Resistencia de fricción y ensayos de remolque en ingeniería naval

Conceptos Fundamentales de la Resistencia al Avance

Resistencia de Fricción (Rₓ)

Cuando un buque está navegando, se forma en su costado junto al casco una región blanca que aumenta en extensión de proa (pr) a popa (pp). Esta es la parte visible de la **capa límite**. La existencia de esa capa demuestra que hay un cierto gasto de energía empleada en acelerar las partículas del agua tangencialmente a la superficie del cuerpo, dando lugar a la **Resistencia de Fricción (Rₓ)**.

El cálculo de la Rₓ de un buque se hace siempre a partir de la resistencia de una **placa plana equivalente**: aquella de igual longitud y superficie mojada que el buque. La determinación de la Rₓ de una placa plana se ha llevado a cabo según diversos métodos que pueden ser:

• Experimentales (exp)
• Teórico-experimentales (t-exp)

Resistencia por Presión de Origen Viscoso (RPOV)

La resistencia de un cuerpo que se desplaza sumergido en un fluido perfecto es nula. Por contra, en un fluido real, el desarrollo de la capa límite sobre la superficie del cuerpo altera la distribución de presiones, dando origen a una resistencia que puede ser de dos tipos:

1. Cuerpos de formas continuas (sin separación de flujo).
2. Cuerpos con salidas bruscas (donde el flujo se separa).

En un buque moviéndose en un fluido viscoso, las líneas de corriente del flujo potencial se desplazan $D_1$, llamada **espesor de desplazamiento**. La resultante en la dirección del movimiento ya no es cero, sino que es una fuerza resistente. Por tanto, la **RPOV** está generada por esfuerzos normales al casco (**presión**) pero de origen viscoso, debido a la existencia de una capa límite.

Metodología Experimental: Ensayos de Remolque

Elección del Tamaño del Modelo y Criterios de Canal

Para la elección del tamaño del modelo y las condiciones del canal de remolque, se deben cumplir ciertos criterios (al menos dos de los siguientes):

• $F_{nh} = V / \sqrt{g \cdot h} < 0.7$
• $h/t > 4$
• $b/L > 0.35$
• $b/B > 4$
• $b/L > 1$
• $A_c/A_m > 15$

Nota: $0.7, >$

Procedimiento del Ensayo de Remolque

El modelo se lastra en el canal de remolque hasta situarlo en los calados previstos. Se sujeta en proa (pr) y popa (pp) de modo que se permitan los movimientos de **arfada**, **cabeceo** y **largada** (en el plano de crujía).

El proceso de medición sigue los siguientes pasos:

1. Se fija la velocidad correspondiente.
2. Se trinca el modelo.
3. Se acelera el carro hasta la velocidad prevista.
4. En el momento en el cual se alcanza la velocidad, se suelta la pinza, quedando el modelo unido solo al **dinamómetro de remolque**.
5. Una vez medida la resistencia, se vuelve a trincar y se frena el carro.

Si la velocidad es baja o el canal es largo, se pueden hacer diferentes ensayos en una misma corrida. Durante los ensayos se medirá la **temperatura** y la **densidad** del agua del canal, que determinarán el valor de la **viscosidad cinemática** ($v$). Para la extrapolación de los resultados a escala real, se considerará agua de mar a 15 ºC.