para compensar las pérdidas de estabilidad debidas a la inundación de algunos compartimentos.
El lastre es generalmente el agua en la que flota el buque en el momento del lastrado, como el agua de mar, bombeada a los tanques de lastre. Dependiendo del tipo de buque, los tanques pueden ser de doble fondo (que se extienden a lo ancho del buque), tanques laterales (ubicados en el área exterior desde la quilla hasta la cubierta) o tanques de tolva (que ocupan la sección de la esquina superior entre el casco y la cubierta principal). Estos tanques de lastre están conectados a bombas que bombean agua hacia adentro o hacia afuera. Las tripulaciones llenan estos tanques para agregar peso al buque y mejorar su estabilidad cuando no transporta carga. En condiciones extremas, una tripulación puede bombear agua de lastre a espacios de carga dedicados para agregar peso adicional durante el mal tiempo o para pasar por debajo de puentes bajos.
En sumergibles y submarinos , los tanques de lastre se utilizan para controlar la flotabilidad del buque.
Algunos sumergibles, como los batiscafos , se sumergen y vuelven a la superficie controlando únicamente su flotabilidad. Para sumergirse, inundan los tanques de lastre y, para volver a la superficie, dejan caer pesos de lastre descartables o utilizan aire comprimido almacenado para limpiar los tanques de lastre del agua y recuperar la flotabilidad.
Los submarinos son más grandes, más sofisticados y tienen una potente propulsión submarina. Deben recorrer distancias horizontales sumergidos, requieren un control preciso de la profundidad, pero no descienden tan profundamente ni necesitan sumergirse verticalmente en posición. Su principal medio para controlar la profundidad son sus planos de inmersión (hidroaviones en el Reino Unido ), en combinación con el movimiento hacia adelante. En la superficie, los tanques de lastre se vacían para dar flotabilidad positiva. Al sumergirse, los tanques de lastre principales se inundan para lograr una flotabilidad aproximadamente neutra. Los tanques de control de profundidad se utilizan para un control preciso de la flotabilidad bombeando agua hacia adentro o hacia afuera para compensar las variaciones de peso. El agua de lastre se puede transferir entre tanques de compensación para equilibrar el buque en compensación horizontal. Luego, los planos se ajustan juntos para impulsar el casco hacia abajo, mientras aún está nivelado. Para una inmersión más pronunciada, los planos de popa se pueden invertir y usar para inclinar el casco hacia abajo.
La tripulación sumerge el buque abriendo los respiraderos en la parte superior de los tanques de lastre principales y abriendo las válvulas en la parte inferior. Esto permite que el agua inunde el tanque a medida que el aire se escapa por los respiraderos superiores. A medida que el aire se escapa del tanque, la flotabilidad del buque disminuye, lo que hace que se hunda. Para que el submarino salga a la superficie, la tripulación cierra los respiraderos en la parte superior de los tanques de lastre y libera aire comprimido en los tanques. El aire a alta presión se acumula en la parte superior de los tanques y la bolsa de aire empuja el agua hacia afuera a través de las válvulas inferiores y aumenta la flotabilidad del buque, lo que hace que se eleve. A medida que se eleva, la presión hidrostática disminuye, lo que hace que el aire se expanda en los tanques y acelere la velocidad de ascenso hasta que el exceso se escapa a través de las válvulas inferiores y se produce la flotabilidad máxima. Un submarino puede tener varios tipos de tanque de lastre: tanques de lastre principales para bucear y salir a la superficie, tanques de compensación para ajustar la actitud del submarino (su 'compensación') tanto en la superficie como cuando está bajo el agua, y tanques de control de profundidad para ajustes finos de flotabilidad. [ cita requerida ]
Los tanques de lastre también son parte integral de la estabilidad y el funcionamiento de las plataformas petroleras marinas de aguas profundas y las turbinas eólicas flotantes . [3] El lastre aumenta la " estabilidad hidrostática al mover el centro de masa lo más bajo posible, colocándolo debajo del centro de flotabilidad ". [3] El lastre también se puede ajustar para convertir una plataforma de un modo de área de plano de flotación reducida de calado profundo optimizado para un movimiento mínimo en una vía marítima a un modo de remolque de menor arrastre.
Un dique seco flotante se lastra para hundir la plataforma de apoyo por debajo de la profundidad del buque que se va a atracar y, después de que el buque se ha movido sobre esta superficie y se ha asegurado en su lugar, se descarga el lastre para elevar la plataforma de atraque y el buque atracado por encima del agua. Para que esto sea posible, la mayor parte de la estructura debajo de la plataforma de apoyo se divide en tanques de lastre. Un elevador de barcos flotante es una versión más pequeña que funciona con el mismo principio y que puede utilizarse como instalación de almacenamiento para un buque específico.
Las compuertas de los cajones de los diques secos y de las esclusas se colocan flotando en su posición sobre el umbral, luego se inundan los tanques de lastre para mantener la compuerta en su lugar y formar un sello mientras se drena el dique o la esclusa.
La mayoría de las embarcaciones con motor intraborda específicas para wakeboard tienen varios tanques de lastre integrados que se llenan de agua mediante bombas de lastre controladas desde el timón con interruptores basculantes. Normalmente, la configuración se basa en un sistema de tres tanques con un tanque en el centro de la embarcación y dos más en la parte trasera de la embarcación a cada lado del compartimiento del motor. Al igual que en los barcos más grandes, cuando se agrega lastre de agua a las embarcaciones de wakeboard más pequeñas, el casco tiene un centro de gravedad más bajo y aumenta el calado de la embarcación. La mayoría de los sistemas de lastre de fábrica de las embarcaciones de wakeboard se pueden actualizar con mayores capacidades agregando bolsas de lastre de estructura blanda. Aumentar el desplazamiento mediante el lastrado hace que la embarcación genere olas más grandes a cualquier velocidad dada, a costa de mayores requisitos de potencia y carga de la hélice para alcanzar esa velocidad.
Los tanques de lastre también se utilizan en algunos tipos de aeronaves, como los aerostatos ( globos y dirigibles ).
El agua de lastre que se introduce en un tanque desde un cuerpo de agua y se descarga en otro cuerpo de agua puede introducir especies invasoras de vida acuática. La captación de agua de los tanques de lastre ha sido responsable de la introducción de especies que causan daños ambientales y económicos, como los mejillones cebra en los Grandes Lagos de Canadá y Estados Unidos, por ejemplo.
Los macroinvertebrados no autóctonos pueden llegar a los tanques de lastre, lo que puede causar problemas ecológicos y económicos. Los macroinvertebrados son transportados por buques transoceánicos y costeros que llegan a puertos de todo el mundo. Investigadores de Suiza tomaron muestras de 67 tanques de lastre de 62 buques diferentes que operaban a lo largo de rutas geográficas y realizaron pruebas para detectar intercambios en medio del océano o longitudes de viaje que tenían una alta probabilidad de que los macroinvertebrados se reubicaran en una parte diferente del mundo. Se realizó una evaluación entre la relación entre la presencia de macroinvertebrados y la cantidad de sedimentos en los tanques de lastre. Descubrieron la presencia de un cangrejo verde europeo altamente invasivo , un cangrejo de fango , una vincapervinca común , una almeja de caparazón blando y un mejillón azul en los tanques de lastre de los buques muestreados. Aunque las densidades de macroinvertebrados eran bajas, la invasión de macroinvertebrados no autóctonos puede ser preocupante durante su temporada de apareamiento. El efecto más grave se observa cuando una hembra de macroinvertebrado lleva millones de huevos por animal. [4]
La migración de animales vivos y la sedimentación de organismos adheridos a partículas pueden provocar cambios en la distribución de la biota en diferentes lugares del mundo. Cuando pequeños organismos escapan de un tanque de lastre, el organismo extraño puede alterar el equilibrio ecológico del hábitat local y potencialmente dañar la vida existente. Los trabajadores del barco revisan el tanque de lastre en busca de organismos vivos ≥50 μm en segmentos discretos del drenaje, también representa el nivel de sedimentación de diferentes rocas o suelos en el tanque. [ aclaración necesaria ] A lo largo de la recolección de muestras, las concentraciones de organismos variaron en resultado en los segmentos del drenaje, los patrones también variaron en el nivel de estratificación en otros ensayos. [ aclaración necesaria ] La mejor estrategia de muestreo para tanques estratificados es recolectar varias muestras integradas en el tiempo espaciadas uniformemente a lo largo de cada descarga. [ 5 ]
Todos los buques transoceánicos que ingresan a los Grandes Lagos deben gestionar el agua de lastre y los residuos de los tanques de lastre con agua de lastre para limpiarlos y cambiarlos por agua de lastre para su limpieza. La gestión y los procedimientos reducen la densidad y la riqueza de la biota de manera efectiva en las aguas de lastre y, por lo tanto, reducen el riesgo de transportar organismos de otras partes del mundo a áreas no autóctonas. Aunque la mayoría de los buques gestionan el agua de lastre, no todos pueden limpiar los tanques. En una emergencia, cuando la tripulación puede limpiar los organismos residuales, utiliza salmuera de cloruro de sodio (sal) para tratar los tanques de lastre. Los buques que llegan a los Grandes Lagos y a los puertos del Mar del Norte estuvieron expuestos a altas concentraciones de cloruro de sodio hasta que se alcanzó una tasa de mortalidad del 100%. Los resultados muestran que una exposición del 115% a la salmuera es un tratamiento extremadamente eficaz que da como resultado una tasa de mortalidad del 99,9% de los organismos vivos en los tanques de lastre, independientemente del tipo de organismo. La mediana fue del 0%. Se espera que entre el 0,00 y el 5,33 % de los organismos sobrevivan al tratamiento con cloruro de sodio. [6]
El Convenio sobre la gestión del agua de lastre, adoptado por la Organización Marítima Internacional (OMI) el 13 de febrero de 2004, tiene por objeto prevenir la propagación de organismos acuáticos nocivos de una región a otra, estableciendo normas y procedimientos para la gestión y el control del agua de lastre y los sedimentos de los buques. Este Convenio entró en vigor en todo el mundo el 8 de septiembre de 2017. [7] En virtud del Convenio, todos los buques en tráfico internacional deben gestionar su agua de lastre y sus sedimentos de acuerdo con un determinado estándar, de acuerdo con un plan de gestión del agua de lastre específico para cada buque. Todos los buques también deberán llevar un libro de registro del agua de lastre y un certificado internacional de gestión del agua de lastre. Las normas de gestión del agua de lastre se irán introduciendo gradualmente a lo largo de un período de tiempo. Como solución intermedia, los buques deberían intercambiar el agua de lastre en medio del océano. Sin embargo, con el tiempo la mayoría de los buques necesitarán instalar un sistema de tratamiento del agua de lastre a bordo. [7]
Se han elaborado una serie de directrices para ayudar a aplicar la Convención. La Convención exigirá a todos los buques que apliquen un plan de gestión del agua de lastre y los sedimentos. Todos los buques deberán llevar un libro de registro del agua de lastre y deberán llevar a cabo procedimientos de gestión del agua de lastre de acuerdo con un estándar determinado. Los buques existentes deberán hacer lo mismo, pero después de un período de introducción gradual. [7]
Uno de los problemas más comunes en el mantenimiento de los buques es la corrosión que se produce en el espacio de doble casco que ocupan los tanques de lastre en los buques mercantes. [8] La biodegradación de los revestimientos de los tanques de lastre se produce en entornos marinos. Los tanques de lastre suelen contener bacterias y otros organismos, algunos de los cuales pueden dañar el revestimiento y la estructura del tanque de lastre. [9]
Se han encontrado microfisuras y pequeños agujeros en los tanques de lastre. Las bacterias ácidas crearon agujeros de 0,2 a 0,9 μm de longitud y 4 a 9 μm de ancho. La comunidad natural provocó grietas de 2 a 8 μm de profundidad y 1 μm de longitud. Los revestimientos afectados por las bacterias disminuyeron su resistencia a la corrosión, según se evaluó mediante espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS). [9]
La comunidad bacteriana natural provoca una pérdida de resistencia a la corrosión del revestimiento con el tiempo, que disminuye después de 40 días de exposición, lo que da lugar a ampollas en la superficie del tanque de lastre. Las bacterias podrían estar relacionadas con ciertos patrones de biopelícula que afectan a varios tipos de ataques al revestimiento. [ vago ] [9] [10]
Las boyas de mástil... se han utilizado en la industria petrolera en alta mar durante muchos años. Consisten en un solo tanque cilíndrico largo y logran estabilidad hidrodinámica moviendo el centro de masa lo más bajo posible, colocando lastre debajo del tanque de flotabilidad."; "para mantener la estabilidad de la plataforma contra vuelcos, especialmente para una turbina eólica donde el peso y las fuerzas horizontales actúan muy por encima del centro de flotabilidad. ... se debe agregar una cantidad significativa de lastre por debajo del centro de flotabilidad, o la flotabilidad debe distribuirse ampliamente para proporcionar estabilidad.
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