Coeficientes de Forma en Buques
La resistencia total de un buque se divide en diferentes partidas que se integran de manera aditiva. William Froude, ingeniero hidráulico y arquitecto naval, llegó a la conclusión que la resistencia total estaba formada por la resistencia viscosa o de fricción de la placa plana de igual superficie que la del buque, más la componente de resistencia residual. Esta resistencia residual se debía a la resistencia por formación de olas, más la resistencia de formas del buque. La resistencia de formas del buque se debe a que el buque no es e s un aplaca plana, y, por lo tanto, tiene una curvatura; además del desprendimiento de la capa limite (resistencia de presión de origen viscoso). Para el estudio y comprensión de la estabilidad de un buque, hay que tomar en consideración las curvas hidrostáticas, donde se encuentran todos los datos necesarios para los diferentes tipos de cálculos que se usan en el tema de la estabilidad. En ellas se representan las características básicas que dependen de la geometría del buque. Estas son gráficas, en las que, entrando en el eje de ordenadas con el calado medio del buque se obtienen los valores de desplazamiento, volumen de carena, posición longitudinal y vertical del centro de carena, área de la flotación, posición longitudinal del centro de flotación y demás. Los datos que se proporcionan en las curvas hidrostáticas se calculan a partir de los planos de formas, por lo que dependen de la geometría del buque que se trate, y consecuencia, de los coeficientes de forma del buque a tratar.
En resumen, los coeficientes de forma son parámetros que se hallan en función de la forma de un buque (L=Eslora, (L= Eslora, B= B=Manga Manga y T=Calado) T=Calado).. Entre los principales, se pueden mencionar los siguientes: Coeficiente de Bloque (C b ) Es la relación entre el volumen de la carena de un casco y el paralelepípedo que lo contiene. =
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Coeficiente de Flotación (C f ) Es la relación entre el área del plano de flotación y el área del rectángulo que la circunscribe. =
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Coeficiente Prismático o Longitudinal (C p ) Es la relación entre el volumen de la carena y el volumen de un prisma cuya base tiene igual área que la sección maestra y de longitud su eslora. =
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Coeficiente de Sección Maestra (C m ) Es la relación entre el área de la sección maestra y el rectángulo que la circunscribe. =
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Dichos coeficientes son sumamente importantes en las pruebas de estabilidad del buque, así como de las pruebas de eficiencia del casco, propulsores, y apéndices del buque. Estas pruebas son los llamados Ensayos con Modelos, donde se realiza un modelo del buque, y se somete a dichos ensayos frente a varios escenarios, con el fin de probar la eficiencia del diseño del casco; consecuentemente, probando los coeficientes de forma antes mencionados. Los ensayos con modelos son realizados en instalaciones especializadas, conocidas como Canales de Experiencias Hidrodinámicas, donde evalúan los efectos causados por la resistencia de la carena, determinando la mejor combinación carena – hélice, para lograr un comportamiento hidrodinámico optimo del buque.
A fin de determinar de manera correcta la forma del buque, donde van aplicados los coeficientes de forma, se utilizan varios métodos; unos con ventajas, y otros con desventajas, dependiendo de la aplicación. Entre los más conocidos están: ➢ ➢ ➢
Método ITTC de 1957 Método ITTC de 1978 Método de Hughes/Prohaska
Utilizando las líneas de fricción.
Coeficiente Prismático Es muy importante tener en cuenta que el Coeficiente de forma del buque que más influye en la resistencia viscosa, es el Coeficiente Prismático C p. A medida que más aumenta, más llenas son las formas del casco, y en particular las de popa, influyendo en el aumento de resistencia de presión por fricción. Entre menor coeficiente prismático, se necesitará menor potencia en la propulsión.
Además de la relación antes mencionada, cabe destacar que también existe un Coeficiente Prismático Vertical. Este se define como la razón de volumen desplazado por la embarcación al volumen de un cilindro sólido, con una profundidad igual a la del calado de la embarcación, y una sección transversal horizontal uniforme igual al plano de agua a ese calado.
El Coeficiente Prismático será la relación
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El arrastre del casco, y la resistencia a la formación de olas no solo depende de la longitud y el área superficial del casco; también depende de las formas de las secciones del casco delanteras y traseras sumergidas. Sin embargo, lo realmente crucial, es la tasa de cambio de las áreas transversales del casco. Un buque que tenga ligeros cambios en el casco, se deslizara por el agua mucho más fácil, por ende, se generara mucho menos resistencia, al contrario de un buque cuyo casco cambia rápidamente. La relación de volúmenes antes presentada, muestra la rapidez con que cambia el área de sección transversal. En otras palabras, que tan finos o anchos son los
extremos de proa y popa. Proporciona una indicación de la distribución del desplazamiento. Un coeficiente bajo, indica un casco con extremos finos. Mientras que un coeficiente alto mostrara un casco con extremos relativamente anchos (llenos, comparándolos con los extremos del cilindro de V 1.
Durante la Primera Guerra Mundial, el almirante estadounidense David W. Taylor descubrió, mientras diseñaba un buque, que para cada relación , hay un Coeficiente Prismático óptimo.
A medida que aumenta la velocidad y las olas proa y popa se elevan, la flotabilidad adicional en los extremos se vuelve más favorable. El conocimiento de las condiciones predominantes en el área donde el buque navegará, ayudará a seleccionar un coeficiente prismático correcto , para el buque en proceso de diseño.
Referencias bibliográficas
http://www.sailboat-cruising.com/prismatic-coefficient.html https://es.wikipedia.org/wiki/William_Froude http://www.academia.utp.ac.pa/sites/default/files/docente/72/clase_2.pdf http://diccionario.raing.es/es/lema/coeficientes-de-forma https://es.slideshare.net/20072116J/resistencia-total-y-sus-componentes31226502 https://riull.ull.es/xmlui/bitstream/handle/915/335/Estabilidad%20de%20buque s.pdf?sequence=1
