Gobierno del barco


El sistema de gobierno del barco es el que permite controlar el rumbo del mismo, bien manteniéndolo en una determinada dirección o bien cambiándolo de forma voluntaria mediante la acción del timonel. El dispositivo básico para controlar el rumbo es el timón, que con su giro permite variar la dirección del movimiento del barco, sin embargo otros elementos como la obra viva del casco y especialmente la quilla contribuyen también a conseguir la variación del rumbo.

Cuando se gira el timón un ángulo α respecto a la dirección del flujo de agua, ver la figura, el efecto es equivalente al que se produce en un perfil hidrodinámico, el timón, sometido a la acción de un flujo de agua con un ángulo de ataque α. El resultado es una fuerza transversal, normal a la dirección de avance, que aquí se le llama fuerza de gobierno del timón, FG , y una fuerza de resistencia a la marcha, según la dirección de avance, que vamos a llamar FR .

Al actuar la fuerza de gobierno, FG , sobre el centro de presión, CP , del timón, en los momentos iniciales en realidad todo el barco tiende a desplazarse lateralmente, pero en cuanto se inicia este desplazamiento hay una resistencia hidrodinámica de las partes sumergidas del barco que se oponen a este movimiento lateral.

Esta fuerza de reacción hidrodinámica, que es idéntica y opuesta a la fuerza de gobierno, FG , actúa sobre el centro de deriva, CD , del barco, ver figura, y se opone a la fuerza producida por el timón.

Como consecuencia, hay un par de fuerzas de sentido contrario, separadas por el brazo de gobierno, BG , que producen el momento de gobierno, que hace variar el rumbo del barco, este momernto es:

MG = FG x BG  

Una vez que se ha iniciado el giro del barco, varía el ángulo de incidencia del flujo el agua sobre el timón, pero también sobre la obra viva del casco y la quilla, esta variación del ángulo de ataque, en especial sobre la quilla, contribuye a incrementar la velocidad de giro del barco.

La eficiencia del timón o de la quilla viene determinada por la relación entre los coeficientes de sustentación y resistencia del perfil, porque cuanto mayor es esta relación se obtiene una mayor fuerza de gobierno, FG , con menor resistencia a la marcha, FR . Esta relación depende a su vez de la relación de aspecto geométrica del perfil, cuanto mayor es esta relación la eficiencia del perfil es mayor. Sin embargo los perfiles con una relación de aspecto muy grande entran en pérdida de sustentación con facilidad, es decir a partir de un ángulo de ataque relativamente pequeño, la sustentación se desploma rápidamente cayendo también la eficiencia del perfil bruscamente.

En cuanto a la posición del timón, está condicionada por la necesidad de proporcionar un buen momento de giro. Puesto que el momento es proporcional al brazo de gobierno, BG , en principio parece que conviene situar al timón lo más a popa posible, sin embargo si el timón está demasiado a popa, existe una mayor probabilidad de que éste salga del agua, total o parcialmente, con cierta frecuencia debido a las olas y al cabeceo del barco, como se ve en la figura, produciéndose la ventilación de la pala del timón en la zona próxima a la superficie del agua.

En esta zona aireada el timón trabaja mal y por tanto hay una disminución de su área efectiva y si esta disminución es grande el barco se puede hacer ingobernable temporalmente.

En cuanto al tamaño del timón, su área está condicionada por la fuerza de gobierno, FG , necesaria para producir el momento de giro requerido, MG , según la expresión anterior. Esta fuerza, FG , es la fuerza de sustentación que actúa sobre el perfil y es proporcional al área lateral del timón.

En los barcos de vela también conviene tener en cuenta el efecto de la escora sobre el gobierno del barco, ya que puede afectar de forma apreciable la efectividad del timón. La fuerza de gobierno que es efectiva para el giro del barco es su componente horizontal y ésta es proporcional al coseno del ángulo de escora, θ, como se puede ver en la figura, por tanto es:  FG x cos(θ)  . Es decir, la escora equivale a una disminución del área efectiva del timón y por esta razón si se prevé que el barco va a navegar con escoras grandes es necesario aumentar el área de diseño del timón para compensar esta pérdida.

 

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