09 – Estabilidad transversal

¿Que sucede cuando un velero escora?

Observar el dibujo, de esta cabecera, el de las escoras, que publicó hace años Pierre Gutelle.

La estabilidad transversal entra en funcionamiento y con una escora de θ<=15º se forma un par de fuerzas entre el Centro de Gravedad (G), hacia abajo, y el Centro de Flotación (B), hacia arriba que intentan devolver a la embarcación a la posición adrizada. Ese par se llama GZ y si trazamos una vertical entre el desplazado Centro de Flotación (B), por la crujía, tendremos GM o Altura Metacéntrica y BM el Radio Metacéntrico. Estos son los parámetros que se manejan en estos casos.

Si aumenta la escora hasta 30º o 40º el brazo sigue aumentando y hasta casi 60º (ver otra forma de expresarlo en el dibujo de más abajo) cuando se estabiliza GZ, el par de adrizamiento (zona B). El momento de adrizamiento, en Kilográmetros no varía, hasta que la quilla sale del agua cerca de los 90º (zona C). En ese momento se aprecia que al no ayudar Aquímedes a soportar la quilla, en algunas formas, se produce el par máximo. Además, en esta posición, al estar el plano vélico horizontal, el viento pasa por encima de él sin producir mayor escora. No es fácil pasar de este punto, pero si se está atravesado en la mar con olas grandes y rompientes en cresta se entra en una zona de equilibrio inestable en la que el par va disminuyendo hasta llegar a cero, igual que cuando estaba adrizado y en reposo.

Si θ= 135º el par de adrizamiento es cero o negativo el barco es estable volcado y solo por efecto de una ola que golpea la quilla, cuando está la embarcación atravesada a la mar, yestá subiendo por una de ellas conseguirá volver a adrizarlo (zona D). Suponemos que en esta situación no ha entrado agua y que las escotas están sueltas, porque si no, el adrizamiento es casi imposible. El problema se resuelve cuando el área en la que existe par de adrizamiento positivo es suficientemente grande para readrizar el barco. Aunque así no es fácil volcar, lo es en cambio, por otras razones, que veremos en la estabilidad longitudinal.

La situación se minimiza cuando el casco tiene forma que se acerca a la V con poca manga, mucho  y una buena relación con la eslora, además de un peso considerable en la quilla. Pero es más peligrosa cuando hay mucha manga y poco peso en la quilla, en los cascos es en U. Se han diseñado barcos así porque al tener mucha manga existe una estabilidad de formas muy buena hasta que la quilla sale del agua y para conseguir velocidad se disminuye su peso. Estos barcos son peligrosos para la navegación oceánica, porque la manga y el menor peso los hace muy estables cuando están volcados.

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Los buenos diseñadores y las buenas reglas de regata, en especial las oceánicas, tienen en muy en cuenta, por seguridad, estos parámetros. Para resolver el triángulo y averiguar la altura metacéntrica existen varios sistemas que dependen fundamentalmente de si se hace sobre un plano o de un barco existente.

Las formulas que se utilizan son:

Fórmula fundamental de la estabilidad:

BM = It / Δ

siendo It el momento de inercia transversal y Δ el desplazamiento.

GM = BM – B      y

GZ = GM * sen θ       Siendo θ el ángulo de escora

1) G debe estar sobre B (El Centro de Gravedad por encima del Centro de Flotación para que haya Par Adrizante)

2) Si G está a la misma altura de M el barco tiene una estabilidad transversal neutra, lo que quiere decir que la escora depende más o menos de las olas y el viento.

3) Si tenemos la mala suerte de que M está por debajo de B es porque ¡Estamos volcados!

Hay que recordar que en estas situaciones de grandes escoras no debe entrar agua en el casco y tener sueltas las escotas para facilitar el adrizamiento.

Y por último, El Momento Transversal de Adrizamiento, con lo que se trazan esas curvas tan interesantes.

Rm = Δ * g * GZ

Analizando los datos que proporciona el Performace Package del certificado del Wit Blits, en el IMS para una tripulación de 677 kg.  (El Wit Blits fue uno de los barcos de crucero-regata diseñados originalmente para IMS ante el desastre del IOR en la Fastnet Race).

Rango de estabilidad positiva = 0 → 105 grados

Area de la parte positiva de estabilidad = 37 unidades de grado-metros

Area de la parte negativa de estabilidad = 28 unidades de grado-metros

Are Positiva / Area Negativa = 1,3 con lo que cumple, justo, el mínimo obligado de los 103º de escora. En el caso de este barco no vuelca hasta los 105º.

Si hay pocos tripulantes, el rating baja, pero puede que el barco no tenga la estabilidad requerida por esta regla.

En el caso del Wit Blits la curva de estabilidad es la siguiente:

EstabilidadTransversal

Otro aspecto a tener en cuenta es la Altura Metacéntrica, que parece que debiera ser cuanto mas alta mejor para la estabilidad transversal, y conseguirlo sobre todo bajando el Centro de Gravedad con quillas estrechas, profundas y bulbo, por ejemplo.  Pero hay que tener cuidado con exagerar, porque el comportamiento puede ser incómodo y hasta negativo. Esto sucede cuando el viento cae y todavía las olas no acompañan todavía, esto  hace que el balanceo del barco sea malo para las velas, que baten con fuerza sin dar potencia. Se compensa con mayor manga, hasta cierto punto si estamos en la fase de diseño.

El siguiente gráfico puede dar una idea de las dimensiones que deben tener los márgenes, superior e inferior, de Altura Metacéntrica.

GM

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