ESTABILIDAD de BUQUE I

OBJETIVO GENERAL

Adquirir los conocimientos referentes a la flotabilidad de los buques.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Analizar el comportamiento del buque mediante su desplazamiento.
2. Graficar las fuerzas que se ven involucradas en el desplazamiento de un buque en el mar.
3. Investigar los principios básicos de la estabilidad.
4. Describir los elementos que hacen posible la flotabilidad de un buque.
5. Identificar las capacidades que posee las diferentes densidades en las aguas (dulces y saladas).
6. Explicar de qué manera se ve afectado el buque por estas densidades.

INTRODUCCIÓN

        En el estudio de la estabilidad de los buques se deben tener claros algunos principios en los que se encuentran el principio de Arquímedes que nos enuncia que “Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del líquido desalojado” de aquí se parte para conocer la flotabilidad que tienen los buques al estar en el mar, también se conoce que un buque se mantiene en equilibrio si la fuerza de empuje es igual al desplazamiento, si  las fuerzas de empuje y desplazamiento, están en la misma vertical pero de sentido contrario y si el peso del cuerpo es igual al peso del volumen del líquido desalojado por el mismo.

Para hablar de flotabilidad se deben conocer los calados del buque. El calado es la distancia vertical comprendida entre la parte inferior de la quilla y la línea de flotación, también se debe tener en cuenta los esfuerzos a los que está sometido el buque: Los esfuerzos de arrufo y quebranto, que son combinaciones de fuerzas que sufren los navíos por diferentes causas y que ponen en peligro su integridad estructural. El franco bordo es otro punto de importancia al momento de hablar de flotabilidad ya que tiene relación con el puntal, formas de la carena, arrufo, dimensiones de la superestructura, medio de cierre de sus aberturas y otras consideraciones con respecto al tipo de buque, así como la zona y estación donde navega.

A continuación, se desarrollan cada uno de los elementos que hacen posible la flotabilidad de un buque como lo son: la relación entre el desplazamiento del buque y el empuje del volumen del agua desplazada, la reserva y coeficiente de flotabilidad, la escala de calados, las deformaciones que sufre el casco del buque, entre otros.

Unidad II – Flotabilidad del Buque

Principio de Arquímedes:

"Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del líquido desalojado".

Para que un buque flote, la condición es que su peso específico sea menor que el del líquido desalojado por aquel.

Flotabilidad: La presión ascendente que ejerce el agua sobre el barco para empujarlo fuera del agua o fuerza de empuje se conoce como flotabilidad en aplicación del principio de Arquímedes, y es igual al peso del agua desplazada por la carena del buque.

De este concepto, fácilmente se deduce el concepto de desplazamiento, que es igual al peso del barco, que será igual al peso del agua desalojada. Ese desplazamiento o fuerza de flotación tiene un punto céntrico, denominado centro de carena o también conocido como centro de la fuerza de flotación.

Por su parte, el centro de gravedad, es el punto de aplicación de todas las acciones de la gravedad sobre las distintas partículas de que se compone el artefacto flotante. En este caso, hay que tener en cuenta que como los diferentes elementos que forman un barco tienen densidades diferentes, el centro de gravedad, rara vez coincide con el centro geométrico. De este punto, se deriva otro concepto muy importante que es la altura del centro de gravedad sobre la quilla, que se define como la distancia vertical desde el punto más bajo de la quilla hasta en centro de gravedad. Es de suma importancia conocer este valor para el comportamiento del barco. Inicialmente, con el barco en lastre, se obtiene mediante las pruebas de estabilidad y es un dato que facilita el astillero constructor, posteriormente, cada navegante puede hallarlo para cada estado de carga de la embarcación.

Todo lo anterior lleva a dos conceptos muy importantes para la seguridad de un barco, el francobordo y la reserva de flotabilidad. El francobordo es la distancia vertical medida sobre el costado de un buque en la medianía de su eslora, entre la línea correspondiente a la máxima carga y la línea que corresponde a la cubierta principal, entendiéndose como tal la cubierta que posee medios de cierre.

Es por ello que la flotabilidad es la propiedad que tienen los buques para mantenerse a flote y que, sumergido hasta la línea de máxima carga, quede volumen suficiente fuera del agua para que pueda navegar con mal tiempo, en previsión de aumento de peso por embarque de agua. Esto le llamamos Reserva de la flotabilidad (Rf), que no es más que el volumen comprendido entre la superficie de flotación y la cubierta principal, más el volumen de espacios cerrados que haya sobre dicha cubierta.

RELACIÓN ENTRE EL DESPLAZAMIENTO DEL BUQUE Y EL EMPUJE DEL VOLUMEN DEL AGUA DESPLAZADA (CARENA)

Las presiones que ejercen los líquidos sobre la superficie de carena del buque es la fuerza resultante llamada empuje (E), igual y de sentido contrario a otra fuerza resultante de todos los pesos que componen el buque llamada peso del buque o desplazamiento (D). Estas dos fuerzas son las que le permiten al buque quedar en equilibrio sin hundirse ni emerger.  Si se le agrega un peso el buque aumenta su desplazamiento (D) y para volver a quedar en equilibrio tendrá que aumentar su empuje (E) una fuerza igual al peso agregado, para que esto ocurra el buque sufre una inmersión aumentando su volumen de carena.

Para que haya flotabilidad y un buque se mantenga en equilibrio se tienen que cumplir las siguientes condiciones:

1. Que la fuerza de empuje sea igual al desplazamiento.
2. Que las fuerzas de empuje y desplazamiento, estén en el mismo vertical, pero de sentido contrario.

El coeficiente de flotabilidad (Cf) es la relación existente entre la reserva de flotabilidad y el volumen de carena.

Reserva de flotabilidad:Volumen del buque que se halla sobre la línea de flotación y se encuentra totalmente cerrado al agua, de modo que aumenta la flotabilidad del buque cuando éste se sumerge más allá de dicha línea en el agua.

Volumen de carena (Vc) es el volumen de la parte sumergida del barco. El centro de carena (C) es el centro de gravedad del volumen de la carena para la flotación considerada. Su posición queda determinada por la distancia vertical sobre la quilla (KC) y por la distancia longitudinal a la cuaderna maestra (C).

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