Propiedades Hidrostáticas Fundamentales en el Diseño Naval: Superficie Mojada y Coeficientes de Forma

Conceptos Fundamentales en la Hidrostática Aplicada a Cascos de Buques

La Superficie de la Carena o Superficie Mojada

A la superficie del casco sumergido se le denomina superficie de la carena o superficie mojada. Se sobreentiende siempre esta superficie al considerar líneas de flotación o planos de flotación paralelos a la quilla. También se puede definir como: “el área de la superficie sumergida del casco en el buque”.

Esta magnitud es de gran importancia en la arquitectura naval, ya que es uno de los factores que se oponen al movimiento de avance del barco a través del agua (resistencia por fricción).

Cálculo de la Superficie Mojada

La superficie mojada suele estar disponible en las curvas hidrostáticas. De no ser así, se puede calcular mediante fórmulas empíricas como las de: Denny, Taylor, Kirk, Normand, etc.

Una fórmula aproximada para el cálculo de la misma ($ ext{S}_m$) es:

$$\text{S}_m = \text{E} [1.7 \text{C}_m + (\text{C}_b \times \text{M})]$$

Donde:

• $ ext{S}_m$ = superficie mojada
• $ ext{E}$ = eslora de flotación
• $ ext{C}_m$ = calado medio a la flotación
• $ ext{C}_b$ = coeficiente de bloque o de desplazamiento ($ ext{C}_D$)
• $ ext{M}$ = manga de flotación

Coeficientes de Afinamiento y sus Aplicaciones

Conociendo las dimensiones del buque, los coeficientes de afinamiento sirven para dar una idea de las formas y son esenciales para calcular la superficie, el desplazamiento, la resistencia al avance, etc.

Se sobreentiende que, al hablar de estos coeficientes, se hace referencia al calado correspondiente a la máxima carga del buque. Si se considera un único coeficiente, este tomará diferentes valores para distintos calados del mismo buque y se obtienen a partir de las curvas hidrostáticas.

1. Coeficiente de Bloque ($ ext{K}_b$)

También llamado coeficiente de afinamiento cúbico. Es la relación entre el volumen sumergido del buque (el volumen de la carena) y el volumen del paralelepípedo circunscrito, cuyas dimensiones son:

1. La eslora de flotación.
2. La manga de trazado para dicha flotación.
3. El calado a esa flotación.

Su valor varía típicamente entre 0,6 y 0,85.

2. Coeficiente Prismático o de Afinamiento Cilíndrico ($ ext{K}_p$)

Es la relación entre el volumen de la carena y el volumen de un sólido prismático cuya sección constante sea igual a la de la cuaderna maestra, y cuya altura sea igual a la eslora en la flotación. Frecuentemente, en lugar de la eslora de flotación, se utiliza la eslora entre perpendiculares.

3. Coeficiente de Afinamiento Superficial ($ ext{K}_S$)

También conocido como coeficiente de las líneas de agua o de flotación. Es la relación entre la superficie de flotación y el área del rectángulo circunscrito, que tiene por dimensiones la eslora de la flotación y la manga de trazado de la misma. Para facilitar el cálculo, se suele tomar la eslora entre perpendiculares. Este coeficiente siempre se refiere a la flotación máxima.

4. Coeficiente de Afinamiento de la Cuaderna Maestra ($ ext{K}_m$)

Es la relación entre el área de la cuaderna maestra y el área del rectángulo circunscrito, cuyas dimensiones son el calado y la manga de trazado. En los barcos grandes, este coeficiente tiene un valor muy próximo a uno, debido a que la forma de la cuaderna maestra tiende a ser casi rectangular.