Los cálculos hidrostáticos son una etapa indispensable en el diseño y la construcción de barcos y yates. No solo aseguran la estabilidad y seguridad adecuadas de las embarcaciones, sino que también influyen en su rendimiento y eficiencia durante la navegación. En este artículo, discutiremos los principios básicos, métodos y herramientas utilizados en los cálculos hidrostáticos, con énfasis en su importancia para el diseño de embarcaciones.

¿Por qué son importantes los cálculos hidrostáticos?

Los cálculos hidrostáticos son esenciales porque determinan si una embarcación se mantendrá a flote en una posición segura y si, en caso de escorar, volverá fácilmente a su posición vertical. En los cálculos se obtienen datos detallados sobre la línea de flotación (dónde se encuentra), el desplazamiento (cuántos kg puede desplazar) y la estabilidad de navegación (el momento adrizante, es decir, las fuerzas que actúan para corregir el ángulo de escora). Los cálculos hidrostáticos son indispensables para el diseño de barcos y yates, asegurando que la embarcación navegue de manera estable y vuelva a la posición vertical de forma segura.

¿Cuáles son las etapas básicas de los cálculos hidrostáticos?

1. Determinación de las dimensiones principales de la embarcación.
2. Creación de un modelo geométrico y numérico del casco.
3. Definición de las condiciones de diseño: determinación del calado, desplazamiento y centro de gravedad.
4. Realización de los cálculos hidrostáticos.
5. Resultados de los cálculos hidrostáticos:
   • Curva de brazos adrizantes.
   • Centro de flotación.
   • Ángulos de escora.
   • Coeficientes de la geometría del casco.

Los cálculos pueden realizarse bajo diferentes condiciones de carga, variando el calado, el desplazamiento, la escora, el asiento de la embarcación, etc. La norma armonizada ISO 12217 establece las condiciones de carga bajo las cuales deben realizarse estos cálculos.

¿Qué normas rigen los cálculos hidrostáticos para yates en la Unión Europea?

Todas las embarcaciones introducidas en el mercado comercial de la Unión Europea deben cumplir con las disposiciones de la Directiva 2013/53/UE (anteriormente 94/25/CE) sobre embarcaciones de recreo (RCD). En cuanto a estabilidad, flotabilidad y desplazamiento, las embarcaciones deben cumplir con los requisitos de las siguientes normas armonizadas:

• PN-EN ISO 12217-1:2017-12: Embarcaciones pequeñas – Evaluación de la estabilidad y flotabilidad y clasificación por categorías – Parte 1: Embarcaciones sin vela con eslora mayor o igual a 6 m.
• PN-EN ISO 12217-2:2017-12: Embarcaciones pequeñas – Evaluación de la estabilidad y flotabilidad y clasificación por categorías – Parte 2: Embarcaciones con vela con eslora mayor o igual a 6 m.
• PN-EN ISO 12217-3:2017-11: Embarcaciones pequeñas – Evaluación de la estabilidad y flotabilidad y clasificación por categorías – Parte 3: Embarcaciones con eslora inferior a 6 m.

 

¿Qué parámetros se tienen en cuenta para realizar cálculos hidrostáticos para una embarcación?

Los parámetros que se consideran en los cálculos hidrostáticos incluyen:

Lmax: longitud máxima.

Lwl: longitud en la línea de flotación.

Bmax: manga máxima.

Bwl: manga en la línea de flotación.

VD: desplazamiento.

Dmax: altura lateral, distancia vertical desde la quilla hasta la parte inferior de la cubierta en el costado.

F: francobordo.

T: calado estructural, distancia medida verticalmente desde el plano de la línea de flotación hasta el fondo del casco.

v: velocidad.

Estas designaciones están de acuerdo con la norma ISO 8666.

¿Cómo calcular el desplazamiento de una embarcación y por qué es un parámetro clave en el diseño?

Para calcular el desplazamiento, se necesitan los siguientes valores:

• Volumen del cuerpo desplazado por la embarcación.
• Densidad del líquido.

Multiplicando el volumen por la densidad, se obtiene el peso del líquido desplazado, que es la fuerza de flotación. Estos cálculos generalmente se realizan mediante programas informáticos como Orca 3D o Maxsurf, lo que proporciona resultados muy precisos, incluyendo la ubicación de la línea de flotación y el centro de flotación.

El desplazamiento es crucial porque determina la capacidad de la embarcación para mantenerse a flote. Un desplazamiento inadecuado afecta negativamente el rendimiento del barco: si es demasiado pequeño, generará mayor resistencia, aumentando el consumo de combustible; si es excesivo, la estabilidad disminuye, aumentando el riesgo de vuelco a altas velocidades. Además, en condiciones menos extremas, se manifestará en mayores escoras.

¿Cuáles son las diferencias entre los cálculos hidrostáticos para embarcaciones con diferentes diseños, como veleros monocasco y catamaranes?

Aunque los cálculos para ambas embarcaciones son similares, la mayor diferencia radica en el brazo de adrizamiento. En un catamarán, el gráfico de las fuerzas de adrizamiento crece hasta un ángulo de escora de unos 45 grados, después del cual las fuerzas caen abruptamente. En cambio, en los monocascos, se pueden alcanzar mayores ángulos de adrizamiento, y algunos veleros oceánicos incluso no tienen valores negativos de dicho brazo.

¿Cuáles son los métodos de medición y evaluación de la estabilidad de una embarcación mediante cálculos hidrostáticos?

Los métodos de medición incluyen:

• Método de Arquímedes: el peso de la embarcación sumergida es igual al peso del líquido desplazado. Esto permite determinar las fuerzas de flotación y el centro de gravedad.
• Forma del casco: el diseño del casco puede influir en la estabilidad, aumentando la flotabilidad en áreas específicas.
• Método de inclinación: se inclina controladamente la embarcación y se miden las fuerzas de adrizamiento y la ubicación del centro de gravedad.

Programas como Maxsurf u Orca3D permiten realizar estos cálculos con gran precisión y optimizar el diseño de la embarcación según la norma ISO 12217.

¿Qué factores afectan la precisión de los cálculos hidrostáticos para embarcaciones?

• Precisión del modelo: el modelo del casco debe ser fiel a la realidad, ya que las diferencias geométricas afectan la precisión de los cálculos.
• Mediciones precisas: los parámetros estructurales deben ser medidos con precisión, ya que pequeños errores influyen en los resultados.
• Variación de condiciones: la embarcación debe ser probada en diferentes condiciones de carga y desplazamiento para obtener una imagen completa de su comportamiento.
• Conocimiento de las condiciones límite: la precisión depende de la correcta definición del centro de gravedad, centro de flotación y otros parámetros.
• Resultados experimentales: comparar los cálculos realizados con software con pruebas físicas de la embarcación en tanques de agua puede revelar diferencias.
• Software: los diferentes programas de cálculo pueden arrojar resultados ligeramente diferentes, por lo que es crucial utilizar el software más actualizado.

¿Cuáles son las consecuencias de cálculos hidrostáticos incorrectos para el diseño y la seguridad de las embarcaciones?

Las principales consecuencias de cálculos erróneos incluyen:

• Baja estabilidad: errores en el brazo de adrizamiento pueden aumentar el riesgo de vuelco y grandes escoras.
• Ubicación incorrecta del centro de gravedad: afecta la precisión de los cálculos de estabilidad.
• Problemas de capacidad de carga: un mal cálculo del desplazamiento puede llevar a sobrecargar la embarcación, comprometiendo su flotabilidad.
• Mayor resistencia al avance: cálculos incorrectos incrementan la resistencia, lo que puede provocar daños estructurales.
• Seguridad: la falta de estabilidad pone en peligro tanto la embarcación como la tripulación.
• Cumplimiento normativo: errores en los cálculos pueden llevar a incumplir regulaciones de seguridad marítima, lo que es obligatorio para cualquier embarcación que opere en aguas internacionales o nacionales.

 

¿Qué herramientas y software se utilizan para realizar cálculos hidrostáticos para barcos y yates, y cuáles son sus ventajas y limitaciones?

Para realizar cálculos hidrostáticos para barcos y yates, se utiliza software especializado que permite probar las unidades en diversas condiciones de operación y con diferentes cargas. A continuación, se presentan ejemplos de herramientas populares utilizadas en esta área:

1. Maxsurf
   • Ventajas: Es una de las herramientas más populares y avanzadas para el diseño de yates. Maxsurf ofrece módulos completos como Modeler, Stability y Resistance, que apoyan varios aspectos del diseño y análisis hidrostático y dinámico de las embarcaciones. Permite simulaciones detalladas y proporciona resultados precisos, que son esenciales para la optimización del diseño.
   • Limitaciones: La principal desventaja es el alto costo de la licencia, lo que puede ser una barrera para las empresas más pequeñas o los usuarios individuales. Además, el software requiere conocimientos especializados y experiencia para aprovechar al máximo sus capacidades, lo que lo hace difícil para principiantes.
2. Orca3D
   • Ventajas: Orca3D es un complemento para Rhinoceros, un popular programa de modelado 3D ampliamente utilizado en la industria del diseño. Orca3D ofrece herramientas para cálculos hidrostáticos y análisis de resistencia hidrodinámica. Su integración con Rhinoceros permite un modelado fácil de las formas de las embarcaciones y un análisis rápido.
   • Limitaciones: Orca3D no tiene tantas funciones dedicadas a los cálculos hidrostáticos como Maxsurf. Además, el usuario debe utilizar varios complementos, lo que puede aumentar la complejidad y el tiempo necesario para obtener resultados.

¿Quién puede realizar cálculos hidrostáticos?

En Polonia, no existen leyes claras que regulen los derechos de las personas que realizan cálculos hidrostáticos. Sin embargo, en la práctica, estos cálculos deben ser realizados por especialistas con la formación y experiencia adecuadas en el diseño de embarcaciones, para garantizar la seguridad y el cumplimiento de las normas.

En el caso de la certificación de embarcaciones conforme a las normas CE, los resultados de los cálculos deben ser aprobados por un organismo notificado que verifique la conformidad del diseño con los requisitos de seguridad marítima. Por lo tanto, es fundamental que los cálculos hidrostáticos sean realizados por ingenieros cualificados, por ejemplo, en empresas de diseño especializadas en construcciones marítimas.

La empresa Intuition Yachts cuenta con un equipo de ingenieros especializados en oceanotecnia con muchos años de experiencia en el diseño de embarcaciones. Utilizando programas como Orca 3D y Maxsurf, la empresa garantiza una alta precisión en los cálculos, lo que es esencial para obtener la certificación CE para las embarcaciones que se comercializan en el mercado de la Unión Europea.

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Autores

Cyprian Błaszczyk
Marta Zawadzka