Una proa bulbosa es un bulbo aerodinámico que sobresale o se ensancha en la proa (o parte delantera) de un barco justo debajo de la línea de flotación . El ensanchamiento o bulbo modifica la forma en que el agua fluye alrededor del casco , reduciendo la resistencia y, por lo tanto, aumentando la velocidad, el alcance, la eficiencia de combustible y la estabilidad. Los barcos grandes con proas bulbosas generalmente tienen entre un doce y un quince por ciento más de eficiencia de combustible que los barcos similares sin ellas. [2] Una proa bulbosa también aumenta la flotabilidad de la parte delantera y, por lo tanto, reduce el cabeceo del barco en un pequeño grado.
Los buques con alta energía cinética , que es proporcional a la masa y al cuadrado de la velocidad, se benefician de tener una proa bulbosa diseñada para su velocidad operativa; esto incluye buques con gran masa (por ejemplo, superpetroleros ) o una alta velocidad de servicio (por ejemplo, buques de pasajeros y buques de carga ). [3] Los buques de menor masa (menos de 4.000 TPM ) y los que operan a velocidades más lentas (menos de 12 nudos ) tienen un beneficio reducido de las proas bulbosas, debido a los remolinos que se producen en esos casos; [3] los ejemplos incluyen remolcadores, lanchas motoras, veleros y pequeños yates.
Se ha demostrado que las proas bulbosas son más eficaces cuando se utilizan en embarcaciones que cumplen las siguientes condiciones:
El efecto del arco bulboso se puede explicar utilizando el concepto de interferencia destructiva de las ondas: [6]
Una proa con forma convencional provoca una ola de proa . Un bulbo solo obliga al agua a fluir hacia arriba y sobre él formando un canal. Por lo tanto, si se añade un bulbo a una proa convencional en la posición adecuada, el canal del bulbo coincide con la cresta de la ola de proa y los dos se anulan, lo que reduce la estela del buque . Mientras que inducir otra corriente de olas extrae energía del barco, anular la segunda corriente de olas en la proa cambia la distribución de la presión a lo largo del casco, reduciendo así la resistencia de las olas. El efecto que tiene la distribución de la presión sobre una superficie se conoce como efecto de forma . [6]
Una proa afilada en un casco convencional produciría olas y poca resistencia al avance, como una proa bulbosa, pero las olas que vinieran desde el costado la golpearían con más fuerza. La proa bulbosa roma también produce una mayor presión en una gran región en el frente, lo que hace que la ola de proa comience antes. [6]
La adición de un bulbo al casco de un barco aumenta su área mojada total. A medida que aumenta el área mojada, también lo hace la resistencia. A velocidades mayores y en embarcaciones más grandes, la ola de proa es la fuerza que más impide el movimiento hacia adelante del barco a través del agua. En el caso de una embarcación pequeña o que pasa gran parte del tiempo a baja velocidad, el aumento de la resistencia no se verá compensado por el beneficio de amortiguar la generación de olas de proa. Como los efectos del contador de olas solo son significativos en el rango más alto de velocidad del barco, las proas con bulbo no son energéticamente eficientes cuando el barco navega fuera de estos rangos, específicamente a velocidades más bajas. [6]
Los arcos bulbosos pueden configurarse de diferentes maneras, según la interacción diseñada entre la ola de proa y la ola contraria del bulbo. Los parámetros de diseño incluyen:
Las proas bulbosas también reducen el movimiento de cabeceo de un barco , cuando están lastradas, al aumentar la masa a una distancia alejada del centro de gravedad longitudinal del barco. [1]
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Las pruebas de remolque de buques de guerra habían demostrado que una forma de ariete bajo el agua reducía la resistencia a través del agua antes de 1900. [5] El concepto de proa bulbosa se le atribuye a David W. Taylor , un arquitecto naval que sirvió como Constructor Jefe de la Armada de los Estados Unidos durante la Primera Guerra Mundial y que utilizó el concepto (conocido como proa bulbosa) en su diseño del USS Delaware , que entró en servicio en 1910. El diseño de proa no gozó inicialmente de una amplia aceptación, aunque se utilizó en el crucero de batalla de clase Lexington con gran éxito después de que los dos barcos de esa clase que sobrevivieron al Tratado Naval de Washington se convirtieran en portaaviones . [7] Esta falta de aceptación cambió en la década de 1920, con el lanzamiento por parte de Alemania del Bremen y el Europa . Se los conocía como los galgos del Atlántico Norte de Alemania, dos grandes transatlánticos comerciales que competían por el comercio transatlántico de pasajeros. Ambos barcos ganaron la codiciada Cinta Azul , el Bremen en 1929 con una velocidad de cruce de 27,9 nudos (51,7 km/h; 32,1 mph), y el Europa la superó en 1930 con una velocidad de cruce de 27,91 nudos. [8]
El diseño comenzó a incorporarse en otros lugares, como se vio en los transatlánticos de pasajeros SS Malolo , SS President Hoover y SS President Coolidge construidos en Estados Unidos , botados a fines de la década de 1920 y principios de la de 1930. Aún así, muchos constructores y propietarios de barcos vieron la idea como experimental. [9]
En 1935, Vladimir Yurkevich diseñó el transatlántico francés Normandie, que combinaba una proa bulbosa con un tamaño enorme y una forma de casco rediseñada. Podía alcanzar velocidades superiores a los 30 nudos (56 km/h). El Normandie era famoso por muchas cosas, entre ellas su entrada limpia al agua y su ola de proa notablemente reducida. El gran rival del Normandie, el transatlántico británico Queen Mary , alcanzaba velocidades equivalentes utilizando un diseño tradicional de proa y casco. Sin embargo, una diferencia crucial era que el Normandie alcanzaba estas velocidades con aproximadamente un treinta por ciento menos de potencia del motor que el Queen Mary y una reducción correspondiente en el consumo de combustible. [ cita requerida ]
La Armada Imperial Japonesa también desarrolló y utilizó diseños de proa bulbosa . Se utilizó una proa bulbosa modesta en varios diseños de sus barcos, incluido el crucero ligero Ōyodo y los portaaviones Shōkaku y Taihō . Una solución de diseño de proa bulbosa mucho más radical se incorporó a sus enormes acorazados de clase Yamato , incluidos el Yamato , el Musashi y el portaaviones Shinano . [10]
El Dr. Takao Inui desarrolló la proa bulbosa moderna en la Universidad de Tokio durante los años 1950 y 1960, independientemente de la investigación naval japonesa. Inui basó su investigación en hallazgos científicos anteriores realizados después de que Taylor descubriera que los barcos equipados con un proa bulbosa exhibían características de arrastre sustancialmente menores de lo previsto. El concepto de proa bulbosa fue estudiado definitivamente por primera vez por Thomas Havelock, Cyril Wigley y Georg Weinblum, incluido el trabajo de Wigley de 1936 "La teoría de la proa bulbosa y su aplicación práctica", que examinó las cuestiones de producción y amortiguación de olas. Los artículos científicos iniciales de Inui sobre el efecto de la proa bulbosa en la resistencia a la formación de olas se recopilaron en un informe publicado por la Universidad de Michigan en 1960. Su trabajo llegó a la atención generalizada con su artículo "Resistencia de los barcos a la formación de olas" publicado por la Sociedad de Arquitectos Navales e Ingenieros Marinos en 1962. Finalmente se descubrió que la resistencia se podía reducir en un cinco por ciento aproximadamente. La experimentación y el refinamiento mejoraron lentamente la geometría de los arcos bulbosos, pero no fueron ampliamente explotados hasta que las técnicas de modelado por computadora permitieron a los investigadores de la Universidad de Columbia Británica aumentar su rendimiento a un nivel práctico en la década de 1980. [ cita requerida ]
Los arcos bulbosos incorporan las siguientes características definitorias: [5]
Si bien el propósito principal de estos bulbos es reducir la potencia necesaria para impulsar un buque a su velocidad operativa, sus características de navegación también son importantes. Las características de generación de olas de un buque a su velocidad operativa se reflejan en su número de Froude . [11] [Nota 1] Un diseñador de buques puede comparar la longitud en la línea de flotación para un diseño con y sin un bulbo necesario para impulsar el buque a su velocidad operativa. Cuanto mayor sea la velocidad, mayor será el beneficio de la proa bulbosa para disminuir la necesidad de una línea de flotación más larga para lograr el mismo requisito de potencia. Los bulbos suelen tener forma de V en la parte inferior para minimizar el golpeteo en mares agitados. [5]
