Un tanque de lastre es un compartimento dentro de un bote, barco u otra estructura flotante que contiene agua, que se utiliza como lastre para proporcionar estabilidad hidrostática a una embarcación, para reducir o controlar la flotabilidad , como en un submarino , para corregir el asiento o escora , para Proporcionar una distribución de carga más uniforme a lo largo del casco para reducir las tensiones estructurales de acaparamiento o hundimiento , o para aumentar el calado , como en una embarcación 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 embarcaciones más antiguas, y facilita que la tripulación reduzca el calado de una embarcación cuando ingresa a aguas menos profundas, bombeando temporalmente 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 . [ se necesita aclaración ] [1] El concepto ha sido inventado y reinventado muchas veces por 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 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 pasen sobre bancos de arena en los ríos de América del Norte . [ cita necesaria ] [ aclaración necesaria ]
El lastre se utiliza en buques de superficie para alterar el calado, el asiento, la escora y la estabilidad. También se puede utilizar para modificar la distribución de carga estructural, generalmente la distribución de carga longitudinal que afecta las tensiones de abombamiento y hundimiento. También se puede utilizar para cambiar los momentos de inercia que afectan el movimiento en un mar encrespado. Los acuerdos internacionales en virtud del Convenio sobre la seguridad de la vida humana en el mar (SOLAS) exigen que los buques de carga y de pasajeros se construyan para resistir ciertos tipos de daños. Los criterios especifican la separación de compartimentos dentro del buque y la subdivisión de esos compartimentos. Estos acuerdos internacionales dependen de los estados que firmaron el acuerdo para implementar las regulaciones dentro de sus aguas y de los buques autorizados a enarbolar su bandera. Podrá utilizarse lastre 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 lastre, como el agua de mar, bombeada a los tanques de lastre. Dependiendo del tipo de embarcación, los tanques pueden ser de doble fondo (que se extienden a lo largo de la manga de la embarcación), tanques laterales (ubicados en el área exterior desde la quilla a 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 barco y mejorar su estabilidad cuando no transporta carga. En condiciones extremas, una tripulación puede bombear agua de lastre a espacios de carga exclusivos para agregar peso adicional durante condiciones climáticas adversas o para pasar por debajo de puentes bajos.
En sumergibles y submarinos , los tanques de lastre se utilizan para controlar la flotabilidad de la embarcación.
Algunos sumergibles, como los batiscafos , se sumergen y salen a la superficie únicamente controlando su flotabilidad. Inundan los tanques de lastre para sumergirlos y luego, para salir a la superficie, arrojan pesos de lastre descartables o usan aire comprimido almacenado para limpiar los tanques de lastre del agua y volver a flotar.
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 la estación. Su principal medio para controlar la profundidad son sus aviones de buceo (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 bucear, 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 la embarcación en posición horizontal. Luego, los planos se ajustan juntos para impulsar el casco hacia abajo, mientras aún están nivelados. Para una inmersión más pronunciada, los planos de popa pueden invertirse y usarse para inclinar el casco hacia abajo.
La tripulación sumerge el buque abriendo respiraderos en la parte superior de los tanques de lastre principales y abriendo válvulas en el fondo. Esto permite que el agua inunde el tanque a medida que el aire escapa por las rejillas de ventilación superiores. A medida que el aire se escapa del tanque, la flotabilidad del barco disminuye, provocando 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 de la embarcación, provocando que se eleve. A medida que aumenta, 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 máxima flotabilidad. Un submarino puede tener varios tipos de tanques de lastre: tanques de lastre principales para bucear y salir a la superficie, y tanques de compensación para ajustar la actitud del submarino (su "compensación") tanto en la superficie como bajo el agua, y tanques de control de profundidad para ajustes finos de flotabilidad. [ cita necesaria ]
Los tanques de lastre también son parte integral de la estabilidad y operación de plataformas petrolíferas marinas en aguas profundas y turbinas eólicas flotantes . [3] El lastre aumenta " la estabilidad hidrostática moviendo 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 flotación reducida de calado profundo optimizado para un movimiento mínimo en una mar alta a un modo de remolque de menor resistencia.
Se lastra un dique seco flotante para hundir la cubierta de soporte por debajo de la profundidad del buque a atracar, y después de que el buque se ha movido sobre esta superficie y se ha asegurado en su lugar, el lastre se descarga para elevar la plataforma de atraque y el buque atracado por encima. el agua. Para que esto sea posible, la mayor parte de la estructura bajo la plataforma de soporte se divide en tanques de lastre. Un elevador flotante para embarcaciones es una versión más pequeña que funciona según el mismo principio y que puede dedicarse como instalación de almacenamiento para una embarcación específica.
Las compuertas del dique seco y las esclusas se colocan flotando en su posición sobre el alféizar, luego los tanques de lastre se inundan para mantener la compuerta en su lugar y crear un sello mientras se drena el muelle o la esclusa.
La mayoría de los barcos con motor intraborda específicos para wakeboard tienen múltiples 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 los barcos más grandes, cuando se añade agua de lastre a los barcos de wakeboard más pequeños, el casco tiene un centro de gravedad más bajo y aumenta el calado del barco. La mayoría de los sistemas de lastre de fábrica de embarcaciones de wakeboard se pueden actualizar con mayores capacidades agregando bolsas de lastre de estructura suave. El aumento del desplazamiento mediante lastre hace que el barco forme 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 una masa de agua y se descarga en otra masa 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 el mejillón cebra en los Grandes Lagos de Canadá y Estados Unidos, por ejemplo.
Los macroinvertebrados no nativos pueden llegar hasta un tanque de lastre. Esto puede causar problemas ecológicos y económicos. Los macroinvertebrados son transportados en buques transoceánicos y costeros que llegan a puertos de todo el mundo. Investigadores de Suiza tomaron muestras de 67 tanques de lastre de 62 embarcaciones diferentes que operaban a lo largo de rutas geográficas y probaron el intercambio en medio del océano o la duración del viaje que tenía una alta probabilidad de que los macroinvertebrados se reubicaran en una parte diferente del mundo. Se realizó una evaluación entre la relación de presencia de macroinvertebrados y la cantidad de sedimento en los tanques de lastre. Descubrieron la presencia de un cangrejo verde europeo , un cangrejo de barro , un bígaro común , una almeja de caparazón blando y un mejillón azul altamente invasivos en los tanques de lastre de los barcos muestreados. Aunque las densidades de macroinvertebrados eran bajas, la invasión de macroinvertebrados no nativos puede ser preocupante durante su temporada de apareamiento. El efecto más grave se observa cuando una hembra de macroinvertebrado transporta millones de huevos por animal. [4]
La migración de animales vivos y el asentamiento 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 comprueban el tanque de lastre en busca de organismos vivos ≥50 μm en segmentos discretos del drenaje, también representa el nivel de sedimentos de diferentes rocas o suelos en el tanque. [ se necesita aclaración ] A lo largo de la recolección de muestras, las concentraciones de organismos variaron en los resultados en los segmentos de drenaje, los patrones también variaron en el nivel de estratificación en otros ensayos. [ se necesita aclaración ] 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 e intercambiarlos para el lavado de los tanques. La gestión y los procedimientos reducen eficazmente la densidad y riqueza de la biota en las aguas de lastre y, por tanto, reducen el riesgo de transportar organismos desde otras partes del mundo a zonas no nativas. Aunque la mayoría de los barcos gestionan el agua de lastre, no todos pueden vaciar los tanques. En caso de 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 llegaban a los Grandes Lagos y a los puertos del Mar del Norte estaban expuestos a altas concentraciones de cloruro de sodio hasta alcanzar una tasa de mortalidad del 100%. Los resultados muestran que una exposición del 115% de 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. Hubo una mediana 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 como objetivo 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 de los buques. y sedimentos. Esto entró en vigor en todo el mundo el 8 de septiembre de 2017. [7] Según el convenio, todos los buques en el tráfico internacional deben gestionar su agua de lastre y sedimentos según 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 registro del agua de lastre y un certificado internacional de gestión del agua de lastre. Las normas de gestión del agua de lastre se introducirán gradualmente a lo largo de un período de tiempo. Como solución intermedia, los barcos deberían intercambiar el agua de lastre en mitad del océano. Sin embargo, con el tiempo la mayoría de los buques necesitarán instalar un sistema de tratamiento de agua de lastre a bordo. [7]
Se han desarrollado una serie de directrices para ayudar a implementar la convención. La convención requerirá que todos los barcos implementen un Plan de Gestión de Sedimentos y Agua de Lastre. Todos los buques deberán llevar un Libro Registro del Agua de Lastre y deberán llevar a cabo procedimientos de gestión del agua de lastre según un estándar determinado. Los barcos existentes deberán hacer lo mismo, pero después de un período de incorporación gradual. [7]
Uno de los problemas más comunes en el mantenimiento de buques es la corrosión que se produce en el espacio que ocupan los tanques de lastre del doble casco en los buques mercantes. [8] La biodegradación de los revestimientos de los tanques de lastre tiene lugar 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]
En los tanques de lastre se han encontrado microfisuras y pequeños agujeros. Las bacterias ácidas crearon agujeros de 0,2 a 0,9 μm de largo y de 4 a 9 μm de ancho. La comunidad natural provocó grietas de 2 a 8 μm de profundidad y 1 μm de longitud. Los recubrimientos afectados por bacterias disminuyeron en su resistencia a la corrosión, según lo evaluado por espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS). [9]
La comunidad bacteriana natural causa una pérdida en la resistencia a la corrosión del recubrimiento con el tiempo, disminuyendo después de 40 días de exposición, lo que resulta en ampollas en la superficie del tanque de lastre. Las bacterias podrían estar relacionadas con ciertos patrones de biopelículas que afectan varios tipos de ataques de recubrimiento. [ vago ] [9] [10]
Las boyas de mástil... se han utilizado en la industria petrolera marina durante muchos años. Consisten en un único 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 debajo del centro de flotabilidad, o la flotabilidad debe distribuirse ampliamente para proporcionar estabilidad.
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