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Un rompehielos es un barco o embarcación de propósito especial diseñado para moverse y navegar a través de aguas cubiertas de hielo y proporcionar vías navegables seguras para otros barcos y buques. Aunque el término generalmente se refiere a los barcos rompehielos , también puede referirse a embarcaciones más pequeñas, como los barcos rompehielos que alguna vez se usaron en los canales del Reino Unido .
Para que un barco sea considerado un rompehielos, se requieren tres características de las que carecen la mayoría de los barcos normales: un casco reforzado , una forma que permita limpiar el hielo y la potencia para atravesar el hielo marino . [1]
Los rompehielos despejan el camino empujando directamente hacia el agua congelada o hacia el hielo marino . La resistencia a la flexión del hielo marino es lo suficientemente baja como para que el hielo se rompa generalmente sin cambios notables en el asiento del buque. En casos de hielo muy grueso, un rompehielos puede impulsar su proa sobre el hielo para romperlo bajo el peso del barco. Una acumulación de hielo roto frente a un barco puede frenarlo mucho más que la rotura del hielo en sí, por lo que los rompehielos tienen un casco especialmente diseñado para dirigir el hielo roto alrededor o debajo del barco. Los componentes externos del sistema de propulsión del barco ( hélices , ejes de hélice , etc.) corren un mayor riesgo de sufrir daños que el casco del barco, por lo que la capacidad de un rompehielos de impulsarse sobre el hielo, romperlo y limpiar los escombros de su camino con éxito es esencial para su seguridad. [2]
Antes de que existieran los barcos oceánicos, la tecnología para romper el hielo se desarrolló en canales y ríos interiores mediante trabajadores con hachas y ganchos. El primer barco rompehielos primitivo del que se tiene constancia fue una barcaza que utilizó la ciudad belga de Brujas en 1383 para ayudar a limpiar el foso de la ciudad. [3] [4] Los esfuerzos de la barcaza rompehielos tuvieron tanto éxito que la ciudad decidió comprar cuatro de esos barcos.
Las barcazas rompehielos siguieron utilizándose durante los inviernos más fríos de la Pequeña Edad de Hielo , y su uso fue cada vez mayor en los Países Bajos, donde se producían importantes cantidades de comercio y transporte de personas y mercancías. En el siglo XV, el uso de rompehielos en Flandes ( Oudenaarde , Kortrijk , Ieper , Veurne , Diksmuide y Hulst ) ya estaba bien establecido. El uso de las barcazas rompehielos se expandió en el siglo XVII, cuando todas las ciudades de cierta importancia en los Países Bajos utilizaban algún tipo de rompehielos para mantener despejadas sus vías fluviales.
Antes del siglo XVII, no se conocían las características técnicas de los rompehielos. Las especificaciones técnicas de los barcos rompehielos indican que eran arrastrados por yuntas de caballos y que el gran peso del barco se apoyaba sobre el hielo para romperlo. Se utilizaban en combinación con yuntas de hombres con hachas y sierras y la tecnología que los respaldaba no cambió mucho hasta la revolución industrial.
En los primeros tiempos de la exploración polar se utilizaron barcos reforzados contra el hielo. Originalmente eran de madera y se basaban en diseños existentes, pero reforzados, sobre todo alrededor de la línea de flotación , con un doble entablado en el casco y travesaños de refuerzo en el interior del barco. Se envolvían bandas de hierro alrededor del exterior. A veces se colocaban láminas de metal en la proa, en la popa y a lo largo de la quilla. Este refuerzo estaba diseñado para ayudar al barco a atravesar el hielo y también para protegerlo en caso de que el hielo lo "pellizcara". El pellizcamiento se produce cuando los témpanos de hielo que rodean a un barco son empujados contra el barco, atrapándolo como si estuviera en un torno y provocando daños. Esta acción similar a la de un torno es causada por la fuerza de los vientos y las mareas sobre las formaciones de hielo.
Las primeras embarcaciones que se utilizaron en aguas polares fueron las de los esquimales . Sus kayaks son pequeñas embarcaciones impulsadas por humanos con una cubierta cubierta y una o más cabinas, en cada una de las cuales puede sentarse un palista que utiliza un remo de una o dos palas . Estas embarcaciones no tienen capacidad para romper el hielo, pero son ligeras y aptas para transportarse sobre el hielo.
En los siglos IX y X, la expansión vikinga llegó al Atlántico Norte y, finalmente, a Groenlandia y Svalbard , en el Ártico. Sin embargo, los vikingos operaban sus barcos en aguas que estaban libres de hielo durante la mayor parte del año, en las condiciones del Período Cálido Medieval .
En el siglo XI, en el norte de Rusia, las costas del mar Blanco , llamado así por estar cubierto de hielo durante más de medio año, comenzaron a ser pobladas. El grupo étnico mixto de los carelios y los rusos en el norte de Rusia que vivían en las costas del océano Ártico se conoció como pomor ("colonos costeros"). Gradualmente desarrollaron un tipo especial de pequeños barcos de vela de madera de uno o dos mástiles , utilizados para viajes en las condiciones de hielo de los mares árticos y más tarde en los ríos siberianos . Estos primeros rompehielos se llamaron kochi . El casco del koch estaba protegido por un cinturón de revestimiento de revestimiento al ras resistente a los témpanos de hielo a lo largo de la línea de flotación variable, y tenía una quilla falsa para el transporte sobre el hielo . Si un koch se veía aplastado por los campos de hielo, sus líneas de carrocería redondeadas debajo de la línea de flotación permitirían que el barco fuera empujado fuera del agua y sobre el hielo sin sufrir daños. [5]
En el siglo XIX se adoptaron medidas de protección similares a las de los rompehielos modernos a vapor. Algunos barcos de vela notables de finales de la era de la vela también presentaban la forma ovalada de los barcos pomor , por ejemplo el Fram , utilizado por Fridtjof Nansen y otros grandes exploradores polares noruegos . El Fram fue el barco de madera que navegó más al norte (85°57'N) y más al sur (78°41'S), y uno de los barcos de madera más resistentes jamás construidos.
Un barco temprano diseñado para operar en condiciones de hielo [6] fue un barco de vapor de madera de 51 metros (167 pies) , City Ice Boat No. 1 , que fue construido para la ciudad de Filadelfia por Vandusen & Birelyn en 1837. El barco estaba propulsado por dos máquinas de vapor de 250 caballos de fuerza (190 kW) y sus paletas de madera estaban reforzadas con cubiertas de hierro. [7]
Con una forma redondeada y un fuerte casco de metal, el Pilot ruso de 1864 fue un importante predecesor de los rompehielos modernos con hélices. El barco fue construido por orden del comerciante y constructor naval Mikhail Britnev . Se le modificó la proa para lograr una capacidad de limpieza del hielo (elevación de 20° desde la línea de la quilla). Esto le permitió al Pilot impulsarse sobre la parte superior del hielo y, en consecuencia, romperlo. Britnev diseñó la proa de su barco siguiendo la forma de los antiguos barcos Pomor, que habían estado navegando por las aguas heladas del mar Blanco y el mar de Barents durante siglos. El Pilot se utilizó entre 1864 y 1890 para navegar en el golfo de Finlandia entre Kronstadt y Oranienbaum , extendiendo así la temporada de navegación de verano varias semanas. Inspirado por el éxito del Pilot , Mikhail Britnev construyó un segundo barco similar, Boy ("Breakage" en ruso), en 1875 y un tercer Booy ("Buoy" en ruso) en 1889.
El frío invierno de 1870-1871 provocó la congelación del río Elba y del puerto de Hamburgo , lo que provocó una interrupción prolongada de la navegación y enormes pérdidas comerciales. Carl Ferdinand Steinhaus reutilizó el diseño modificado del Pilot de proa de Britnev para construir su propio rompehielos, el Eisbrecher I [8] . [9]
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El primer rompehielos verdaderamente moderno de alta mar [10] se construyó a principios del siglo XX. El rompehielos Yermak , fue construido en 1899 en el astillero naval Armstrong Whitworth en Inglaterra bajo contrato de la Armada Imperial Rusa . El barco tomó prestados los principios fundamentales de Pilot y los aplicó a la creación del primer rompehielos polar, que era capaz de pasar por encima y triturar el hielo . El barco desplazaba 5.000 toneladas y sus motores alternativos de vapor entregaban 10.000 caballos de fuerza (7.500 kW). El barco fue dado de baja en 1963 y desguazado en 1964, lo que lo convirtió en uno de los rompehielos más antiguos del mundo.
En Canadá, el gobierno necesitaba proporcionar una forma de prevenir las inundaciones causadas por el atasco de hielo en el río San Lorenzo . Se construyeron rompehielos para mantener el río libre de atascos de hielo, al este de Montreal . Casi al mismo tiempo, Canadá tuvo que cumplir con sus obligaciones en el Ártico canadiense. Grandes rompehielos a vapor, como el CGS NB McLean (1930) de 80 metros (260 pies) y el CGS D'Iberville (1952), se construyeron para este doble uso (prevención de inundaciones en el río San Lorenzo y reabastecimiento del Ártico).
A principios del siglo XX, varios otros países comenzaron a operar rompehielos construidos especialmente para ese fin. La mayoría eran rompehielos costeros, pero Canadá, Rusia y, más tarde, la Unión Soviética , también construyeron varios rompehielos oceánicos de hasta 11.000 toneladas de desplazamiento.
Antes de que se construyeran los primeros rompehielos diésel-eléctricos en la década de 1930, los rompehielos eran barcos de vapor alimentados con carbón o petróleo . [11] Los motores de vapor alternativos eran los preferidos en los rompehielos debido a su confiabilidad, robustez, buenas características de torque y capacidad para invertir la dirección de rotación rápidamente. [12] Durante la era del vapor, los rompehielos a vapor más potentes de antes de la guerra tenían una potencia de propulsión de aproximadamente 10 000 caballos de fuerza en el eje (7500 kW). [11]
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El primer rompehielos diésel-eléctrico del mundo fue el rompehielos sueco de 4.330 toneladas Ymer en 1933. Con 9.000 hp (6.700 kW) divididos entre dos hélices en la popa y una hélice en la proa, siguió siendo el rompehielos sueco más potente hasta la puesta en servicio del Oden en 1957. Al Ymer le siguió el finlandés Sisu , el primer rompehielos diésel-eléctrico de Finlandia, en 1939. [13] [14] Ambos buques fueron dados de baja en la década de 1970 y reemplazados por rompehielos mucho más grandes en ambos países, el Sisu construido en 1976 en Finlandia y el Ymer construido en 1977 en Suecia.
En 1941, Estados Unidos comenzó a construir la clase Wind . Las investigaciones en Escandinavia y la Unión Soviética condujeron a un diseño que tenía un casco corto y ancho muy resistente, con un pie delantero recortado y un fondo redondeado. Una potente maquinaria diésel-eléctrica impulsaba dos hélices de popa y una hélice auxiliar de proa. [15] [16] [17] Estas características se convertirían en el estándar para los rompehielos de posguerra hasta la década de 1980.
Desde mediados de la década de 1970, los rompehielos diésel-eléctricos más potentes han sido los rompehielos ex soviéticos y luego rusos Ermak , Admiral Makarov y Krasin , que tienen nueve generadores diésel de doce cilindros que producen electricidad para tres motores de propulsión con una potencia combinada de 26.500 kW (35.500 hp). [11] A finales de la década de 2020, serán superados por los nuevos rompehielos polares canadienses CCGS Arpatuuq y CCGS Imnaryuaq, que tendrán una potencia de propulsión combinada de 34.000 kW (46.000 hp).
En Canadá, los rompehielos diésel-eléctricos comenzaron a construirse en 1952, primero con el HMCS Labrador (que luego fue transferido a la Guardia Costera canadiense), utilizando el diseño de la clase Wind de la USCG pero sin la hélice de proa. Luego, en 1960, el siguiente paso en el desarrollo canadiense de grandes rompehielos llegó cuando se completó el CCGS John A. Macdonald en Lauzon, Quebec. Un barco considerablemente más grande y más poderoso que el Labrador , el John A. Macdonald era un rompehielos oceánico capaz de enfrentar las condiciones polares más rigurosas. Su maquinaria diésel-eléctrica de 15.000 caballos de fuerza (11.000 kW) estaba dispuesta en tres unidades que transmitían potencia por igual a cada uno de los tres ejes.
El rompehielos más grande y poderoso de Canadá, el CCGS Louis S. St-Laurent de 120 metros (390 pies) , fue entregado en 1969. Su sistema original de tres turbinas de vapor, nueve generadores y tres motores eléctricos produce 27.000 caballos de fuerza en el eje (20.000 kW). Un proyecto de reacondicionamiento de varios años a mitad de su vida útil (1987-1993) vio al barco recibir una nueva proa y un nuevo sistema de propulsión. La nueva planta motriz consta de cinco motores diésel, tres generadores y tres motores eléctricos, que proporcionan aproximadamente la misma potencia de propulsión.
El 22 de agosto de 1994, el Louis S. St-Laurent y el USCGC Polar Sea se convirtieron en los primeros buques de superficie norteamericanos en llegar al Polo Norte. Originalmente, estaba previsto que el buque fuera dado de baja en 2000; sin embargo, una remodelación extendió la fecha de baja hasta 2017. Ahora está previsto que se mantenga en servicio hasta la década de 2020, a la espera de la introducción de dos nuevos rompehielos polares, el CCGS Arpatuuq y el CCGS Imnaryuaq, para la Guardia Costera. [18]
Rusia opera actualmente todos los rompehielos de propulsión nuclear existentes y en funcionamiento . [19] El primero, NS Lenin , fue botado en 1957 y entró en funcionamiento en 1959, antes de ser dado de baja oficialmente en 1989. Fue el primer buque de superficie de propulsión nuclear del mundo y el primer buque civil de propulsión nuclear .
El segundo rompehielos nuclear soviético fue el NS Arktika , el buque líder de la clase Arktika . En servicio desde 1975, fue el primer buque de superficie en llegar al Polo Norte , el 17 de agosto de 1977. También se construyeron varios rompehielos de propulsión nuclear fuera de la Unión Soviética. Dos rompehielos nucleares de poco calado de la clase Taymyr se construyeron en Finlandia para la Unión Soviética a finales de la década de 1980. [11]
En mayo de 2007, se completaron las pruebas en el mar del rompehielos ruso de propulsión nuclear NS 50 Let Pobedy . El buque fue puesto en servicio por la Compañía Naviera Murmansk , que gestiona los ocho rompehielos nucleares de propiedad estatal rusa. La quilla fue colocada originalmente en 1989 por Baltic Works de Leningrado , y el barco fue botado en 1993 como NS Ural . Este rompehielos está destinado a ser el sexto y último de la clase Arktika . [20]
En la actualidad, la mayoría de los rompehielos son necesarios para mantener abiertas las rutas comerciales donde hay condiciones de hielo estacionales o permanentes. Si bien los buques mercantes que hacen escala en los puertos de estas regiones están reforzados para la navegación en hielo , por lo general no son lo suficientemente potentes como para manejar el hielo por sí mismos. Por esta razón, en el mar Báltico , los Grandes Lagos y la vía marítima del San Lorenzo , y a lo largo de la Ruta del Mar del Norte , la función principal de los rompehielos es escoltar convoyes de uno o más barcos de manera segura a través de aguas llenas de hielo. Cuando un barco queda inmovilizado por el hielo, el rompehielos tiene que liberarlo rompiendo el hielo que rodea al barco y, si es necesario, abrir un paso seguro a través del campo de hielo. En condiciones de hielo difíciles, el rompehielos también puede remolcar los barcos más débiles. [11]
Algunos rompehielos también se utilizan para apoyar la investigación científica en el Ártico y la Antártida. Además de la capacidad de romper el hielo, los barcos deben tener características razonablemente buenas en aguas abiertas para el tránsito hacia y desde las regiones polares, instalaciones y alojamiento para el personal científico y capacidad de carga para abastecer a las estaciones de investigación en la costa. [11] Países como Argentina y Sudáfrica , que no requieren rompehielos en aguas nacionales, tienen rompehielos de investigación para realizar estudios en las regiones polares.
A medida que las perforaciones en alta mar se trasladan a los mares del Ártico, se necesitan buques rompehielos para suministrar carga y equipo a los sitios de perforación y proteger los barcos de perforación y las plataformas petroleras del hielo mediante la gestión del hielo, que incluye, por ejemplo, romper el hielo a la deriva en témpanos más pequeños y alejar los icebergs del objeto protegido. [11] En el pasado, tales operaciones se llevaban a cabo principalmente en América del Norte, pero hoy en día la perforación en alta mar y la producción de petróleo en el Ártico también se llevan a cabo en varias partes del Ártico ruso.
La Guardia Costera de los Estados Unidos utiliza rompehielos para ayudar a realizar misiones de búsqueda y rescate en los gélidos océanos polares. Los rompehielos de los Estados Unidos sirven para defender los intereses económicos y mantener la presencia de la nación en las regiones ártica y antártica. A medida que los casquetes polares del Ártico continúan derritiéndose, se descubren más pasadizos. Estas posibles rutas de navegación provocan un aumento del interés en los hemisferios polares de las naciones de todo el mundo. Los rompehielos polares de los Estados Unidos deben seguir apoyando la investigación científica en los océanos Ártico y Antártico en expansión . [21] Cada año, un rompehielos pesado debe realizar la Operación Deep Freeze , despejando un camino seguro para los barcos de reabastecimiento a la instalación McMurdo de la Fundación Nacional de Ciencias en la Antártida. La excursión de varios meses más reciente fue liderada por el Polar Star , que escoltó un barco de contenedores y combustible a través de condiciones traicioneras antes de mantener el canal libre de hielo. [22]
Los rompehielos suelen describirse como barcos que empujan su proa inclinada contra el hielo y lo rompen bajo el peso del barco. [23] En realidad, esto solo ocurre en hielo muy grueso, donde el rompehielos avanzará a paso de hombre o incluso puede tener que retroceder repetidamente varias longitudes de barco y embestir el bloque de hielo a toda potencia. Lo más común es que el hielo, que tiene una resistencia a la flexión relativamente baja , se rompa fácilmente y quede sumergido bajo el casco sin un cambio notable en el asiento del rompehielos mientras el buque avanza a una velocidad relativamente alta y constante. [24]
Cuando se diseña un rompehielos, uno de los objetivos principales es minimizar las fuerzas resultantes de aplastar y romper el hielo, y sumergir los témpanos rotos debajo del buque. El valor promedio de los componentes longitudinales de estas fuerzas instantáneas se llama resistencia al hielo del barco. Los arquitectos navales que diseñan rompehielos utilizan la llamada curva h - v para determinar la capacidad rompehielos del buque. Muestra la velocidad ( v ) que el barco es capaz de alcanzar en función del espesor del hielo ( h ). Esto se hace calculando la velocidad a la que el empuje de las hélices es igual a la resistencia hidrodinámica y al hielo combinadas del buque. [1] Un medio alternativo para determinar la capacidad rompehielos de un buque en diferentes condiciones de hielo, como crestas de presión , es realizar pruebas modelo en un tanque de hielo . Independientemente del método, el rendimiento real de los nuevos rompehielos se verifica en pruebas de hielo a escala real una vez que se ha construido el barco.
Para minimizar las fuerzas de rotura del hielo, las líneas del casco de un rompehielos suelen diseñarse de modo que el ensanchamiento en la línea de flotación sea lo más pequeño posible. Como resultado, los barcos rompehielos se caracterizan por una roda inclinada o redondeada , así como por costados inclinados y una sección media corta y paralela para mejorar la maniobrabilidad en el hielo. [24] Sin embargo, la proa en forma de cuchara y el casco redondo tienen una eficiencia hidrodinámica y características de comportamiento en el mar deficientes , y hacen que el rompehielos sea susceptible a los golpes o al impacto de la estructura inferior del barco contra la superficie del mar. [1] Por esta razón, el casco de un rompehielos suele ser un compromiso entre una resistencia mínima al hielo, maniobrabilidad en el hielo, baja resistencia hidrodinámica y características adecuadas en aguas abiertas. [11]
Algunos rompehielos tienen un casco más ancho en la proa que en la popa. Estos llamados "escariadores" aumentan la anchura del canal de hielo y, por lo tanto, reducen la resistencia a la fricción en la popa y mejoran la maniobrabilidad del barco en el hielo. Además de la pintura de baja fricción, algunos rompehielos utilizan un cinturón de hielo de acero inoxidable resistente a la abrasión soldado por explosión que reduce aún más la fricción y protege el casco del barco contra la corrosión. Se utilizan sistemas auxiliares como potentes diluvios de agua y sistemas de burbujeo de aire para reducir la fricción formando una capa lubricante entre el casco y el hielo. El bombeo de agua entre tanques a ambos lados del barco da como resultado un balanceo continuo que reduce la fricción y facilita el avance a través del hielo. A lo largo de los años se han probado diseños de proa experimentales, como la proa plana Thyssen-Waas y una proa cilíndrica para reducir aún más la resistencia del hielo y crear un canal sin hielo. [11]
Los rompehielos y otros buques que operan en aguas heladas requieren un refuerzo estructural adicional para hacer frente a las diversas cargas resultantes del contacto entre el casco del buque y el hielo circundante. Como las presiones del hielo varían entre las distintas regiones del casco, las zonas más reforzadas del casco de un buque que navega por el hielo son la proa, que experimenta las mayores cargas de hielo, y alrededor de la línea de flotación, con un refuerzo adicional tanto por encima como por debajo de la línea de flotación para formar un cinturón de hielo continuo alrededor del buque. [2]
Los rompehielos cortos y rechonchos se construyen generalmente utilizando armazones transversales en los que el revestimiento del casco se refuerza con marcos colocados a unos 400 a 1.000 milímetros (1 a 3 pies) de distancia, a diferencia del armazón longitudinal utilizado en los barcos más largos. Cerca de la línea de flotación, los marcos que corren en dirección vertical distribuyen las cargas de hielo concentradas localmente en el revestimiento del casco a las vigas longitudinales llamadas largueros, que a su vez están sostenidas por marcos de alma y mamparos que soportan las cargas más distribuidas del casco. [2] Mientras que el revestimiento del casco, que está en contacto directo con el hielo, puede tener hasta 50 milímetros (2,0 pulgadas) de espesor en los rompehielos polares más antiguos, el uso de acero de alta resistencia con un límite elástico de hasta 500 MPa (73.000 psi) en los rompehielos modernos da como resultado la misma resistencia estructural con espesores de material más pequeños y un menor peso del acero. Independientemente de la resistencia, el acero utilizado en las estructuras del casco de un rompehielos debe ser capaz de resistir la fractura frágil en temperaturas ambientales bajas y condiciones de carga elevadas, ambas típicas de las operaciones en aguas llenas de hielo. [2] [25]
Si se construyen de acuerdo con las reglas establecidas por una sociedad de clasificación como American Bureau of Shipping , Det Norske Veritas o Lloyd's Register , a los rompehielos se les puede asignar una clase de hielo según el nivel de refuerzo del hielo en el casco del barco. Por lo general, se determina por el espesor máximo del hielo donde se espera que opere el barco y otros requisitos, como posibles limitaciones en la embestida. Si bien la clase de hielo es generalmente una indicación del nivel de refuerzo del hielo, no de la capacidad real de rompehielos de un rompehielos, algunas sociedades de clasificación como el Registro Marítimo Ruso de Navegación tienen requisitos de capacidad operativa para ciertas clases de hielo. Desde la década de 2000, la Asociación Internacional de Sociedades de Clasificación (IACS) ha propuesto adoptar un sistema unificado conocido como Clase Polar (PC) para reemplazar las notaciones de clase de hielo específicas de la sociedad de clasificación.
Desde la Segunda Guerra Mundial , la mayoría de los rompehielos se han construido con propulsión diésel-eléctrica en la que los motores diésel acoplados a generadores producen electricidad para los motores de propulsión que hacen girar las hélices de paso fijo. Los primeros rompehielos diésel-eléctricos se construyeron con generadores de corriente continua (CC) y motores de propulsión, pero con el paso de los años la tecnología avanzó primero a generadores de corriente alterna (CA) y finalmente a sistemas CA-CA controlados por frecuencia. [11] En los rompehielos diésel-eléctricos modernos, el sistema de propulsión se construye según el principio de la planta de energía en el que los generadores principales suministran electricidad a todos los consumidores a bordo y no se necesitan motores auxiliares.
Aunque el sistema de propulsión diésel-eléctrico es la opción preferida para los rompehielos debido a las buenas características de par a baja velocidad de los motores de propulsión eléctricos, también se han construido rompehielos con motores diésel acoplados mecánicamente a cajas de engranajes reductores y hélices de paso controlable . El sistema de propulsión mecánico tiene varias ventajas sobre los sistemas de propulsión diésel-eléctricos, como un menor peso y una mejor eficiencia de combustible. Sin embargo, los motores diésel son sensibles a los cambios repentinos en las revoluciones de la hélice y, para contrarrestar esto, los sistemas de propulsión mecánicos suelen estar equipados con grandes volantes de inercia o acoplamientos hidrodinámicos para absorber las variaciones de par resultantes de la interacción hélice-hielo. [11]
El rompehielos polar canadiense CCGS Louis S. St-Laurent, construido en 1969, fue uno de los pocos rompehielos equipados con calderas de vapor y turbogeneradores que producían energía para tres motores de propulsión eléctricos. Más tarde se le instalaron cinco motores diésel, que proporcionan un mejor ahorro de combustible que las turbinas de vapor. Los rompehielos canadienses posteriores se construyeron con un sistema de propulsión diésel-eléctrico. [11]
Dos rompehielos de la clase Polar operados por la Guardia Costera de los Estados Unidos tienen un sistema de propulsión combinado diésel-eléctrico y mecánico que consta de seis motores diésel y tres turbinas de gas . Mientras que los motores diésel están acoplados a generadores que producen energía para tres motores de propulsión, las turbinas de gas están acopladas directamente a los ejes de la hélice que impulsan hélices de paso controlable. [11] La planta de energía diésel-eléctrica puede producir hasta 13.000 kW (18.000 hp) mientras que las turbinas de gas tienen una potencia combinada continua de 45.000 kW (60.000 hp). [26]
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El número, tipo y ubicación de las hélices depende de la potencia, el calado y el propósito previsto del buque. Los rompehielos más pequeños y los buques rompehielos especiales pueden funcionar con una sola hélice, mientras que los rompehielos polares grandes suelen necesitar hasta tres hélices grandes para absorber toda la potencia y proporcionar suficiente empuje. Algunos rompehielos fluviales de poco calado se han construido con cuatro hélices en la popa. Se pueden utilizar toberas para aumentar el empuje a velocidades más bajas, pero pueden obstruirse con el hielo. [11] Hasta la década de 1980, los rompehielos que operaban regularmente en los campos de hielo escarpados del mar Báltico estaban equipados primero con una y luego con dos hélices de proa para crear un potente arrastre a lo largo del casco del buque. Esto aumentó considerablemente la capacidad rompehielos de los buques al reducir la fricción entre el casco y el hielo, y permitió que los rompehielos penetraran en las gruesas crestas de hielo sin embestir. Sin embargo, las hélices de proa no son adecuadas para los rompehielos polares que operan en presencia de hielo multianual más duro y, por lo tanto, no se han utilizado en el Ártico. [27]
Los propulsores azimutales eliminan la necesidad de las hélices y timones tradicionales al tener las hélices en góndolas orientables que pueden girar 360 grados alrededor de un eje vertical. Estos propulsores mejoran la eficiencia de la propulsión, la capacidad de romper el hielo y la maniobrabilidad del buque. El uso de propulsores azimutales también permite que un barco se mueva hacia atrás en el hielo sin perder maniobrabilidad. Esto ha llevado al desarrollo de buques de doble acción , buques con la popa en forma de proa de un rompehielos y la proa diseñada para el rendimiento en aguas abiertas. De esta manera, el barco sigue siendo económico de operar en aguas abiertas sin comprometer su capacidad para operar en condiciones de hielo difíciles. Los propulsores azimutales también han hecho posible el desarrollo de nuevos rompehielos experimentales que operan lateralmente para abrir un canal ancho a través del hielo.
Los rompehielos a vapor resucitaron a fines de la década de 1950 cuando la Unión Soviética puso en servicio el primer rompehielos de propulsión nuclear , el Lenin , en 1959. Tenía un sistema de propulsión nuclear-turboeléctrico en el que el reactor nuclear se usaba para producir vapor para turbogeneradores , que a su vez producían electricidad para motores de propulsión. A partir de 1975, los rusos pusieron en servicio seis rompehielos nucleares de la clase Arktika . Los soviéticos también construyeron un carguero rompehielos de propulsión nuclear, el Sevmorput , que tenía un solo reactor nuclear y una turbina de vapor acoplada directamente al eje de la hélice. Rusia, que sigue siendo el único operador de rompehielos de propulsión nuclear, está construyendo actualmente rompehielos de 60.000 kW (80.000 hp) para reemplazar a la envejecida clase Arktika . El primer buque de este tipo entró en servicio en 2020.
Un aerodeslizador puede romper el hielo mediante el método de resonancia, lo que hace que el hielo y el agua oscilen hacia arriba y hacia abajo hasta que el hielo sufre una fatiga mecánica suficiente como para provocar una fractura. [28]
