Casco (embarcación)

Cuerpo flotante estanco de un barco o embarcación.

Líneas en forma de casco, a lo largo y en sección transversal.

Un casco es el cuerpo estanco de un barco , embarcación o hidroavión . El casco puede abrirse en la parte superior (como un bote auxiliar ), o puede estar cubierto total o parcialmente con una cubierta. Encima de la cubierta puede haber una caseta y otras superestructuras , como un embudo, una torre de perforación o un mástil . La línea donde el casco se encuentra con la superficie del agua se llama línea de flotación .

Características generales

Barco sobre el agua con todo el casco visible.

Existe una amplia variedad de tipos de casco que se eligen por su idoneidad para diferentes usos, dependiendo la forma del casco de las necesidades del diseño. Las formas van desde una caja casi perfecta en el caso de las gabarras hasta una superficie de revolución afilada como una aguja en el caso de un velero multicasco de carreras. La forma se elige para lograr un equilibrio entre el costo, las consideraciones hidrostáticas (alojamiento, transporte de carga y estabilidad), la hidrodinámica (velocidad, requisitos de potencia y movimiento y comportamiento en mar encrespado) y consideraciones especiales para el papel del barco, como la forma redondeada. proa de un rompehielos o el fondo plano de una lancha de desembarco .

En un típico barco de acero moderno, el casco tendrá cubiertas estancas y miembros transversales importantes llamados mamparos . También pueden existir miembros intermedios como vigas , largueros y almas , y miembros menores llamados pórticos transversales ordinarios, pórticos o longitudinales, según la disposición estructural. La cubierta continua más superior puede denominarse "cubierta superior", "cubierta de intemperie", "cubierta de mástil", " cubierta principal " o simplemente "cubierta". El nombre particular que se le dé depende del contexto: el tipo de barco o embarcación, la disposición o incluso el lugar donde navega.

En un velero de madera típico, el casco está construido con tablas de madera, sostenidas por marcos transversales (a menudo denominados costillas) y mamparos, que además están unidos por largueros longitudinales o techo. A menudo, pero no siempre, hay un miembro longitudinal central llamado quilla . En los cascos de fibra de vidrio o compuestos, la estructura puede parecerse hasta cierto punto a embarcaciones de madera o acero, o tener una disposición monocasco . En muchos casos, los cascos compuestos se construyen intercalando finas capas reforzadas con fibra sobre un núcleo liviano pero razonablemente rígido de espuma, madera de balsa, papel alveolar impregnado u otro material.

Quizás los primeros cascos adecuados fueron construidos por los antiguos egipcios , quienes hacia el año 3000 a. C. sabían cómo ensamblar tablas de madera para formar un casco. ^[1]

Formas del casco

Los cascos vienen en muchas variedades y pueden tener forma compuesta (por ejemplo, una entrada fina hacia adelante y forma de campana invertida hacia atrás), pero se agrupan principalmente de la siguiente manera:

• Mentón y mentón duro. Algunos ejemplos son el casco de fondo plano (con lomos), fondo en V y varios lomos (varios lomos duros más suaves, todavía no lisos). Estos tipos tienen al menos un nudillo pronunciado en toda o la mayor parte de su longitud.
• Moldeados, redondos, achicados o con lomos blandos . Todas estas formas de casco tienen curvas suaves. Algunos ejemplos son la sentina redonda, la sentina semicircular y el casco con fondo en forma de S.

Cascos de planeo y desplazamiento

La MTB de la Segunda Guerra Mundial de la Royal Navy planea a gran velocidad en aguas tranquilas mostrando su casco de lomo duro con la mayor parte de la parte delantera del barco fuera del agua.

• Casco de desplazamiento: aquí el casco se sustenta exclusiva o predominantemente en la flotabilidad . Los buques que tienen este tipo de casco viajan por el agua a un ritmo limitado que está definido por la eslora de la línea de flotación, excepto los cascos especialmente estrechos, como los multicascos de vela , que están menos limitados de esta manera.
• Casco de planeo: aquí, la forma del casco de planeo está configurada para desarrollar una presión dinámica positiva de modo que su calado disminuye al aumentar la velocidad. La elevación dinámica reduce la superficie mojada y, por tanto, también la resistencia . A veces tienen el fondo plano, otras veces el fondo en V y, más raramente, el fondo redondo. La forma más común es tener al menos un lomo, lo que hace que el cepillado sea más eficiente y puede arrojar spray hacia abajo. Los cascos de planeo son más eficientes a velocidades más altas, aunque todavía requieren más energía para alcanzar estas velocidades. Un casco de planeo eficaz debe ser lo más ligero posible con superficies planas que sean compatibles con una buena navegación en el mar. Los veleros que planean también deben navegar eficientemente en modo de desplazamiento con vientos suaves.
• Semidesplazamiento o semiplaneo: aquí la forma del casco es capaz de desarrollar una cantidad moderada de sustentación dinámica; sin embargo, la mayor parte del peso de la embarcación todavía se sustenta mediante la flotabilidad.

Formas del casco

En la actualidad, la forma más utilizada es el casco de sentina redondo. ^[2]

Con una carga útil pequeña, una embarcación de este tipo tiene menos casco por debajo de la línea de flotación , lo que proporciona menos resistencia y más velocidad. Con una mayor carga útil, la resistencia es mayor y la velocidad menor, pero la curvatura hacia afuera del casco proporciona un rendimiento más suave en las olas. Como tal, la forma de campana invertida es una forma popular que se utiliza en los cascos de planeo. ^{[ cita necesaria ] [ aclaración necesaria ]}

Cascos de mentón y de mentón duro

Un casco con aristas no tiene una transición redondeada y suave entre el fondo y los costados. En cambio, sus contornos se ven interrumpidos por ángulos agudos donde se unen predominantemente los paneles longitudinales del casco. Cuanto más pronunciada sea la intersección (cuanto más agudo sea el ángulo), más "duro" será el lomo. Es posible más de un lomo por lado.

La "piragua" cajún es un ejemplo de embarcación con lomos duros.

Los beneficios de este tipo de casco incluyen costos de producción potencialmente más bajos y un fondo (generalmente) bastante plano, lo que hace que el barco planee más rápido . Un casco de lomo duro resiste el balanceo (en aguas tranquilas) más que un casco con sentinas redondeadas (el lomo crea turbulencia y resistencia al movimiento de balanceo, a medida que se mueve a través del agua, la sentina redondeada proporciona menos resistencia al flujo alrededor del giro) . En mares agitados, esto puede hacer que el barco se balancee más, ya que el movimiento se arrastra primero hacia abajo y luego hacia arriba, sobre un lomo: como resultado, los barcos de sentina redonda son más aptos para navegar en las olas.

Los cascos con aristas pueden tener una de tres formas:

• Cascos con lomos de fondo plano
• Cascos de múltiples mentones
• Cascos con fondo en V. A veces se le llama lomo duro.

Cada uno de estos cascos de lomo tiene sus propias características y usos únicos. El casco de fondo plano tiene una alta estabilidad inicial pero una gran resistencia. Para contrarrestar la alta resistencia, las formas del casco son estrechas y, a veces, muy ahusadas en proa y popa. ^{[ cita necesaria ]} Esto conduce a una mala estabilidad cuando se escora en un velero. ^{[ cita necesaria ]} Esto a menudo se contrarresta mediante el uso de lastre interior pesado en las versiones de navegación. Se adaptan mejor a aguas costeras protegidas. Los primeros barcos a motor de carreras estaban bien hacia adelante y hacia atrás. Esto produjo una sustentación máxima y una navegación suave y rápida en aguas tranquilas, pero esta forma de casco se desestabiliza fácilmente con las olas. El casco de múltiples lomos se aproxima a una forma de casco curva. Tiene menos resistencia que un barco de fondo plano. Los lomos múltiples son más complejos de construir pero producen una forma de casco más apta para navegar. Suelen ser cascos de desplazamiento. Los barcos con fondo en V o en arco tienen una  forma de V entre 6°  y 23°. Esto se llama ángulo muerto . La forma más plana de un casco de 6 grados volará con menos viento o con un motor de menor potencia, pero golpeará más con las olas. La forma de V profunda  (entre 18  y 23  grados) sólo es adecuada para embarcaciones de planeo de alta potencia. Requieren motores más potentes para elevar el barco al avión, pero permiten un viaje más rápido y suave en las olas. Los cascos con aristas de desplazamiento tienen más área de superficie mojada y, por lo tanto, más resistencia, que una forma de casco redondo equivalente, para cualquier desplazamiento dado.

Cascos de curvas suaves

Los cascos curvos lisos son cascos que utilizan, al igual que los cascos curvos, una orza o una quilla adjunta. ^{[ cita necesaria ]}

Los cascos de sentina semicirculares son algo menos redondos. La ventaja del semirredondo es que es un buen punto medio entre el fondo en forma de S ^{[ se necesita aclaración ]} y el casco con lomos. Se pueden encontrar ejemplos típicos de casco de sentina semicircular en los barcos de vela ligera Centaur y Laser .

Comparación de tres tipos de cascos:

1. Fondo en S
2. lomo duro
3. lomo suave

Los cascos con fondo en S son cascos de veleros con una media sección transversal en el centro del barco con forma de s . ^{[ se necesita aclaración ]} En el fondo s, el casco tiene sentinas redondas y se fusiona suavemente con la quilla, y no hay esquinas afiladas en los lados del casco entre la línea central de la quilla y la línea de escarpa. Los barcos con esta forma de casco pueden tener una quilla fija larga y profunda, o una quilla fija larga y poco profunda con una quilla oscilante de orza en el interior. El lastre puede ser interno, externo o una combinación. Esta forma de casco fue más popular a finales del siglo XIX y principios y mediados del XX. ^{[ cita necesaria ]} Ejemplos de pequeños veleros que utilizan esta forma de S son el Yngling y el Randmeer .

apéndices

• Se podrán instalar dispositivos de control como timón , compensadores o aletas estabilizadoras.
• Se puede instalar una quilla en un casco para aumentar la estabilidad transversal, la estabilidad direccional o para crear sustentación.
• Los apéndices retráctiles incluyen orzas y orzas . ^[3]
• Una protuberancia delantera por debajo de la línea de flotación se llama proa bulbosa . Estos están instalados en algunos cascos para reducir la resistencia a la formación de olas y aumentar así la eficiencia del combustible . Las bombillas instaladas en la popa son menos comunes pero cumplen una tarea similar. ^{[ cita necesaria ]}

Términos

• La línea base es una línea de referencia de nivel desde la cual se miden las distancias verticales.
• La proa es la parte delantera del casco.
• En medio del barco está la parte media del barco en dirección a proa y popa.
• Babor es el lado izquierdo del barco mirando hacia la proa desde a bordo.
• Estribor es el lado derecho del barco cuando se mira hacia la proa desde abordo.
• La popa es la parte trasera del casco.
• La línea de flotación es una línea imaginaria que circunscribe el casco y que coincide con la superficie del agua cuando el casco no se mueve.

Métrica

Medidas principales del casco

"LWL y LOA"

Las formas del casco se definen de la siguiente manera:

Medidas de bloque que definen las dimensiones principales. Ellos son:

• Manga o manga ( B ) es el ancho del casco. (por ejemplo: BWL es la manga máxima en la línea de flotación)
• Calado ( d ) o ( T ) es la distancia vertical desde el fondo de la quilla hasta la línea de flotación .
• El francobordo ( FB ) es el calado más la altura de la estructura de la quilla menos el calado .
• La eslora en la línea de flotación ( LWL ) es la longitud desde el punto más a proa de la línea de flotación medida de perfil hasta el punto más a popa de la línea de flotación.
• La longitud entre perpendiculares ( LBP o LPP ) es la longitud de la línea de flotación de carga de verano desde el poste de popa hasta el punto donde cruza la roda . (ver también p/p )
• La longitud total ( LOA ) es la longitud extrema de un extremo al otro.
• El puntal de trazado ( D ) es la distancia vertical medida desde la parte superior de la quilla hasta la parte inferior de la cubierta superior en el costado. ^[4]

Formar derivadas que se calculan a partir de la forma y las medidas del bloque. Ellos son:

• El desplazamiento ( Δ ) es el peso de agua equivalente al volumen sumergido del casco.
• El centro de flotabilidad longitudinal ( LCB ) es la posición longitudinal del centroide del volumen desplazado, a menudo dada como la distancia desde un punto de referencia (a menudo en el centro del barco) hasta el centroide del volumen desplazado estático. Tenga en cuenta que el centro de gravedad longitudinal o centro de peso de la embarcación debe alinearse con el LCB cuando el casco está en equilibrio.
• El centro de flotación longitudinal ( LCF ) es la posición longitudinal del centroide del área del plano de flotación, generalmente expresada como la distancia longitudinal desde un punto de referencia (a menudo en el centro del barco) hasta el centro del área del plano de flotación estático. Esto se puede visualizar como el área definida por la superficie del agua y el casco.
• El centro vertical de flotabilidad ( VCB ) es la posición vertical del centroide del volumen desplazado, generalmente dada como una distancia desde un punto de referencia (como la línea de base) al centro del volumen estático desplazado.
• El volumen ( V o ∇ ) es el volumen de agua desplazada por el casco.

El volumen del casco de un barco debajo de la línea de flotación (sólido), dividido por el volumen de un sólido rectangular (líneas) de la misma longitud, altura y ancho, determina el coeficiente de bloque de un barco.

Los coeficientes ^[5] también ayudan a comparar las formas del casco:

1. El coeficiente de bloque ( C _b ) es el volumen (V) dividido por L _WL × B _WL × T _WL . Si dibujas un cuadro alrededor de la parte sumergida del barco, es la relación del volumen de la caja ocupado por el barco. Da una idea de qué parte del bloque definido por L _WL , manga (B) y calado (T) está lleno por el casco. Las formas completas, como los petroleros, tendrán un C _b alto , mientras que las formas finas, como los veleros, tendrán un C _b bajo .
   $${\displaystyle C_{b}={\frac {V}{L_{WL}\cdot B_{WL}\cdot T_{WL}}}}$$
2. El coeficiente central ( C _m o C _x ) es el área de la sección transversal (A _x ) de la sección en el centro del barco (o en la sección más grande para C _x ) dividida por la manga x el calado. Muestra la relación entre la sección submarina más grande del casco y un rectángulo del mismo ancho y profundidad total que la sección submarina del casco. Esto define la plenitud de los bajos. Una C _m baja indica una sección media recortada y una C _m alta indica una sección con forma de caja. Los veleros tienen una sección media recortada con C _x bajo , mientras que los buques de carga tienen una sección cuadrada con C _x alto para ayudar a aumentar el C _b .
   $${\displaystyle C_{m}={\frac {A_{m}}{B_{WL}\cdot T_{WL}}}}$$
3. El coeficiente prismático ( C _p ) es el volumen (V) dividido por L _WL x A _x . Muestra la relación entre el volumen sumergido del casco y el volumen de un prisma con la misma longitud que el barco y un área de sección transversal igual a la sección sumergida más grande del casco (sección central). Esto se utiliza para evaluar la distribución del volumen de los bajos. Un C _p bajo o fino indica una sección media completa y extremos finos, un C _p alto o completo indica un barco con extremos más llenos. Los cascos de planeo y otros cascos de alta velocidad tienden a tener un Cp más _alto . Los cascos de desplazamiento eficiente que viajan con un número de Froude bajo tenderán a tener un Cp _bajo .
   $${\displaystyle C_{p}={\frac {V}{L_{WL}\cdot A_{m}}}}$$
4. El coeficiente del plano de flotación ( C _w ) es el área del plano de flotación dividida por L _WL x B _WL . El coeficiente del plano de flotación expresa la plenitud del plano de flotación, o la relación entre el área del plano de flotación y un rectángulo del mismo largo y ancho. Una cifra C _w baja indica puntas finas y una cifra C _w alta indica puntas más llenas. High C _w mejora la estabilidad y el comportamiento de manejo en condiciones difíciles.
   $${\displaystyle C_{w}={\frac {A_{w}}{L_{WL}\cdot B_{WL}}}}$$

Nota:

$${\displaystyle C_{b}=C_{p}\cdot C_{m}}$$

Diseño asistido por ordenador

El uso del diseño asistido por computadora ha reemplazado a los métodos de diseño de barcos basados ​​en papel que se basaban en cálculos manuales y dibujos de líneas. Desde principios de la década de 1990, se han desarrollado una variedad de paquetes de software comerciales y gratuitos especializados en arquitectura naval que brindan capacidades de dibujo 3D combinadas con módulos de cálculo para hidrostática e hidrodinámica. Estos pueden denominarse sistemas de modelado geométrico para arquitectura naval. ^[6]

Ver también

• Pintura antifouling  – Pintura especializada para cascos de barcos
• Barco  – Embarcación para transporte por agua
• casco de catedral
• Chainplate  – Herrajes para veleros
• Revestimiento de cobre  – Revestimiento de casco de barco
• Relación desplazamiento-longitud
• Doble casco  : diseño y método de construcción del casco de un barco.
• Calado  : distancia vertical entre la línea de flotación y la parte inferior del casco (quilla)
• Número de Froude  – Número adimensional; Relación entre la inercia del flujo de un fluido y el campo externo.
• Símbolo de clasificación del casco
• Velocidad del casco  : velocidad a la que la longitud de onda de la proa de un barco es igual a la longitud de la línea de flotación.
• Elevación (fuerza)  : fuerza perpendicular al flujo del fluido circundante.
• Monocasco  : tipo de embarcación o barco que tiene un solo casco.
• Multicasco  – Barco o embarcación con más de un casco
• Arquitectura naval  : disciplina de ingeniería que se ocupa del diseño y construcción de embarcaciones marinas.
• Nelson Checker  : combinación de colores adoptada por los buques de la Royal Navy británica
• Mediciones de barcos  : término o definición relacionado con la medición de las características de un barco.
• Construcción naval  : construcción de barcos y embarcaciones flotantes.
• Submarino  : embarcación capaz de funcionar de forma independiente bajo el agua.
• Casco submarino  : componente estructural e hidrodinámico que encierra el buque.

Notas

1. Sala, Cheryl. "Los barcos con tablas más antiguos del mundo", en Arqueología (Volumen 54, Número 3, mayo/junio de 2001). Instituto Arqueológico de América . Arqueología.org
2. Zeilen: Van principiante tot gevorderde por Karel Heijnen
3. "Reglas de equipamiento de navegación para 2021-2024" (PDF) . World Sailing (Reino Unido) Ltd. Consultado el 14 de octubre de 2022 ., Sección E.1.2 Tipos de apéndices del casco
4. "Convenio internacional sobre arqueo de buques, 1969". Convenciones internacionales . Guía del Almirantazgo y Derecho Marítimo. 1969-06-23 . Consultado el 27 de octubre de 2007 ., Anexo 1, Reglamento para la determinación del arqueo bruto y neto de los buques , Reg. 2(2)(a). En los buques con bordas redondeadas , el punto de medición superior se toma hasta el punto en el que se cruzan los planos de la cubierta y las planchas laterales. Identificación. , Reg. 2(2)(b). Los barcos con cubiertas escalonadas se miden hasta una línea paralela a la parte superior. Identificación. , Reg. 2(2)(c).
5. Rawson, CE; Tupper (1976). Teoría básica del barco . vol. 1 (2ª ed.). Longman. págs. 12-14. ISBN 0-582-44523-X.
6. Ventura, Manuel. "Modelado geométrico de la forma del casco" (PDF) . Centro de Tecnología Marina e Ingeniería Oceánica . Consultado el 29 de marzo de 2018 .

Referencias

• Hayler, William B.; Keever, John M. (2003). Manual del marinero mercante estadounidense . Cornell Maritime Pr. ISBN 0-87033-549-9.
• Turpin, Edward A.; McEwen, William A. (1980). Manual de oficiales de la marina mercante (4ª ed.). Centreville, MD: Cornell Maritime Press. ISBN 0-87033-056-X.