MÁS TEORÍA DEL BUQUE

Cuando remueves todo lo que hay en tu cuarto ya sea para ordenarlo o para cualquier otra cosa ( en este caso es por mi mudanza, ya en velocidad de crucero), a veces encuentras movidas que creías perdidas para siempre. Lo que encontré concretamente fueron mis libros de teoría del buque, a los que tengo especial cariño por ser la asignatura que más disfruté en el carrerismo, además con la que más aprendí y, sin saberlo en ese momento, casi la única que me está sirviendo para mi currelo.

Y es por ello que me apetece rememorar cosillas y de paso aportar un minúsculo pero espero que interesante granito de arena en plan divulgativo. Sólo lo he hecho una o dos veces en este nuestro Tecnódromo, asi que me permito el lujo de añadir este post megachapa a las tecnocracias. Tranquilos que para no caer en el hijoputismo no voy a poner fórmulas ni nada en plan mirad que listo soy. Espero que podais llegar al final sin perder el interés, si es que lo teneis.

Me apetece hablar en concreto sobre la resistencia al avance del buque. En este caso el nombre está muy bien puesto y no hace falta ser Einstein pasar saber de que va el tema. Pero a lo que yo voy concretamente es a que el menda que construye el barco (armador) quiere que navegue a una cierta velocidad. Para conseguir esa velocidad se necesitará un motor más o menos grande, pero, ¿cómo elegirlo? ¿qué potencia de motor pones si no tienes ni zorra de la que vas a necesitar, por mucho que sepas a qué velocidad quieres ir? Pues desde hace huevillón de años se hacen para eso los ensayitos con modelitos. Se trata de hacer una predicción de la potencia necesaria del motor que hay que poner en el barquichuelo para que navegue a la velocidad que quiera el armador.

La idea es reproducir en pequeñito, de tal forma que no te gastes mucha pasta, la navegación del barco que quieres fabricar, para así saber que resistencia va a tener antes de construirlo. suena muy guay, pero no está tan chupao. ¿Por qué? Pues por los efectos de escala. ¿Qué cojones son?

Consisten en que a no ser que la escala sea 1:1 (escala real o escala buque), es imposible reproducir el fenómeno en su totalidad, siempre habrá algo que no sea igual a escala modelo que a escala buque. Pero estas diferencias se pueden minimizar. Para ello se recurre a los números adimensionales. Son números que, como su propio nombre indican, no dependen de las dimensiones físicas del fenómeno de estudio.

En este caso usamos el número de Froude (Fn) que está relacionado con las fuerzas gravitatorias (formación de olas), y el número de Reynolds (Rn), que tiene que ver con las fuerzas viscosas (fricción con el agua). Hay bastantes más números adimensionales que caracterizan el comportamiento de un fluído, pero con estos dos es suficiente para el fenómeno global de la navegación de un buque. Por lo tanto, si hacemos ensayos de tal forma que estos números sean iguales a escala modelo y a escala buque, conseguiremos reproducir de forma fiel el fenómeno del buque navegando y podemos estar seguros de que lo que obtenemos es la realidad, pero en canijo. Vuelve a sonar chachi, pero aquí vuelven a haber jodiendas, porque resulta que es sencillamente imposible hacer un ensayo a escala de tal forma que se cumpla lo anterior. Es cuestión de echar unos numeritos y comprobarlo. Pero no lo haremos aquí, por supuesto.

La única alternativa es elegir uno de estos dos números para mantener constante tanto en la realidad como en el modelo. Y la elección no es difícil, porque si intentamos hacer igual el numero de Reynolds, las velocidades que tendría que alcanzar el modelo, son simplemente imposibles. Es por ello que todos los ensayos en todos los canales del universo se hacen a igualdad de número de Froude. Con la igualdad de Fn nos aseguramos que el tren de olas que genera nuestro modelo es idéntico al que genera el buque real, así como la fuerza que hay que emplear para producirlo, solo que dividido por el factor de escala (la escala al cubo para las fuerzas). Sin embargo con las fuerzas viscosas no es tan sencillo como multiplicar por el factor de escala, ya que el Rn es distinto en modelo que en buque.

Es necesario hacer una hipótesis de extrapolación modelo-buque. La primera hipótesis que se usó se la inventó William Froude (el del numerito). Como ya no se usa pues no la cuento, aunque tiene valor didáctico.

La hipótesis que se utiliza hoy en dia es más precisa y minimiza mucho los errores. Es la hipótesis de Hughes. Para esta hipótesis se utilizan los coeficientes de resistencia, que son también adimensionales y simplifican el tema: el coeficiente de resistencia total (CT), que es la suma del coeficiente de resistencia por formación de olas (Cw), y el coeficiente de resistencia viscosa (CV). El Cw es igual para modelo y buque, por la igualdad del Fn. El que es distinto es el Cv. Aquí es donde se hace la hipótesis de que existe un numerito (R, que se llama factor de forma) que relaciona el Cv de tu barco y de tu modelo con el coeficiente de fricción que tendría una placa plana de la misma eslora y calado. Digamos que ese número te dice lo que se diferencian las formas de tu barco de una placa plana:

CVmodelo = Rmodelo * CFplacaplanamodelo
CVbuque = Rbuque * CFplacaplanabuque

Los CF de placa plana se sacan de una formulita, asi que están chupaos. Y tendríamos:

CTmodelo = Cw + CVmodelo = Cw + Rmodelo*CFppmodelo
CTbuque= Cw + CVbuque = Cw + Rbuque*CFppbuque

Y si a la segunda le restamos la primera:

CTbuque = CTmodelo+Rbuque*CFppbuque-Rmodelo*CFppmodelo

Pero para seguir es necesario hacer la nueva hipótesis de que Rmodelo = Rbuque, que es casi verdad, pero sólo casi. Así tendríamos:

CTbuque = CTmodelo+R*(CFppbuque-CFppmodelo)

El R Se tiene que calcular previamente haciendo unos ensayitos con el modelo (porque cada barco tiene su factor) y calculando unas cosillas a partir de ellos, y una vez que lo tenemos pues ale, hacemos varios ensayos a diferentes velocidades midiendo la resistencia del modelo y obtenemos la curva de resistencia-velocidad, con lo que obtendríamos el CTmodelo. Aplicamosla fórmula de antes y ya tenemos predicción de potencia. En realidad es algo un pelín más complicatete porque se usa otro coeficiente llamado Ca que sirve para corregir los errores que tiene la hipótesis, pero con esto vale para que veais la utilidad de un canal de 300 metros de largo lleno de agua. Es cuestión de pasta, como muchas cosas en esta vida. Todo esto sirve cuando el barco navega sin que le lleguen olas. El tema de las olas, que hoy en dia me toca más de cerca, lo dejo para otro capítulo. Bueno pues ya está.