El equilibrio del barco es el comportamiento del barco en el agua. Este último sufre una serie de fuerzas como su peso , el empuje de Arquímedes , etc. Se estudia su comportamiento para asegurar la navegación.
Para explicar el equilibrio de un barco en el agua, es necesario definir dos conceptos importantes: el centro del casco y el centro de gravedad .
El casco es la parte sumergida del casco de un barco, el centro del casco es el centro geométrico del volumen sumergido (volumen del fluido desplazado), la posición del centro del casco varía con los calados (el pandeo), la placa y el alojamiento . El centro del casco se indica "C" (para casco ) o "B" (para flotabilidad , flotabilidad ).
El equilibrio del barco está condicionado por las respectivas posiciones de estos dos puntos. De estos resultará la lista, el recorte y la estabilidad inicial.
Las condiciones necesarias para que el recipiente esté en equilibrio son:
Cuando el barco se inclina bajo el efecto de una fuerza externa, el centro del casco se mueve de C o a C 1 , (se considera que para pequeñas inclinaciones, el centro del casco describe una porción de un arco circular. De centro m , punto que llamamos metacentro de carina. Podemos asimilarlo a un centro instantáneo de rotación relativo a una inclinación dada. Llamamos al punto h el punto metacéntrico. Observamos que h está a una distancia finita cuando l inclinación es cero.)
El radio de este círculo se puede calcular mediante la fórmula de Bouguer :
h=IΔV{\ Displaystyle h = {I _ {\ Delta} \ over {V}}}es el momento cuadrático de la línea de flotación con respecto a su eje de inclinación (expresado en m⁴) y el volumen del casco (expresado en m³).
Se forma un par adrizante momentáneo que tiende a devolver el buque a su posición recta inicial. P es el peso y GZ es el brazo de palanca.
Podemos notar que cuanto mayor sea G y se acercará a m, más débil será el brazo de palanca adrizante GZ. Cuando GZ es cero, no habrá brazo de palanca adrizante, la embarcación continuará inclinándose, o al menos estará en equilibrio inestable. Cuando G esté por encima de m, el brazo de palanca se inclinará y aumentará la inclinación, hasta alcanzar una posición de equilibrio que puede ser de 180 ° (boca abajo).
El fenómeno simple más cercano es el equilibrio de una mecedora . El metacentro tiene una posición fija, aquí es el centro del círculo cuya base de la mecedora forma arcos de este círculo. La posición del centro de gravedad del conjunto (hombre + silla) es variable en función de la posición que adopte el hombre. Una persona sentada provoca la estabilidad de la silla (centro de gravedad debajo del metacentro), si la persona se para en la silla, el centro de gravedad del conjunto se eleva por encima del metacentro y la posición se vuelve inestable. La última imagen muestra una estabilidad muy fuerte, la silla está vacía, el centro de gravedad es muy bajo.
Persona de pie - Posición inestable (L sobre M)
Persona sentada - Posición estable (L debajo de M)
Posición erguida estable
Posición muy estable (G es muy baja)
Se debe monitorear la posición del centro de gravedad de la embarcación (G). La carga en la parte superior hará que G suba, la carga en la parte inferior causará G. Por lo tanto, un barco generalmente comenzará cargando en los fondos antes de cargar en los compartimentos superiores. El valor de GM está sujeto a regulaciones ( SOLAS ), entre otras: un mínimo de alrededor de 0,30 mo incluso 0,45 m para determinadas embarcaciones.
En el triángulo rectángulo GZH en Z :, y también
El momento en que el momento de enderezamiento se puede escribir: .
El módulo de estabilidad transversal inicial se define por donde r representa la h tomada en el dominio de la estabilidad transversal únicamente.
r se reemplaza usando el teorema de Bouguer:
P se reemplaza por su valor en función del volumen del casco V y la densidad del agua
Este módulo se puede dividir en dos miembros:
Aquí llega el momento de la línea de flotación, que depende de la forma del casco y de la densidad del agua. El marinero no influye en este término, era asunto del arquitecto naval a la hora de crear el buque quien buscaba obtener una estabilidad de forma positiva, hasta un determinado ángulo de escora.
En este segundo término se encuentra el desplazamiento P pero también “a”. Por convención, "a" se cuenta positivamente cuando G está por encima de C. Es, por tanto, la posición del centro de gravedad G medida desde el centro de la carina C. La extremidad es negativa. El marinero puede influir en este último, modificando la posición del centro de gravedad de la embarcación, ya sea añadiendo o quitando peso, o moviendo peso. Se trata de la estabilidad del peso que puede ser positiva o negativa.
En el caso de un velero monocasco, el momento adrizante puede permanecer positivo hasta un vuelco casi completo gracias a la presencia de una quilla ponderada que rebaja mucho el centro de gravedad.
La curva de estabilidad estática, también denominada comúnmente curva "GZ", es una representación gráfica de la estabilidad estática transversal de un barco.
En cuanto al término GZ, representa el brazo de palanca de enderezamiento y está determinado por la disposición horizontal de "G" ( Centro de gravedad del buque) y "B" ( Centro del casco del buque) para cada ángulo de inclinación.
Durante un vuelco, el brazo de palanca de enderezamiento "GZ" aumentará hasta alcanzar un máximo y luego comenzará a disminuir o, alcanzando un cierto ángulo de inclinación, se volverá negativo y por lo tanto un brazo de palanca de vuelco.
El cálculo de los valores de "GZ" para ciertos ángulos de inclinación de un buque con una carga bien definida producirá la curva de estabilidad estática para esa situación. De ello se deduce que cuanto mayores sean los valores de "GZ", mayor será el área bajo la curva. El cual está sujeto a los estándares mínimos especificados en el "Código de Estabilidad Intacta" incorporado a la legislación gubernamental de la mayoría de los países que han firmado los convenios de la Organización Marítima Internacional .
Procedimiento para construir una curva de estabilidad estática (curva GZ)El análisis de esta curva puede revelar información valiosa con bastante rapidez y así ayudar a los oficiales de la marina mercante, para quienes la estabilidad de sus barcos es una prioridad.
Este ángulo se puede intensificar en la curva como su punto de inflexión (punto donde la curva cambia de un aumento cóncavo a una forma convexa). Esto a menudo es bastante difícil de estimar con precisión. Pero dibujar verticales a intervalos regulares puede ayudar a definir la variación en la pendiente de la curva, considerando la orientación de las líneas entre dos puntos de intersección de dos verticales consecutivas.
El módulo de estabilidad longitudinal inicial se definirá donde R representa la h tomada en el dominio de la estabilidad longitudinal únicamente.
Al igual que el anterior, este módulo se puede separar en dos miembros, lo que proporciona estabilidad de forma y estabilidad de peso, pero el miembro de estabilidad de forma es tan grande porque R en el dominio longitudinal es del orden de la eslora del barco, que la estabilidad de peso es despreciable.