Fuerzas hidrodinámicas


Los efectos del avance del barco a través del agua a velocidad vB , se pueden estudiar más claramente si se supone que el barco está parado y que es el agua el que incide sobre el barco en dirección contraria. En la figura se han representado la variación de las líneas del flujo del agua al incidir sobre la obra viva del casco, la quilla y el timón.

La reacción del flujo de agua sobre el barco produce unas fuerzas de tipo hidrodinámico cuya resultante es FH, que se puede descomponer en dos componentes perpendiculares, como se indica en la figura, la resultante en sentido longitudinal, FHL, que es la resistencia a la marcha y la resultante en sentido transversal, FHT, que se opone al abatimiento.

Entre los componentes de estas fuerzas, están en primer lugar las fuerzas sobre la quilla y el timón, que se puede suponer que trabajan como perfiles hidrodinámicos, y que son:

Una fuerza de sustentación hidrodinámica, LP , perpendicular a la dirección del flujo de agua que incide sobre el perfil y que está dada por:

Una fuerza de resistencia hidrodinámica, DP , en la misma dirección que la del flujo de agua sobre el perfil y que está dada por:

Siendo: ρ la densidad del agua, AP el área lateral del perfil, vB la velocidad del barco según la línea de abatimiento, CLP el coeficiente de sustentación y CDP el coeficiente de resistencia del perfil, ambos para ese ángulo de ataque, o abatimiento, λ.

La eficiencia del perfil depende del valor de CLP respecto a CDP , cuanto mayor sea la relación CLP / CDP el perfil se considera más eficiente porque tiene más sustentación, y por tanto hace mejor su trabajo, con una menor resistencia a la marcha. La eficiencia depende de las formas del perfil y de su relación de aspecto dada por la relación entre la altura y cuerda media del perfil.

También, debido a la viscosidad del agua y a la rugosidad de las superficies de la quilla y el timón, hay que tener en cuenta otra fuerza, la resistencia de fricción de estos perfiles, que es función de su superficie mojada y de su rugosidad y que también se opone al avance del barco.

Además de las fuerzas hidrodinámicas sobre la quilla y timón, hay que tener en cuenta la acción del agua sobre la parte sumergida del casco. El flujo de agua al incidir oblicuamente sobre éste, debido al abatimiento del barco con una velocidad vB , origina las siguientes fuerzas:

En esta página sólo se va a dar un procedimiento simplificado para estimar la resistencia por formación de olas, por ser ésta la que más importancia tiene a partir de una determinada velocidad. Este método es el propuesto por Adler y está basado en un coeficiente de resistencia que tiene unos valores similares para diferentes tipos de barcos, por lo que los resultados hay que considerarlos sólo como orientativos.

En primer lugar se determina, mediante el gráfico de la figura, un coeficiente de resistencia, Cwa , que es función del número de Froude, Fn , que está dado por:

Siendo: vB la velocidad del barco, g la aceleración de la gravedad y L una eslora efectiva, que tiene en cuenta las olas de proa y popa, por tanto   L ≈ (LWL + LT)/2   , donde LWL y LT son las esloras en la flotación y total, respectivamente.

Según este método la resistencia por formación de olas, Rw , es función de este coeficiente, Cwa , y de un coeficiente de forma dado por la relación  Ñ/L3  , donde Ñ es el volumen de carena y está dada por:

Donde SMT es la superficie mojada total del casco, quilla y timón.

 

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