Catamarán
Un catamarán () (informalmente, un "gato") es una embarcación multicasco con dos cascos paralelos de igual tamaño. Es una embarcación de geometría estabilizada, que deriva su estabilidad de su manga ancha, en lugar de una quilla lastrada como ocurre con un barco monocasco. Los catamaranes suelen tener menos volumen de casco, menor desplazamiento y menor calado (calado) que los monocascos de eslora comparable. Los dos cascos combinados también suelen tener una resistencia hidrodinámica menor que los monocascos comparables, lo que requiere menos potencia de propulsión de las velas o los motores. La posición más amplia del catamarán en el agua puede reducir tanto la escora como el movimiento inducido por las olas, en comparación con un monocasco, y puede reducir las estelas.
Los catamaranes fueron inventados por los pueblos austronesios que permitieron su expansión a las islas de los océanos Índico y Pacífico.
Los catamaranes varían en tamaño, desde pequeños barcos de vela o de remos hasta grandes barcos navales y transbordadores de automóviles con carga rodada. La estructura que conecta los dos cascos de un catamarán varía desde un marco simple atado con correas para sostener a la tripulación hasta una superestructura de puente que incorpora una amplia cabina y/o espacio de carga.
Historia
Los catamaranes de Oceanía y el sudeste asiático marítimo se convirtieron en la inspiración para los catamaranes modernos. Hasta el siglo XX, el desarrollo de catamaranes se centró principalmente en conceptos impulsados por velas.
Etimología
La palabra "catamarán" se deriva de la palabra tamil, kattumaram (கட்டுமரம்), que significa "troncos unidos" y es un tipo de balsa de un solo casco hecha de tres a siete troncos de árboles amarrados entre sí. El término ha evolucionado en el uso inglés para referirse a embarcaciones de doble casco.
Desarrollo en Oceanía y Asia
Los barcos tipo catamarán fueron una tecnología temprana de los pueblos austronesios. Los primeros investigadores como Heine-Geldern (1932) y Hornell (1943) alguna vez creyeron que los catamaranes evolucionaron a partir de canoas con estabilizadores, pero los autores modernos que se especializan en las culturas austronesias como Doran (1981) y Mahdi (1988) ahora creen que es todo lo contrario.
Dos canoas unidas desarrolladas directamente a partir de tecnologías mínimas de balsa de dos troncos atados juntos. Con el tiempo, la forma de canoa de doble casco se convirtió en la canoa doble asimétrica, donde un casco es más pequeño que el otro. Eventualmente, el casco más pequeño se convirtió en el prototipo de estabilizador, dando paso a la canoa de estabilizador único, y luego a la canoa de estabilizador único reversible. Finalmente, los tipos de estabilizadores simples se convirtieron en canoas (o trimaranes) de estabilizadores dobles.
Esto también explicaría por qué las poblaciones austronesias más antiguas en la isla del sudeste asiático tienden a preferir las canoas de doble estabilizador, ya que mantienen estables a los barcos cuando viran. Pero todavía tienen pequeñas regiones donde todavía se utilizan catamaranes y canoas de un solo estabilizador. En contraste, las poblaciones descendientes periféricas más distantes en Oceanía, Madagascar y las Comoras conservaron los tipos de canoas de doble casco y de un solo estabilizador, pero la tecnología para los estabilizadores dobles nunca los alcanzó (aunque existe en el oeste de Melanesia). Para hacer frente al problema de la inestabilidad del barco cuando el estabilizador mira a sotavento al virar, en su lugar desarrollaron la técnica de maniobras en la navegación, junto con estabilizadores individuales reversibles.
A pesar de ser la forma más "primitiva" de canoas con estabilizadores, fueron, no obstante, eficaces y permitieron a los marinos polinesios viajar a islas lejanas del Pacífico.
Catamaranes tradicionales
La siguiente es una lista de catamaranes austronesios tradicionales:
- Island Melanesia:
- Fiji: Drua (o waqa tabu)
- Papua Nueva Guinea: Lakatoi
- Tonga: Hamatafua, kalia, tongiaki
- Polinesia
- Islas Cook: Vaka katea
- Hawaii: Waa kaulua
- Marquesas: Vaka touua
- Nueva Zelandia: Waka hourua
- Samoa: . Alia, amatasi, va'a-tele
- Society Islands: Pahi, tipairua
Desarrollo occidental de catamaranes de vela
El primer ejemplo documentado de velero de doble casco en Europa fue diseñado por William Petty en 1662 para navegar más rápido, en aguas menos profundas, con viento más suave y con menos tripulación que otras embarcaciones de la época. Sin embargo, el diseño inusual se encontró con escepticismo y no fue un éxito comercial.
El diseño permaneció relativamente poco utilizado en Occidente durante casi 160 años hasta principios del siglo XIX, cuando el inglés Mayflower F. Crisp construyó un barco mercante de dos cascos en Rangún, Birmania. El barco fue bautizado como Original. Crisp lo describió como "un barco de alta mar de navegación rápida; comerciaba durante el monzón entre Rangún y las provincias de Tenasserim durante varios años.
Más tarde ese siglo, el estadounidense Nathanael Herreshoff construyó un velero de doble casco de su propio diseño (patente de EE. UU. n.º 189,459). La embarcación, Amaryllis, participó en su regata inaugural el 22 de junio de 1876 y se desempeñó extraordinariamente bien. Su debut demostró las claras ventajas de rendimiento que ofrecen los catamaranes sobre los monocascos estándar. Fue a raíz de este evento, la Regata del Centenario del New York Yacht Club, que los catamaranes quedaron excluidos de las clases regulares de vela, y así fue hasta la década de 1970. El 6 de junio de 1882, tres catamaranes del Southern Yacht Club de Nueva Orleans compitieron en un recorrido de 15 mn en el lago Pontchartrain y el barco ganador en la clase de catamaranes, Nip and Tuck, venció al balandro más rápido.;s tiempo por más de cinco minutos.
En 1936, Eric de Bisschop construyó una "canoa doble" polinesia; en Hawái y navegó a casa para recibir la bienvenida de un héroe en Francia. En 1939, publicó sus experiencias en un libro, Kaimiloa, que fue traducido al inglés en 1940.
Roland y Francis Prout experimentaron con catamaranes en 1949 y convirtieron su fábrica de barcos de 1935 en Canvey Island, Essex (Inglaterra), en producción de catamaranes en 1954. Sus catamaranes Shearwater ganaron fácilmente carreras contra monocascos. El Yellow Bird, un Shearwater III construido en 1956 y pilotado con éxito por Francis Prout en la década de 1960, se encuentra en la colección del Museo Marítimo Nacional de Cornualles. Prout Catamarans, Ltd. diseñó un aparejo de popa de mástil con el mástil a popa de la mitad del barco para soportar un foque agrandado, más del doble del tamaño de la vela mayor reducida del diseño; se produjo como el modelo Snowgoose. La supuesta ventaja de este plan de vela era disminuir cualquier tendencia a que la proa del barco se hundiera.
A mediados del siglo XX, los beachcats se convirtieron en una categoría generalizada de catamaranes de vela, debido a su facilidad de botadura y producción en masa. En California, un fabricante de tablas de surf, Hobie Alter, produjo la Hobie 14 de 110 kg (250 libras) en 1967, y dos años más tarde la Hobie 16, más grande e incluso más exitosa. En 2016, la Hobie 16 todavía se fabricaba con se han fabricado más de 100.000.
Los catamaranes se introdujeron en la navegación olímpica en 1976. El catamarán Tornado a dos manos fue seleccionado para la disciplina de multicascos en los Juegos Olímpicos de 1976 a 2008. Fue rediseñado en 2000. El Nacra 17 frustrante se utilizó en los Juegos Olímpicos de Tokio 2020, que se celebraron en 2021; después de la adopción en 2015 del Nacra 15 como una clase de Campeonatos Mundiales Juveniles y como una nueva clase para los Juegos Olímpicos de la Juventud.
Rendimiento
Los catamaranes tienen dos características principales de rendimiento distintas que los distinguen de las embarcaciones monocasco de desplazamiento: menor resistencia al paso por el agua y mayor estabilidad (resistencia inicial a volcar). Elegir entre una configuración de monocasco y catamarán incluye consideraciones de capacidad de carga, velocidad y eficiencia.
Resistencia
A velocidades de bajas a moderadas, el casco de un catamarán ligero experimenta una resistencia al paso por el agua que es aproximadamente proporcional al cuadrado de su velocidad. Un monocasco de desplazamiento, en comparación, experimenta una resistencia que es al menos el cubo de su velocidad. Esto significa que un catamarán necesitaría cuatro veces más potencia para doblar su velocidad, mientras que un monocasco necesitaría ocho veces más potencia para doblar su velocidad, partiendo de una velocidad lenta. Para los catamaranes a motor, esto implica plantas de energía más pequeñas (aunque normalmente se requieren dos). Para los catamaranes de vela, la baja resistencia hacia adelante permite que las velas obtengan potencia del flujo adjunto, su modo más eficiente, análogo a un ala, lo que lleva al uso de velas de alas en embarcaciones de carreras.
Estabilidad
Los catamaranes se basan principalmente en la estabilidad de la forma para resistir la escora y el vuelco. Comparación de la estabilidad escorante de un monocasco de sección rectangular de manga, B, frente a dos cascos de catamarán de manga B/2, separados por una distancia, 2×B, determina que el catamarán tiene una resistencia inicial a la escora siete veces superior a la del monocasco. En comparación con un monocasco, un catamarán de vela de crucero tiene una alta resistencia inicial a la escora y al vuelco: un barco de quince metros requiere cuatro veces más fuerza para iniciar un vuelco que un monocasco equivalente.
Compensaciones
Una medida del compromiso entre la velocidad y la capacidad de carga es el número de Froude de desplazamiento (FnV), en comparación con la eficiencia del transporte en aguas tranquilas. FnV se aplica cuando la longitud de la línea de flotación depende demasiado de la velocidad para ser significativa, como con un casco de planeo. Utiliza una longitud de referencia, la raíz cúbica del desplazamiento volumétrico del casco, V, donde u es la velocidad de flujo relativa entre el mar y el barco, y g es la aceleración de la gravedad:
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La eficiencia del transporte en aguas tranquilas de una embarcación es proporcional al desplazamiento a plena carga y la velocidad máxima en aguas tranquilas, dividido por la potencia correspondiente requerida.
Los buques mercantes grandes tienen un FnV entre uno y cero, mientras que los catamaranes a motor de mayor rendimiento pueden acercarse a 2,5, lo que indica una velocidad más alta por unidad de volumen para catamaranes. Cada tipo de embarcación tiene una eficiencia de transporte en aguas tranquilas correspondiente, con grandes barcos de transporte en el rango de 100 a 1000, en comparación con 11 a 18 para los catamaranes de transporte, lo que denota una mayor eficiencia por unidad de carga útil para monocascos.
SWATH y diseños perforadores de olas
Dos avances sobre el catamarán tradicional son el casco doble con área de hidroavión pequeño (SWATH) y la configuración perforadora de olas; este último se ha convertido en un diseño ampliamente favorecido.
SWATH reduce la resistencia a la generación de olas moviendo el volumen de desplazamiento por debajo de la línea de flotación, utilizando un par de cascos tubulares similares a los de los submarinos, conectados por pilones a la cubierta del puente con una sección transversal estrecha de la línea de flotación. Los cascos sumergidos se ven mínimamente afectados por las olas. La forma SWATH fue inventada por el canadiense Frederick G. Creed, quien presentó su idea en 1938 y luego obtuvo una patente británica en 1946. Se utilizó por primera vez en las décadas de 1960 y 1970 como una evolución del diseño de catamaranes para su uso como investigación oceanográfica. embarcaciones o barcos de rescate de submarinos. En 1990, la Marina de los EE. UU. encargó la construcción de un barco SWATH para probar la configuración.
Las embarcaciones SWATH se comparan con los catamaranes a motor convencionales de tamaño equivalente, de la siguiente manera:
- Superficie humedecida más grande, que causa una mayor fricción de la piel
- Reducción significativa de la arrastre inducida por onda, con la configuración de las tributas y estructuras de casco sumergido
- Bajo área de avión de agua reduce significativamente el lanzamiento y el atraque en una escapada
- No hay posibilidad de planear
- Mayor sensibilidad a la carga, que puede acercar la estructura del puente al agua
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Los catamaranes rompeolas (estrictamente hablando, son trimaranes, con un casco central y dos estabilizadores) emplean una proa de baja flotabilidad en cada casco que apunta a la línea de flotación y se eleva a popa, hasta un nivel, para permitir que cada casco para perforar las olas, en lugar de cabalgar sobre ellas. Esto permite velocidades más altas a través de las olas que para un catamarán convencional. Se distinguen de los catamaranes SWATH en que la parte flotante del casco no es tubular. La cubierta del puente de expansión puede configurarse con algunas de las características de un casco en V normal, lo que le permite penetrar las crestas de las olas.
Los diseños de catamaranes perforadores de olas se han empleado para yates, transbordadores de pasajeros y embarcaciones militares.
Aplicaciones
La configuración de un catamarán llena un nicho en el que se favorece la velocidad y la amabilidad del mar sobre la capacidad a granel. En embarcaciones más grandes, este nicho favorece a los car ferries y embarcaciones militares para patrullar u operar en la zona litoral.
Deporte
Los catamaranes recreativos y deportivos normalmente están diseñados para tener una tripulación de dos personas y ser lanzados y desembarcados desde una playa. La mayoría tiene un trampolín en la estructura del puente, un mástil giratorio y sables de cuerpo entero en la vela mayor. Las versiones de rendimiento a menudo tienen trapecios para permitir que la tripulación salga y equilibre las fuerzas de zozobra durante vientos fuertes en ciertos puntos de la vela.
Para la 33.ª America's Cup, tanto el defensor como el retador construyeron multicascos de 90 pies (27 m) de largo. Société Nautique de Genève, defendiendo con el equipo Alinghi, navegó en un catamarán. El retador, BMW Oracle Racing, usó un trimarán, reemplazando su aparejo de vela suave con una vela de ala imponente, el ala de vela más grande jamás construida. En las aguas de Valencia, España, en febrero de 2010, el trimarán BMW Oracle Racing con su poderosa vela de ala demostró ser superior. Esto representó una ruptura con los monocascos tradicionales que siempre se habían navegado en las series anteriores de la Copa América.
En la bahía de San Francisco, la America's Cup 2013 se navegó en catamaranes AC72 de 72 pies (22 m) de eslora (embarcaciones establecidas por las reglas de la America's Cup 2013). Cada yate empleó hidroalas y una vela de ala. La regata fue ganada 9-8 por Oracle Team USA contra el retador, Emirates Team New Zealand, en quince partidos porque Oracle Team USA había comenzado la regata con una penalización de dos puntos.
La navegación ha visto el desarrollo de multicascos de más de 100 pies (30 m) de eslora. "La carrera" ayudó a precipitar esta tendencia; fue un desafío de circunnavegación que partió de Barcelona, España, en la víspera de Año Nuevo de 2000. Debido al premio en metálico y al prestigio asociado con este evento, cuatro nuevos catamaranes (y dos altamente modificados) de más de 100 pies (30 m) de longitud fueron construidos para competir. La PlayStation más grande, propiedad de Steve Fossett, medía 125 pies (38 m) de largo y tenía un mástil que estaba a 147 pies (45 m) sobre el agua. Prácticamente todos los nuevos megagatos se construyeron con fibra de carbono preimpregnada para brindar resistencia y el menor peso posible. Las velocidades máximas de estos barcos pueden acercarse a los 50 nudos (58 mph; 93 km/h). La carrera fue ganada por el catamarán Club Med de 33,50 m (109,9 pies) de eslora, patroneado por Grant Dalton. Dio la vuelta al mundo en 62 días a una velocidad media de 18 nudos (21 mph; 33 km/h).
Los catamaranes de aguas bravas, a veces llamados "cata-rafts", para los deportes de aguas bravas están muy extendidos en los países postsoviéticos. Se componen de dos cascos inflables conectados con un andamio de celosía. El marco del catamarán turístico puede estar hecho tanto de tubos de aluminio (duraluminio) como de troncos de árboles talados. La parte inflable tiene dos capas: un globo hermético con orificios para inflar y una cubierta hecha de tejido denso que protege el globo de daños mecánicos. Las ventajas de tales catamaranes son el peso ligero, la compacidad y la comodidad en el transporte (todo el producto se empaqueta en una mochila, adecuada para los estándares del tráfico aéreo) y la velocidad de montaje (10 a 15 minutos para el inflado). Los modelos totalmente inflables están disponibles en América del Norte. Se ha utilizado un diseño de catarata en el río Colorado para manejar aguas bravas pesadas y, al mismo tiempo, mantener una buena velocidad a través del agua.
Crucero
Los navegantes de crucero deben hacer concesiones entre el volumen, la carga útil, la velocidad y el costo al elegir un barco. Elegir un catamarán ofrece una mayor velocidad a expensas de una carga reducida por unidad de costo. Howard y Doane describen las siguientes ventajas y desventajas entre los monocascos de crucero y los catamaranes: un monocasco de crucero de larga distancia en alta mar puede ser tan corto como 30 pies (9,1 m) para un complemento de tripulación y suministros de apoyo determinados, mientras que un catamarán de crucero necesitaría tener 40 pies (12 m) para lograr la misma capacidad. Además de una mayor velocidad, los catamaranes extraen menos agua que los monocascos (tan solo 3 pies (0,91 m)) y son más fáciles de varar. Los catamaranes son más difíciles de virar y ocupan más espacio en un puerto deportivo. Los catamaranes de crucero implican un gasto adicional por tener dos motores y dos timones. Tarjan agrega que los catamaranes de crucero pueden mantener un cómodo paso de 300 millas náuticas (350 mi; 560 km) por día, con las versiones de carreras registrando más de 400 millas náuticas (460 mi; 740 km) por día. Además, no se inclinan más de 10-12 grados, incluso a toda velocidad en un alcance.
Los catamaranes de crucero a motor comparten muchas de las comodidades que se encuentran en un catamarán de crucero a vela. El salón generalmente se extiende por dos cascos en los que se encuentran los camarotes y los compartimentos del motor. Al igual que con los catamaranes de vela, esta configuración minimiza el movimiento del barco en mar encrespada.
El catamarán perforador de olas registrado en Suiza, Tûranor PlanetSolar, que se botó en marzo de 2010, es el barco de energía solar más grande del mundo. Completó una circunnavegación del mundo en 2012.
Transporte de pasajeros
La década de 1970 vio la introducción de los catamaranes como transbordadores de alta velocidad, iniciados por Westermoen Hydrofoil en Mandal, Noruega, que lanzó el diseño Westamaran en 1973. El Stena Voyager fue un ejemplo de un gran, ferry rápido, que normalmente viajaba a una velocidad de 46 millas por hora (74 km/h), aunque era capaz de alcanzar más de 70 millas por hora (110 km/h).
La isla australiana de Tasmania se convirtió en el lugar de los constructores de grandes catamaranes de transporte (Incat en 1977 y Austal en 1988), cada uno de los cuales construía transbordadores civiles y buques de guerra. Incat construyó el HSC Francisco, un trimarán de alta velocidad que, con 58 nudos, es (desde 2014) el barco de pasajeros más rápido en servicio.
Militar
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El primer buque de guerra propulsado por una máquina de vapor, llamado Demologos o Fulton y construido en los Estados Unidos durante la Guerra de 1812, fue un catamarán con una rueda de paletas entre sus cascos.
A principios del siglo XX, se construyeron varios catamaranes como barcos de rescate de submarinos: SMS Vulkan y SMS Cyclop de Alemania, Kommuna de Rusia y Kanguro de España, todos diseñados para levantar submarinos siniestrados por medio de enormes grúas sobre un estanque lunar entre los cascos Dos barcos de rescate de submarinos de la era de la Guerra Fría, el USS Pigeon y el USS Ortolan de la Marina de los EE. UU., también eran catamaranes, pero no tenían la función de piscina lunar.
El uso de catamaranes como transporte naval de alta velocidad fue iniciado por HMAS Jervis Bay, que estuvo en servicio con la Royal Australian Navy entre 1999 y 2001. El Comando de Transporte Marítimo Militar de EE. UU. ahora opera varios catamaranes de transporte rápido expedicionario propiedad de EE. UU. Armada; se utilizan para el transporte de carga militar a alta velocidad y para entrar en puertos poco profundos.
La clase Makar es una clase de dos grandes barcos de inspección con casco de catamarán construidos para la Armada de la India. A partir de 2012, un buque, INS Makar (J31), estaba en servicio y el segundo estaba en construcción.
Lanzado por primera vez en 2004 en Shanghái, el barco de misiles de clase Houbei de la Armada del Ejército Popular de Liberación (PLAN) tiene un diseño de catamarán que se adapta a las características de sigilo del barco.
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