El comienzo de este post, tiene por objeto la de ayudar a mis amigos del Foro todoavante, no iniciados en asuntos técnicos de los buques, para que puedan entender y comprender algo sobre ello, para que cuando algunos escribimos sin darnos cuenta, tecnicismos y que no pueden estar al alcance de todos, ya que muchos no son Ingenieros Navales , Marinos de Guerra, Marinos Mercantes, Pescadores o Capitanes de Yate.

Humildemente pienso que esto debería ser obra de alguno de nuestros Ingenieros Navales, ya que ellos son los auténticos maestros en la materia, los marinos en su conjunto somos solo los prácticos de los técnicos y los que sufrimos las experiencias del papel de cálculo y de la mesa de diseño, directamente al buque en su estado natural, en la Mar.

Ruego a los entendidos en la materia, que corrijan los errores cometidos, para evitar malos entendimientos a los “nuevos”.

No pretendo <sentar cátedra> ni ser maestro de nada y de nadie, solo ayudar, para tener más participaciones, como cuando intercambiamos pareceres en algún post como el de el North Sprit.

No duden en preguntar cualquier cosa, que sintáis interés por ella y no lo entendáis, ya que tanto por los que saben y por el que menos sabe de ello Sotacómitre, trataremos de solucionarlo lo más rápidamente posible.

El tema está abierto en todos los cuelgues, por tanto no esperen a participar al final de todo.

Un saludo

Sotácomitre

Sumergiendo en agua un objeto de hierro, se nota que pesa menos y, si el objeto es de madera se siente un empuje hacia arriba que tiende a subirlo hasta la superficie del agua.

Ello prueba que existe una fuerza hacia arriba, llamada presión hidrostática o empuje estático, cuyo punto de aplicación se considera está en el centro geométrico del volumen sumergido, definida en el Principio de Arquímedes, que dice así:

<<TODO CUERPO TOTAL O PARCIALMENTE SUMERGIDO EN UN FLUIDO, SUFRE UN EMPUJE VERTICAL DE ABAJO ARRIBA, IGUAL AL PESO DEL VOLUMEN DEL FLUIDO DESALOJADO POR ESTE>>.

Así pues, un flotador está sometido a la acción de dos fuerzas verticales de sentido contrario, una es el peso del flotador, que, por la acción de la gravedad va de arriba hacia abajo (G, centro de gravedad), y la otra, el empuje estático, que, de acuerdo con el Principio de Arquímedes va de abajo arriba (C, centro de Carena).

Para que el cuerpo flotante esté en equilibrio tendrán que ser ambas fuerzas iguales, y para ello, el volumen del flotador multiplicado por la densidad del líquido debe ser igual o mayor que el peso del flotador, pues de no ser así el flotador dejará de serlo y se hundirá.

Además, es preciso que ambas fuerzas, peso y empuje estático, estén en la misma vertical, pues de no darse esta condición, se forma un par de fuerzas que hace girar el cuerpo flotante hasta que la misma se cumpla, momento en que el flotador queda inmóvil en equilibrio.






Bibliografía, Teoría del Buque, de Cesáreo Díaz Fernández – Teoría del Buque, de Antonio Bonilla de la Corte – Construcción Naval y Teoría del Buque, de Gerardo Guerrero García - Técnicas de Construcción Naval, de Primitivo B. González López – Teoría del Buque, Flotabilidad y Estabilidad, de Joan Olivella Puig – Patrón Costero Polivalente, de Daniel Cabronero Mesas – Apuntes propios.

Imágenes, anteriores fuentes citadas y las de Gonzalo Pérez de la revista nº 97 de Marina Civil.

Gracias, Sotacómitre. Aunque el principio de Arquímedes ya lo conocemos desde el B.U.P., aplicado a la navegación es mucho más interesante.

Esperaré las preguntas de los demás para empaparme, porque en lo que a mi respecta no sé por dónde empezaría.

Un saludo

Se llama centro de gravedad de un cuerpo al punto en que puede suponerse está concentrado el peso total del mismo.

El centro de gravedad de un buque se representa por la letra G, y para situarlo se necesitan tres coordenadas:

A) La distancia vertical desde la quilla a G, llamada altura del centro de gravedad sobre la quilla y que se representa por KG.

B) La distancia horizontal de G al centro de eslora, o cuaderna maestra, representada por OG.

C) La distancia transversal de G al plano diametral del buque, CLG.

De estas tres distancias o coordenadas, la más importante es la primera, es decir, KG.

El valor de la tercera coordenada, es decir, la distancia de CLG al plano diametral, es nulo cuando el buque está adrizado, ya que como se ha dicho (1) el centro de gravedad G y el centro de empuje C deben estar en la misma vertical, y al ser la carena simétrica con relación al plano diametral, C estará en dicho plano diametral y por tanto también G.

El astillero constructor del buque facilita la altura del centro de gravedad sobre la quilla, KG, estando el buque en rosca.

Se ha visto que las dos fuerzas iguales y contrarias que actúan en un cuerpo flotante en equilibrio son: el peso del flotador o desplazamiento del buque aplicado en el centro de gravedad G, y el empuje estático que se supone aplicado en C centro geométrico del volumen sumergido del flotador, también llamado centro de empuje y centro de carena; las cuales actúan en la misma vertical.

Suponiendo que por la acción de una fuerza exterior, como puede ser el viento, se inclina el cuerpo flotante o buque, su centro de gravedad permanece en el punto G, mientras que el empuje estático se aplica en C", nuevo centro geométrico del volumen sumergido.




Como se ve, las dos fuerzas, peso y empuje estático, no están ahora en la misma vertical; son paralelas, opuestas y de igual magnitud, por lo que forman un par que recibe el nombre de par de estabilidad, cuyo efecto es hacer rotar al buque en el sentido de la flecha, hasta llevarlo a la primitiva posición de equilibrio; es decir, hasta que G y C vuelvan a estar en la misma vertical.

El valor del par de estabilidad o momento de estabilidad, es igual a la fuerza por el brazo; así que para un mismo desplazamiento, el momento de estabilidad es proporcional al valor del brazo del par.



Me el momento de estabilidad, en tonelámetros.

D el desplazamiento del buque en toneladas métricas.

GZ el valor del brazo del par de estabilidad en metros.

(La unidad del momento de una fuerza, es el metro kilogramo-fuerza o kilogramo-fuerza metro, llamado en la práctica kilográmetro, por tanto uno de sus múltiplos es la tonelada- fuerza metro el tonelámetro representada por tf.m)

El vector que representa al empuje estático, o su prolongación, corta al plano diametral del buque en M, punto que recibe el nombre de metacentro transversal

Este punto se llama así por ser el límite o meta hasta donde puede llegar el centro de gravedad del buque, ya que si G está por encima de M, el par de estabilidad o par adrizante, se convierte en par escorante y el buque corre el peligro de ponerse quilla al sol.

Afortunadamente no siempre ocurre ésto, ya que a medida que escora el buque, el metacentro cambia de posición, moviéndose hacia arriba, por lo que puede el metacentro M, llegar a coincidir con el centro de gravedad G, en cuyo caso deja de existir el par escorante y el buque queda en equilibrio con una escora determinada.

El peligro de dar la vuelta un buque con el centro de gravedad por encima del metacentro, será menor cuanto mayor sea su francobordo.

El ángulo I, formado por la línea central del buque y la vertical que pasa por el centro de empuje, recibe el nombre de ángulo de inclinación o escora.

La distancia GM se conoce como altura metacéntrica transversal', CM como radio metacéntrico transversal (r), y GC como distancia entre el centro de gravedad y el centro de carena (a).

Resumen



Todo el peso de este buque pesquero se considera aplicado en el punto llamado Centro de Gravedad G.

La situación del Centro de Gravedad es proporcional al reparto de pesos, independientemente de si el buque está flotando en la Mar o en dique seco, como en la imagen.



Una vez flotando, el agua ejerce sobre el casco una fuerza llamada empuje, cuya resultante se supone aplicadaen el centro geométrico del volumen sumergido C.

El volumen sumergido o carena se representan en azul claro y el empuje en rojo.

El pesquero se encuentra en equilibrio cuando el empuje se iguala al peso, y ambas fuerzas (empuje aplicado en el centro de carena C ) y peso en el centro de gravedad G, se encuentran en la misma vertical.

RESUMEN





Si por la acción de una fuerza exterior, el buque escora, el centro de carena se traslada, dado que la forma del volumen sumergido ya no es la misma.


Sin embargo, el centro de gravedad permanece en el mismo lugar, porque a bordo no se ha movido ningún peso.

Se llama estabilidad a la propiedad que tienen los buques en virtud de la cual recobran su primitiva posición de equilibrio, si la han perdido por efecto de una acción exterior, como puede ser el viento, la mar, etc.

El metacentro transversal es el punto de intersección de las verticales levantadas desde las sucesivas posiciones del centro de empuje al inclinarse el barco.

Dicho metacentro permanece invariable en el plano diametral únicamente para escoras inferiores a 10° ó 15°, ya que a partir de este ángulo varía de lugar, por lo que se considera la estabilidad inicial o la estabilidad para grandes inclinaciones, según que la inclinación sea inferior o superior a 15°.




Es interesante conocer la estabilidad inicial del buque antes de hacerse a la mar, ya que ella da una idea del futuro comportamiento del barco durante la navegación.

Un buque con mucha altura metacéntrica (GM) se comporta rígidamente en la mar; sus balances son bruscos y tiende a adrizarse violentamente cuando se escora, por lo que se dice que es rígido o duro de estabilidad.

El comportamiento de un buque rígido puede ser causa de que sufra averias en su estructura, que se corra su cargamento o que se deteriore el mismo, además de ser sumamente inconfortable su movimiento para las tripulaciones que se encuentran a bordo.

Por el contrario, cuando un buque tiene escasa altura metacéntrica (GM), da balances amplios y de gran duración, comportándose de forma perezosa en la mar.

Como su movimiento resulta cómodo se dice de él que es dulce de estabilidad, pero tiene el gran inconveniente que al consumir combustible y provisiones situadas en partes bajas del buque, puede llegar un momento en que su centro de gravedad G, quede por encima del metacentro M, es decir, con GM negativo, corriendo los riesgos expuestos anteriormente (3).

Si un buque se vuelve dulce de estabilidad durante la navegación, la medida a tomar será rellenar UNO A UNO los tanques de doble fondo, bien con combustible bien con agua de mar, teniendo presente que mientras se efectúa esta operación, el buque tiende a volverse más dulce, pero esta tendencia desaparece al estar casi llenos los tanques de doble fondo.

Por lo expuesto se comprende que la estabilidad inicial debe estar comprendida entre un valor mínimo para la seguridad del buque, y un valor máximo que no haga incómoda la vida a bordo.

Si en un buque se traslada un peso, el centro de gravedad del buque, G, se moverá de acuerdo con las siguientes leyes:

1.°) Sigue una trayectoria paralela a la seguida por el peso trasladado.

2.°) Se moverá una distancia igual a la relación existente entre el peso trasladado y el desplazamiento del buque, multiplicada por la distancia que se traslada el peso.

Si un buque con su centro de gravedad en G es inclinado un ángulo I por una fuerza exterior, su momento de estabilidad será:



pero si al mismo buque se le baja el peso p situado en cubierta, hasta la bodega, que dista d, su centro de gravedad G se trasladará a G', es decir, siguiendo una trayectoria paralela a la seguida por el peso y una distancia igual a:



P = peso trasladado, en toneladas métricas.
D = desplazamiento del buque, en toneladas métricas.
d = la distancia entre la cubierta y la bodega, en metros.



LF = Línea de Flotación
L'F' = Línea de Flotación con el buque escorado

Al escorarse el buque un ángulo I, su momento de estabilidad será:



pero se aprecia que G'Z' es mayor que GZ por lo que su momento de estabilidad será también mayor.

Inversamente, si en un buque con su centro de gravedad en G' y un peso p' en la bodega, se traslada dicho peso a cubierta, subirá su centro de gravedad a G, con lo que disminuye el brazo del par de estabilidad, y su momento de estabilidad será menor.

Así pues, LOS PESOS BAJOS AUMENTAN LA ESTABILIDAD DEL BUQUE, y los PESOS ALTOS LA DISMINUYEN, pudiendo poner en peligro la seguridad del buque.

Si un buque en posición de adrizado con su centro de carena en C, su centro de gravedad en G y su metacentro en M, tiene un peso p en una banda, y se traslada dicho peso a p' una distancia d; el centro de gravedad G se trasladará a G siguiendo las leyes anteriormente enunciadas, es decir:

1.°) Siguiendo una trayectoria paralela a la seguida por el peso p.

2.°) La distancia GG’ es igual a:





Pero se ha dicho (1) que el empuje aplicado en C y el desplazamiento aplicado en G, deben estar en la misma vertical, y al trasladarse G a G' EL BUQUE ESCORARA A LA BANDA DONDE SE HA TRASLADADO EL PESO, de forma que el nuevo centro de carena, C, esté en la misma vertical que G' y M.

La escora producida depende del traslado de G a G' y este traslado es proporcional al peso trasladado p y a la distancia d; e inversamente proporcional al desplazamiento del buque D.

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Cargar grandes pesos en cubierta supone siempre una elevación del centro de gravedad del buque y por tanto una disminución de la estabilidad del mismo por lo que si un buque sale de puerto en estas condiciones, al consumir durante la navegación agua y combustible del doble fondo, se producirá una subida del centro de gravedad, que puede dar lugar a la pérdida de estabilidad con sus funestas consecuencias.

Por ello, en el caso ineludible de tener que llevar mucha carga en cubierta, es conveniente que a medida que se vacían los tanques de agua y combustible situados en la parte baja del buque, se rellenen con agua de mar.

Asimismo debe repartirse la carga de tal forma que los pesos grandes se embarquen en la bodega, dejando la cubierta para la carga más liviana.

Siempre que se lastre un tanque, debe hacerse llenándolo del todo.

Centro de carena es el centro geométrico de la porción del casco sumergida y se SUPONE siempre que es el punto donde se aplica la resultante de las presiones que el agua ejerce sobre la carena.

Realmente la resultante de las presiones del agua sobre la obra viva se aplica en el centro de empuje o presión, pero este centro y el de carena, se encuentran siempre en la misma vertical, por lo que la suposición de que se parte, no resta rigurosidad matemática a las demostraciones que se hagan más adelante.

El centro de carena de un buque se representa por la letra C, y para situarlo se utilizan dos coordenadas:

1. La distancia vertical desde la quilla a C, llamada altura del centro de carena sobre la quilla o sobre la base, que se representa por KC.

2. La distancia horizontal de C al centro de eslora o cuaderna maestra, representada por OC.









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9.- FLOTABILIDAD.

Visto el principio de Arquímedes (1)

El empuje sufrido por el cuerpo, recibe el nombre de Presión Hidrostática o Empuje Hidrostático, se considera aplicado en el centro geométrico del volumen sumergido, y es igual que el peso total del cuerpo.

Entonces, para que dicho cuerpo no se hunda, su peso tiene que ser menor que el producto de su volumen por la densidad del liquido en el que se encuentra, llamándose a esta cualidad Flotabilidad y Flotador al cuerpo que la tiene.

La flotabilidad de un barco ha de ser tal, que aunque padezca averías que produzcan la inundación de algún compartimiento, debe de seguir flotando. Para ello cuenta con una Reserva de Flotabilidad.

La Reserva de Flotabilidad en un flotador es el volumen estanco situado fuera del líquido, y en un buque es el Volumen de la Obra Muerta Estanca.

Coeficiente de Flotabilidad (Cf) es la relación existente entre la reserva de flotabilidad y el volumen sumergido, es decir:

Se ha visto (1) y (9) que un buque está sometido a la acción de dos fuerzas iguales y contrarias, que son:

1. Su peso, aplicado en G, dirigida verticalmente de arriba hacia abajo.

2. La presión del agua sobre la carena, que se supone aplicada en C, dirigida verticalmente de abajo hacia arriba.


Estas fuerzas, al ser iguales y estar en la misma vertical, hacen que el buque esté en equilibrio, pero este equilibrio puede ser estable, indiferente o inestable, según sea la posición de G con respecto al metacentro M (3) del buque.



Si un buque adrizado con su flotación LF, tiene su centro de gravedad G debajo del metacentro; al escorarse por una fuerza exterior, su nueva flotación será L'F', y C’ el nuevo centro geométrico de la porción del casco ahora sumergida, en donde se aplica el empuje hidrostático; por lo que al no estar G y C’ en la misma vertical, se forma un par de fuerzas que tiende a girar el buque en el sentido de la flecha, llevándolo hasta la posición de adrizado.









Si el buque tiene a G coincidiendo con M, al escorarse el barco y tener su nueva flotación en L’F', se ve que ambas fuerzas, peso y empuje, siguen estando en la misma vertical, por lo que no se forma par de fuerzas que tienda a mover el buque, quedando éste en la misma posición de escora, a menos que una causa externa altere su posición.








Si G está por encima de M, una pequeña inclinación que adquiera el buque, será suficiente para que se forme un par de fuerzas cuya tendencia es escorar el buque, corriendo el peligro de ponerse quilla al sol (3).






Por tanto el metacentro es la META hasta donde puede subir el centro de gravedad G, conservando el buque equilibrio estable.

Resumiendo, las tres condiciones necesarias para que un buque esté en equilibrio estable son:

1. El peso o desplazamiento igual al empuje estático.


2. Los puntos de aplicación del peso y del empuje estático deben estar en la misma vertical.


3. El centro de gravedad debe estar debajo del metacentro.

lo demas sobra

Cuando la escora del buque excede de 15°, el metacentro cambia de lugar para cada inclinación, por lo que la altura metacéntrica inicial MG no puede aplicarse para el cálculo del brazo del par, recurriéndose entonces a la fórmula de Atwood, en la que no interviene dicho elemento.

Al escorarse el buque, las flotaciones LF y L'F’ delimitan dos cuñas, una llamada de emersión que antes de la escora estaba bajo el agua, con su centro de figura en g1; y la otra de inmersión que estaba sobre el agua y después de la escora lo está debajo, con su centro de figura en g2.

Ambas cuñas tienen un volumen igual pues el empuje total del agua sobre la carena es igual que el desplazamiento del buque, y por tanto el empuje perdido por la cuña de emersión tiene que ser compensado por el ganado con la cuña de inmersión.


























Cuando no se conoce el valor de g1g2, puede tomarse los 2/3 de la manga del buque.

Preguntas de foto:
a) ¿Que pasa con esos buques "portacontenedores", que recuerdan los carros de bueyes cuando volvían de acarretear camino de la era?.

b) ¿Y esos "cruceros de vacaciones" que parecen que llevan encima las casas del "Barrio de la Concepción"?

Los barcos japonese llevaban una pagoda como superestructura.

Pero poco importa la forma mientras se cumplan las condiciones físicas finales de centro de gravedad y de empuje en equilibrio estable.

Creo que de todos los barcos que uno puede examinar, son los galeones del XVI los más difíciles de ver estas, ya que siempre impresionan de muy poco calado y mucha obra muerta, siendo descomunal en la popa.

Saludos

'

Efectivamente, como solo son pinturas, siempre los pintan como si las popas estuvieran fuera del agua y al bandera a 20 metros de altura.


Pero se obvio que no era así, ya que en popa solían calar entorno a los cuatro metros, por eso al empezar a construirse los galeones, que los primero solo eran de 400 toneladas, tuvieron que dejar de pasar por la barra del Guadalquivir y fondear en la bahía de Cádiz.


Un poco menos pero casi igual ocurre con los navíos del XVIII, pero estos ya se metían en el fluido, sobre los 8 metros y ese es el calado de JCI, pero como eran veleros, los "artistas" se empeñan en hacerlos parecer tablas de surf.


Por eso alguien dijo: El pintar es como el querer.


Un abrazo.
.

Perfectamente Jaito respondida la pregunta por Espaldar, sencillamente es pura Física aplicada.

En el caso de esos <Edificios Navegadores> sometidos a las mismas leyes de Estabilidad, se ha de añadir que son meramente pura fachada, es decir enormes superestructuras de obra muerta, que han de aguantar poco peso, comparado con las cubertadas de los Portacontenedores o los madereros. Hoy día la todos estos buque, tienen Estabilizadores, lo que ayuda enormemente a la estabilidad (hace los balances mucho menos vivos) y a la comodidad del pasaje, y unos lastres muy estudiados y en cantidad suficiente.

Coloco una imagen del buque de pasajeros más grande del mundo el Oasis of the seas, hasta la fecha de hoy. Como se ve es el <Barrio de la Concepción> (me ha encantado la expresión, y con permiso del autor me la guardo en mi neurona). Para mi gusto es un buque antiestético, feísimo, horrible, casi antinatural, pero una maravilla Técnica de los Ingenieros Navales finlandeses:

Astillero: STX Europe Turku New Shipyard, Turku, Finlandia

I.M.O. 9383936

Abanderamiento: Nassau, Bahamas

Puesto en grada: 12 de noviembre de 2007

Botado: 22 de noviembre de 2008

Entregado: 28 de octubre de 2009

Viaje inaugural: 1 noviembre de 2009

Desplazamiento en lastre: 100. 000 toneladas

Registro Bruto: 220.000 toneladas

Eslora total: 361, 8 metros

Manga máxima en línea flotación: 47 metros

Manga máxima en cuaderna maestra: 60,5 metros

Calado: 9,3 metros

Puntal: 72 metros, desde la LF

Propulsión: 3 hélices azimutales

3 × Wärtsilä 12V46D de 13.860 kW o 18, 590 caballos de fuerza cada uno.

3 × Wärtsilä 16V46D de 18.480 Kw o 24, 780 caballos de fuerza cada uno.

Potencia total: 97.020 kilowatios o 130 110 CV

Velocidad: 22,6 nudos (41,9 km / h)

Cubiertas: 16

Acomodación pasaje: 6.296

Tripulación: 2.165

Cielos, qué feo! Claustrofóbico!

Sotacomitre, supongo que al referirte a "estabilizadores" serán similares a los que tan magistralmente describía Belda Villena (Catedrático de la Escuela Especial de Ingenieros de Bilbao" en su "Mecánica".

Pero al ver esas "masas" colocadas tan alto, sigo acongojado. Las Torres Gemelas de NY eran un prodigio del equilibrio antinatural, hasta que se desequilibraron.

Apreciado amigo Jaito, supongo que Mercantón ¿no?, lo cual ya somos tre conocidos en el Foro, lo digo por eso de... Belda Villena de la Escuela de <Portu>, contestando a tu pregunta, te dire que no lo se ya que dicho libro de Mecánica no lo conozco.

Saludos

Amigo Sotacomitre, desde mi ignorancia en fisica, he oido o leido por algun sitio que un barco es imposible que lo hunda un temporal, o un huracan, o olas de doce metros,que el barco se hunde en estos casos es por una averia en sus maquinas o por un desplazamiento de su carga, ¿que hay de cierto es esto?


Y amigo jaito, por favor, especifiquenos del Barrio de la Concepcion que casas y que calles, calle Virgen del Coro, calle Virgen de la Roca, calle Virgen del Lluch, Avd.Donostiarra, cine Canciller....jooo, tiempos aquellos!!

Saludos y feliz 2011 a todos.

Sotacomitre: Telecomunicación.