Los cronómetros y su importancia en la navegación


Introducción

Quizás algunos no conozcan la importancia de los cronómetros en la navegación, sobre todo hoy en día, en que los modernos GPS los han relegado en su utilidad. Sin embargo, todavía en algunos casos continúan siendo muy importantes. Voy a tratar de explicar un poco su utilidad para aquellos que no la conozcan.

En primer lugar, habría que explicar la diferencia entre un cronómetro y un cronógrafo, términos que muchas veces se confunden.  Un cronómetro es un reloj horario con una gran exactitud (que ha sido certificado por un organismo oficial), mientras que un cronógrafo es un reloj que tiene la posibilidad de medir tiempos parciales. Normalmente el cronógrafo funciona apretando un botón para ponerlo en marcha, deteniéndose la medición del tiempo una vez que se aprietar nuevamente el botón. Como se ve, son conceptos diferentes que muchas veces se confunden, quizás porque es habitual que muchos relojes tengan entre otras, la función de cronógrafo. 

El error de llamar cronómetros a los cronógrafos, creo que viene de hace años, de la época en que la medición de tiempos en la competición se hacía de forma manual.  Para que un récord fuera homologado, el cronógrafo con el que se medía el tiempo debía tener la certificación de cronómetro, es decir, una exactitud certificada. Sin esta certificación de cronómetro, el cronógrafo podía tener errores más o menos grandes, por lo que no se podía homologar el récord, por eso al dar los tiempos se indicaba como tiempo obtenido con cronómetro.


Reloj marino mecánico de mamparo, es un modelo de muelle y volante. Utilizado en la Kriegsmarine en la Segunda Guerra Mundial. El de la derecha es un modelo fabricado a finales de la guerra.

En conclusión podemos poner el siguiente resumen:

Reloj

Aparato mecánico para medir el tiempo en unidades convencionales (horas, minutos y segundos). Históricamente han sido mecánicos, ya sea de péndulo con pesas o de muelle con volante, si bien hoy en día los electrónicos (basados en elementos osciladores o en adaptadores que, a partir de una referencia, genera una señal periódica), han desplazado a los mecánicos.

Cronómetro

Reloj horario de gran precisión, con un certificado oficial de un organismo competente que así lo acredita. Los cronómetros marinos son de gran precisión y especiales para adaptarse a las duras condiciones de la navegación. Suelen encontrarse en una caja de protección, sujetos con un mecanismo cardán para mantener su posición horizontal, y su visión se realiza a través de una tapa de cristal para preservarlos del corrosivo medio marino. 

A la derecha vemos un cronómetro marino de caja. Este cronómetro es del siglo XIX, y es uno de los que llevaba el HMS Beagle en su famoso segundo viaje de exploración de 1831 a 1836.

Cronógrafo

Aparato para medir tiempos parciales, que se pone en marcha al apretar un botón y se detiene al volverlo a apretar, pero no marcan la hora. Los buenos cronógrafos, tienen la certificación de cronómetros.

A la izquierda, un típico cronógrafo "Junghans" utilizado en los Uboote. A la derecha el navegante utilizando un cronógrafo.

Cálculo de la posición en la mar


Durante siglos, los navegantes para posicionarse en la mar lo han tenido muy difícil. Para hacerlo era necesario calcular la posición en coordenadas de latitud y longitud, y situarlas en una carta náutica. Históricamente el cálculo de la latitud ha sido relativamente fácil; bastaba con calcular la altura del sol u otro astro identificado sobre el horizonte. Para poder calcular dicha altura, se empleaban instrumentos como el astrolabios, las ballestillas, o los ya mas modernos sextantes, y con esos datos, y mediante el empleo de unas tablas, conocer nuestra latitud, ya fuera norte o sur.  

En el hemisferio norte, la simple medición de la altura de la estrella polar sobre el horizonte, nos puede dar la latitud aproximada. Si estamos en el Ecuador, la estrella polar se encontrará sobre el horizonte a una altura de 0º y una latitud también de 0º. Si nos encontráramos situados en el polo norte, dicha estrella estaría aproximadamente sobre nuestra cabeza, a una altura de 90º y una latitud también de 90º. Los grados de altura de la citada estrella sobre el horizonte, coinciden de una manera aproximada con nuestra latitud, sin embargo no es una medición exacta. Aunque no es exacta, si nos es muy útil es para mantener un rumbo si aquel es oeste-este o viceversa. Para mantener estos rumbos, la altura de la estrella polar sobre el horizonte debe de ser constante, y así siempre estaremos en el mismo grado de latitud, recordando a los lectores que estamos hablando del hemisferio norte.



Cálculo de la longitud


Antes de tratar sobre el tema, quisiera recalcar la importancia del cálculo de la longitud en las travesías de los grandes océanos, sobre todo en el Atlántico, y como no, en los viajes de circunnavegación del globo.  Si miramos una carta náutica del Atlántico, veremos que al norte y al sur no hay tierra, solo los casquetes polares. La tierra se encuentra al este (Europa y África) y al oeste (el continente Americano). La navegación transatlántica, es decir, el cruce de Europa a América o África o viceversa, y para estas travesías, precisaba fundamentalmente del conocimiento del cálculo de la longitud, que nos dará la distancia a tierra. Para evitar embarrancar y perder el buque, los navegantes durante siglos han necesitado saber su situación exacta respecto a la tierra más próxima, y aún así, muchos barcos y hasta pequeñas flotas se han perdido por no saber su posición y embarrancar en malas condiciones de visibilidad o con mal tiempo. En el océano Pacífico, aunque en menor grado, la situación es similar a la del océano Atlántico, con el continente Americano al este y Asia al oeste.

En los viajes de circunnavegación al globo, siempre el rumbo a seguir es oeste o este, por lo que también es fundamental el cálculo de la longitud.


Ahora bien, el cálculo de la longitud es mas difícil de precisar, y no se puede hacer simplemente mediante los astros. La manera más práctica y precisa, es la medición del tiempo respecto a un meridiano de referencia.  La cuestión es bien sencilla:

  • Nuestro planeta da un giro de 360º en 24 horas, o sea que cada hora recorre 15º de meridiano,
  • Por lo tanto cada hora se recorren 900 minutos de arco de longitud terrestre.
  • Por lo tanto, y considerando que cada hora tiene 60 minutos, podemos decir que cada minuto de tiempo equivale a 15 minutos de arco de longitud.
La distancia de un minuto de arco de longitud es variable, y va desde aproximadamente 1 milla náutica en el ecuador (1.852 metros, adoptada por convenio en el año 1929) para ir  disminuyendo a medida que aumenta la latitud (cuanto más al norte menor es su valor). 

En conclusión, para calcular nuestra latitud, la cuestión se reduce a ver el tiempo que tenemos de diferencia -a una hora determinada- con un meridiano de referencia.  Como punto horario se toma el mediodía, es decir el momento en que el sol se encuentra en su punto mas alto respecto al horizonte, por ser el más fácil de establecer. Antiguamente ese momento era sagrado; el capitán y el piloto o navegante, tomaban la altura máxima del sol sobre el horizonte, y además se apuntaba la hora exacta en que esto ocurría. Con ello se podía determinar la latitud y la longitud, y normalmente se hacían los cálculos por separado y después se comparaban. 

Hemos mencionado un punto importante, el meridiano de referencia. En la actualidad, y desde 1884 por una convención internacional, se usa el que pasa por el observatorio de Greenwigh en Inglaterra, pero históricamente no siempre ha sido así. Las cartas náuticas españolas, y por lo tanto los navegantes españoles, usaban el meridiano de Cádiz que pasaba por el observatorio de la Marina de San Fernando (finalizado en 1797), mientras que los británicos han usado siempre el mencionado de Greenwich. Otros países también han tenido su meridiano de referencia propio. 

Se cuenta que los sacerdotes Jesuitas tenían un meridiano propio, cuya situación era secreta, por lo que todas sus cartas náuticas y referencias se hacían respecto a aquel, siendo desconocidas para el resto de navegantes.

Ahora vayamos a ver un sencillo ejemplo práctico para calcular nuestra longitud, tomamos la hora exacta en el momento que tenemos el sol en su altura máxima. Como el cronómetro de a bordo lo tenemos en la hora del meridiano de referencia, en la actualidad Greenvich, vemos la diferencia con las 12:00 de dicho meridiano. Supongamos que hemos pasado el meridiano a  las 13:20 horas. Considerando que cada hora son 15º de latitud, en este caso serán 80 minutos de tiempo que equivaldrán a 20º de latitud, es decir nuestra longitud será 020º W. He puesto estas coordenadas muy sencillas, pero el cálculo sería similar aunque un poco mas complejo con otra hora. Por ejemplo,  si ponemos las 14:23 horas para el paso por el meridiano, en este caso debemos pasar el tiempo a minutos. La diferencia horaria serían 143 minutos de tiempo, y como hemos dicho anteriormente cada minuto horario son 15 minutos de arco, o sea en este caso serían 2.145 minutos de arco. Si lo dividimos entre 60 nos dará 35º y restarán 45 minutos.
En conclusión nuestra situación sería 35º 45' W.  Si el paso del meridiano se realiza antes de las 12:00 del meridiano de referencia, quiere decir que nuestra situación es al este del mismo, es decir si pasamos el meridiano a las 10:00, quiere esto decir que nuestra posición es 30º E.

Esto nos marca la importancia de los cronómetros marinos. Durante mucho tiempo, los relojes más exactos eran de péndulo con movimiento por pesas, pero este tipo de mecanismo no era útil en un barco en movimiento. Los relojes de la época, con cuerda de muelle y mecanismo de volante, sometidos a las difíciles condiciones de la navegación con la elevada humedad, el salitre, grandes cambios de temperatura y sobre todo los bruscos movimientos de un barco navegando con mal tiempo, tenían importantes errores. Estos errores, en un buque que estaba navegando durante muchos meses, e incluso años, sin posibilidad de ponerlo en la hora exacta, creaba graves problemas. Como hemos visto, cada minuto horario de error son 15 minutos de grado, errores de varios minutos provocaban graves errores de posición con riesgo de colisión con bajíos o tierra.
Un error de 20 minutos en un año, puede provocar un error de 5º de arco, lo que en una latitud de unos 40º-45º N pueden ser unas 150-160 millas náuticas o sea entre unos 277-296 km aproximadamente. Además con el problema añadido de no saber el valor de este error, ni si es de adelanto o de atraso. Esto es suficiente para estar totalmente desubicado, perdido en la mar y poder llegar a embarrancar en una tierra que creemos muy lejana.  
Para mirar de paliar estos errores se navegaba por estima, es decir, se calculaba la distancia recorrida en una singladura de 24 horas y el rumbo seguido, después se buscaba la nueva posición en la carta náutica, y se cotejaba con la posición obtenida por los cálculos. Pero esto también era poco preciso, pues los sistemas de medición de la época eran muy poco fiables y también se podían producir importantes errores.

Los uboot y los buques de superficie de la Kriegsmarine durante la SGM, llevaban en sus relojes la hora oficial de Berlín, que era el horario continental europeo, y que difería en una hora con el británico que usaba el de Greenwich (el mismo que usan las islas Canarias en España). Esto no debía se obstáculo a la hora de calcular la longitud, pues para ello solo había que transformar el horario de Berlín al horario solar de Greenwich.


Cálculo de la posición en un Uboot

Para realizar los cálculos de posición en un uboot, en las zonas en que esto no se podía hacer con el sistema "Elektra-Sonne" (que era un sistema de posicionamiento de la época, basado en señales de radio que solo cubría una parte del Atlántico norte),  era imprescindible navegar en superficie. Para ser los cálculos lo mas exactos posible, esto debía hacerse al mediodía y siempre que el cielo no estuviera cubierto por nubes. En un barco que se mueve mucho, como un sumergible navegando en superficie, el tomar la altura del sol con el sextante requiere mucha práctica, pero con ello no es difícil ya que el sol es una estrella muy brillante y visible.

Pero si lo queremos tomar con otra estrella mucho menos brillante, la cosa se hace mucho mas difícil, y a veces es casi imposible el localizarla y llevarla al horizonte con el sextante, por lo que se acostumbra a trabajar con el sol.


En la secuencia vemos al navegante tomando la "altura del sol"

El navegante, desde la bañera de la vela de un sumergible, debía tomar la altura del sol con el sextante y la hora exacta en que el sol llegaba a su altura máxima. Para ello debía usar un reloj/cronómetro de bolsillo en la misma bañera, de poder disponer de un ayudante para tomar nota de la hora a la voz del navegante, la cosa se simplifica y es mas exacta. Lo ideal para que el ayudante pueda oír la voz es que esté también en la bañera, de estar en el interior se puede perder la voz y es un dato que ya no se puede repetir hasta pasadas 24 horas.
Una vez con los datos tomados, se debía bajar a la mesa de cartas, donde se disponía de los mapas y tablas necesarias para poder calcular la posición exacta, en base a los datos tomados en el exterior. Dato este que se comparaba con la posición por estima.
La cosa se complicaba cuando se estaba varios días con el cielo cubierto, o en medio de una tormenta. En tales casos, únicamente se podía establecer la posición por estima, sistema poco exacto y que tras varios días podía dar importantes errores.


Importancia del cronómetro

De lo dicho anteriormente se deduce la importancia del cronómetro, no solo para saber la posición exacta de un buque, sino que además era fundamental para realizar las cartas náuticas, y que estas fueran exactas. De nada vale saber nuestra posición exacta si la carta que usamos no lo es.

Durante muchos años, las diferentes potencias marítimas buscaron solucionar el problema y crear y un reloj cronómetro, que fuera preciso en las duras condiciones de la navegación. Conscientes de la ventaja que esto iba a dar a sus navegantes, ofrecieron importantes recompensas económicas a quien lo lograra, pero no fue hasta 1736, en que el inglés John Harrison  construyó el primer cronómetro marino que cumplía su misión de una manera exacta. Aunque al principio era un aparato muy grande, posteriormente se fue perfeccionando y reduciendo su tamaño, pero siempre fueron piezas de un elevado valor económico y técnico.

En los siglos XVIII y XIX, sobre todo en este último, fueron muchas las expediciones que se realizaron para trazar los perfiles de las costas y dibujar cartas náuticas de zonas lejanas. Eran expediciones de muy larga duración, que en muchas ocasiones terminaban con una circunnavegación del globo, por lo que en estas expediciones se buscaba la máxima precisión en sus cálculos. Por tanto no solo se recurría a cronómetros de gran precisión, sino que se llevaban muchos de ellos para evitar errores.  Normalmente en esa época un buque acostumbraba a llevar tres cronómetros; esto era así por que si uno tenía un error y se adelantaba o atrasaba, como los otros dos seguían marcando la misma hora se sabía cual era el que fallaba. Lo normal es que el armador aportase los cronómetros, elementos muy caros en esa época, pero como la mayoría de los capitanes tenían el suyo propio, además de su sextante, el armador solo necesitaba instalar dos, que junto al del capitán formaban el trío necesario a bordo.


Para ver la importancia que se daba a estos cronómetros, voy a poner como ejemplo histórico los viajes del buque HMS Beagle. Este buque realizó tres viajes de exploración para levantar cartas náuticas; el primero empezó en 1826 y terminó en 1830, y lo realizó por América del sur, acompañado del HMS Adventure, que era el buque principal. En este primer viaje el HMS Beagle llevaba a bordo tres cronómetros, y el HMS Adventure llevaba un total de nueve.

En el segundo viaje del HMS Beagle, que empezó en 1831 y terminó en 1836, se verificaron las mediciones del primero en América del Sur. En este viaje iba Charles Darwin que escribió el libro "El viaje del Beagle" y que posteriormente sirvió de referencia para su obra "El origen de las especies". En este viaje se circunnavegó el globo.  Para este viaje, el HMS Beagle llevaba 22 cronómetros, cinco de ellos eran propiedad del capitán Fitz-Roy, doce eran propiedad del gobierno británico que financiaba la expedición, y el resto eran cedidos por fabricantes que querían certificar la exactitud de sus modelos. 
En este viaje no solo se levantaron cartas muy precisas, sino que además se establecieron puntos de referencia en todo el globo, con su latitud exacta, para que los navegantes al recalar en los mismos, y sabiendo la exactitud de su posición, pudieran poner en hora sus propios cronómetros. Se podría decir que fue el primer sistema de puesta en hora de los relojes.  Tras completar la vuelta al mundo y regresar a Inglaterra, la suma de las diferencias horarias de los puntos marcados de referencia, daban un error de solo 33 segundos (equivalente a 8.25 millas naúticas ó 15.3 kilómetros), eso tras dar la vuelta al mundo en cinco años de viaje, diferencia que le pareció muy elevada al capitán Fitz-Roy (que creía que no se podía achacar ni a los cronómetros ni a fallos suyos de medición), y que atribuyó a un efecto desconocido del campo magnético de la tierra en sus cronómetros.

El HMS Beagle, en su tercer viaje que duró desde 1837 hasta 1841,  llevaba nueve cronómetros, uno de ellos de la marca Molyneux y con número de serie 1175. Este ya había hecho el segundo viaje y era  en ese momento propiedad del capitán Fitz-Roy, y que al terminar el mismo lo vendió a la Royal Navy en 1837. Tras finalizar este tercer viaje, el cronómetro siguió su vida en la citada Royal Navy, pasando por diversos buques, y finalmente se embarcó en el acorazado HMS Irresistible donde finalizó su historia en 1915, al resultar hundido este acorazado al colisionar con una mina durante en la campaña de los Dardanelos, en la Primera Guerra Mundial.


Descripción de un cronómetro marino

Quizás para conocer mejor como son los cronómetros marinos de caja y las partes en que se compone, puede servir el siguiente dibujo.



En él se puede apreciar que van dentro de una caja de madera, que ésta tiene dos tapas, una primera con cubierta de cristal que permite ver la hora sin necesidad de abrirla y exponer el mecanismo al ambiente marino, y que exteriormente, y sobre aquella, lleva una tapa de madera que lo protege y deja oculto.

En el interior de la caja, va un mecanismo de cardan que sujeta una caja metálica circular, denominada mortero, dentro de la cual se colocar el mecanismo de reloj.

Lleva un sistema de bloqueo del cardan para dejar el reloj quieto en caso de necesidad, también lleva la llave para darle cuerda, sujeta y a la vista.  El mecanismo de la cuerda acostumbra a estar en la parte trasera, y se accede a él por un agujero en el mortero. Para darle cuerda se debe girar el cronómetro sobre la cardán.

En esta imagen se puede apreciar la manera de dar cuerda a un cronómetro

Cronómetros marinos alemanes

Todos los buques de la Kriegsmarine llevaban a bordo sus cronómetros marinos para su posicionamiento, en el caso de los uboot acostumbraban a llevar dos cronómetros. Puede parece que con el sistema de comprobación de la hora por radio, esto no fuera necesario, pero un buque, sobre todo si está en aguas lejanas, no puede depender de estas señales para mantener sus relojes en hora, pues cualquier fallo de la emisora y/o antena le puede dejar sin comunicación, y el saber la hora exacta era fundamental.

En la foto de la derecha, podemos ver la comprobación de hora con la señal de radio de un cronómetro marino en un ubbot. El oficial tiene en la mano derecha la llave para darle cuerda, y se puede apreciar el correcto funcionamiento del cardan que lo mantiene horizontal.

Independientemente de los cronómetros marinos mencionados, los uboot llevaban varios relojes de mamparo para poder saber la hora exacta en los diversos compartimentos, uno de ellos se hallaba situado en la sala de radio (para que el radiotelegrafista supiera todas la horas de conexión -ver foto inferior-). Asimismo, se podía poner la hora exacta con la señal de radio y servir como referencia para poner en hora el resto de relojes del sumergible. Estos relojes de mamparo, a pesar de poder estar homologados como cronómetros son poco fiables, pues con las vibraciones propias del sumergible (ya sea por los propios motores, como los provocados por la navegación en superficie o con mal tiempo) se transmiten al mamparo al que están sujetos y pueden afectar a su mecanismo, y no digamos en el caso de sufrir un ataque con cargas de profundidad, en el que podían incluso llegar a perder totalmente la hora.

Reloj de mamparo en la sala de radio de un Uboot


Como muestra, voy a poner unas fotos de un cronómetro marino alemán de la época de la SGM. Se trata de un Glashutte Uhrenbetriebe, con número de serie 7755 y propiedad de un coleccionista privado.


  1. Caja del cronómetro en que se puede apreciar la marca del fabricante y el número de serie.  Asimismo en el frontal se ve  una pegatina que lo califica como instrumento de precisión, y las precauciones para no dañarlo al transportarlo.
  2. El cronómetro con la tapa protectora abierta. En la parte superior derecha se puede ver la llave de la cuerda, y en la parte baja de la derecha, el bloqueo del cardán que en este caso está bloqueándolo. Se aprecia la claridad de la esfera, en este caso con números romanos.
  3. Maquinaria del reloj. Con la flecha se señala la conexión para darle cuerda. Obsérvese que alrededor de la misma hay una arandela de material más blando para adaptarse al mortero.
  4. En esta foto se ha desmontado el cronómetro. Se pueden apreciar claramente el mortero donde se halla ubicado, el cardan que permite mantenerlo horizontal y en el círculo marcado en el mortero,  el agujero de registro que permite darle cuerda
  5. Vista del cronómetro con la tapa protectora y el cristal de observación.

Espero que con lo dicho, haya quedado bastante clara la importancia de los cronómetros marinos como herramienta fundamental de la navegación antes de la llegada de los modernos sistemas de posicionamiento. Solo decir que durante muchos años los bienes más preciados de un capitán, y que siempre llevaba consigo a los barcos en que embarcaba, eran su sextante y su cronómetro, las herramientas que le permitían posicionarse en la mar.


Artículo realizado por Manel Company

Nota:
Desde U-Historia queremos agradecer a Manel Company, su inestimable colaboración y participación en el Foro de U-Historia. También agradecerle que nos permita reproducir sus artículos.

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