Similitud de modelos de barcos

Desde hace más de un siglo, numerosos investigadores, especialistas en hidráulica e ingenieros utilizan modelos a escala, en particular para remolcar tanques. Los modelos tripulados son modelos a escala reducida que pueden transportar y ser manipulados por al menos una persona en una superficie de agua abierta. Deben comportarse como barcos reales y ofrecer al operario las mismas sensaciones. Las condiciones físicas como el viento, las corrientes, las olas, la profundidad del agua, los canales y los atracaderos deben reproducirse de forma realista.

Los modelos tripulados se utilizan para investigación (por ejemplo, comportamiento de los barcos), ingeniería (por ejemplo, diseño de puertos) y para formación en el manejo de barcos (por ejemplo, pilotos, capitanes y oficiales). Suelen tener una escala de 1:25.

En todo el mundo, las escuelas de modelismo tripulado han optado por aplicar la ley de similitud de William Froude (1810-1879) para sus modelos tripulados. Esto significa que la gravedad se considera preponderante sobre las demás fuerzas que actúan sobre el casco (viscosidad, capilaridad, cavitación, compresibilidad, etc.).

Los diferentes aspectos de la similitud pueden definirse así:

Similitud de forma: El modelo tiene exactamente la misma forma geométrica que el barco real. Esto significa que todas las dimensiones de longitud (L) del barco real están divididas por el mismo factor, el factor de escala. Los diseñadores de Port Revel eligieron una escala (S) de 1:25, por lo que:

S _(L) = 25 (más pequeño, por lo tanto la distancia es 25 veces menor)

En esta similitud se conservan las proporciones (las relaciones entre las distintas dimensiones del barco son idénticas). Lo mismo ocurre con el coeficiente de bloque. Además, los ángulos son una relación de longitud, por lo que también son idénticos a los originales. De ahí se deducen los factores de escala de las áreas y volúmenes, es decir:

S2 ( ^L ₎ = 252 ⁼ 625

S3 ( ^L ₎ = 253 ⁼ 15625

Similitud de masa (M): El modelo utilizado para la formación en manipulación de buques no sólo debe parecerse al original, sino que también debe moverse de la misma manera que éste cuando se le somete a fuerzas similares. En consecuencia, el factor de escala para la masa (M) y el desplazamiento es el mismo que para los volúmenes, es decir:

S _(M) = S3 ⁽ _L) = 253 = ¹⁵⁶²⁵

Similitud de fuerzas (F): Si las fuerzas externas que actúan sobre el modelo son similares, como las formas, las masas y la inercia, el movimiento del modelo será similar. Se puede demostrar que las fuerzas (F) deben estar en la misma escala que las masas y los pesos, por lo que:

S _(M) = S _(M) = 25 ³ = 15 625

Similitud de velocidad (V): De acuerdo con la ley de Froude , la escala de velocidad es la raíz cuadrada de la escala de longitud, por lo que:

S _(V) = S ^1/2 _(L) = sqrt(25) = 5 (veces más lento que en la vida real)

Similitud de tiempo (T): El tiempo es una distancia (L) sobre la velocidad (V), por lo tanto:

S _(T) = S _(L) / S _(V) = S ^1/2 _(L) = sqrt(25) = 5 (veces más rápido que en la vida real)

Similitud de potencia (P): Como la potencia P = F x V, por lo tanto S _(P) = S _(F) x S _(V) , entonces:

S _(P) = S3 ⁽ _L) x S1 ^/2 _(L) = S7 ^/2 _(L) = 25 ^7/2 = 78 125

En conclusión, al elegir una escala de 1:25 para las longitudes y respetar la ley de Froude, los ingenieros de Sogreah – Port Revel construyeron modelos 25 veces más pequeños, que funcionan 5 veces más lentamente, pero como las distancias son 25 veces menores, las cosas ocurren 5 veces más rápido. Los barcos son 78 125 veces menos potentes.

Aunque los modelos deben tener una similitud correcta, esto no es suficiente. Otros factores pueden afectar la reproducción correcta de las maniobras, como el campo de visión, el equipamiento de a bordo y el viento.

• En primer lugar, las maniobras en un modelo requieren las mismas órdenes del piloto que en un barco real. La única diferencia es que se ejecutan cinco veces más rápido en el modelo, por lo que no hay tiempo para discutirlas (de hecho, el ritmo de operación es tal que el capitán y el timonel intercambian roles cada hora para evitar la fatiga). Esto fomenta que las respuestas se vuelvan intuitivas pero basadas en un plan preevaluado pero flexible. Lo que es una crisis el día 1 de un curso de modelo tripulado se convierte en rutina a partir del día 3, lo que tiene que ser una buena definición de entrenamiento.
• La posición del capitán le permite tener un verdadero campo de visión desde el puente. Da sus órdenes al timonel, que está sentado frente a él y maneja el timón y el motor.
• Los paneles de control muestran la información habitual (velocidad del motor, ángulo del timón, rumbo, corredera, velocidad y dirección del viento, grilletes de la cadena bajados). Esta información se muestra en valores reales para que el alumno olvide lo más posible que se encuentra en una maqueta.
• Los barcos están equipados con propulsores de proa y popa y anclas perfectamente operativas. También desde este punto de vista se comportan como verdaderos barcos.
• Los remolcadores están bajo las órdenes del capitán a través de control remoto y son manejados por un verdadero capitán de remolcador.
• En cuanto al viento, hay que tener en cuenta que, como el factor de escala de velocidad es de 1 a 5, un viento de 10 nudos en el lago equivale en realidad a una borrasca de 50 nudos. Por tanto, las ondulaciones en la superficie del agua y el movimiento de las hojas de los árboles son indicadores poco fiables. Por ello, la velocidad del viento y del barco que se muestra en el panel de control es muy importante para los alumnos. Sin embargo, el lago está situado en un bosque en una región con poco viento, por lo que se minimizan los efectos incontrolables del viento.

Cuarenta años de experiencia han demostrado que los estudiantes aprenden rápidamente a controlar los modelos, tal como lo hacen con los barcos reales que están acostumbrados a maniobrar.
Los ejercicios con modelos tripulados fomentan una buena conciencia situacional y espacial, cuya falta contribuye a la mayoría de los accidentes e incidentes.

Quienes se han formado en ambos afirman que las maquetas son complementarias a los simuladores electrónicos. Mientras que las maniobras con corrientes, olas, tirones, anclas, efectos de orilla, etc. se reproducen con mayor exactitud en las maquetas, los simuladores numéricos son más realistas en lo que respecta al entorno del puente.

• Sitio web de Port Revel
• Sitio web de AFCAN
• Sitio web Marine-Marchande.net