4.1 Elaboración de la Solución
- Para obtener mayor velocidad: Disminuir la resistencia que opone el agua cuando la embarcación se esté desplazando.
Para eso, se necesita que la proa (parte delantera del barco) sea lo más afinada (en otras palabras, más puntiaguda) posible, ya que la proa es la que ofrece la menor resistencia al agua. Cuanto menor es la superficie que choca contra el agua, menor es la resistencia y, en consecuencia, mayor es la velocidad.
Además, al igual que la proa, y a fin de evitar remolinos y pérdida de energía, la popa (parte trasera) también debe ser afinada.
He escogido utilizar la proa tipo maier o de cuchara, que es una proa lanzada, con forma en v, muy abierta, que presenta buenas características marineras. Ésta proa penetra en el agua y rompe las olas de cierto tamaño, permitiendo un mejor avance de la embarcación. La desventaja de este tipo de proa es que el barco se vuelve más inestable cuando está parado, pero eso no representa un gran problema para el propósito de este proyecto, ya que el barco va a estar un tiempo demasiado corto parado.
- Para obtener mayor estabilidad: La embarcación debe poseer ciertas cualidades esenciales que le permitirán mantenerse estable mientras se desplaza, como:
- La solidez, lo que implica una estructura del casco (armazón del barco) robusta para resistir los esfuerzos producto de la acción de los posibles diferentes estados de la corriente de agua y del peso que transporta.
2. La estanqueidad, que evita que entre agua en el interior del barco.
3. La flotabilidad, que le permite al barco mantenerse a flote a pesar de que algunas de sus partes se encuentren inundadas. La flotabilidad se ve favorecida por una buena división estanca de su interior, así como una obra muerta elevada.
4. La estabilidad, que permite que la embarcación vuelva a su posición de equilibrio por sí misma, cuando ha sido desplazado de ella por un agente externo. Influyen en la estabilidad los pesos y la forma del barco.
5. La velocidad, que va en función de las forma del barco, de la potencia y del medio de propulsión.
6. La facilidad de gobierno, que es una característica que se requiere en razón de la necesidad de movimiento del buque en todas las direcciones.
Por eso he considerado en ocupar como material para el casco de mi embarcación el aluminio. Éste material posee una mayor resistencia, lo que se traduce en menos averías. El aluminio, gracias a su elevada ductilidad, es uno de los metales que menos se fracturan, y no da problemas de fisuración. Además posee una mayor rigidez, por lo que se tendrá una estructura totalmente compacta que producirá una gran rigidez estructural, traduciéndose en menores fatigas del material y por tanto en una mayor seguridad y posibilidad de soportar estados del agua más duros. Posee también una mejor estanqueidad y al ser un material muy ligero, supone una mejor maniobrabilidad.
- Para poder impulsar al barco: Al desplazarse el barco a cierta velocidad, éste va a encontrar una fuerza en el agua que lo va a frenar, y para que mantenga una velocidad uniforme, es necesario proporcionarle una fuerza o potencia definida como la resistencia total al avance. Ésta resistencia va a estar proporcionada por la corriente de aire y los mástiles cilíndricos. Y ésta potencia es la que va a impulsar al barco para que se desplace con cierta velocidad. Por lo que:
Potencia propulsiva = Resistencia total al avance = Resistencia friccional + Resistencia por oleaje + Resistencia de remolino (o presión de estela) + Resistencia al viento.
Donde,
La potencia propulsiva es la potencia necesaria para llevar el barco a una determinada velocidad. La resistencia friccional se genera por el frotamiento de la superficie de la obra viva del casco con el agua. Depende de la eslora en flotación (dimensión del largo del barco, desde la proa hasta la popa, excluyendo el púlpito de proa). La resistencia por oleaje es la que se produce por el empuje al desplazarse el casco sobre el agua, se producen dos trenes de olas (uno en proa y otro en popa) que permanecen en el agua una vez que el barco ha pasado y se van disipando progresivamente.
La velocidad constante del barco depende principalmente de la eslora en flotación, el desplazamiento y la forma de la carena (parte sumergida del barco). Se llega a una velocidad máxima para el casco, que no puede ser superada a menos que se produzca el planeo de la carena. El planeo corresponde a la salida del agua de parte de la carena, disminuyendo así el agua que desplaza. Así se produce un estancamiento en el crecimiento de la resistencia por oleaje con la velocidad, de forma que una vez superada la velocidad umbral de planeo del casco, el aumento de la resistencia es pequeño, lo que permite alcanzar velocidades muy altas con poco aumento de la potencia propulsiva.
Por lo que mi diseño se basa en que posea una eslora larga, porque la velocidad de mi barco aumentará conforme aumenta la eslora.
- Para minimizar resistencia del agua: Se podría utilizar en la proa del barco unos disipadores de rozamiento, utilizando un trozo de doble casco que actué como disipador. A la popa también podría instalarse ese dispositivo. El problema de este dispositivo es que afecta a la flotabilidad y estabilidad del barco.
- Para maximizar la potencia entregada por el aire: El concepto de Efecto Magnus es el que me permite solucionar esto. Ya que barcos impulsados por este efecto tienen mayor potencia que ciertos barcos de otra índole.
El efecto Magnus nos dice que si giramos un cilindro expuesto al viento, el rozamiento de la superficie del cilindro con el aire, acelera la capa de aire en una cara y disminuye la contraria, por lo que una cara va a tener mayor velocidad que la otra, originándose una diferencia de presión entre ambas caras, y esta diferencia de presión es la que "chupa" y produce un empuje propulsor. Es importante recordar la ecuación de Bernoulli, ya que el efecto Magnus tiene su base en ésta., que dice que si el aire se mueve mas rápido, sus moléculas tienen menos tiempo para chocar y ejercer presiones en su entorno, lo que implica una disminución de la presión.
4.2 Una descripción física del diseño previsto
Mi embarcación se parecerá relativamente a esta
4.3 Plan de trabajo final
