Cómo construir un timón para tu barco

Golpear un objeto sumergido destruyó el timón de Mike Gudmunsen... así que se dedicó a hacer uno nuevo.

La bocina del timón del yate de Mike Gudmunsen se había separado de la palma, dejando los dos lados de la palma todavía atornillados al casco. Crédito: Mike Gudmunsen Crédito: Mike Gudmunsen

Cómo construir un timón

El estuario de Blackwater, sobre la isla de Osea, se seca cuando hay poca agua, escribe Mike Gudmunsen.

A lo largo de los años, se han abandonado embarcaderos de madera, trampas para peces e incluso barcazas en los márgenes, presentando peligros para los incautos, junto con obstáculos más recientes creados por el hombre, como las calzadas a Osea y las islas Northey.

Las mareas vivas eran bastante grandes y el río había crecido, cubriendo las masas de sal circundantes. La isla Northey prácticamente había desaparecido, excepto el montículo sobre el que se asienta la granja.

Disfruté de una buena navegación alrededor de la isla de Osea en mi Pegasus y tuve tiempo para tomar una cerveza en Goldhanger Creek, pero al salir me desorienté debido a la inusualmente grande extensión de agua.

Me desvié hacia una ensenada desconocida y esto fue mi perdición, ya que tan pronto como entré quedé varado.

Las frenéticas maniobras del motor y el balanceo del barco sobre sus quillas lo liberaron, luego, mientras avanzaba hacia el canal principal, se escuchó un estruendo sonoro, el barco se detuvo en seco y el timón se me arrancó de las manos: había golpeado un objeto sumergido y , fuera lo que fuera, fue bastante difícil.

Aunque Mike había reforzado previamente el casco alrededor de la conexión del timón, la conexión a tierra aún causaba daños. Crédito: Mike Gudmunsen

Desde el ángulo del timón y el daño visible en la parte superior del espejo de popa hasta el cojinete superior del timón, algo andaba muy mal.

Con una dirección mínima, regresamos cojeando a nuestro amarre río arriba para contemplar qué hacer a continuación.

Cuando sacamos el yate e inspeccionamos los daños, descubrimos que la bocina del timón se había separado de la palma, dejando los dos lados de la palma todavía atornillados al casco del barco.

Reforcé el casco alrededor de esta conexión en 2009 porque estaba preocupado por los posibles efectos después de un impacto en el timón (después resultó que fue fortuito).

Sin este refuerzo adicional, sospecho que los tornillos habrían atravesado el GRP y podría haber sufrido una pérdida total.

Los restos de la palma. Crédito: Mike Gudmunsen

Los yates Pegasus tienen una disposición de timón bastante inusual.

Una bocina de timón de aluminio fundido, que forma el borde de ataque del timón en aproximadamente la mitad de su profundidad, está atornillada al casco mediante una palma.

En su extremo inferior, un cojinete de pivote sostiene el timón y absorbe la mayor parte de la fuerza lateral del timón.

Un eje hueco de acero inoxidable pasa a través del cojinete de pivote y termina encima del espejo de popa en el cabezal del timón.

Después de quitar el timón y desatornillar los restos de la palma, recorrí varios astilleros y puertos deportivos con la esperanza de reparar el timón.

Los constructores de los yates Pegasus cerraron hace muchos años y era evidente que un cuerno de timón de repuesto era tan raro como los dientes de gallina.

Entonces, la única opción era diseñar e instalar un timón de pala y alejarse de la disposición original del timón de estilo "marinero".

El timón siempre ha sido ligero y receptivo, por lo que estaba ansioso por mantener esas cualidades en el nuevo timón.

Mantuve las dimensiones y la relación de aspecto originales del timón y también la posición de la mecha del timón en relación con el borde de ataque.

El timón original tenía una cuerda de 410 mm y un espesor máximo de 63 mm.

Un perfil aerodinámico NACA 0015 se acerca mucho a estos requisitos y pude obtener las compensaciones de sección en un sitio en Internet.

Existen diferencias importantes entre el timón 'marinero' original y el timón de pala propuesto.

Una bocina de timón de aluminio fundido, que forma el borde de ataque del timón en aproximadamente la mitad de su profundidad, está atornillada al casco mediante una palma. Crédito: Mike Gudmunsen

El original llevaba la fuerza lateral del timón a través del cojinete de pivote y hacia el cuerno del timón que resiste la flexión en la conexión atornillada al casco.

Con esta disposición, la mecha del timón esencialmente sólo soporta el par del timón y, como consecuencia, el eje puede ser hueco y de diámetro modesto.

El mío tenía 38 mm de diámetro y 3 mm de espesor de pared.

Para un timón de pala, la culata en sí tiene que resistir la flexión, el corte y la torsión, y claramente tendría que ser mucho más gruesa y posiblemente sólida.

Una búsqueda rápida en Internet proporcionará numerosas referencias sobre métodos para calcular las fuerzas sobre un timón.

Básicamente, todos utilizan el área de la pala (Ar) y la velocidad del barco (V) en nudos, junto con algunos otros parámetros como el coeficiente de sustentación, la relación de aspecto de la pala, etc.

Para la sección de perfil aerodinámico elegida, tomé la fuerza lateral de diseño (Dlf) sobre la pala del timón, medida en Newtons, como:

Dlf =100A(V+3)2

Los ojos de águila notarán que el coeficiente de sustentación y la relación de aspecto no figuran en esta ecuación, ya que mi aumento de velocidad de 3 nudos puede considerarse para compensar estos efectos.

El timón original tenía 980 mm de altura y una cuerda de 410 mm, lo que daba una superficie de 0,4018 m2.

Consideré que la velocidad de diseño de mi yate de 26 pies era de 5 nudos. Por tanto, la fuerza lateral resultó ser 2572 N (262 kg).

Esta fuerza actúa en el centro vertical del área de la pala y, para la sección NACA que había seleccionado, a 1⁄3 de la cuerda desde el borde de ataque.

Continúa a continuación…

¿Conoces los timones? Los astilleros son un gran lugar para conocer diferentes tipos de quillas, timones y otros…

Jim Miller sugiere una manera elegante de agregar un timón a un motor fueraborda Honda BF2.3 para ayudar a la dirección en...

El lector de Practical Boat Owner, David Blackborow, está tratando de descubrir la mejor manera de cerrar la brecha entre...

Zoe Barlow comparte su experiencia de perder un timón durante ataques sostenidos de orcas mientras navegaba en su Sun Odyssey 40...

Habiendo decidido la ubicación de los cojinetes superior e inferior, un simple cálculo de momento sobre el cojinete superior dio la fuerza de reacción en el cojinete inferior (3983 N): de la misma manera, tomando momentos sobre el cojinete inferior dio la fuerza de reacción en el cojinete superior ( 1.411N).

Multiplicando la fuerza lateral del timón por la distancia desde el centro del área de la pala hasta el cojinete inferior, se determinó el momento flector:

MB = 0,483 mx 2.572 N = 1.242 Nm

El par sobre el timón (Mt) se calculó multiplicando la fuerza lateral por la separación entre el eje del eje y el centro de presión.

Para mi timón resultó ser 2.572 x (0,41 x 0,33-0,10) = 91 Nm; aproximadamente 10 kg.

Curiosamente, las sociedades de clasificación establecen un valor de separación mínimo de 0,12 x cuerda, lo que da como resultado un par mayor de 127 Nm.

El eje del timón sería de acero inoxidable de grado 316.

Aunque el acero inoxidable no presenta un límite elástico, generalmente se utiliza un valor de tensión para un porcentaje definido de deformación plástica para representar el rendimiento nominal.

Los datos de Internet dieron una UTS (resistencia máxima a la tracción) de 485 N/mm2 y un valor elástico nominal de 210 N/mm2.

El diámetro del eje estaría limitado por el diámetro del tronco del timón existente y también por el espesor de la pala del timón.

El tronco del timón tenía un diámetro interno de 50 mm.

El espesor de la pala del timón de 63 mm, menos dos capas de capas de 9 mm, permite un diámetro máximo del eje de 45 mm, por lo que estaba claro que 45 mm sería el diámetro más grande que podría acomodarse en asociación con estos límites físicos.

Para confirmar la idoneidad estructural del eje, fue necesario realizar algunos cálculos básicos.

Un eje de 45 mm de diámetro tiene los siguientes atributos:

El área de corteA = π r2 = 1,591mm2 s

Módulo de secciónZ = Ππ d3/32 = 8,946mm3

La constante de torsiónJ = Ππ d4/32 = 402,578mm4

La tensión de flexión en el eje Mb/Z = 1.242 x 1.000/8.946 = 139N/mm2

El esfuerzo cortante medio F/As = 3.983/1.591 = 2,5 N/mm2.

La tensión de torsión Mtr/J = 91 x 1.000 x 22,5/402.578 = 5,0 N/mm2

De los resultados, la tensión dominante es la tensión de flexión, y esto proporciona un factor de seguridad sobre el rendimiento nominal de 1,5.

Las tensiones cortantes y de torsión son tan pequeñas que básicamente las ignoré.

Ahora que tenía el diámetro del eje, se podían calcular las dimensiones del rodamiento.

Debajo del anillo portador del timón fue necesario disponer un anillo distanciador de Delrin para aprovechar el espacio libre. Crédito: Mike Gudmunsen

Delrin tiene un buen historial en el ámbito de los cojinetes de timón: es fácil de mecanizar y tiene una característica de absorción de humedad muy baja, especialmente en comparación con el nailon.

Los datos publicados sobre presiones de rodamientos para materiales de rodamientos sintéticos sugieren que las presiones de diseño no deben exceder los 5,5 N/mm2.

Basándome en las fuerzas de apoyo de 3983 N y 1411 N, necesitaba áreas de apoyo de 724 mm2 y 256 mm2 respectivamente.

Desde un punto de vista puramente práctico, las profundidades de apoyo finalmente seleccionadas fueron 16 mm en el apoyo superior y 45 mm en el apoyo inferior, lo que resultó en más del doble de las áreas mínimas necesarias.

El eje del timón estaría sujeto a un mecanizado importante y sería necesario soldarle espigas para transmitir el par del timón al eje.

Un taller del puerto deportivo local hizo el trabajo.

La pala del timón se laminaría con madera contrachapada de 9 mm de calidad marina que, después de darle forma y carenar, se recubrió con GRP y finalmente se le aplicaron epoxi.

La ubicación de los pernos de la palma original proporcionó una ubicación conveniente para el nuevo cojinete inferior.

La placa de soporte está atornillada. Crédito: Mike Gudmunsen

Utilizando un mandril adecuado como eje falso, diseñé una plantilla de cartón para la placa de soporte inferior.

Para ser honesto, probablemente hice tres o cuatro plantillas antes de estar satisfecho de que fuera lo más preciso posible en cuanto a dimensiones.

A esta placa de soporte inferior habría que soldar un tubo de acero inoxidable que lleva el cojinete inferior en el ángulo correcto.

En un taller de ingeniería local me fabricaron las placas de soporte superior e inferior, el tubo de soporte, los cojinetes Delrin y el anillo portador del timón.

La soldadura final del tubo de soporte a la placa de soporte inferior la realizó un compañero del club mediante soldadura TIG. Crédito: Mike Gudmunsen

Se utilizó un casquillo de acero como cojinete falso para que el tubo del cojinete pudiera soldarse por puntos a la placa de soporte inferior mientras el eje del timón estaba en su lugar.

Aparentemente, Delrin se funde alrededor de 160°, por lo que es mejor mantenerlo alejado del proceso de soldadura.

Una vez retirado, un compañero del club realizó la soldadura final del tubo de soporte a la placa de soporte inferior mediante soldadura TIG.

Aunque dejamos el cojinete falso en su lugar, el calor de la soldadura hizo que el tubo del cojinete se deformara ligeramente, por lo que fue necesario ajustar el cojinete Delrin para que encajara.

El nuevo timón de pala era considerablemente más pesado que el anterior y fue necesario que dos de nosotros lo subiéramos a través del tronco del timón, mientras que otro ensamblaba los componentes superiores del cojinete y el anillo portador.

Una vez en su lugar, la placa de soporte inferior se empernó al casco.

Al medir la longitud del eje, agregué un margen de 10 mm a la longitud total en caso de que las cosas no encajaran según lo planeado.

El montaje final del timón. Crédito: Mike Gudmunsen

Al final resultó que tenía 8 mm más de longitud, por lo que se tuvo que colocar un anillo espaciador de Delrin debajo del anillo portador del timón para ocupar el espacio libre.

Un miembro del club me donó el Delrin y realizó el mecanizado.

La finalización del reemplazo del timón, incluida la producción de planos para el puerto deportivo y los talleres mecánicos y el llamado a varios miembros del club para realizar el mecanizado y la soldadura, tomó poco más de tres meses.

Todo el proyecto resultó ser muy gratificante y está dentro de las habilidades de la mayoría de los propietarios de embarcaciones prácticos.

Una suscripción a la revista Practical Boat Ownercuesta alrededor de un 40% menos que el precio de cobertura.

Las ediciones impresas y digitales están disponibles a través de Magazines Direct, donde puedeTambién puede encontrar las últimas ofertas..

PBO está repleto de información que le ayudará a aprovechar al máximo la propiedad de una embarcación, ya sea de vela o de motor.

Siga con nosotrosFacebook,InstagramyGorjeo