Casco (embarcación)

Líneas de forma de casco, longitudinal y transversal

Un casco es el cuerpo estanco de un barco, embarcación o hidroavión. El casco puede abrirse en la parte superior (como un bote), o puede estar total o parcialmente cubierto con una cubierta. Encima de la cubierta puede haber una caseta y otras superestructuras, como una chimenea, 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

Nave sobre el agua con todo el casco visible

Existe una amplia variedad de tipos de casco que se eligen según su idoneidad para diferentes usos, y la forma del casco depende de las necesidades del diseño. Las formas van desde una caja casi perfecta en el caso de las barcazas 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 (comodidad, transporte de carga y estabilidad), la hidrodinámica (velocidad, requisitos de potencia y movimiento y comportamiento en mar abierto) y consideraciones especiales para el papel del barco, como la proa redondeada de un rompehielos o el fondo plano de una lancha de desembarco.

En un barco de acero moderno típico, el casco tendrá cubiertas estancas y elementos transversales importantes llamados mamparos. También puede haber miembros intermedios como vigas, largueros y almas, y miembros menores llamados pórticos transversales ordinarios, pórticos o longitudinales, según la disposición estructural. La cubierta continua superior puede llamarse "cubierta superior", "cubierta de intemperie", "cubierta de largueros", "cubierta principal", o simplemente "cubierta". El nombre particular dado depende del contexto: el tipo de barco o bote, el arreglo o incluso el lugar donde navega.

En un velero de madera típico, el casco está construido con tablones de madera, sostenidos por marcos transversales (a menudo denominados nervaduras) y mamparos, que además se unen mediante largueros longitudinales o techo. A menudo, pero no siempre, hay un miembro longitudinal en la línea 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 ser de una disposición monocasco. En muchos casos, los cascos compuestos se construyen intercalando delgadas pieles reforzadas con fibra sobre un núcleo liviano pero razonablemente rígido de espuma, madera de balsa, panal de papel impregnado u otro material.

Quizás los primeros cascos adecuados fueron construidos por los antiguos egipcios, quienes en el año 3000 a. C. sabían cómo ensamblar tablones de madera en un casco.

Formas del casco

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

• Chined y hard-chined. Ejemplos son el plano-bottom (chined), v-bottom, y el casco multi-chine (severalmente más suaves chines duros, todavía no suave). Estos tipos tienen al menos un nudillo pronunciado a lo largo de todo o la mayor parte de su longitud.
• Moldeados, redondos apilados o suaves. Estas formas de casco tienen curvas suaves. Ejemplos son el achique redondo, el achique semi-redonda y el casco s-bottom.

Cascos de planeo y desplazamiento

Royal Navy World War II MTB planeando a velocidad en agua tranquila mostrando su casco de la chimenea dura con la mayor parte de la parte delantera del barco fuera del agua.

• Huelga de desplazamiento: aquí el casco es apoyado exclusivamente o predominantemente por buoyancy. Los vasos que tienen este tipo de casco viajan a través del agua a un ritmo limitado que se define por la longitud de la línea de agua excepto para cascos especialmente estrechos, como los multihulls de vela que son menos limitados de esta manera.
• Huelga de planificación: aquí, el formulario de casco de planificación está configurado para desarrollar presión dinámica positiva para que su proyecto disminuya con velocidad creciente. El elevador dinámico reduce la superficie mojada y por lo tanto también el arrastre. A veces son de base plana, a veces V-bottomed y más raramente, redondeados. La forma más común es tener por lo menos un chine, lo que hace para una planificación más eficiente y puede tirar el spray hacia abajo. Los cascos de planificación son más eficientes a velocidades más altas, aunque todavía requieren más energía para alcanzar estas velocidades. Un casco de planificación eficaz debe ser lo más ligero posible con superficies planas que sean compatibles con el buen mantenimiento del mar. Barcos de vela que el avión también debe navegar eficientemente en modo de desplazamiento en vientos ligeros.
• Semi-desplazamiento, o semiplanificación: aquí la forma de casco es capaz de desarrollar una cantidad moderada de elevación dinámica; sin embargo, la mayor parte del peso de la nave sigue siendo soportada a través de la flotabilidad.

Formas del casco

En la actualidad, la forma más utilizada es el casco de sentina redondo.

Con una carga útil pequeña, una embarcación de este tipo tiene menos casco por debajo de la línea de flotación, lo que ofrece 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 usa con los cascos de planeo.

Cascos de barbilla y barbilla dura

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

La "piragua" cajún es un ejemplo de una embarcación con barbillas duras.

Los beneficios de este tipo de casco incluyen un costo de producción potencialmente más bajo y un fondo (generalmente) bastante plano, lo que hace que el barco planee más rápido. Un casco de pantoque duro resiste el balanceo (en aguas tranquilas) más que un casco con pantoques redondeados (el pantoque crea turbulencia y resistencia al arrastre resistiendo el movimiento de balanceo, mientras se mueve a través del agua, el pantoque redondeado proporciona menos resistencia al flujo alrededor del giro). En mares agitados, esto puede hacer que el barco se balancee más, ya que el movimiento arrastra primero hacia abajo, luego hacia arriba, en un lomo: como resultado, los barcos de sentina redonda son más amables con las olas.

Los cascos con pantoque pueden tener una de estas tres formas:

• Altos cascos abatidos plano
• Huellas multichinadas
• V-bottom chined hulls. A veces se llama chine duro.

Cada uno de estos cascos de lomo tiene sus propias características y usos únicos. El casco de fondo plano tiene alta estabilidad inicial pero alta resistencia. Para contrarrestar la gran resistencia, las formas del casco son estrechas y, a veces, severamente cónicas en la proa y la popa. Esto conduce a una mala estabilidad cuando se escora en un velero. Esto a menudo se contrarresta mediante el uso de lastre interior pesado en las versiones de vela. Se adaptan mejor a las aguas costeras protegidas. Las primeras lanchas motoras de regata eran finas hacia adelante y planas hacia atrás. Esto produjo una sustentación máxima y un viaje suave y rápido en aguas planas, pero esta forma de casco se altera fácilmente en las olas. El casco multi-mentón se aproxima a una forma de casco curvo. Tiene menos arrastre 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 de pantoque con fondo de arco o V tienen una forma de V entre 6° y 23°. Esto se llama punto muerto ángulo. La forma más plana de un casco de 6 grados planeará con menos viento o con un motor de menor potencia, pero golpeará más con las olas. La forma V profunda (entre 18 y 23 grados) solo es adecuada a los barcos de planeo de alta potencia. Requieren motores más potentes para levantar el bote hasta el avión, pero brindan un viaje más rápido y suave en las olas. Los cascos con barbilla de desplazamiento tienen más área de superficie mojada, por lo tanto, más resistencia, que una forma equivalente de casco redondo, para cualquier desplazamiento dado.

Cascos de curva suave

Los cascos de curva suave son cascos que utilizan, al igual que los cascos curvos, una orza o una quilla adosada.

Los cascos de sentina semiredondos son algo menos redondos. La ventaja de la semirredondo es que es un buen punto medio entre la parte inferior en S y el casco con barbilla. Se pueden encontrar ejemplos típicos de un casco de sentina semicircular en los botes de vela ligera Centaur y Laser.

Comparación de tres tipos de cascos:

1. S-bottom hull
2. casco de chine duro y
3. suave chine hull

S-bottom son cascos de barcos de vela con una media sección transversal en el centro del barco en forma de s. En la parte inferior, el casco tiene sentinas redondas y se fusiona suavemente con la quilla, y no hay esquinas afiladas en los costados del casco entre la línea central de la quilla y la línea de arrufo. 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 en la 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. Ejemplos de pequeños veleros que utilizan esta forma de S son el Yngling y el Randmeer.

Anexos

• Se pueden instalar dispositivos de control como timón, pestañas o aletas estabilizadoras.
• Una quilla se puede montar en un casco para aumentar la estabilidad transversal, la estabilidad direccional o para crear ascensor.
• Los apéndices retráctil incluyen tableros de centro y tableros de daga.
• Una protrusión hacia adelante debajo de la línea de agua se llama arco bulboso. Estos están equipados en algunos cascos para reducir la resistencia a la fabricación de ondas y así aumentar la eficiencia del combustible. Los bulbos instalados en la popa son menos comunes pero cumplen una tarea similar.

Términos

• Base de referencia es una línea de referencia de nivel desde la cual se miden las distancias verticales.
• Bow es la parte frontal del casco.
• Amidships es la parte media de la embarcación en la dirección delantera y izquierda.
• Puerto es el lado izquierdo de la nave cuando se enfrenta al arco de a bordo.
• Starboard es el lado derecho de la nave cuando se enfrenta al arco desde a bordo.
• Stern es la parte trasera del casco.
• Waterline es una línea imaginaria que circunscribe el casco que coincide con la superficie del agua cuando el casco no se mueve.

Métricas

Medidas de casco principales

"LWL & LOA"

Las formas del casco se definen de la siguiente manera:

Medidas de bloque que definen las dimensiones principales. Están:

• Beam o amplitud (B) es el ancho del casco. (ex: BWL es el haz máximo en la línea de agua)
• Proyecto (d) o (T) es la distancia vertical de la parte inferior de la quilla a la línea de agua.
• FreeboardFB) es profundidad más la altura de la estructura del quilla menos proyecto.
• Longitud en la línea de agua (LWL) es la longitud desde el punto más adelante de la línea de agua medida en perfil hasta el punto más bajo de la línea de agua.
• Duración entre perpendiculares (LBP o LPP) es la longitud de la línea de agua de carga de verano desde la popa hasta el punto donde cruza el tallo. (véase también p/p)
• Duración generalLOA) es la longitud extrema de un extremo al otro.
• Profundidad moldeadaD) es la distancia vertical medida desde la parte superior de la quilla a la parte inferior de la cubierta superior a lado.

Derivadas de forma que se calculan a partir de la forma y las medidas del bloque. Están:

• Desplazamiento (Δ) es el peso del agua equivalente al volumen inmerso del casco.
• Longitudinal centre of buoyancy (LCB) es la posición longitudinal del centroide del volumen desplazado, a menudo dada como la distancia de un punto de referencia (a menudo los midships) al centroide del volumen desplazado estático. Tenga en cuenta que el centro longitudinal de gravedad o centro del peso del buque debe alinearse con el LCB cuando el casco está en equilibrio.
• Centro longitudinal de flotación (LCF) es la posición longitudinal del centroide de la zona del plan de agua, generalmente expresada como distancia longitudinal desde un punto de referencia (a menudo los midships) al centro de la zona del plan de agua estática. Esto se puede visualizar como el área definida por la superficie del agua y el casco.
• Centro vertical de buoyancia (VCB) es la posición vertical del centroide del volumen desplazado, generalmente dada como una distancia de un punto de referencia (como la base) al centro del volumen desplazado estático.
• Volumen (V o Silencio) es el volumen de agua desplazada por el casco.

El coeficiente de bloque de un barco se calcula como la relación del volumen submarino del casco (teal) del barco al volumen de un bloque rectangular de la misma longitud, anchura y altura.

Los coeficientes también ayudan a comparar las formas del casco:

1. Coeficiente del bloque ()C_b) es el volumen (V) dividido por la L_WL × B_WL ×_WL. Si dibujas una caja alrededor de la parte sumergida de la nave, es la relación del volumen de caja ocupado por la nave. Da un sentido de cuánto del bloque definido por la L_WL, viga (B) " borrador (T) se llena por el casco. Formas completas como los petroleros tendrán un alto C_b donde formas finas como los veleros tendrán un bajo C_b.
   Cb=VLWL⋅ ⋅ BWL⋅ ⋅ TWL{displaystyle C_{b}={frac {V}{L_{WL}cdot B_{WL}cdot T.

   
2. Coeficiente de intermediación ()C_m o C_x) es el área transversal (A)_x) de la rebanada en las naves medias (o en la sección más grande para C_x) dividido por viga x borrador. Muestra la relación de la sección subacuática más grande del casco a un rectángulo de la misma anchura y profundidad que la sección submarina del casco. Esto define la plenitud del cuerpo interior. Un bajo C_m indica un corte de sección media y un alto C_m indica una forma de sección boxeada. Los botes tienen una sección cortada media con baja C_x mientras que los buques de carga tienen una sección boxeada con alta C_x para ayudar a aumentar la C_b.
   Cm=AmBWL⋅ ⋅ TWL{displaystyle C_{m}={frac {A_{m}{B_{WL}cdot T.

   
3. Coeficiente prismático ()C_p) es el volumen (V) dividido por L_WLx A_x. Muestra la relación del volumen inmerso del casco a un volumen de un prisma con igual longitud a la nave y zona transversal igual a la sección subacuática más grande del casco (sección de medio). Esto se utiliza para evaluar la distribución del volumen del subcuerpo. Una C baja o fina_p indica una sección media completa y finos extremos, un C alto o completo_p indica un barco con extremos más completos. Los cascos de planificación y otros cascos de alta velocidad tienden hacia un C superior_p. Los cascos de desplazamiento eficientes que viajan a un número bajo de Froude tienden a tener un bajo C_p.
   Cp=VLWL⋅ ⋅ Am{displaystyle C_{p}={frac {V}{L_{WL}cdot A_{m}}}

   
4. Coeficiente de los planes de agua ()C_w) es el área del plan de agua dividida por L_WL x B_WL. El coeficiente del plan de agua expresa la plenitud del plan de agua, o la relación del área del plan de agua a un rectángulo de la misma longitud y anchura. Un bajo C_w figura indica fines finos y un alto C_w la figura indica los extremos más completos. High C_w mejora la estabilidad y el manejo del comportamiento en condiciones difíciles.
   Cw=AwLWL⋅ ⋅ BWL{displaystyle C_{w}={frac {A_{w} {L_{WL}cdot B.

   

Nota:

Cb=Cp⋅ ⋅ Cm{displaystyle C_{b}=C_{p}cdot C_{m}

Diseño asistido por computadora

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 lineales. 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 en 3D combinadas con módulos de cálculo para hidrostática e hidrodinámica. Estos pueden denominarse sistemas de modelado geométrico para la arquitectura naval.