Navegación en aguas restringidas (II)

Breve introducción teórica

Antes de comenzar a ver las consecuencias que podemos experimentar al navegar en aguas restringidas debemos plantear una serie de cuestiones que nos ayudarán a entender las modificaciones, debidas al movimiento del barco, que experimenta la vena líquida a través de la que nos desplazamos.

Sabemos que el barco cuando navega arrastra las partículas de agua que le rodean. Las que están más próximas al casco llevarán la misma velocidad que el buque (Vb) y que, a su vez, van interaccionando con otras arrastrándolas también. Por efecto de rozamiento y de la viscosidad del agua estas, vamos a llamarlas capas, van perdiendo velocidad hasta llegar a V=0, punto que denominaremos de aguas tranquilas. Al conjunto de las mencionadas capas lo vamos a llamar vena líquida que será tanto más ancha cuanto mayor sea nuestra velocidad. Esta relación es tan estrecha que podemos adelantarnos un poco al desarrollo de las consecuencias en aguas restringidas diciendo que todas ellas se minimizan, nunca desaparecen, si moderamos nuestra velocidad pero antes de llegar a este punto hemos de analizar más cosas.

En la figura se supone que las líneas AB y A1B1 son los límites de las aguas puestas en movimiento o perturbadas por el paso del buque y que AA1 y BB1 es el ancho de la vena líquida.

Un simple vistazo a la ilustración anterior nos hace ver que la vena líquida que se encuentra a proa del buque muestra las líneas de agua espaciadas simétricamente mientras que, en los costados, dichas líneas se ven obligados a encogerse entre el costado del buque y las líneas límite AB y A1B1 y en la popa, zona de salida de las aguas, las líneas vuelven a comportarse igual que a proa. Esta situación supone la formación de campos de presión y campos de velocidad diferentes a lo largo de la superficie mojada del buque cuyas consecuencias afectan a la maniobrabilidad de éste, sobre todo en aguas poco profundas y/o espacios reducidos; es decir, en situación de aguas restringidas.

¿Por qué ocurre esto? Hay dos grandes leyes físicas que nos pueden ayudar a entender este concepto.

  • Ecuación de continuidad. Dice que la masa de un volumen fluido no varía con el tiempo. La velocidad en un punto cualquiera de un tubo de corriente es inversamente proporcional a la sección transversal de este, ya que el caudal ha de ser el mismo.

V1 x S1 = V2 x S2        V1 / S1 = V2 / S2

  • Principio de conservación de cantidad de movimiento (Teorema de Bernoulli). En un sistema aislado constituido por un fluido en movimiento uniforme, la suma de la presión estática y dinámica es igual a la presión de estancamiento.

P1 + ½ x ρxV² = Po + ½ 0² = Po

donde Po es la presión de estancamiento.

La presión de estancamiento es constante, luego si ½ x ρxV² aumenta, P1 disminuye. Para que aumente la presión dinámica ha de aumentar la velocidad del fluido; es decir, si la velocidad del fluido aumenta, la presión disminuye.

El lector elegirá con cuál de las dos se encuentra más cómodo para seguir leyendo pero su conclusión ha de ser la misma y es que respondiendo a estas dos leyes, cuando el buque está navegando la presión aumenta cerca de la proa, se reduce en la parte central y vuelve a aumentar en la popa.

Teniendo claro este concepto podremos aplicarlo en nuestro beneficio cuando nos toque “lidiar” con las diferentes vicisitudes que se nos presenten en aguas restringidas.

Fuerzas a las que se ve sometido el buque

El buque se encuentra sometido a la influencia de varias fuerzas, las cuales se pueden dividir en tres categorías:

            a. Fuerzas controlables. Son las dirigidas por el propio maniobrista por medio de:

                                    – la máquina.

                                    – el propulsor (hélice, chorro, etc.)

                                    – el sistema de gobierno (timón, hélice acimutal, etc.)

                                    – los propulsores transversales

                                    – las anclas.

                                    – los muertos y las amarras

                                    – los remolcadores

            b. Fuerzas semi controlables. Fuerzas hidrodinámicas generadas por:

                                    – las aguas poco profundas

                                    – los canales y los pasos estrechos

                                    – la interacción buque – buque

            c. Fuerzas no controlables. Son las fuerzas generadas por la naturaleza.

                                    – el efecto Coriolis (muy poca relevancia a efectos de estudio).

                                    – el viento

                                    – la corriente

                                    – las olas.

Con todo esto, podemos definir la maniobra como la aplicación de las fuerzas que se encuentran bajo nuestro control para dominar las fuerzas que no controlamos a fin de situar al buque en el lugar deseado.

Ya que estamos hablando de la navegación en aguas restringidas nos centraremos en el apartado b) que hace relación a las fuerzas semi controlables. Comenzaremos por la navegación en aguas poco profundas.

El fenómeno squat o asiento dinámico

Cómo hemos visto al hablar de las presiones, con la constricción de la vena líquida disminuye la presión lo que conlleva una pérdida de sustentación que a su vez origina una disminución de la flotabilidad y, por tanto, un aumento de la inmersión. Esto ocurre en aguas de cualquier profundidad lo que ocurre es que en medio del Océano Índico no tiene la mínima importancia para el barco. Como suele ser habitual, la ley de Murphy también se cumple en la mar y en el caso del squat está comprobado, tanto en canales de experiencias hidrodinámicas como en la vida real, que el efecto se nota más cuando tenemos poco agua disponible bajo la quilla. Para ponerlo aún más difícil, la inmersión no suele ser paralela a la quilla lo que produce alteraciones que provocan variaciones en el asiento tanto a proa como a popa.

De manera general podemos decir que los barcos de formas llenas (Kb mayor o igual a 0,8) la alteración es aproante y para buques con formas finas (Kb menor de 0,8) la alteración es apopante. Son buques de formas llenas los petroleros, bulk-carriers, etc. y buques de formas finas los portacontenedores o los habitualmente esbeltos barcos de guerra.

Para aquellos lectores a los que eso del coeficiente de bloque les suene raro, podemos definirlo como el volumen que ocupa un barco dentro de un paralelepípedo que lo contenga y cuyos lados fuesen la eslora, calado y manga del buque. Quizás una simple figure resulte mucho más intuitiva.



La siguiente imagen muestra un barco petrolero de doble casco (Kb mayor de 0.8), cargado con aproximadamente 80.000 mT de crudo, entrando en el puerto de Freeport, TX (Estados Unidos) mostrando un squat claramente aproante.

Este efecto podría darse también, aunque en menor medida, en buques atracados en el seno de una corriente. En este caso, la inmersión sufrida por el buque puede tener gran relevancia durante las operaciones de carga, ya que desvirtúa los datos de carga a bordo obtenidos por la lectura de los calados, alterados por squat.

Al efecto de inmersión del buque por cualquiera de estas causas se le denomina asiento dinámico o squat, que podríamos definir de una manera sencilla como el cambio de calado y trimado de un buque que se produce como resultado de las variaciones de presión hidrodinámica sobre la carena, en su movimiento en aguas de cualquier profundidad.

Para el marino es fundamental poder calcular el squat por dos razones fundamentales.

La primera, y más importante, para no tocar fondo. El RMS Queen Elizabeth 2 sufrió un incidente el 7 de agosto de 1992 y su casco sufrió daños considerables cuando encalló al sur de Cuttyhunk Island, cerca de Martha´s Vineyard, mientras regresaba de un crucero de cinco días a Halifax, Nueva Escocia. Subestimaron el aumento de su calado por efecto de la velocidad que llevaba en ese momento y el casco del barco raspó, valga el eufemismo, las rocas en el fondo. Varios días después, unos buzos encontraron pintura roja sobre las mismas en las inmediaciones donde la tripulación decía que había tocado fondo.

La segunda razón, íntimamente relacionada con la anterior, es que sabiendo de antemano lo que va a aumentar el calado del barco (además de la inmersión por agua dulce, etc.), podemos ajustar al máximo la carga que podemos meter a bordo en el puerto de origen sobre todo cuando tenemos que descargar en ríos con barra, algo tan habitual en los Estados Unidos.

El valor del squat está en relación directa con el cuadrado de la velocidad y las formas del buque pudiéndose calcular, entre otras, con la siguiente expresión:

donde K= constante, de valor:          K = 2,0 para aguas confinadas.

                                                           K = 1,5 para canales medios.

                                                           K = 1,0 para aguas abiertas.

Existen numerosos criterios para el cálculo del squat basados en la velocidad del buque y que son empledos en las hojas de cálculo por los primeros oficiales encargados de la carga, pero aquí aplicaremos el de Barrass, que estima que el hundimiento máximo en metros para un buque adrizado sin asiento es:

Sq = Kb x Fb2 .E2/3 x Vb.E2,08 / 30

donde:

Kb. Coeficiente de bloque del buque

Fb2. Factor de velocidad de retorno, que a su vez es igual a Fb / (1 – Fb)

Este mismo autor propone otro método de aplicación práctica para el cálculo del squat:

Sq (para aguas confinadas: canales, pasos estrechos) = Kb x Vb² / 50

Sq (para aguas abiertas) = Kb x Vb² / 100

En ambas expresiones la Vb vendrá expresada en nudos

Del examen de las fórmulas de predicción del squat se observa que el único medio para reducir el asentamiento es reducir la velocidad y transitar el canal a una velocidad límite que permita un gobierno seguro. Viene expresada por la expresión:

Vlímite= K² x (g x h)½

h. Sonda

                                    g. Aceleración de la gravedad (9,8 m/sg²)

                                    K. Coeficiente a partir del factor de bloqueo (ver tabla)

                                    V. Expresada en m/sg

ForoNaval© 14/07/2021

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