Una proa bulbosa es una bombilla aerodinámica que sobresale o se ensancha en la proa (o la parte delantera) de un barco, justo debajo de la línea de flotación . La llamarada o bulbo modifica la forma en que el agua fluye alrededor del casco , reduciendo la resistencia y aumentando así la velocidad, el alcance, la eficiencia del 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 embarcaciones similares sin ellas. [2] Una proa bulbosa también aumenta la flotabilidad de la parte delantera y, por 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 de operación; esto incluye buques con gran masa (por ejemplo, superpetroleros ) o una alta velocidad de servicio (por ejemplo, buques de pasaje y buques de carga ). [3] Los buques de menor masa (menos de 4.000 TPM ) y aquellos 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 a motor, veleros y yates pequeños.
Se ha descubierto que los arcos con bulbo 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]
Un arco de forma convencional provoca una onda de arco . Un bulbo por sí solo obliga al agua a fluir hacia arriba y sobre él formando un canal. Así, si se añade un bulbo a una proa convencional en la posición adecuada, el valle del bulbo coincide con la cresta de la ola de proa y los dos se anulan, reduciendo la estela del barco . Mientras que inducir otra corriente de olas consume energía del barco, cancelar 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 como una proa bulbosa, pero las olas provenientes de un costado lo golpearían con más fuerza. El arco bulboso y romo también produce una mayor presión en una gran región anterior, lo que hace que la onda del arco comience antes. [6]
La adición de una bombilla al casco de un barco aumenta su área total mojada. A medida que aumenta el área mojada, también aumenta la resistencia. A velocidades mayores y en embarcaciones más grandes, la onda de proa es la mayor fuerza que impide el movimiento hacia adelante de la embarcación a través del agua. Para una embarcación que es pequeña o pasa gran parte de su 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 sólo son significativos en el rango más alto de velocidad de la embarcación, las proas bulbosas no son energéticamente eficientes cuando la embarcación navega fuera de estos rangos, específicamente a velocidades más bajas. [6]
Los arcos bulbosos pueden configurarse de manera diferente, según la interacción diseñada entre la onda del arco y la onda contraria del bulbo. Los parámetros de diseño incluyen:
Las proas bulbosas también disminuyen 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 la forma de un ariete submarino reducía la resistencia a través del agua antes de 1900. [5] El concepto de proa bulbosa se atribuye a David W. Taylor , un arquitecto naval que se desempeñó como jefe de construcción de la Armada de los Estados Unidos durante la Primera Guerra Mundial y que utilizó el concepto (conocido como antepié bulboso) en su diseño del USS Delaware , que entró en servicio en 1910. El diseño de la proa no gozó inicialmente de una amplia aceptación, aunque se utilizó en el crucero de batalla clase Lexington. con gran éxito después de que los dos barcos de esa clase que sobrevivieron al Tratado Naval de Washington fueran convertidos en portaaviones . [7] Esta falta de aceptación cambió en la década de 1920, con el lanzamiento de Bremen y Europa por parte de Alemania . Se les conocía como los galgos del Atlántico Norte de Alemania, dos grandes transatlánticos comerciales que competían por el tráfico transatlántico de pasajeros. Ambos barcos ganaron el codiciado Blue Riband , Bremen en 1929 con una velocidad de cruce de 27,9 nudos (51,7 km/h; 32,1 mph), y Europa superándola en 1930 con una velocidad de cruce de 27,91 nudos. [8]
El diseño comenzó a incorporarse en otros lugares, como se ve en los transatlánticos de pasajeros SS Malolo , SS President Hoover y SS President Coolidge construidos en Estados Unidos, lanzados a finales de los años 1920 y principios de los 1930. Aún así, muchos constructores y propietarios de barcos consideraron la idea como experimental. [9]
En 1935, Vladimir Yurkevich diseñó el superliner francés Normandie, que combinaba un antepié bulboso con un tamaño enorme y una forma de casco rediseñada. Pudo alcanzar velocidades superiores a los 30 nudos (56 km/h). Normandie era famosa por muchas cosas, incluida su entrada limpia al agua y su ola de proa notablemente reducida. El gran rival de Normandía , el transatlántico británico Queen Mary , alcanzó velocidades equivalentes utilizando el diseño tradicional de roda y casco. Sin embargo, una diferencia crucial fue que Normandie alcanzó estas velocidades con aproximadamente un treinta por ciento menos de potencia del motor que el Queen Mary y una reducción correspondiente en el uso de combustible. [ cita necesaria ]
Los diseños de arcos bulbosos también fueron desarrollados y utilizados por la Armada Imperial Japonesa . Se utilizó una modesta proa bulbosa en varios de sus diseños de barcos, incluido el crucero ligero Ōyodo y los portaaviones Shōkaku y Taihō . Se incorporó una solución de diseño de proa bulbosa mucho más radical en sus enormes acorazados clase Yamato , incluidos el Yamato , el Musashi y el portaaviones Shinano . [10]
El arco bulboso moderno fue desarrollado por el Dr. Takao Inui en la Universidad de Tokio durante las décadas de 1950 y 1960, independientemente de la investigación naval japonesa. Inui basó su investigación en hallazgos anteriores de científicos realizados después de que Taylor descubriera que los barcos equipados con una parte delantera bulbosa exhibían características de resistencia sustancialmente menores de lo previsto. El concepto de arco bulboso fue estudiado definitivamente por primera vez por Thomas Havelock, Cyril Wigley y Georg Weinblum, incluido el trabajo de Wigley de 1936 "La teoría del arco bulboso y su aplicación práctica", que examinaba las cuestiones de la producción y amortiguación de las olas. Los artículos científicos iniciales de Inui sobre el efecto de la proa bulbosa en la resistencia a las olas se recopilaron en un informe publicado por la Universidad de Michigan en 1960. Su trabajo llamó la atención generalizada con su artículo "Resistencia a las olas de los barcos", publicado por la Sociedad de Marina. Architects and Marine Engineers en 1962. Finalmente se descubrió que la resistencia se podía reducir en aproximadamente un cinco por ciento. 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 necesaria ]
Los arcos bulbosos encarnan las siguientes características definitorias: [5]
Si bien el objetivo principal de dichas bombillas es reducir la potencia necesaria para impulsar una embarcación a su velocidad de funcionamiento, sus características de comportamiento en el mar también son importantes. Las características de formación de olas de un barco a su velocidad de funcionamiento se reflejan en su número de Froude . [11] [Nota 1] Un diseñador de barcos puede comparar la eslora en la línea de flotación para un diseño con y sin una bombilla necesaria para impulsar el barco a su velocidad de funcionamiento. Cuanto mayor sea la velocidad, mayor será el beneficio de la proa bulbosa al disminuir la necesidad de una línea de agua más larga para lograr el mismo requisito de potencia. Los bulbos suelen tener forma de V en la parte inferior para minimizar los golpes en mares agitados. [5]
