Balance inducido por las olas


Cuando se navega en un mar irregular, se inducen sobre el barco diversos movimientos, en general complejos, angulares según los tres ejes de giro del barco y lineales según los tres ejes principales del barco. En esta página sólo se va a analizar con cierto detalle el movimiento de balance inducido por las olas.

Vamos a suponer que el barco está sometido transversalmente al paso de las olas y que, en un instante determinado, la pendiente de la superficie de la ola forma con la horizontal, WL, un ángulo α y que el barco está escorado un ángulo θ, como se indica en la figura.

Debido a la diferencia de ángulos entre la superficie del agua y la flotación inicial del barco, el centro de carena se traslada desde su posición inicial B, correspondiente al barco sin escora en aguas tranquilas, hasta la posición B'.

Como se vio anteriormente, debido al movimiento orbital de las partículas de agua en la ola, las fuerzas debidas a la presión hidrostática actúan perpendicularmente a la superficie de la ola. Así que el empuje hidrostático o desplazamiento, D , del volumen sumergido es perpendicular a la superficie de la ola, como se indica en la figura.

Entonces el momento escorante, ME , será el que tiende a colocar a la vertical del barco coincidente con la perpendicular a la superficie de la ola, equivalente al momento adrizante, en aguas tranquilas, debido a una escora efectiva igual a la inclinación de la superficie de la ola, α, respecto a la escora θ actual del barco, es decir (α – θ).

Si esta escora efectiva, (α – θ), es pequeña, se puede poner, con α y θ en radianes:

ME = D x GM x sen (α - θ) ≈ D x GM x (α – θ)

Por otra parte, teniendo en cuenta la ecuación de la ola, se puede demostrar que la pendiente local máxima de la superficie de la ola, smax , está relacionada con la altura de la ola, H, y su longitud, Lw , mediante la expresión:

De lo anterior se deduce que el momento escorante debido a una ola, ME , que depende de la inclinación local de su superficie cuyo valor máximo es  αmax  , será tanto mayor cuanto más grande sea la pendiente de la ola, S = H/Lw , que, por tanto, es el parámetro que determina su peligrosidad.

Cuando el barco está sometido transversalmente a una sucesión periódica de olas, el momento escorante, ME , produce una excitación periódica sobre el barco, según el periodo de encuentro con las olas, Tw , y si éste coincide aproximadamente con el periodo de balance del barco, Tr , se pueden producir, por el efecto de resonancia, escoras cada vez más grandes, sólo limitadas por el amortiguamiento hidrodinámico del casco, la quilla y el timón.

Estableciendo la ecuación del movimiento del barco en esa situación y suponiendo, para simplificar, que no hay amortiguamiento hidrodinámico y que la escora efectiva, (α – θ), es pequeña e imponiendo la condición de sincronismo, es decir haciendo que los periodos del barco y de la ola se aproximen hasta hacerse iguales, Tr = Tw , se puede demostrar teóricamente que, conforme van pasando las olas, se van produciendo las siguientes escoras máximas:

Es decir, durante el paso de las olas se va incrementando la escora, θ, a una banda y a la otra, a razón de  1/2 π αmax  , en valor absoluto, por cada semiperiodo de ola. Con esta escora progresiva, debido a la acción transversal de las olas, con un periodo sincronizado con el periodo del barco, en teoría éste acabaría dando la vuelta.

Sin embargo en la práctica el barco no suele llegar a dar la vuelta, ya que en el planteamiento anterior se ha supuesto que los ángulos de escora y de la pendiente de la ola eran pequeños y que por tanto el momento era una función lineal de esos ángulos, algo que solo se cumple al principio, pero no cuando los ángulos se empiezan a hacer grandes.

Además, se ha supuesto que no hay amortiguamiento hidrodinámico, hipótesis que no es real, en realidad el movimiento de balance se amplifica hasta que la energía absorbida de las olas es igual a la disipada por el amortiguamiento, de aquí se deduce la importancia de tener un alto coeficiente de amortiguamiento hidrodinámico en el conjunto del casco, quilla y timón para limitar este movimiento.

 

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