teoria del buque

Escuela Náutica ALAVELA: Curso Capitán de Yate / Magnetismo terrestre
MAGNETISMO TERRESTRE
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1.1
CAMPO MAGNETICO TERRESTRE. GENERALIDADES
Es sabido que la Tierra se comporta como un imán, con dos polos magnéticos
situados a distancias desiguales de los correspondientes polos geográficos.
Los polos magnéticos se localizan en dos zonas con centros, uno en
aproximadamente una latitud de 74º N y longitud de 101º W y el otro en latitud
de unos 68º S y longitud de 144º E.
Aunque dichos polos magnéticos son conocidos por la denominación del polo
geográfico próximo, la polaridad de los mismos es contraria a la que se les
asigna a los polos N y S de un imán. Es decir, el polo norte magnético
corresponderá a la polaridad S, y por tanto azul, del imán imaginario terrestre, y
el polo sur magnético corresponderá a la polaridad N, y por tanto roja, del citado
imán imaginario1. Esto se evidencia por la orientación en el campo magnético
terrestre de una aguja imantada, la cual orientará hacia el norte magnético su
polaridad roja (N)2.
Este imán terrestre imaginario da lugar a la existencia de un campo magnético3
con líneas de fuerza que fluyen de Sur a Norte.
Fig. 1 El imán terrestre: Se observan las líneas de fuerza saliendo del polo sur magnético y
llegando al polo norte magnético. También se dibuja, como línea curva de color verde el Ecuador
magnético, que no coincide con el geográfico
1
El polo N de un imán. tiene polaridad roja y el polo S polaridad azul
Propiedad de los imanes: Polaridades contrarias se atraen y polaridades iguales se repelen.
3
Campo magnético es la porción del espacio en el que un imán ejerce su influencia.
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Debido a ese campo magnético terrestre, un imán inmerso en el mismo y con
posibilidad de girar e inclinarse, se orientará dentro de él, y por tanto en cada
punto de la Tierra, de acuerdo con la dirección4 de la línea de fuerza5 que le
afecta, quedando con su extremo rojo apuntando hacia el polo norte magnético y
con su extremo azul apuntando el polo sur magnético.
En los polos magnéticos dicho imán quedaría suspendido en posición vertical, con
su polo rojo apuntando hacia abajo en el norte magnético y apuntando hacia
arriba en el sur magnético.
Los valores del campo magnético terrestre, y, como consecuencia, la posición de
los polos magnéticos, varían lentamente con el tiempo siguiendo pautas más o
menos regulares. Existen, también, otras variaciones menores, no regulares, que
no afectan a efectos de las cuestiones que se plantean en navegación. Por otra
parte, ciertos fenómenos solares, y espaciales, como son las tormentas
magnéticas, modifican temporalmente el campo magnético terrestre, siendo sus
efectos tanto mayores cuanto mayor es la latitud.
1.2
COMPONENTES DEL CAMPO MAGNETICO TERRESTRE
Las componentes del campo magnético terrestre, y que definen en cualquier
punto de la Tierra, una línea de fuerza del mismo, son:
•
•
•
Intensidad (F)
Inclinación (θ)
Declinación (dm)
Para comprender cada componente se descompone la intensidad (F) dentro del
plano que contiene a la línea de fuerza en dos direcciones, una horizontal (H) y
otra vertical (Z). La fuerza horizontal (H) es la más importante ya que es la que
orienta la aguja en el meridiano magnético.
El ángulo que forma (H) con el meridiano geográfico en ese lugar se denomina
declinación magnética (dm).
El ángulo que forma (F) con la horizontal se denomina inclinación.
Las relaciones entre los distintos componentes se deducen de la figura a
continuación y son:
4
Dirección del campo magnético, para un punto determinado, es aquella en la que se ve solicitada a moverse
la unidad de masa magnética. En la Tierra esta dirección queda precisada por su orientación e inclinación. La
unidad de masa magnética, en el sistema cegesimal (c.g.s) es la que corresponde a un polo que colocado en
el aire a 1 cm., de distancia de otro polo idéntico, lo repele con la fuerza de 1 dina.
5
Línea de fuerza de un campo magnético es la curva cuya tangente, en un punto determinado, corresponde a
la dirección del campo magnético en dicho punto.
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F=
H2 + Z2
H = F • cosθ
Z = F • senθ = H • tgθ
Fig. 2 Componentes del campo magnético terrestre
La línea que une puntos de inclinación cero y máxima intensidad horizontal se le
denomina línea aclina y define el ecuador magnético.
Los meridianos magnéticos quedan definidos en cada punto de la Tierra por la
dirección de las líneas de fuerza que unen los polos magnéticos.
Los paralelos magnéticos serán resultado de unir puntos de igual intensidad
horizontal o de igual inclinación.
Los valores mínimos de (F) se encuentran en el Ecuador mágnetico o en sus
proximidades.
Los valores máximos de (H) están en el ecuador magnético, siendo 0 en los polos
magnéticos. Por esta razón, las agujas magnéticas, que se orientan en función
de la fuerza (H) disminuyen su capacidad de orientación en latitudes altas,
siendo inútil dicho instrumento en las proximidades de los polos magnéticos.
Los valores máximos de (Z) se dan en los polos magnéticos, siendo nulos en el
ecuador magnético.
La figura a continuación muestra las distintas variaciones mencionadas.
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Fig. 3 Valores de las componentes del campo magnético terrestre en función de la latitud
1.3
DECLINACION MAGNETICA
Se denomina declinación magnética (dm) al ángulo que en cada punto de la
Tierra forma el meridiano magnético con el meridiano geográfico.
La declinación magnética varía con el lugar y dentro de cada lugar varía con el
tiempo de acuerdo a lo que se denomina variación.
Fig. 4 Declinación magnética - Signos
La declinación magnética será positiva cuando el meridiano magnético queda a la
derecha, o lo que es lo mismo al NE, del meridiano geográfico, y será negativa
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cuando el meridiano magnético queda a la izquierda, o lo que es lo mismo al NW,
del meridiano geográfico.
El valor de la declinación magnética se da en las cartas náuticas, para el año en
que se indique en la misma.
A efectos náuticos, las únicas variaciones que se tendrán en cuenta son las
denominadas seculares, las cuales son constantes en valor y sentido por largos
períodos de tiempo, despreciándose, por su escasa importancia, las anuas, que
tienen ciclo anual, y las diurnas, que tienen un ciclo diario.
Al valor de la variación secular durante un año se le denomina decremento o
incremento anuo, según que disminuya o aumente, respectivamente, el valor
absoluto de la declinación magnética. El valor de esta variación secular durante
un año también viene expresado en la carta náutica al lado de la declinación
magnética.
Debido a esto, será necesario corregir la declinación magnética dada en la carta
náutica para un año determinado, por el valor del incremento o decremento
producido en el total de años transcurridos hasta el momento actual. En este
sentido, dicho incremento o decremento se calculará multiplicando el valor de la
variación secular durante un año por el número de años transcurridos.
Obtenido el valor total del incremento o decremento se sumará, si es
incremento, o se restará si es decremento, al valor absoluto de la declinación
magnética y al resultado se le pondrá el signo que tenía dicha declinación
magnética sin corregir. Si se da el caso que la corrección es mayor que el valor
de la declinación magnética inicial entonces la declinación magnética resultante
habrá cambiado de signo.
1.4
INCLINACION MAGNETICA
Se denomina inclinación magnética (θ) al ángulo que forma la dirección del
campo magnético terrestre con la horizontal. Su valor es 0 en el ecuador
magnético y 90º en los polos magnéticos.
En el hemisferio sur magnético estará dirigida hacia arriba, y será negativa,
mientras que en el hemisferio norte magnético estará dirigida hacia abajo, y será
positiva.
1.5
CARTAS MAGNETICAS
Con la denominación genérica de cartas isomagnéticas se conocen una serie de
cartas que reflejan los valores de las componentes del campo magnético
terrestre. En ellas se materializan dichas componentes mediante curvas que
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unen puntos de igual valor para la componente que muestran. Dentro de las
cartas isomagnéticas se tienen:
•
•
•
•
•
Cartas isógonas: Representan curvas que unen puntos de igual valor de la
declinación magnética.
Cartas isoclinas: Representan curvas que unen puntos de igual valor de la
inclinación.
Cartas isodinámicas totales: Representan curvas que unen puntos de igual
valor de F.
Cartas isodinámicas horizontales: Representan curvas que unen puntos de
igual valor de H.
Cartas isodinámicas verticales: Representan curvas que unen puntos de
igual valor de Z.
Del estudio de la distribución del magnetismo terrestre reflejado en las cartas
que lo representan se pueden sacar conclusiones en cuanto a su distribución. En
este sentido, el ecuador magnético es una curva irregular que une puntos de
inclinación magnética nula. No coincide con el ecuador geográfico, cortándo a
éste en dos puntos, estando la máxima latitud norte de este ecuador magnético
a unos 10º sobre el centro de África y a unos 14º en América del Sur.
La fuerza (F), en general, es menor en las proximidades del ecuador magnético
aumentando a medida que nos separamos del mismo y alcanzando el máximo
valor en las proximidades de los polos magnéticos. Estas zonas donde la fuerza
(F) es máxima reciben el nombre de focos magnéticos y no coinciden con los
polos magnéticos aunque están cerca de ellos.
Los polos magnéticos son zonas de unas 45 a 50 millas de diámetro.
La componente vertical del campo magnético (Z) aumenta con la latitud
magnética alcanzando máximos valores en los focos magnéticos.
En la mayor parte de la superficie de la Tierra y, especialmente sobre las zonas
oceánicas más profundas, las líneas isoclinas e isógonas tienen formas regulares.
En aguas menos profundas, aguas costeras y sobre la superficie terrestre se
pueden encontrar irregularidades locales que afectan principalmente a la
declinación magnética.
La causa de estas irregularidades podría ser la existencia de yacimientos
minerales magnéticos que crean campos locales que modifican el campo
terrestre.
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1.6
DESVIO DE LA AGUJA MAGNETICA. CAUSAS QUE LO PRODUCEN
Es conocido que el desvío es el ángulo formado entre el norte de aguja, que
indica dicho instrumento a bordo, y la dirección del meridiano magnético o norte
magnético. Se representa con el símbolo ∆ y será positivo cuando el norte de
aguja quede a la derecha, o al NE, del norte magnético y negativo cuando el
norte de aguja quede a la izquierda, o al NW, del norte magnético.
El desvío varía con el rumbo y con la posición geográfica, siendo su valor la
resultante de todas las fuerzas magnéticas que actúan sobre la aguja a bordo.
Entre las diversas causas que producen el desvío de la aguja a bordo vamos a
destacar las siguientes:
•
•
Cuando el barco es de casco metálico, durante el proceso de su
construcción, que permanece a un rumbo constante en la grada del
astillero, va adquiriendo un magnetismo más o menos permanente,
convirtiéndose en un imán gigante que generará un campo magnético
propio. Ese magnetismo permanente es adquirido por los hierros
denominados duros, los cuales cuando adquieren el magnetismo lo
conservan durante largos períodos. De esta forma, la aguja a bordo no solo
estará sometida a la acción del campo magnético terrestre sino también al
campo propio generado por el buque.
Otros elementos del buque, tales como motores, pescantes, grúas,
instalaciones eléctricas y radioeléctricas, perturban también la aguja, ya
que modifican el campo magnético en sus proximidades. Cuando el buque
va cambiando de posición geográfica se modifican las componentes que
definen el campo magnético terrestre por lo que también se modificará el
desvío. En general, los hierros dulces del buque adquieren un magnetismo
inducido por el campo magnético terrestre, en cada posición, cambiando
dicho magnetismo inducido al cambiar la posición del buque, bien se por
cambio de rumbo o por modificación de la situación geográfica.
El desvío, por tanto, dependerá de la acción conjunta de los efectos anteriores,
cuya resultante dará lugar a la orientación final de la aguja.
1.7
CAMPOS MAGNETICOS QUE ACTUAN SOBRE LA AGUJA A BORDO
De acuerdo a lo visto en el epígrafe anterior, se puede decir que los campos
magnéticos que actúan sobre la aguja a bordo de un buque son:
•
•
Campo magnético terrestre: Debido al imán terrestre.
Campo magnético permanente: Debido al campo magnético que adquieren
los hierros duros del buque.
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•
Campo magnético inducido o accidental: Debido al campo magnético
inducido a los hierros dulces.
Campo
magnético
Terrestre
Debido a:
La Tierra.
Permanente
Los
hierros
duros que se
imantan con el
campo
magnético
terrestre.
Inducido
Los
hierros
dulces
imantados por
el
campo
magnético
terrestre.
Los hierros de
características
intermedias.
Semipermanente
Orientación
hacia:
El
Nm.
Independiente
del rumbo.
Constante
dentro
del
barco
a
cualquier
rumbo. Variable
respecto
al
horizonte.
Depende
del
rumbo
de
grada.
Variable
con
relación
al
barco
y
al
horizonte.
Depende
del
rumbo.
Intensidad
Características
Depende de la
posición
geográfica.
Depende
del
valor
del
campo
magnético
terrestre y del
tiempo que el
buque
haya
estado inmerso
en él a rumbo
fijo.
Depende
del
campo
magnético
terrestre y del
rumbo.
Varía
lentamente
(variación secular).
Se adquiere y se
pierde lentamente.
Se adquiere y se
pierde
rápidamente.
Englobado
anteriores
en
los
El campo magnético terrestre ya ha sido estudiado, siendo un magnetismo cuya
intensidad y dirección varían con la posición geográfica y cuya componente
horizontal (H) es la que orienta la aguja según el meridiano magnético.
Fig. 5 Orientación de la aguja en el campo magnético
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Ahora bien, a cada rumbo de aguja, la acción combinada del magnetismo
terrestre y del permanente e inducido del buque, darán lugar a una resultante
(F´) que también presenta una cierta inclinación respecto a la horizontal y por
tanto se podrá descomponer en éste sentido (H´) y en el vertical (Z´).
La fuerza (H´) determinará la orientación de la aguja a bordo del buque (Na),
siendo la separación entre éste y el (Nm) el desvío (∆). En principio no se tendrá
en cuenta la componente vertical (Z´) debido a que la aguja estará construida
para girar solo en el plano horizontal. El efecto de (Z´) se hace notar
exclusivamente cuando el buque escora.
Fig. 6 Orientación de la aguja en el campo magnético a bordo del buque
Si los buques estuviesen construidos con materiales antimagnéticos es evidente
que no habría desvío y la aguja a bordo indicaría el norte magnético. Sin
embargo esto no es posible por lo que convendrá estudiar, al menos
superficialmente, los efectos del magnetismo permanente e inducido sobre la
aguja. Los puntos a continuación ayudarán a entender los desarrollos posteriores
sobre este tema:
•
•
6
Los hierros del buque se considerarán agrupados según su clase y
disposición, dando lugar a grandes imanes desde el punto de vista teórico.
Si los dos polos de alguno de estos imanes teóricos no están a la misma
distancia de la aguja, se considerará que la acción del más alejado sobre la
misma es despreciable.6
El efecto de un imán es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.
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•
•
El efecto de cualquiera de los polos de un imán produce acciones iguales,
paralelas y de sentido contrario sobre los dos polos de la aguja. Es decir,
se producirá un efecto de giro sobre la aguja.
El efecto desviador del polo de un imán sobre la aguja será máximo
cuando actúa perpendicularmente a la misma y nulo cuando lo hace en la
misma dirección.
Con relación al magnetismo permanente se debe decir que los cascos metálicos
de los buques son, en la mayoría de los casos, de acero y por tanto ricos en
carbono. Estos cascos de hierro duro (acero) cuando permanecen durante largo
tiempo orientados en la misma dirección con respecto al campo magnético
terrestre, como por ejemplo cuando se están construyendo o cuando se reparan
en astillero, adquieren un magnetismo denominado permanente que produce su
propio campo magnético.
Las vibraciones, martilleos y demás operaciones propias de la construcción o
reparación favorecen este magnetismo.
Cuando el buque sale de la grada es ya un imán permanente con una polaridad
que dependerá del rumbo de la grada, es decir de la dirección con la que haya
permanecido el buque en el astillero con respecto al campo magnético terrestre.
Parte de este magnetismo se va perdiendo una vez que el buque empieza a
navegar aunque siempre quedará un remanente que se denomina magnetismo
permanente.
La polaridad azul, o sur, de ese imán permanente aparecerá en la zona por
donde entran las líneas de fuerza y la polaridad roja, o norte, por donde salen.
Por ejemplo, si durante la construcción o reparación, la proa estaba orientada al
norte, los polos azules estarán en la popa del buque y los rojos en la proa.
Si el barco fue construido o reparado en gradas con rumbos del primer
cuadrante, los polos azules estarán en la aleta de estribor y parte del costado
estribor y los rojos en la amura de babor y parte del costado de babor.
Con respecto a la vertical del buque, si éste ha sido construido o reparado en el
hemisferio norte, los polos rojos estarían en la zona de la quilla y los azules en la
zona de la superestructura, mientras que si fue construido o reparado en el
hemisferio sur, sería al revés.
Así se irían distribuyendo las polaridades en función del rumbo de grada, de
acuerdo a como se ve en la figura a continuación.
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Fig. 7 Magnetismo Permanente – Polaridad en sentido longitudinal
A continuación se irán estudiando las distintas componentes del magnetismo
permanente longitudinal.
•
Componente longitudinal: Se designa con la letra (P), y se le asignan los
siguientes signos convencionales:
o P será + si hace que la aguja se desvíe a proa.
o P será – si hace que la aguja se desvíe a popa.
Fig. 8 Signos del magnetismo longitudinal permanente
Se va a estudiar el efecto de (-P) sobre una aguja y sabiendo que (+P) provocará
efectos contrarios.
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090
000
270
180
Fig. 9 Efectos de una componente (-P) sobre la aguja y curva de desvíos que produce
De la figura anterior se puede deducir:
o No hay desvíos al Na y al Sa debido a que la misma está alineada
con los Polos.
o Los máximos desvíos se producen al Ea y al Wa, cuando la misma
está perpendicular a los Polos.
o A los restantes rumbos los desvíos son proporcionales al seno del
rumbo de aguja.
Los desvíos anteriores son del tipo semicircular, siendo así porque cada 180º
toman valores iguales pero de signo contrario.
•
Componente transversal: Se designa con la letra (Q) y se le asignan los
siguientes signos convencionales:
o Q será + si hace que la aguja se desvíe a estribor.
o Q será – si hace que la aguja se desvíe a babor.
Fig. 10 Signos del magnetismo transversal permanente
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Se va a estudiar el efecto de (+Q) sobre una aguja y sabiendo que (-Q)
provocará efectos contrarios.
270
090
000
180
Fig. 11 Efectos de una componente (-P) sobre la aguja y curva de desvíos que produce
De la figura anterior se puede deducir:
o No hay desvíos al Ea y al Wa debido a que la misma está alineada
con los Polos.
o Los máximos desvíos se producen al Na y al Sa, cuando la misma
está perpendicular a los Polos.
o A los restantes rumbos los desvíos son proporcionales al coseno del
rumbo de aguja.
Los desvíos anteriores son, también, del tipo semicircular, siendo así porque cada
180º toman valores iguales pero de signo contrario.
Para anular los efectos de las componentes longitudinal (P) y transversal (Q), las
cuales mantienen sus posiciones y valores fijos durante largos períodos de
tiempo, se colocan en la bitácora imanes longitudinales y transversales de forma
que actúen en sentido contrario y con la misma intensidad que los permanentes
del buque.
Por tanto, los imanes longitudinales y transversales colocados en la bitácora lo
que hacen es generar, en las proximidades de la aguja, un campo magnético de
igual intensidad, pero opuesto, al que generan los imanes del buque causados
por el magnetismo permanente, compensando así el desvío producido sobre el
compás por este último magnetismo.
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Fig. 12 Anulación del magnetismo longitudinal permanente
Fig. 13 Anulación del magnetismo transversal permanente
•
Componente vertical: Se designa con la letra (R). Esta componente solo
actúa en los balances y cabezadas, tratándose sus efectos cuando se
compensa el llamado desvío de escora. Se le asignan los siguientes signos
convencionales:
o R será + si hace que la aguja se desvíe hacia abajo.
o R será – si hace que la aguja se desvíe hacia arribar.
Fig. 14 Magnetismo vertical permanente
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Con respecto al magnetismo inducido vertical decir que la polaridad adquirida por
los hierros dulces verticales depende de la posición geográfica. Se podrán
considerar todas las inducciones verticales existentes en el buque, concentradas
en un imán teórico cuya acción sobre la aguja sea la resultante de todas ellas.
Dependiendo de la latitud las polaridades serán de uno u otro signo.
ECUADOR
HEMISFERIO SUR
HEMISFERIO NORTE
Fig. 15 Magnetismo inducido vertical - Polaridad
El desvío producido por este tipo de magnetismo inducido es de características
similares al derivado del magnetismo longitudinal permanente.
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