¿Qué es la okupación de barcos?

Aug 03, 2023

En nuestro artículo anterior, analizamos en detalle el espacio libre de la quilla bajo el agua y su importancia. También aprendimos brevemente sobre el efecto de hundimiento de los barcos y sus implicaciones en el espacio libre de la quilla bajo el agua. En este artículo vamos a discutir un poco más sobre este interesante fenómeno hidrodinámico.

El hundimiento es un fenómeno hidrodinámico que se produce cuando una embarcación navega en aguas poco profundas; es decir, hay una extensión limitada de profundidad disponible en la región de interés. Como resultado de agacharse, el barco tiende a hundirse o experimenta una pérdida repentina de calado. Este efecto conlleva el riesgo de encallamiento del buque si la profundidad en las aguas adyacentes es insuficiente.

En primer lugar, cuando comenzamos a discutir el efecto de sentadilla, es importante revisar algunos de los conceptos básicos de la hidrodinámica y la física de los fluidos.

Desde los principios básicos de la naturaleza, cualquier fluido que pase a través de un espacio o sistema finito tendrá un flujo volumétrico constante, suponiendo que el flujo sea estable, no viscoso, incompresible y que no haya pérdidas.

En términos más simples, en un momento dado, cualquier volumen de fluido que ingrese a un sistema cerrado seguirá siendo el mismo cuando salga del sistema, siempre que cumpla las condiciones antes mencionadas. La representación más simple de este problema sería una tubería con diferentes áreas de sección transversal (A1 y A2) en la entrada y salida.

Supongamos que una corriente de agua pura que tiene un volumen V ingresa a la tubería a través de la entrada A1; el mismo volumen V emanaría de la salida A2 suponiendo que no se produzcan pérdidas u otros efectos.

Ahora, considere que el área de salida A2 es más pequeña que la entrada A1. ¿Lo que sucederá? En cierto momento, el volumen que ingresa al sistema debe seguir siendo el mismo que el volumen que sale. Por lo tanto, para mantener esta igualdad, el caudal o la velocidad del flujo aumenta.

Por lo tanto, el caudal en la salida A2 sería mayor que en A1, de modo que salga el mismo volumen de agua que el volumen ingresado en un momento dado. Por lo tanto, de la relación simple: A1 X V1 = A2 X V2 (A1>A2)

Donde A1 y A2 son las áreas, mientras que V1 y V2 son los caudales de entrada y salida, respectivamente.

Como A1 es mayor que A2, la velocidad del flujo V2 es mayor que V1. Cada lado de esta ecuación tiene unidades de metro cúbico por segundo (metro cuadrado m2 X metro por segundo m/s), lo que esencialmente significa que el caudal volumétrico o el volumen de agua que pasa por la región considerada en cualquier punto dado de el tiempo es constante.

Debemos haber leído sobre el principio de Bernoulli que gobierna los flujos simples en algún momento. Este concepto de flujo va un paso por delante de la teoría antes mencionada y describe el flujo también en términos de presión. ¿Qué es la presión en los fluidos? La presión en los fluidos es de dos tipos: estática y dinámica.

Considere un objeto en lo profundo del agua a una profundidad de h. Como sabemos, la presión estática que actúa sobre el objeto es la presión estática que se puede definir como el producto de la densidad (ρ), la aceleración de la gravedad (g=9,81 m/s2) y la profundidad (h). [presión estática = ρ X g X h].

En un ambiente perfectamente tranquilo como un tanque cerrado lleno de agua, cualquier objeto ubicado a cierta profundidad experimentaría predominantemente una presión estática simple como se define. La base de la presión estática es la energía potencial.

En la mayoría de los entornos físicos, como mares, ríos, arroyos, etc., también existe una cantidad significativa de presión asociada con la cinética o el movimiento del flujo, conocida como presión dinámica.

La magnitud de esta presión depende únicamente de la velocidad del flujo para una densidad determinada del fluido. Este componente de la presión está relacionado con la energía cinética asociada al fluido. Se puede definir como la mitad del producto de la densidad y el cuadrado de la velocidad del flujo. [Presión dinámica = ½ X ρ X V2].

Según el principio de Bernoulli, la suma de los componentes estático y dinámico de la presión permanece esencialmente constante en una zona considerada.

Presión estática (ρgh) + Presión dinámica (½ ρ V2 ) = constante (P)

Expresado de otra manera, P + ½ ρ V2 + ρgh = 0

Por tanto, según esta relación, los componentes estático y dinámico de la presión están inversamente relacionados entre sí.

Esta misma teoría forma la base del efecto de hundimiento en los buques. Ahora, mira la figura donde un barco se mueve en aguas poco profundas.

Tenga en cuenta cuidadosamente que para el flujo que viene del lado opuesto, hay una disminución significativa en el área cuando encuentra el vaso.

La aplicación del concepto de continuidad del flujo conduce a un mayor caudal debido al espacio reducido. De ahora en adelante, la intensidad del flujo aumenta dramáticamente debajo del buque en la región de espacio libre restringido entre el buque y el fondo marino.

En este punto, debido al aumento del caudal en la parte inferior del casco, la presión dinámica también aumenta. Esto conduce a una disminución del componente estático de la presión como se explicó anteriormente.

Como la presión estática o, más precisamente, la presión hidrostática está estrechamente relacionada con las fuerzas de flotabilidad implicadas en la flotación del buque, esta caída de presión se manifiesta en forma de pérdida de flotabilidad y, en consecuencia, de un hundimiento del buque.

Este efecto de hundimiento o pérdida de calado debido a la caída de la presión estática es el problema de hundimiento que se experimenta en embarcaciones con calados poco profundos donde hay un margen de separación limitado entre la parte inferior del casco y el fondo marino.

Ahora existe la idea errónea de que ponerse en cuclillas hace que el barco se hunda uniformemente en el calado. Sin embargo, este no es el caso.

Estar en cuclillas a menudo conduce a recortes, curación o corrientes de aire diferenciales. Al mismo tiempo, además, un buque que ya se encuentra en condiciones de escora o trimado se encuentra con el problema de agacharse de manera diferente que un buque con la quilla nivelada. Continúe leyendo a continuación para obtener más conocimientos sobre esto.

Ahora, resumamos rápidamente los factores que gobiernan la sentadilla y su extensión.

Profundidad: Como se mencionó anteriormente, la profundidad es el factor más importante. Cuanto menor sea la profundidad disponible, menor será el espacio disponible debajo de la quilla y, por lo tanto, más pronunciados serán los efectos de agacharse.

Borrador:De manera similar, para los buques de mayor desplazamiento con calados más bajos, mayores son los efectos del agachamiento debido al mayor calado y al bajo espacio libre debajo de la quilla entre la parte inferior del casco y el fondo marino.

Velocidad: La velocidad del barco también juega un papel muy importante. Como hemos visto, debido al menor espacio libre bajo el casco, el caudal aumenta drásticamente y esto provoca la caída de presión.

Ahora, el patrón de este flujo está aún más influenciado por el movimiento del barco. Si la dirección del recipiente y el flujo son los mismos debido a una interferencia constructiva, la velocidad relativa del agua aumenta aún más.

Este caudal inherentemente mayor alcanza un valor más alto cuando pasa por debajo del casco, lo que exacerba aún más los efectos de agachamiento.

Si la dirección del flujo es opuesta, también en este caso el efecto de hundimiento es bastante pronunciado pero algo menor que en el caso de una interferencia constructiva. Los efectos de ponerse en cuclillas son comparativamente menores cuando la embarcación tiene una velocidad muy baja o nula.

Coeficiente de bloque: Mencionamos anteriormente que agachar una embarcación está relacionado con escora o trimado. El coeficiente de bloqueo del barco juega un papel importante en las características de asiento.

Se ha observado que un buque con un coeficiente de bloqueo superior a 0,7, es decir, si el buque tiene un casco considerablemente inclinado (como los petroleros o graneleros), hay una tendencia a compensar hacia adelante, asumiendo que otras condiciones son fijas y el buque anteriormente en equilibrio. Por el contrario, para los buques que tienen una forma más fina (coeficiente de bloque < 0,7), hay una tendencia a recortarse hacia popa.

Topología y naturaleza del fondo marino: Hemos discutido mucho de esto en nuestro artículo anterior sobre la limpieza de la quilla bajo el agua. El fondo marino rara vez es de naturaleza uniforme. Por lo tanto, la naturaleza y las características topológicas del fondo marino o lecho también juegan un papel muy importante en los efectos de okupación.

Consideremos, por ejemplo, un barco que flota sobre una quilla uniforme en un calado poco profundo en un fondo marino que tiene una naturaleza diferencial, como se muestra. Como hay un margen o espacio libre más bajo cerca del extremo delantero en comparación con el de popa, el efecto de sentadilla aumenta cerca de la proa. Por lo tanto, el barco tiende a inclinarse hacia el frente.

En este punto también entra en juego el factor anterior. Si el barco tiene buena forma, tiene una tendencia inherente a inclinarse hacia atrás, y el equilibrio hacia proa puede ser bastante menor. Sin embargo, en el peor de los casos, si el barco también es engañado, este ajuste por parte de la proa aumenta considerablemente y el barco corre un riesgo muy alto de salirse de la proa.

Condiciones ya existentes de tacón y adorno:Si el buque tiene calados diferenciales transversal o longitudinalmente, debido a la escora o el asiento, el efecto de agachamiento esencialmente aumenta aún más hacia donde el calado es mayor (y el espacio libre es bajo), como se explica.

Aguas restringidas o no restringidas: Cuando la embarcación también se encuentra en un área restringida de agua como un canal, los efectos de hundimiento aumentan aún más a medida que el flujo de agua aumenta aún más debido a los límites físicos tanto en forma vertical como horizontal. Además, en aguas restringidas se produce un efecto similar al de agacharse en dirección lateral que tira de la embarcación hacia los costados en lo que se conoce como efecto de peralte o succión. Discutiremos esto en detalle en algunos artículos futuros.

Otros factores diversos, como la densidad del tráfico de embarcaciones, las olas, el estado del mar, los movimientos de navegación de la embarcación, etc.

La interacción de todos estos factores en cantidades variables decide el alcance y la naturaleza de la okupación.

Puesto que la okupación es un efecto muy aleatorio y complicado, que depende de la interacción de varios factores y que, a menudo, también de forma dinámica, no existe un cálculo definitivo. Los cálculos han cambiado con el tiempo y, a menudo, se derivan hidrodinámicamente, basándose en métodos numéricos o experimentales.

Sin embargo, a efectos prácticos, la mayoría de los cálculos se basan en tres factores muy importantes: velocidad, forma del casco y desplazamiento.

Una fórmula empírica muy simplista que se ha utilizado para calcular la extensión de la sentadilla es la siguiente:

Sentadilla= k X Coeficiente de bloqueo X (V2/100)

Donde V es la velocidad del barco. K es igual a 2 para condiciones de agua confinada, lo que es congruente con la teoría de que el efecto de sentadilla aumenta más en condiciones de agua confinada, como se analizó anteriormente.

En otros lugares se puede tomar como 1.

Varios software o herramientas hidrodinámicas basados ​​en modelos computacionales y simulaciones en tiempo real han hecho que las estimaciones de okupación sean más realistas y precisas.

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Subhodeep es graduado en Arquitectura Naval e Ingeniería Oceánica. Interesado en las complejidades de las estructuras marinas y los aspectos del diseño basado en objetivos, se dedica a compartir y difundir conocimientos técnicos comunes dentro de este sector que, en este mismo momento, requiere un cambio para volver a florecer y recuperar su antigua gloria.