Resistencia inducida por las olas


Cuando se navega con mal tiempo, uno de los efectos inmediatos que se aprecia en el barco es la reducción de su velocidad, debido a la interacción entre las olas y el casco. Por otra parte, la fuerza de gobierno del timón depende, entre otros factores, de la velocidad relativa del agua respecto del timón al cuadrado, por consiguiente una reducción de la velocidad debida al mal tiempo, aunque sea pequeña, puede afectar a la gobernabilidad del barco, en unas condiciones en que es imprescindible tener un buen gobierno.

Por esta razón, es interesante cuantificar la resistencia a la marcha del barco en presencia de olas, ya que conviene determinar cuál debe ser la potencia mínima del motor que garantice una velocidad suficiente para gobernar con mal tiempo.

Cuando se determina la resistencia al avance de un barco, se supone que éste navega en aguas más o menos tranquilas, sin embargo en caso de mal tiempo, la presencia de olas grandes hace que esta resistencia se vea incrementada por lo que se llama resistencia inducida por las olas. La cuantificación de esta resistencia es difícil, aunque en experimentos realizados con modelos se ha llegado a la conclusión de que este incremento de resistencia depende sobre todo de los siguientes factores:

Como método aproximado para calcular este incremento de resistencia, con mares de proa, se puede utilizar el propuesto por Gerritsma y Beukelman. Primero se determina en el gráfico el coeficiente de resistencia inducida, CIW , en función de , siendo L la eslora del barco y Lw la longitud de ola.

Entonces el incremento de la resistencia inducida por las olas, DRIW , está dado, aproximadamente, por:

Siendo: H la altura de ola, B la manga del barco, ρ la densidad del agua de mar y g la aceleración de la gravedad.

De la anterior expresión se pueden obtener las siguientes conclusiones:

La reducción de la velocidad del barco, producida por el incremento de resistencia inducida por las olas, es importante porque afecta a la capacidad de gobernar del barco, como se ha dicho, y habrá que tenerla en cuenta al determinar la potencia mínima del motor necesaria para que el barco pueda navegar, en condiciones de mal tiempo, con una velocidad mínima que permita al timón ser efectivo.

Para calcular esta potencia, lo primero que hay que determinar es la velocidad máxima que es capaz de alcanzar el barco con una potencia razonable, es decir no demasiado elevada para su eslora, ya que hay que limitar el tamaño del motor y el consumo de combustible para un tamaño de barco dado.

Como se ha visto en una página anterior, la resistencia por formación de olas empieza a crecer muy rápidamente a partir de un número de Froude de alrededor de  Fn = 0.35  y aunque hay otros componentes de la resistencia, a partir de ese número de Froude ésta es la que suele influir más en el aumento de la resistencia total a la marcha. Por tanto, el límite de velocidad para una potencia razonable del motor, se podría establecer para Fn = 0.35.

A partir de la expresión del número de Froude,    , donde L es una eslora efectiva, intermedia entre la eslora en la flotación y la eslora total, se puede obtener la velocidad límite del barco en nudos, vB , para una resistencia por formación de olas pequeña, suponiendo Fn = 0.35 , mediante la siguiente fórmula:

Estando dada la velocidad del barco, vB , en nudos y la eslora efectiva, L, en m.

Diversas organizaciones recomiendan una potencia del motor, para conseguir una velocidad mínima, que está de acuerdo aproximadamente con la expresión anterior:

Sin embargo las velocidades citadas y, por tanto, la potencia requerida en estas normas se refieren a aguas tranquilas, pero como se ha visto antes, en caso de mal tiempo hay un incremento apreciable de la resistencia a la marcha, por lo que habrá que tener en cuenta un margen de potencia suficiente para vencer ese incremento de resistencia.

La práctica de la experiencia dice que para que un barco pueda gobernar y mantener el rumbo, incluso durante un temporal, se requiere al menos una velocidad de 5 nudos, por lo que habrá que disponer de la potencia suficiente para conseguir vencer la resistencia a la marcha a esa velocidad, en aguas tranquilas, más la resistencia adicional inducida debida al mal tiempo.

 

 

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