Instrumentos de Navegación

Llamamos instrumentos de navegación a los utilizados en su trabajo por los pilotos náuticos. La finalidad del pilotaje o navegación es determinar la posición presente así como el rumbo y velocidad óptimos para llegar al punto de destino. Hay una cantidad enorme de instrumentos de navegación. En este tema abarcaremos solamente los relacionados con la navegación astronómica. Entre las herramientas utilizadas a lo largo de la historia por los pilotos náuticos están:

3.1 Mecánicos y publicaciones para Navegación Astronómica.

3.1.1 Sextante.El sextante es un instrumento que permite medir ángulos entre dos objetos tales como dos puntos de una costa o un astro –tradicionalmente, el Sol- y el horizonte. Conociendo la elevación del Sol y la hora del día se puede determinar la latitud a la que se encuentra el observador. Esta determinación se efectúa con bastante precisión mediante cálculos matemáticos sencillos de aplicar. El nombre sextante proviene de la escala del instrumento, que abarca un ángulo de 60 grados, o sea, un sexto de un círculo completo. De todos los instrumentos astronómicos, es el mejor adaptado para los uso del navegante, por su facilidad de transporte y sencilla manipulación, que proporciona sus datos en un mínimo de tiempo.

3.1.1.1 Partes del Sextante.Está constituido por un sector circular de metal (antiguamente era de marfil) de un arco de 60º, el cual puede medir ángulos hasta 120º. Lleva una alidada que gira alrededor del centro de la circunferencia que corresponde al sector y sobre el cual se lee la altura del astro sobre el horizonte en grados. La alidada tiene sobre el eje de giro un espejo que gira con ella, llamado espejo grande o espejo índice; el soporte del espejo lleva un tornillo para rectificar la perpendicularidad del mismo. El sector tiene firme a él un espejo, llamado espejo chico o espejo de horizonte, la mitad azogado y la mitad transparente; el soporte lleva dos tornillos, uno para rectificar la perpendicularidad del mismo y el otro para el ajuste del paralelismo de dicho espejo con el espejo grande. El brazo de la alidada lleva, además, un soporte para acoplar un anteojo, cuyo eje es paralelo al plano del limbo. El limbo del sector está graduado con un valor doble del que corresponde al arco del sector. El punto inicial o cero de la graduación del limbo corresponde al momento en que la posición de los dos espejos, grande y chico, es paralela una a la otra. La alidada lleva también un cero en una graduación, que al coincidir con el cero del limbo, moviendo la alidada, es cuando los dos espejos son paralelos. En la parte baja de la alidada lleva un tambor para verificar la lectura de los minutos y fracciones de minuto, realizándose la de los grados directamente sobre el limbo. En los sextantes antiguos en la parte baja del limbo tienen un nonio o nonius para realizar la lectura de los minutos y segundos de arco. Dicho nonio lleva una lupa incorporada para poder leer la escala. El tambor de la alidada se mueve por medio de un husillo micrométrico que engrana en una cremallera situada detrás del limbo, manteniéndose engranado a éste por medio de un muelle que fija la alidada al limbo. Para mover la alidada, cuando se desplaza un ángulo grande, se aprieta la palanca de resorte con lo cual, al aflojarse la presión del muelle, se desengrana el husillo de la cremallera. Para pequeñosmovimientos de la alidada se gira el tambor micrométrico. Para medir las alturas de Sol, delante del espejo grande hay unos vidrios de color que amortiguan la intensidad de los rayos solares a fin de que no dañen la vista, llamados modificadores. Delante del espejo chico hay un juego de modificadores que sirven para amortiguar el reflejo de los rayos del Sol sobre el horizonte. El sector lleva un mango o empuñadura para tomar el sextante con la mano derecha para efectuar las observaciones. Dentro del mango hay una pila que sirve para alumbrar una bombilla situada en el tambor para leer las observaciones nocturnas.Por lo tanto consta de las siguientes partes:1. Sector o cuerpo.2. Limbo.3. Alidada.4. Espejo grande.5. Espejo chico.

6. Anteojo.7. Vernier o Tornillo de tangencia.

3.1.1.2 Errores del Sextante.El sextante tiene dos clases de errores:

1. Los ajustables, que pueden ser notados y corregidos por el observador directamente. Entre ellos encontramos los siguientes:a. Error de perpendicularidad del espejo grande.b. Error de perpendicularidad del espejo chico, que se llama “error de lado”.c. Error de índice; cuando el espejo chico no queda paralelo al grande, al estar la alidada en cero.d. Error de colimación; cuando la línea de la mira del anteojo no está paralela al plano del limbo.

2. Los no ajustables, que a pesar de ser notados por el observador no pueden ser eliminados sino por el fabricante o técnicos mecánicos expertos. Entre los principales errores tenemos los siguientes:a. Excentricidad.b. Graduación.c. Prismático.

3.1.1.3 Uso del Sextante.El sextante se usa para:a. Observación de la altura del sol o luna.b. Observación de la altura de una estrella o planeta.c. Observación de la altura meridiana de un astro.d. Medición de ángulos entre objetos o puntos terrestres.e. Determinados trabajos en hidrografía

3.1.2 Almanaque Náutico.

Un Almanaque Náutico es una publicación que contiene información astronómica utilizada en náutica para navegación astronómica. Además de esta información básica puede contener, además, otra información útil para la navegación como puede ser información sobre mareas y puertos.

El almanaque náutico contiene predicciones sobre las posiciones de los astros en el cielo durante un año natural. Esta posición varía continuamente por lo que un almanaque determinado solamente es válido para un año específico. El navegante adquiere el almanaque para un año concreto antes de que comience dicho periodo, y así dispone de la información necesaria para la navegación durante todo el año.

El almanaque está organizado en forma de tablas que contienen información sobre las dos magnitudes principales que definen la posición de un astro en la bóveda celeste: la declinación y el ángulo horario referido a Greenwich. Puede además contener información sobre paralaje, semidiámetro observable, brillo, etc. Cuando esta información es útil para la navegación. Esta información va tabulada a intervalos de tiempo que suelen ser de hora en hora y el navegante puede calcular la información para tiempos intermedios mediante interpolación no lineal, ya que depende de los tiempos de demora de dos pasos consecutivos de un mismo astro por el meridiano del observador. Es importante recordar, por ejemplo, que el sol trabaja con tiempo medio, y que la luna tiene un retardo diario aproximado de 50 minutos de tiempo. Además de esta información que varía anualmente el almanaque contiene tablas que ayudan en los cálculos como pueden ser tablas de refracción atmosférica, de posiciones de las estrellas, de interpolaciones, etc.

Es probable que la publicación en papel de almanaques náuticos tenga los días contados, y esto por dos motivos principales: (1) El GPS y otros medios de navegación electrónicos hacen innecesaria las técnicas de navegación astronómica y (2) los ordenadores y calculadoras digitales permiten calcular localmente y sobre la marcha la posición de los astros. No se debe olvidar, sin embargo, que es indispensable aprender el manejo delalmanaque si se quiere practicar la navegación astronómica sin depender de máquinas que pueden fallar en cualquier momento.

3.1.3 Cronómetro.Son relojes de altísima precisión que llevan los buques para obtener en cualquier momento la hora del primer meridiano (Meridiano Greenwich) con la mayor exactitud, ya que es de vital importancia de calcular la Longitud. Normalmente y por seguridad se llevan dos para el caso que por una falla mecánica alguno dejare de funcionar. El cronómetro, para las necesidades de navegación, está regulado para medir el tiempo por el sol medio, es decir, que debe batir 86.400 segundos en un día medio. Se colocan aproximadamente a la hora media de Greenwich (HmGr), y una vez que se echan a andar no deben ser detenidos, o alternados hasta que se cumpla 2 años de uso, tiempo en que les corresponde una revisión completa por el ServicioHidrográfico y Oceanográfico de la Armada (SHOA). El cronómetro viene estibado dentro de una caja de madera, suspendido en ella mediante una suspensión “Cardán”, con el objeto de sustraerlo, en lo posible, de los movimientos del buque.

3.1.4 Compás Magnético.El compás magnético es el instrumento que se lleva a bordo de un buque para conocer el rumbo o dirección en que se navegue. Cuando se suspende una aguja imantada, libre de influencias extrañas al campo magnético terrestre, sus extremos apuntan hacia los polos magnéticos de la tierra y la dirección indicada por la aguja será el meridiano magnético. El extremo de la aguja que apunta hacia el polo Norte, se denomina “Norte” de la aguja; y “Sur” el que apunta hacia el Sur. Es un instrumento que permite fijar el rumbo o dirección hacia un punto.El ángulo que forma el meridiano verdadero con el meridiano magnético se denomina “Variación o Declinación magnética”, o simplemente variación, la que puede ser Este o Weste, según el meridiano magnético esté a la derecha o izquierda respectivamente del verdadero; se expresa en grados y minutos entre 0º y 180º y vieneen cartas especiales para todos los lugares de la tierra.

Como los buques son construidos de acero, la atracción magnética ejercida,hace que el compás no se oriente directamente en meridiano magnético, sino que se desplaza a un lado u otro del meridiano magnético, de acuerdo con el efecto que produce el acero según la dirección de la proa del buque. Esta desviación se le llama“Desvío”; y se define, como el ángulo formado entre el meridiano magnético y el que pasa por las agujas del compás, se expresa en grados de 0º a 180º, tiene signo Este o Weste, según que el meridiano del compás esté a la derecha o izquierda respectivamente del magnético, y varía con la dirección de la proa del buque.

El compás magnético, en su forma más sencilla, no es otra cosa que una rosa náutica colocada sobre un par o varios pares de imanes, y este conjunto está sostenido en su base central o Chapitel, por medio de un soporte metálico vertical llamado Estilo, que le permite girar libremente. El conjunto va encerrado en un recipiente cilíndrico de cobre denominado Mortero.

3.1.4.1 Clasificación del Compás Magnético.Los compases se clasifican y dividen en Secos y Líquidos.

Se llaman Secos, aquellos que en el interior del Mortero tiene un doble fondo de vidrio y va lastrado con aceite de Castor (no al 100%), con el objeto que por su peso mantenga la vertical a pesar de los balances y cabeceos. También poseen una rosa la cual se compone de un arco de aluminio, unido a una argolla central por medio de hilos de seda. En el arco y en los hilos va un papel de seda muy resistente en el que van impresas graduaciones de la rosa.

Se llama Líquidos, aquellos que en el interior del Mortero está ocupado por una mezcla de un 75 % de agua destilada y un 25% de alcohol a fin de evitar congelamiento con las bajas temperaturas, y la rosa es de mica, la cual cuenta con un flotador por lo que se disminuye el roce que produce en el punto de contacto del Chapitel y el Estilo.

3.1.4.2 Partes de un Compás Magnético.A continuación se detallarán las partes de un compás líquido, ya que con el compás seco son similares, diferenciándose principalmente en la rosa y el contenido del Mortero ya vista anteriormente.Sus partes son las siguientes:- Rosa- Chapitel y Estilo.- Mortero.- Bitácora.- Cubichete.- Alidada.- Esferas Compensadoras- Casilleros

3.1.4.3 Tipos de Compases Magnéticos.Según su ubicación y uso a bordo se clasifican en:

1) Compás Magistral: Ubicado en el púlpito, con comunicaciones con el puente de mando, y que debe tener una amplia y clara visual alrededor del horizonte. Sus indicaciones se utilizan que medio alternativo para llevar la derrota de la nave, sirve de guía al timonel para llevar el rumbo ordenado. De no estar en visual con el timonel se emplea un repetidor magnético que repite la señal del compás o de un compás de gobierno. Generalmente, el timonel gobierna con el magistral mediante un sistema de espejos que reflejan directamente el rumbo sobre la caña, regulable a la altura de su vista. Este compás cuenta con diferentes correctores como son los imanes, la barra flinders y las esferas compensadoras, a fin de obtener una tabla de desvíos para lasdiferentes proas.

2) Compás de Gobierno: Situado en el puente de mando, en la línea de crujía, a la vista del timonel. Tiene el inconveniente de que al mantener la alimentación eléctrica de radares, equipos de comunicación, etc., se experimentan atracciones no controlables sobre la aguja del Compás Magnético.

3) Compás de respeto: Situado en puente auxiliar de gobierno o bien en la toldilla. Este compás es utilizado en el caso de falla de cualquier tipo en los mecanismos del puente de mando.

4) Compás de Bote: Es de reducido tamaño y portátil, para las embarcaciones menores.

3.2 Instrumentos Eléctricos.

3.2.1 GirocompásEs un instrumento eléctrico – mecánico, basado en las propiedades físicas y tiene la propiedad de orientarse en dirección Norte – Sur geográfica y permanecer orientado, bajo la influencia combinada de la rotación de la tierra, de la gravedad y de las propiedades giroscópicas (rigidez y precesión).Su funcionamiento es independiente del magnetismo de la tierra, ni el del buque como en los compases magnéticos, por lo que la indicación del meridiano verdadero se lleva a efecto en cualquier posición geográfica y cualquiera que sea la dirección de la nave, mediante la aplicación de fenómenos puramente mecánicos.Para su uso en navegación, todo buque tiene uno o dos girocompases “patrones”, ubicados por lo general bajo cubierta y sus indicaciones se transmiten a una Rosa Magistral, por medio de circuitos eléctricos a una serie de “repetidores” sincronizados con el “patrón”, lo que hace óptimo su uso a bordo.El origen del girocompás, fue el giroscopio, y el origen de éste el trompo.

3.2.1.1 Ventajas del Girocompás sobre el Compás Magnético.

1. Un compás magnético es poco menos que inútil en una torre de combate o en cualquier sitio rodeado de grandes masas magnéticas o de circuitos eléctricos, pues estos modifican la acción del magnetismo terrestre, por bien compensado que esté el compás. En estos casos el girocompás es el único que puede dar indicaciones seguras.2. Tiene estabilidad y sensibilidad muy superiores al compás magnético, no presentando oscilaciones en los balances, lo que se traduce en absoluta seguridad en el rumbo y demarcaciones.3. No lo afecta la escora.4. De un girocompás puede obtenerse sus indicaciones por medio de los repetidores, en el cualquier parte del buque.5. Como consecuencias de su gran estabilidad, el uso de la caña para mantener el rumbo es más preciso y menos frecuente.6. Indica el rumbo verdadero o geográfico, lo que excluye posibilidades de error de cálculo o trazado de rumbos y demarcaciones, ya que descarta la intervención de la variación magnética, que varía anualmente y difiere de un punto a otro.7. La compensación mecánica es mucho más estable y definitiva que la magnética, por lo tanto sus indicaciones están menos expuestas a variaciones que, por lo demás, son más fáciles de controlar.8. El girocompás, puede colocarse en cualquier parte del buque, sin atender a las condiciones del campo magnético.9. En caso de existir Desvío (error), éste es constante para todas las proas, y por lo tanto, puede corregirse moviendo la línea de fe.

3.2.1.2 Desventajas del Girocompás.1. Su manejo requiere más cuidado y personal preparado teórica y prácticamente.2. Debido a su gran periodo de oscilación, necesita mucho tiempo para orientarse.3. Está expuesto a fallas eléctricas.

3.2.2 Lorán (Long Range Navigation, Navegación de Largo Alcance).Es un sistema de navegación por radio desarrollado durante la II Guerra Mundial.Lorán es uno de los muchos sistemas que permiten a los navegantes determinar la posición de su barco o avión, a partir de la diferencia de recepción de las señales de radio procedentes de dos emisores sincronizados distantes entre sí.El sistema emisor Lorán se compone de una estación maestra y otra esclava. La maestra emite de forma regular una pequeña señal, que es repetida por la esclava, controlada por la radio desde la maestra, encontrándose ambas separadas 250 millas.Estas señales son captadas por el receptor, y están dispuestas de forma que la distancia entre las señales corresponda a la diferencia de tiempos de llegada de las señales de ambas estaciones (la diferencia se representa en curvas).

El navegante dispone de un mapa con muchas de estas curvas, denominadas curvas de posición Lorán, y tras determinar la diferencia de tiempos, por ejemplo, 3 microsegundos, sabe que la posición de su nave se halla en algún punto de la curva de 3 microsegundos del mapa. Sintonizando una pareja de emisores Lorán y repitiendo este proceso, el navegante es capaz de detectar otra curva que represente la posición de la nave; la posición real del aparato se halla en la intersección de las dos curvas Lorán. Esté posee un alcance útil de unos 2.250 km por la noche y unos 1.200 km de día. Las señales se emiten generalmente en la banda de frecuencias de 1,8 a 2,0 MHz. Sirve para determinar la posición de la nave. Su exactitud oscila entre 1 y 5 millas a distancia que fluctúan entre 600 y 1200 millas de las estaciones emisoras. A poco tiempo después para aumentar el alcance del LORÁN, nació el LORÁN –C, el cual era un sistema basado en tierra que consta de grupos de transmisores (llamados “cadenas”) que opera en la frecuencia de 100 Khz.

Un receptor mide la diferencia de tiempo entre la recepción de una señal desde la estación principal y desde dos estaciones secundarias.El uso de LORÁN fue reemplazado por GPS.

3.2.3 Decca.Sistema de radionavegación hiperbólica en ondas kilométricas basado en transmisiones contínuas de ondas relacionadas armónicamente.Los principios básicos del sistema Decca Navigator se sentaron en Estados Unidos en 1937 y el sistema se utilizó para guiar a los bombarderos del frente y para el aterrizaje de aeronaves durante la invasión aliada de Normandía en la Segunda Guerra Mundial.El sistema de navegación DECCA es un sistema de posicionamiento basado en señales de radio de onda continua de baja frecuencia en la banda de los 70 a los 130 Khz. Su uso puede aplicarse tanto en entornos marítimos, aéreos y terrestres. El sistema consta de una cadena de estaciones Decca emisoras (1 maestra y 3esclavas, separadas a unos 80 a 100 Km. de la maestra) en tierra, situadas en localizaciones conocidas que crean líneas de posición hiperbólicas. El alcance del sistema depende de varios factores, pero normalmente es del orden de 240 millas náuticas, unos 440 Km. Con una precisión costera de 50 metros de día y 200 metrosde noche. Cada usuario cuenta con un receptor especial, que en su versión más simple, representa las líneas de posición como números en un “decómetro”. Las lecturas de los decómetros son trasladadas manualmente a una carta de navegación DECCA. El puntode intersección de dos de estas líneas nos proporciona nuestra posición en el espacio.El sistema DECCA en la actualidad ya está en desuso.

Navegación costeraNavegación y situación del buque por técnicas de posicionamiento basadas en la observación de demoras y distancias a puntos notables de la costa (Faros,Cabos, Boyas, etc.) por medios visuales (Taxímetros), observación de ángulos horizontales (Sextante) o métodos electrónicos (Demoras de Radar a Rácones,2Transpondedores, etc.).

Navegación por estimaArtículo principal: Navegación por estima (náutica)Navegación y situación del buque por medios analíticos, una vez tenidos en cuenta los siguientes elementos: situación inicial (So), Rumbo (s) llevados, ya sean Rumbos Verdaderos (Rv), Rumbos de Superficie (Rs) o Rumbos Efectivos (Re), Velocidad (es), así como los factores externos que han influido durante todo o una parte de la derrota, como por ejemplo el Viento (Abatimiento) y/o la Corriente (Rumbo de la corriente e Intensidad horaria de la corriente). El punto resultante de los cálculos se denominada Situación de Estima, con su latitud y longitud de Estima (le y Le). A este punto también se le conoce como punto de fantasía.

Navegación loxodrómica Navegación loxodrómica es la que se efectúa siguiendo un mismo rumbo; es decir, todos los meridianos son cortados con el mismo ángulo. En el gráfico R. En la proyección Mercator una loxodrómica se representa por una recta. Este tipo de navegación es útil para distancias no muy grandes, ya que ofrece la conveniencia de mantener un rumbo constante, pero no es la que ofrece la distancia más corta, por lo que no suele ser adecuado para grandes distancias.

Navegación ortodrómicaArtículo principal: Navegación ortodrómicaEs la que sigue la distancia más corta entre dos puntos; es decir, es la que sigue un círculo máximo. Para hacer los cálculos de rumbo y distancia entre dos puntos es necesario resolver un triángulo esférico cuyos vértices son el origen, el destino y el polo.

Navegación astronómicaEs la navegación y situación del buque por técnicas de posicionamiento basadas en la observación de las estrellas y demás cuerpos celestes. Las variables medidas para hallar la situación son: la altura angular observada de los astros sobre el horizonte, medida con el sextante (antiguamente con el astrolabio u otro instrumento), y el tiempo, medido con el cronómetro.

Conceptualmente, el proceso no es complejo de entender. Sabiendo el momento de la observación, y con los datos contenidos en el almanaque náutico, es posible determinar las coordenadas astronómicas del astro observado. Sabiendo las coordenadas del astro observado y la altura sobre el horizonte con que fue observado, podemos deducir que la posición del observador está situada en un círculo cuyo centro está situado en el punto geográfico situado directamente bajo el astro. Cualquier observador situado en cualquier punto de ese círculo observará el astro con la misma altura sobre el horizonte. El observador puede saber por tanto que su posición está en algún punto de este círculo.En la práctica, el proceso matemático, llamado de "reducción" de la observación, puede resultar complejo para los no iniciados. A la altura observada con el sextante, es necesario aplicarle una serie de correcciones para compensar la refracción atmosférica, paralaje y otros errores. Una vez hecho esto, es necesario resolver por métodos matemáticos y trigonométricos un triángulo esférico. Hay muchos métodos para hacer esto. Los métodos manuales utilizan tablas (trigonométricas, logaritmos, etc.) para facilitar los cálculos. La aparición, a finales del siglo XX, de las calculadoras y computadoras electrónicas, facilitó grandemente el cálculo; pero la aparición del GPS, quitó importancia a la navegación astronómica, relegándola a un segundo plano como método alternativo en caso de fallo de la electrónica de a bordo o como hobby de interés científico.

Navegación electrónicaArtículo principal: Sistema global de navegación por satéliteEs la navegación y situación del buque por técnicas de posicionamiento basadas en las ayudas obtenidas por los sistemas de posicionamiento global, como el GPS,GLONASS, o el futuro sistema espacial europeo GALILEO. Es el sistema más extendido y de mayor facilidad de uso, a pesar de los errores que pueden derivarse.

Navegación inercialArtículo principal: Navegación inercialEs la navegación y situación del buque, por medio de la integración de los datos ofrecidos por acelerómetros y/o giróscopos situados a bordo, que integran en complejos sistemas electrónicos las aceleraciones sufridas, que convertidas en velocidades (en los 3 ejes posibles de desplazamiento) y en función de los Rumbos observados, posibilitan la obtención de la posición.

Corredera de BarquillaEste era el único y muy ingenioso instrumento de que se disponía para medir la velocidad del buque y poder navegar por estima. La pieza que se encuentra en la esquina inferior izquierda era precisamente la "barquilla" que daba nombre a todo el sistema. Como puede observarse, a la mencionada barquilla se afirmaba un cabo que iba enrollado en un tambor giratorio que se procuraba que pudiera girar libremente con los menores rozamientos posibles. El cabo llevaba hecho un nudo cada 5,14 metros. Para medir la velocidad se arrojaba la barquilla al mar, que teóricamente quedaba flotando y llamando cabo. El cabo comenzaba a desenrollarse y a salir a través de la mano del ayudante del Piloto cuya misión era contar el número de nudos que iban saliendo en 10 segundos, medidos por medio de una ampolleta. Precisamente la velocidad del barco en nudos era - de ahí su nombre - el número de nudos que el Piloto o su ayudante habían contado que salían. Por supuesto la distancia entre los nudos hechos en el cabo dependía de la duración de vaciado de la ampolleta que se usara.

AstrolabioEl astrolabio marino es una simplificación del astrolabio inventado por los árabes para la medida de las alturas de los cuerpos celestes. Para las observaciones nocturnas se enfilaba dicho astro, manteniendo el astrolabio colgado del gancho que a tal efecto tenía, a través de los dos pequeños orificios que el instrumento tenía en cada uno de las placas que se soldaban perpendicularmente a la alidada, una a cada lado del centro. Para las observaciones de sol, manteniendo el astrolabio colgado a la altura de la cintura se intentaba hacer pasar un rayo de sol a través de los mencionados orificios girando la alidada.