Lealtad 2.0 "La evolución": Tecnología naval

‘Los barcos están seguros si permanecen en el puerto, pero no fueron hechos para eso’

(Enrique Barrios)

Barco fenicio siglo V a. C.

Los constructores navales más capacitados de los tiempos antiguos fueron los de Fenicia, hacia el 1200 a. C., los cuales no sólo construyeron barcos mercantes capaces de transportar cargas considerables, sino también buques de guerra mayores y más efectivos que cualquiera de los producidos por sus contemporáneos, los egipcios y los egeos.

La construcción más significativa de los fenicios fue el barco redondo destinado al comercio: un buque de manga ancha que utilizaba velas en vez de remos y proporcionaba un espacio para el cargamento mucho mayor que las galeras estrechas.

Los barcos redondos fenicios navegaron por el mar Mediterráneo y otros océanos hasta las islas Británicas y también se dirigieron hacia el Sur, a lo largo de la costa de África. Según Herodoto (nacido en 484 a. C.), una expedición fenicia auspiciada por el faraón Necao II (proclamado rey en 610 a. C.) circunnavegó el continente africano por primera vez.

Los constructores de barcos fenicios también desarrollaron las galeras birremes y trirremes en las que los remos se colocaban en dos o tres órdenes.

Cuaderna maestra con dimensiones transversales

Variables que afectan a la estabilidad del barco

No hay una única variable que tenga un efecto superior a las demás sobre la estabilidad del barco. Es muy tentador decir que un barco considerado poco estable, mejoraría algo con un incremento de la manga de 0,5 metros. Esto, de hecho, mejoraría la estabilidad, pero se obtendrían resultados mejores y más deseables con un incremento del francobordo o más probablemente de una reducción del valor de KG, es decir bajando la posición del centro de gravedad.

Cuando se considera la estabilidad del barco, factores tales como el desplazamiento D, el perfil del caso Kb, la manga M, el francobordo FB y por supuesto el centro de gravedad KG, deben estar incluidos simultáneamente en el análisis de la estabilidad, pero esto no significa que cada uno no pueda se analizado de forma individualizada.

La Manga

Se ha mencionado previamente que el momento de inercia transversal It de la superficie de flotación de un barco (el que se utiliza en el cálculo del radio metacéntrico CM = It/Vc) se obtiene elevando a cubo el valor de la manga en flotación. De esto se deduce que cuanto mayor sea la manga en flotación, mayor será su momento de inercia, el cual es un poderoso indicador de la capacidad de un cuerpo flotante, para permanecer o retornar a su posición de equilibrio estable original.

Esto no significa que todos los barcos de manga ancha tengan estabilidad sin limitaciones. Indica que la manga es un factor de la estabilidad.

Francobordo

Un barco con un francobordo alto, probablemente tendrá un rango de estabilidad mayor que otro con francobordo pequeño. La habilidad de un barco para regresar a su posición de adrizamiento, se reduce gradualmente a partir del momento que su regala se sumerge a causa de la escora. Un barco con un francobordo alto podrá escorarse un ángulo mayor que uno con menor francobordo, antes de alcanzar esta condición.

Centro de gravedad

La posición vertical del centro de gravedad seguramente tendrá el efecto más directo sobre la estabilidad del barco. Un barco con una pesada carga en la bodega puede ser bastante estable, pero almacenar la misma carga sobre la cubierta, elevará el centro de gravedad pudiendo llegar a ser inestable. Muchos barcos se han perdido en la mar debido a una elevación del centro de gravedad; utilizar combustible de los tanques del doble fondo, la formación de hielo en la superestructura y partes altas, elevar una red llena de pescado por un extremo con una pluma, todo ello conduce a un incremento de KG.

Afinamiento del casco

Obviamente el perfil del casco ha de tener algún efecto sobre la estabilidad del barco ya que el centro geométrico de la parte sumergida u obra viva, es el centro de carena C y cuando el barco está escorado, la fuerza del empuje hidrostático actúa a través de este punto, proporcionando el par de adrizamiento que hace retornar el barco a su posición adrizada.

En resumen

Se puede decir que ninguna característica o rasgo, tal como la anchura de la manga o un francobordo alto, será necesariamente una indicación de la estabilidad del barco, sino más bien, una suma cuidadosamente planificada de todos estos factores.

Podemos preguntarnos si ¿un barco con un extra de manga, un francobordo alto, un centro de gravedad vertical bajo, sería un barco muy estable? La respuesta tendría que ser “si”, pero es bastante probable que fuese demasiado estable, teniendo una violenta tendencia a adrizarse después de haber sido escorado, tanto que ese brusco movimiento derribaría a la tripulación o pasajeros y rompería las sujeciones de la carga, sin importar como de segura haya sido estibada. Obviamente esta condición sería casi tan peligrosa como una estabilidad demasiado pequeña.

Pesquero elevando una red con la pluma de a bordo

La proa de bulbo

El bulbo de la proa o simplemente bulbo, consiste en una protuberancia en la proa del barco, que debe de estar sumergido en el agua para su correcta operación.

Las ventajas del bulbo de proa se descubrieron casualmente durante la segunda guerra mundial. Algunos destructores americanos instalaban el sonar lo más lejos posible del ruido de sus motores, para conseguir detectar submarinos alemanes de la forma más eficaz. Para evitar la perturbación del eco del sonar con los ruidos del barco y de las olas de la proa, se instaló por delante de ella un bulbo en el que se montaba el receptor del sonar. Rápidamente se constató que estas modificaciones reducían considerablemente el gasto de combustible al disminuir cerca del 15% la resistencia hidrodinámica del barco.

Está hueco y su objetivo es crear un segundo tren de olas que interactúe con el creado por la proa, tratando de hacer coincidir la cresta de uno con el seno del otro y así, siguiendo la ley de superposición de efectos, reducir la resistencia al avance del buque por formación de olas. Esta interferencia consigue reducir la altura de la ola de proa y por tanto la energía perdida por la creación de esta. La forma y tamaño dependen de la velocidad para la que se diseña el barco. Por esta razón el bulbo consigue ahorros de combustible cuando se navega a velocidades de crucero altas. Con velocidades pequeñas, su ventaja es muy limitada, pesando más la resistencia debida al aumento de superficies mojadas, que las mejoras de comportamiento hidrodinámico, además hace más dura la maniobra de virada, lo que no es demasiado importante en un buque mercante que sigue un rumbo tan recto como sea posible. Por esta razón en los barcos pequeños y de recreo cuyas velocidades son lentas, se diseñan sin ningún tipo de bulbo.

Proa de bulbo para reducir la formación de olas y ahorrar combustible

¿Que tamaño ha de tener una ola rompiente para causar un vuelco?

"La experiencia muestra que en aguas tranquilas, las ráfagas de viento, por sí solas, no pueden volcar un velero. Incluso en encuentros con grandes olas, la historia es la misma. La acción de la pendiente de una ola en la escora de una embarcación menor o crucero puede colaborar con el viento a producir el vuelco, pero la estabilidad transversal de un yate suele ser tal que no puede ser volcado ni tan siquiera por la acción combinada de olas y viento, sin importar lo altas y pronunciadas que sean.

Son las olas rompientes las que causan un vuelco; si el yate se encuentra de costado a olas rompientes de tamaño suficiente, la exagerada pendiente del frente de la ola, junto con el impacto de la cresta de la ola, que es como un chorro, tumbará al yate hasta un punto en el cual el palo quedará sumergido. En este punto, el destino del yate se decide por sus características de estabilidad; tanto puede volver a la posición vertical como continuar a posición invertida, donde el barco puede permanecer algún tiempo hasta que otra ola lo mueva de forma que lo adrice de nuevo. Si la ola es lo suficientemente alta, o el encuentro con ella se produce en un preciso momento, puede producirse una vuelta completa de 360º.

Durante las pruebas con modelos que se llevaron a cabo para investigar el problema, cuando una ola rompiente era del 30% de la eslora del barco, desde el seno hasta la cresta, podía volcar algunos yates, mientras que olas no rompientes de una altura del 60% de la eslora del casco podían ser evitadas fácilmente por todos los barcos probados. En términos reales esto quiere decir que para un barco de 10 m de eslora (33 pies), mal orientado frente a una ola rompiente de 3 m de alto, ésta representa un riesgo de vuelco; y cuando la ola rompiente sea de 6 m el vuelco es casi seguro para cualquier forma de barco".

Extraído del libro: Navegación con mal tiempo (Por Andrew Claughton)

Navegando a vela: Forzar la escora

Cuando soplan vientos muy flojos, la embarcación adopta de forma natural una posición de adrizamiento, motivo por el cual se deberá colocar la tripulación sobre la banda de sotavento provocando así una escora forzada. Esto hará que las velas tiendan a caer por su propio peso, adoptando así un perfil más correcto que el de una tela caída, mejorando notoriamente el rendimiento de las mismas. Cualquier embarcación escorada adopta una tendencia a orzar (llevar la proa al viento), ejerciendo una presión sobre el timón mejorando así nuestro gobierno. Otro punto que mejoraremos es la disminución de la superficie mojada, evitando así la disminución de velocidad a causa del mismo rozamiento del casco.

La tripulación deberá estar colocada a sotavento y entre el centro de la embarcación a la altura del palo y el centro de flotación del velero, esto en condiciones de aguas tranquilas, lo que nos facilitará una mejor arrancada con una disminución del cabeceo, provocando así estos puntos en su conjunto la generación de un viento aparente que desplazará la embarcación óptimamente para tales circunstancias. Deberemos buscar un rumbo de movimiento, lo importante con vientos flojos es que la embarcación no se detenga, de nada sirve marcar una proa imposible si el barco está parado, es conveniente buscar velocidad aunque sea inútil, con la posibilidad de encontrar rachas o borneos que nos favorezcan.

Los diseñadores acostumbran a hablar de barcos "rígidos" y barcos "blandos" cuando diferencian a aquellos que aguantan mucho trapo sin escorar de los que toman excesivo ángulo a poco que aumenta el viento. A la resistencia a escorar se le acostumbra a llamar "estabilidad", término que se usa para tantas cosas que llega a crear confusión. En el caso de la escora, la estabilidad se obtiene de la combinación de la estabilidad del casco y el peso de su lastre. Este es el llamado momento de adrizamiento que se opone al momento de escora causado por el viento sobre las velas, así como en algún caso por la pendiente de las olas. En circunstancias normales, cuando el barco navega con un ángulo de escora fijo, se produce un equilibrio entre el momento de escora y el momento de adrizamiento. Es decir, ambos son iguales. El ángulo de escora aumenta a medida que el viento aumenta, hasta equiparar los valores y alcanzar el equilibrio. Puede ocurrir también, en caso de una ola muy fuerte, que el momento de escora sea mayor que el adrizante; el barco escorará más allá de su ángulo crítico de estabilidad y puede volcar.

Hay que recordar que la resistencia a la escora no es igual en todos los ángulos. Cuando el barco está plano resulta nulo y a medida que el ángulo aumenta crece con el momento adrizante, hasta llegar a un punto en que empieza a disminuir. Los arquitectos navales muestran este momento en una curva que, en ángulos pequeños crece casi en vertical y según la proporción entre manga y lastre, empieza a aplanarse en cuanto el barco llega a escoras importantes, con la regala cerca del agua. Después de pasar por el máximo, la curva desciende hasta el cero y se prolonga por debajo de este valor, dando la zona de estabilidad negativa. El paso de positivo a negativo no es igual en todos los veleros y puede variar entre los 90 y los 160 grados de escora. La estabilidad negativa suele alcanzar su punto máximo normalmente a los 180 grados, momento en que hay más resistencia a recuperar la posición inicial.

La curva de estabilidad permite distinguir los veleros estables de los que no lo son: basta averiguar el tramo de estabilidad positiva. Si éste llega a los 120 grados, como ocurre en la mayoría de los veleros actuales, se puede considerar estable. Los diseños de regata pura pueden tomar riesgos y bajar esta cifra hasta los 100 grados, mientras que los cruceros oceánicos de gran desplazamiento gozan de estabilidad positiva hasta los 140 grados.