Cómo afecta a la estabilidad


Los cálculos que se efectúan durante el diseño de un barco sobre su estabilidad, se hacen suponiendo que el barco se encuentra en condiciones de aguas tranquilas, es decir se supone que hay ausencia de olas o éstas son muy pequeñas. La información que se obtiene en estas condiciones es una información muy valiosa, pero su validez va disminuyendo a medida que aumenta el tamaño y la pendiente de las olas. 

En general las olas y el viento producen unos efectos apreciables sobre la estabilidad, en sus diferentes aspectos, que hay que tener en cuenta si el barco debe poder navegar en cualquier situación del tiempo. Así, durante el paso de las olas, se pueden considerar dos efectos que afectan de forma apreciable a la estabilidad.

En primer lugar, cuando una ola alcanza por la popa a un barco que navega, más o menos, en su misma dirección, el empuje hidrostático sobre el barco no es homogéneo, debido a que la forma de la ola sumerge de forma desigual las secciones del barco, como se ve en la figura.

En particular, cuando el barco se encuentra en la cresta de la ola ésta sumerge principalmente las secciones que se encuentran en la zona central del barco, mientras que las demás apenas están sumergidas. Por tanto la estabilidad se debe sólo al empuje hidrostático sobre las secciones sumergidas y la estabilidad transversal, temporalmente, sufre una reducción. 

Además, en esta situación, como se ha visto anteriormente, la densidad del agua en la cresta de la ola, ρc , es inferior a la densidad normal del agua del mar, ρ, de acuerdo con la expresión :  ρc = (1 – πS) ρ  , siendo S la pendiente de la ola. Por tanto, debido a la densidad, el desplazamiento del barco también es inferior y el momento adrizante  Mc = Dc GZ   también será inferior al de aguas tranquilas, mientras el barco se mantiene en la cresta.

La reducción de la estabilidad mientras se mantiene el barco en la cresta la ola, por las dos razones explicadas antes, puede ser peligrosa si esta situación se prolonga excesivamente, ya que cualquier perturbación externa, como una racha de viento, podría provocar el vuelco del barco.

Una de las condiciones que contribuyen a esta situación de peligro, tiene lugar cuando el barco, de eslora L, tiene un rumbo, μ , respecto a la dirección de las olas y la ola tiene una longitud, Lw , de manera que el barco ocupa una distancia similar a la que hay entre dos senos consecutivos, como se ve en la figura, es decir:

L cos(μ) ≈ Lw   

Además esta situación se puede prolongar, cuando el barco navega a una velocidad v, con la mar de popa o por la aleta, y se verifica que: 

vw ≈ v cos(μ) , siendo vw la velocidad de la ola.

 

En segundo lugar, cuando barco es alcanzado transversalmente por una sucesión de olas, la sincronización entre el movimiento de balance y el paso de las olas puede hacer que se vaya incrementando el ángulo de escora máximo, como se explica a continuación.

Como se ha visto antes, el momento adrizante en la cresta de la ola  Mc = Dc GZ  es inferior al que hay en aguas tranquilas. Pero teniendo en cuenta que la densidad del agua en el seno de la ola es  ρs = (1 + πS) ρ  , siendo S la pendiente de la ola y que es superior a la densidad normal del agua en aguas tranquilas, como se vio anteriormente, el momento adrizante en el seno, para una determinada escora, será  Ms = Ds GZ   y será superior al momento adrizante en aguas tranquilas.

Primero vamos a suponer que el barco se encuentra escorado, inicialmente, un ángulo θs en el seno de la ola, ver figura de la izquierda. Por tanto estará sometido un momento adrizante Ms = Ds GZ , mayor al normal en aguas tranquilas.

Como se ha visto antes, el barco en esa situación tiene una energía potencial debida a la escora θs dada por:

Esta energía tiende a llevar el barco hacia la banda contraria, de manera que en ausencia de amortiguamiento, cuando el barco alcance la posición adrizada tendrá una energía cinética equivalente a esa energía potencial y el barco tendrá una velocidad de balance hacia la otra banda.

Ahora vamos a suponer que debido a esa velocidad de balance el barco alcanza la máxima escora, θc , hacia la otra banda y en esa situación se encuentra en la cresta de la ola, ver figura de la derecha.

La energía potencial en esa posición, debida a esa escora θc , estará dada por:

Si no hay amortiguamiento hidrodinámico esta energía debe ser igual a la adquirida en el seno pero, como hemos dicho antes, para una misma escora θ el momento adrizante en la cresta es mucho menor que el momento en el seno, Mc < Ms , luego para que las energías sean las mismas, el barco en la cresta tiene que alcanzar una escora máxima mayor que la escora máxima en el seno, es decir en valor absoluto  θc > θs  .

Por tanto, en condiciones de sincronismo entre el movimiento de balance y las olas, se produce un incremento de la escora durante el paso de cada ola dado por | θc – θs |. Así que en teoría, cuando un barco se ve sometido a una sucesión de olas que le alcanzan transversalmente y estas olas están sincronizadas con el movimiento de balance, se llega a alcanzar una escora suficiente para poner en riesgo de vuelco al barco.

Afortunadamente, debido al amortiguamiento hidrodinámico del casco, quilla y timón, parte de la energía cinética del barco se disipa por lo que no se llegan a alcanzar las escoras extremas mencionadas. De aquí se deduce la conveniencia de disponer de un casco de formas profundas, con un área suficiente de quilla y timón para conseguir un buen amortiguamiento hidrodinámico.

 

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