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Velocidad máxima de un barco…

Cuando hablamos de la velocidad de un buque, lo primero que pensamos es en la potencia de los motores, en su tamaño y desplazamiento. Y estamos en lo cierto; a barco más grande necesitamos más potencia para alcanzar una velocidad determinada y para llegar a grandes velocidades necesitamos grandes potencias. Pero hay un concepto que a veces olvidamos y es que la velocidad máxima de un buque, con casco de desplazamiento, viene dada por su eslora. Una eslora pequeña limita esta velocidad máxima y por mucha potencia que pongamos de motores, difícilmente la superaremos.

¿Pero qué es eso de “casco de desplazamiento”?

Un buque con casco de desplazamiento se caracteriza porque el buque navegando desplaza prácticamente el mismo volumen de obra viva que parado. Es el tipo de casco más habitual en buques medio-grande, y permite navegar bien con mala mar, aunque tiene el inconveniente de que la velocidad está limitada por la eslora. Mercantes en general, trasatlánticos, y si nos vamos a buques de guerra los sumergibles, cruceros, acorazados etc… serían los buques con este tipo de casco.

Después podemos hablar de buques con casco de planeo, que es el tipo de casco que permite mayor velocidad y se usa en embarcaciones pequeñas, que por sus características al alcanzar una determinada velocidad, sale parcialmente del agua, lo que ya no limita su velocidad. Son embarcaciones que necesitan una mar tranquilo, para planear y alcanzar su máxima velocidad, y no acostumbran a navegar bien con mala mar. Un ejemplo serían las “narcolanchas”.

Por tanto, cuánto más largo sea un barco con casco de desplazamiento, mayor velocidad…

Es decir, por mucho que pongamos enormes velas o motores, cada barco tiene un tope de velocidad (salvo si éste se pone a planear) que está determinado por su eslora de flotación. Una vez alcanzada la velocidad límite, si añadimos más potencia, ésta originará olas más grandes creadas por el barco, pero no más velocidad.

Y esto sólo ocurre con los barcos, y no con los aviones o los submarinos, de modo que la razón debe estar en esta capa que actúa de frontera entre el cielo y el mar; La superficie del mar.

Efectivamente, cuando un submarino avanza, en su resistencia al avance, el agua que empuja y desplaza, rodea el submarino por todos lados. Pero en un barco, el agua desplazada por el avance que pesa mucho más que el aire, en vez de rodearlo (por encima!) crea una ola conocida como ola de proa. El agua desplazada por el casco, al no encontrar resistencia por encima (ya que aire casi no opone resistencia) sube y genera dicha ola. En la popa el casco empuja el agua para abajo y esta sube por detrás del barco por la misma razón, generando otra segunda ola conocida como ola de popa.

En cualquier onda, y una ola lo es, están relacionadas su velocidad de propagación y su longitud de onda por la ecuación Velocidad = C √ Ef, en donde V viene expresado en nudos y Ef (eslora flotación) en metros. C corresponde a una cte (2,4 en cascos normales).

Como la ola es continuamente generada por el propio desplazamiento del barco, tenemos que a velocidades pequeñas la onda será también pequeña. Por ejemplo a 2,4 nudos la ola es de un metro. En la longitud total del barco vemos que se aprecian varias olas de un metro una tras otra. Lógico. A medida que aumenta la velocidad la longitud de onda de la ola va creciendo, hasta que alcanza la eslora de flotación del barco.

Supongamos ahora que metemos más motor o potencia en las velas y la velocidad aumenta. Entonces también lo hace la velocidad de propagación de la ola y el tamaño de su longitud de onda. Esto hace que se forme una especie de montaña de agua que el barco tiene que escalar para lo cual el barco necesita mucha más potencia, y si lo logra entonces empieza a planear. Al lograrse el planeo, el casco no desplaza agua en su movimiento, y ya no se genera ola de popa ni de proa, y la velocidad crece mucho más al no gastarse energía en la creación de estas dos molestas olas.

Pero para escalar esta montaña de agua el casco del barco tiene que estar diseñado para que pueda trepar. Con un casco típico de desplazamiento es imposible y es entonces cuando decimos que hemos alcanzado la velocidad límite.

Pero y si a pesar de todo y tozudamente montamos en el espejo de popa del velero (solo por imaginar) 3 motores fuera borda de 200 caballos, ¿Qué pasará?

Más allá de la velocidad límite, y si el casco no está pensado para el planeo, los esfuerzos que soporta son terribles. Incluso en este caso es muy probable que lo único que lográramos es generar un pedazo de ola importante. Cuando un barco navega a poca velocidad su resistencia se debe al rozamiento de la capa de agua sobre el casco, y hay un poco de energía invertida también en generar una pequeña ola en la proa y en la popa. A medida que aumenta la velocidad, la energía de rozamiento aumenta con el cuadrado de la velocidad, lo cual ya es muy importante.

Es decir para ir el doble de rápido tenemos que aplicar 4 veces más de potencia. Pero lo terrible es que la energía que se pierde en la olas creadas crece con la potencia sexta de la velocidad. Es decir, si al ir a 5 nudos de velocidad utilizamos 20 caballos de potencia, para ir a 10 nudos, el doble de velocidad, necesitamos 64 veces más de potencia, es decir, la friolera de 1.280 caballos!

Ampliación: Los barcos más rápidos del mundo.

Fuentes:

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