Estabilidad del buque

La quilla de sentina es una aleta metálica larga, a menudo en forma de V, soldada a lo largo del casco en la curva de la sentina. Se utilizan en pares (una a cada lado del barco). En raras ocasiones, un barco puede tener más de una quilla de sentina por lado. Las quillas de sentina aumentan la resistencia hidrodinámica cuando el buque se balancea, limitando así el balanceo.

Los estabilizadores laterales pueden emplearse en embarcaciones para reducir el balanceo, ya sea mediante la fuerza necesaria para sumergir flotadores o mediante perfiles hidrodinámicos. En algunos casos, estos estabilizadores son lo suficientemente grandes como para clasificar la embarcación como trimarán ; en otras, simplemente se les denomina estabilizadores.

Los paravanes pueden ser utilizados por embarcaciones de movimiento lento, como los barcos pesqueros, para reducir el balanceo.

Los tanques antivuelco son tanques interiores equipados con deflectores para ralentizar la transferencia de agua desde el lado de babor al de estribor. Su diseño permite que una mayor cantidad de agua quede atrapada en el lado más alto del buque, contrarrestando así el efecto de superficie libre . Se han diseñado y construido en versiones pasivas y activas.

Los estabilizadores de aleta activos reducen el balanceo que experimenta una embarcación durante la navegación o, más recientemente, en reposo. Se extienden más allá del casco, por debajo de la línea de flotación, y modifican su ángulo de ataque en función del ángulo de escora y la velocidad de balanceo de la embarcación, funcionando de forma similar a los alerones de un avión . Los cruceros y los yates suelen utilizar este tipo de sistema de estabilización.

Cuando las aletas no son retráctiles, constituyen apéndices fijos al casco, lo que puede aumentar la manga o el calado y requerir atención para garantizar un espacio libre adicional con respecto al casco.

Si bien el estabilizador de aletas activas típico contrarresta eficazmente el balanceo de los buques en navegación, algunos sistemas modernos de aletas activas pueden reducirlo cuando los buques están detenidos. Conocidos como estabilización a velocidad cero o estabilización en reposo, estos sistemas funcionan moviendo aletas especialmente diseñadas con la aceleración y la sincronización de impulsos suficientes para generar energía que cancele eficazmente el balanceo.

En caso de que un buque esté en movimiento, un cambio rápido de timón no solo iniciará un cambio de rumbo, sino que también provocará que el buque se balancee. Para algunos buques, como las fragatas, este efecto es tan significativo que un algoritmo de control puede utilizarlo para dirigir el buque simultáneamente y reducir sus movimientos de balanceo. Este sistema se conoce como " Sistema de Estabilización de Balanceo del Timón ". Su eficacia puede ser comparable a la de las aletas estabilizadoras. Sin embargo, esto depende de la velocidad del buque (a mayor velocidad, mejor) y de diversos aspectos del diseño, como la posición, el tamaño y la calidad del sistema de posicionamiento del timón (que se comporta con la misma rapidez que una aleta estabilizadora). También es importante la rapidez con la que el buque responde a los movimientos del timón con balanceo (a mayor rapidez, mejor) y la velocidad de giro (a menor velocidad, mejor). A pesar de los altos costos de los sistemas de dirección de alta calidad y del refuerzo de la popa del buque, esta opción de estabilización ofrece una mejor relación costo-beneficio que las aletas estabilizadoras. Requiere menos instalaciones, es menos vulnerable y genera menos resistencia. Aún mejor, los componentes de alta calidad necesarios proporcionan excelentes propiedades de dirección incluso en los periodos en que no se requiere reducción de balanceo, además de una reducción significativa del ruido submarino. Algunos buques de la armada que cuentan con esta solución de estabilización son el F124 (Alemania), la fragata M y el LCF (ambos de la Armada holandesa).

Los giroscopios se utilizaron por primera vez para controlar el balanceo de los barcos a finales de la década de 1920 y principios de la de 1930 en buques de guerra y, posteriormente, en transatlánticos. El uso más ambicioso de giroscopios de gran tamaño para controlar el balanceo de un barco se dio en el transatlántico italiano SS Conte di Savoia , en el que se instalaron tres giroscopios Sperry de gran tamaño en la parte delantera del barco. Si bien resultó eficaz para reducir drásticamente el balanceo en los viajes hacia el oeste, el sistema tuvo que desconectarse en el tramo hacia el este por razones de seguridad. Esto se debía a que, con mar de popa (y los balanceos lentos y profundos que esto generaba), el barco tendía a "quedarse suspendido" con el sistema activado, y la inercia que generaba dificultaba que el barco se enderezara tras balanceos fuertes. ^{[ 2 ]}

Los estabilizadores giroscópicos constan de un volante de inercia giratorio y un mecanismo de precesión giroscópica que ejerce un par de torsión sobre la estructura del casco para enderezar la embarcación . El momento angular del volante del giroscopio mide la capacidad del volante para seguir girando sobre su eje a menos que actúe sobre él un par de torsión externo. Cuanto mayor sea el momento angular, mayor será la resistencia del giroscopio al par de torsión externo (en este caso, mayor capacidad para contrarrestar el balanceo de la embarcación).

Un giroscopio tiene tres ejes: un eje de rotación, un eje de entrada y un eje de salida. El eje de rotación es el eje alrededor del cual gira el volante y, en el caso de un giroscopio para embarcaciones, es vertical. El eje de entrada es el eje alrededor del cual se aplican los pares de torsión. En una embarcación, el eje principal de entrada es el eje longitudinal, ya que es el eje alrededor del cual gira. El eje principal de salida es el eje transversal (o perpendicular al casco) alrededor del cual el giroscopio rota o precesa en respuesta a una entrada.

Cuando la embarcación se balancea, la rotación actúa como una señal de entrada para el giroscopio, lo que provoca que este genere una rotación alrededor de su eje de salida, de modo que el eje de giro se alinee con el eje de entrada. Esta rotación de salida se denomina precesión y, en el caso de la embarcación, el giroscopio rotará hacia adelante y hacia atrás alrededor del eje de salida o de cardán.

El momento angular es la medida de eficacia de un estabilizador giroscópico, análoga a la potencia en caballos de fuerza de un motor diésel o los kilovatios de un generador. En las especificaciones de los estabilizadores giroscópicos, el momento angular total ( momento de inercia multiplicado por la velocidad de giro) es la magnitud clave. En los diseños modernos, el par del eje de salida se puede utilizar para controlar el ángulo de las aletas estabilizadoras (véase más arriba) y contrarrestar el balanceo del barco, de modo que solo se necesita un pequeño giroscopio. La idea de controlar los estabilizadores de aleta de un barco mediante un giroscopio fue propuesta por primera vez en 1932 por el Dr. Alexanderson, científico de General Electric . Propuso un giroscopio para controlar la corriente de los motores eléctricos de las aletas estabilizadoras, con las instrucciones de actuación generadas por tubos de vacío de tiratrón . ^{[ 3 ]}