Planos Principales del Buque: Fundamentos de Referencia

Todo el buque está situado en un sistema de referencia cartesiano OXYZ. Para definirlo se utilizan los planos principales o de referencia, que son el longitudinal, el de la flotación y el transversal (perpendicular a los dos anteriores). El casco del buque se puede cortar según estos tres planos, perpendiculares entre sí y paralelos a los planos de un triedro.

Tipos de Planos y Líneas de Referencia

• Plano longitudinal (de crujía o diametral): Plano de simetría en el sentido de la dimensión máxima del buque.
• Línea de crujía: Intersección de este plano con el casco.
• Planos longitudinales: Planos paralelos al longitudinal, que cortan al casco. Las líneas de corte de los mismos con el casco se llaman longitudinales.
• Plano de la flotación (o de flotación de trazado): Representa la superficie del agua, supuesta sin oleaje, perpendicular al de crujía, situado a una distancia vertical denominada calado de trazado.
• Línea de flotación de trazado: Intersección de este plano con el casco.
• Plano base: Plano paralelo a la flotación de trazado que pasa por el canto superior de la quilla (elemento estructural situado en la parte más baja del casco) en la sección media.
• Línea de base: Intersección del plano base con el de crujía.
• Líneas de agua: Intersecciones de planos paralelos al de flotación con el casco.
• Plano transversal: Perpendicular a los dos anteriores.
• Cuadernas de trazado o secciones: Intersecciones de planos transversales con el casco.
• Caja de cuadernas: Conjunto de cuadernas que representan las formas de un barco.

Zonas de Referencia del Buque

El buque está adrizado cuando se encuentra en sus condiciones de flotabilidad normales y el plano longitudinal es perpendicular al de la flotación. El buque está escorado cuando el plano longitudinal no es perpendicular al de la flotación.

El buque presenta tres zonas diferenciadas: la zona de proa, la de popa y el cuerpo central que une ambas. En el sentido del movimiento, la proa es la extremidad delantera y la popa es la extremidad posterior. Hay popas de diferente forma; las más comunes son: popa de espejo (totalmente plana) y popa de crucero (forma redonda).

Se denomina babor a la zona que queda a la izquierda de un observador situado en la popa mirando hacia la proa del buque, y estribor a la zona que queda a su derecha.

Componentes Estructurales y Superficies

• Casco: Conjunto estructural del buque formado por el forro exterior impermeable y los refuerzos sobre los que se apoya.
• Costados: Cada uno de los laterales del casco, entre el límite del fondo y la parte superior.
• Área de flotación: Superficie encerrada por la intersección de la flotación y el casco.
• Carena: La intersección de la superficie exterior con el plano de la flotación.
• Obra viva o carena: Parte sumergida bajo el plano de la flotación, cuyo volumen se simboliza con la letra nabla (∇).
• Obra muerta: La parte superior por encima del plano de la flotación.
• Superficie mojada: Superficie del casco que conforma la obra viva.
• Superficie de deriva: Proyección de la superficie de la carena sobre el plano longitudinal.

Estas superficies son muy útiles para determinar la resistencia al viento o las olas y poder tener estimaciones de la potencia necesaria del buque.

Definiciones Relativas a las Zonas del Buque

• Amura: Zona de los costados de proa. Puede ser de babor o de estribor.
• Aleta: Zona de los costados de popa. Puede ser de babor o de estribor.
• Través: Dirección perpendicular al costado. Puede ser de babor o de estribor.
• Forro: Superficie que forma el cierre exterior del casco.
• Fondo: Parte inferior del casco, junto a la quilla.
• Quilla plana: Zona inferior y en crujía del forro del casco.
• Pantoque: Zona curva de unión entre el fondo y el costado.
• Brusca: La curvatura transversal de la cubierta medida por la altura de la cuerda en crujía, desde la cara inferior de la cubierta hasta el punto más alto del costado.
• Astilla muerta: Elevación del fondo de la cuaderna sobre el plano base, medida en la mitad de la anchura del casco.

Divisiones Interiores y Superiores

El buque se divide interiormente en distintas alturas o pisos, a los que se les llama cubiertas, y a los espacios entre las cubiertas se denominan entrepuentes.

• Cubierta superior: Superficie de cierre superior del casco.
• Superestructura: Todo lo que queda por encima de la obra muerta.

Dimensiones Principales del Buque

Eslora (L)

Dimensión en el sentido longitudinal del buque.

• Eslora total (LT): Distancia medida paralelamente a la línea de agua entre dos planos perpendiculares a la línea de crujía, uno de ellos que pase por la parte más saliente a popa del buque, y el otro por la parte más saliente a proa de este.
• Eslora en una flotación (Lfl): Máxima longitud del buque en la intersección de esa flotación con la proa y popa del buque.
• Eslora entre perpendiculares (Lpp): Distancia medida horizontalmente entre las perpendiculares de proa y de popa.
• Eslora de francobordo (Lfb): Se tomará como eslora el 96 % de la eslora total en una línea de flotación a una distancia de la quilla igual al 85 % del puntal mínimo de trazado, medida desde el canto alto de dicha quilla.

Perpendiculares de Referencia

• Perpendicular de proa (Ppr): Línea imaginaria perpendicular a la flotación que pasa por el punto de intersección de la roda con dicha flotación.
• Perpendicular de popa (Ppp): Línea imaginaria perpendicular a la flotación que pasa por el eje del timón, o por la cara de popa del codaste popel cerrado.

Manga (B)

Dimensión en el sentido transversal del buque.

• Manga máxima de la carena (B): Distancia entre dos planos paralelos al diametral que comprenden entre sí la parte sumergida del buque en su flotación normal.
• Manga en la flotación en carga (Bfl): Distancia entre dos tangentes a la flotación paralelas al eje de crujía.
• Manga máxima de la cuaderna media: Medida en el punto medio de la Lpp.
• Manga en el fuerte, o manga máxima del casco: Mayor manga que encierra el contorno exterior del casco.

Puntal (D)

Dimensión en el sentido transversal del buque.

• Puntal de trazado: Distancia vertical medida desde el canto alto de la quilla hasta el canto alto del bao de la cubierta de francobordo en el costado.
  • En los barcos de madera y de construcción mixta se medirá desde el canto inferior del alefriz (ranura lateral practicada próxima y paralela a la cara alta del tablón de quilla).
  • Cuando la parte inferior de la cuaderna maestra es cóncava o cuando existen tracas de aparadura de gran espesor, se medirá desde el punto en que la línea del plano del fondo, prolongada hacia el interior, corte el costado de la quilla.
  • En los buques que tengan trancaniles redondeados se medirá hasta el punto de intersección de la línea de trazado con la de las planchas del costado, prolongando las líneas como si el trancanil (zona de la cubierta en su unión con el costado del barco) fuera de forma angular.
  • Cuando la cubierta de francobordo tenga un escalonamiento y la parte elevada de la cubierta pase por encima del punto en el que ha de determinarse el puntal de trazado, se medirá hasta una superficie de referencia formada prolongando la parte más baja de la cubierta paralelamente a la parte más elevada.
• Puntal de francobordo: Puntal de trazado en el centro del buque más el espesor de la plancha de trancanil de la cubierta de francobordo cuando exista, más e(L − S)/L. Si la cubierta de francobordo estuviera forrada, siendo e (espesor medio del forro a la intemperie), L (eslora) y S (longitud total de las superestructuras). En un buque con trancanil redondeado con un radio superior al 4 % de la manga o en el que la parte alta de los costados tenga una forma fuera de lo normal, será el puntal de francobordo correspondiente a un buque que tuviera una cuaderna maestra con costados verticales en la obra muerta y con la misma brusca del bao, y el área transversal de la parte superior igual a la correspondiente a la cuaderna maestra del barco real.
• Puntal de bodega: Distancia vertical desde la cara alta del fondo hasta la cara inferior de la cubierta más baja.
• Puntal de entrepuente: Distancia vertical entre dos cubiertas contiguas, dentro de una misma bodega.

Calado (T)

Distancia vertical de la parte sumergida en el sentido vertical del buque.

• Calado en la flotación: Distancia medida desde la cara inferior o exterior de la quilla hasta el nivel de la flotación correspondiente en una condición de carga dada.
• Calado en las perpendiculares: Distancia vertical medida desde la línea de quilla hasta la línea de la flotación en la perpendicular correspondiente, ya sea de popa (Tpp) o de proa (Tpr).
• Calado medio: Media de los calados en las perpendiculares de proa y de popa.

Movimientos del Barco: Grados de Libertad

Se considera que el buque es como un flotador o cuerpo libre con seis grados de libertad. Cada uno de ellos corresponderá a una traslación o a un giro sobre cada uno de los tres ejes de un sistema de referencia ortogonal situado en el centro de masas del cuerpo.

• Largada o estrepada (surge): Movimiento oscilatorio lineal según el eje X.
• Balance (roll): Movimiento oscilatorio de giro según el eje X.
• Deriva, abatimiento o vaivén (sway): Movimiento oscilatorio lineal según el eje Y.
• Cabeceo (pitch): Movimiento oscilatorio de giro según el eje Y.
• Arfada (heave): Movimiento oscilatorio lineal según el eje Z.
• Guiñada (yaw): Movimiento oscilatorio de giro según el eje Z.

La Cartilla de Trazado y Generación de Formas

La Cartilla de Trazado

Es un método tradicional para definir numéricamente las formas de un buque. Se define como un conjunto de valores numéricos, ordenados, que representan las dimensiones necesarias para definir las formas del barco o alguna de sus partes. Se deben mostrar las dimensiones principales del buque, indicando la eslora, manga, puntal, calado de proyecto, las características de trazado, etc. El forro del casco se define por medio de las semimangas. Se debe indicar si las distancias son fuera miembros o fuera forros. Es necesario disponer de croquis con los perfiles de proa y de popa para tener definida la roda, el codaste y el tipo de popa. También se pueden definir las alturas de los puntos de intersección de los longitudinales con las cuadernas o las bruscas de las cubiertas.

Generación de Formas

• Desarrollo de curvas primarias y secundarias: Representación de las principales curvas que definen el buque. Estas curvas pueden ser: la línea de crujía, líneas de agua que definen la cubierta, etc.
• Desarrollo de formas a través de una cartilla de trazado: Generación de curvas tridimensionales y superficies NURBS que deberán pasar a través de distintos puntos del espacio y que señalan las intersecciones entre las líneas de agua y las secciones o los longitudinales.
• Generación de formas a través de series sistemáticas: Consiste en una colección de formas de carenas relacionadas entre sí de una manera geométrica y sistematizada, de dominio público y que están optimizadas para reducir la resistencia al avance.
• Generación de formas mediante una carena de referencia o buque base: Se pueden aplicar distintas metodologías:
  1. Aplicación de transformaciones al buque base: Modificaciones de las formas del casco para conseguir los coeficientes del buque a diseñar.
  2. Generación de formas a partir de planos base y transformación posterior: Consiste en levantar las formas tridimensionales del casco a partir de un plano de formas disponible y de referencia.

Ajuste y Alisado de Formas del Casco

Ajuste de Formas

Los programas para el diseño de cascos emplean en su gran mayoría superficies tridimensionales, denominadas NURBS, debido a numerosas ventajas que ofrecen, entre otras:

• Existe una correspondencia de todas las líneas de trazado en todas las vistas.
• Se pueden trazar automáticamente las líneas del plano de formas y la cartilla de trazado.
• Se pueden obtener plantillas muy precisas a escala real del casco, etc.

La base de estas superficies son unas curvas planas denominadas B-splines, que son definidas a través de lo que se denomina polígono de control, que relaciona los vértices de dicho polígono con la curva mediante un esquema de interpolación.

• Las NURBS pueden describir cualquier forma con alta precisión (desde simples líneas, círculos, hasta los más complejos sólidos o superficies).
• Una geometría definida con superficies NURBS se puede utilizar en diversos procesos y programas (gracias a sistemas estandarizados).
• Las NURBS tienen una definición matemática precisa y ampliamente conocida (facilita la formación de programadores capacitados para trabajar con esta geometría).
• Las NURBS son invariantes frente a distintas transformaciones geométricas. Cuando se mueve cada punto, la curva o superficie se mueve en la dirección del movimiento del punto de control, modificando la curva de manera local.

Los puntos de control sobre la superficie NURBS se distribuyen en forma de malla más o menos uniforme y rectangular. Cada punto de control pertenece a una fila y a una columna de la malla de definición. En el diseño de la geometría del casco debe tenerse en cuenta la densidad de la malla, de forma que una malla poco densa, es decir, con pocos nodos de control, será más difícil de ajustar a las formas finales. Sin embargo, en una malla muy densa, el movimiento de un punto de control afecta de manera muy localizada, haciendo difícil el alisado. Para poder utilizar superficies NURBS de forma efectiva, es necesario saber qué medios se tienen para controlar su forma. Los medios son los puntos de control, el grado, los pesos y el vector nudo.

Alisado de Formas

El alisado es el proceso de suavizado de curvas y superficies con el objetivo de evitar cambios bruscos de curvatura (abolladuras) y eliminar las discontinuidades. El proceso de alisado suaviza y alisa curvas y superficies, pero no necesariamente mantiene la forma que el diseñador trata de ajustar.

Estudio de Curvatura en Modelos de Alambre

El estudio de la continuidad de curvas requiere de una aproximación matemática, especialmente cuando se utilizan modelos de alambre. Se requiere realizar un estudio detallado sobre la variación de la curvatura. Se define la curvatura como una medida del cambio de dirección del vector tangente a una curva; cuanto más rápido cambia este a medida que se desplaza a lo largo de la curva, se dice que es más grande la curvatura.

Estudio de Curvatura en Modelos de Superficies

La variación o abolladuras de la superficie se puede observar mediante el renderizado/sombreado para tener una primera idea de cómo es la superficie. Sin embargo, no es un método fiable y depende de la precisión usada en la renderización.

Clasificación de Buques

Clasificación por el Principio de Sustentación

Sustentación: Modo en el que el buque se mantiene en la interfaz agua-aire.

• Hidrostática: Debido al principio de Arquímedes, el buque se mantiene en un equilibrio entre peso y empuje.
• Hidrodinámica: Se produce un equilibrio de fuerzas que hace que el buque emerja casi en su totalidad por encima de la superficie libre del agua.
• Aerostática: Bien por la sustentación producida por el aire o bien, como consecuencia de la impulsión de aire bajo el casco, el buque puede desplazarse disminuyendo la resistencia necesaria para ello.

Puede haber efectos de sustentación combinada de los tipos expuestos anteriormente. Los buques de sustentación hidrostática tienen velocidades inferiores a los de sustentación hidrodinámica, aerostática, o la combinación de alguna de ellas.

Clasificación por Tipo de Carga o Función

1. Buques de Transporte de Mercancías Sólidas

1.1. Buques Multipropósito

Son aquellos capaces de transportar una gran variedad de cargas sólidas. Mediante distintos elementos estructurales móviles es posible cambiar la configuración del espacio de carga (bodega) para adaptarla a la carga a transportar. Las bodegas están cerradas con escotillas. Pueden estar provistos de rampas en el costado para realizar la carga y descarga con carretillas elevadoras. Sus principales características son: peso muerto (t), volumen de bodegas (m³, ft³), carga máxima en cubierta (t/m²), etc. A su vez pueden subdividirse en:

• Buques con equipo de carga y descarga: Peso en rosca mayor, capacidad de carga será menor. Puede trabajar en puertos y zonas industriales en los que no existen grúas de puerto.
• Buques sin equipo de carga y descarga: Dependen de la presencia de equipos de carga y descarga en los puertos, limitando su operativa.
• Buques de cabotaje: Tienen un calado reducido, un puntal aéreo pequeño y capacidad de tanques de lastre.

1.2. Buques Roll-on / Roll-off (Carga Unitaria)

Esta categoría se puede dividir en dos:

• Buques Roll-on / Roll-off (Ro-Ro): Tienen cubiertas continuas en toda la eslora del barco para facilitar el transporte de cargas rodadas. Debido a la gran superficie de estas cubiertas, pierden su estabilidad rápidamente si se inunda la cubierta inferior. La carga y descarga se realiza a través de rampas dispuestas en el costado. Durante la carga y descarga, el buque escora fácilmente; para prevenir esto, están equipados con sistema anti-escora. Para evitar el movimiento de la carga rodada con mal tiempo, los vehículos se fijan mediante un sistema de amarre. Los buques Ro-Ro se pueden clasificar en: Pure Car Carrier, Pure Car and Truck Carrier, High and Heavy RoRo Ship, etc.
• Ferries: Buques de transporte combinado de pasajeros y vehículos. Su zona de operaciones puede cubrir aguas abrigadas, océanos o mares. Por lo general, navegan entre dos puertos con un horario preestablecido. Los pasajeros conducen sus propios coches a bordo a través de la rampa. Tienen el mismo tipo de cubiertas que los Ro-Ro y, por lo tanto, presentan los mismos problemas cuando el agua inunda las cubiertas. Las cargas características de estos buques son: camiones, pasajeros, coches, etc. Sus principales características son: número de coches o camiones que puede transportar, número de pasajeros, longitud de carril, etc.

1.3. Portacontenedores (Carga Unitaria)

Su capacidad de carga se mide según el número máximo de contenedores de 20 pies que pueden transportar. Los contenedores son cajas metálicas de 8 x 8 pies de sección cuadrada y longitud variable. A partir de 1991, comenzaron a construirse buques sin tapas de escotilla, donde el agua podía entrar en las bodegas, por lo que la capacidad de los sistemas de achique tenía que ser mayor. Sus principales ventajas son: mayor eficiencia en el manejo de la carga, guías laterales continuas, alto francobordo, etc. Los tipos de cargas son muy diversas. El manejo de la carga consiste en un movimiento vertical del contenedor dentro de la bodega. La zona del buque destinada a carga está dividida en varias bodegas que tienen aberturas de escotilla. Sus principales características: número de filas de contenedores, presencia de equipo de carga y descarga, buque abierto o cerrado, etc. Algunas de sus desventajas son el francobordo alto y el alto coste de adquisición.

Existen dos tipos principales de buques portacontenedores:

• Buques portacontenedores Intercontinentales: Con capacidad hasta de 24.000 TEU, buques grandes, solo pueden atracar en los puertos más grandes debido a su tamaño y a la capacidad de transferencia del puerto.
• Buques portacontenedores Feeders: A partir de 200 TEU, buques de tamaño pequeño o mediano especializados en el transporte de contenedores entre puertos grandes y pequeños.

También pueden clasificarse según su paso por canales:

• Panamax: Diseñado para adaptarse a las dimensiones máximas del Canal de Panamá original.
• PostPanamax: Exceden las dimensiones requeridas para transitar por el Canal de Panamá.
• Suezmax: Pueden transitar por el Canal de Suez.

1.4. Buques de Transporte de Cargas Pesadas (Carga Unitaria)

Pueden transportar objetos extremadamente grandes o pesados. Se pueden dividir en:

• Los buques semi-sumergibles: Se pueden hundir hasta dejar la cubierta principal lo suficientemente por debajo de la superficie del mar para tomar grandes objetos flotantes. Cuando se achica el agua, el buque junto con la carga emerge.
• Los buques convencionales: Suelen estar equipados con su propio equipo de carga y descarga. Cuando no hay carga pesada, pueden funcionar como buques multipropósito. Sus cargas más características son: objetos pesados o voluminosos, plataformas, etc. Sus principales características son: capacidad de carga, carga máxima en cubierta, dimensiones de bodegas y cubiertas, etc.

1.5. Buques Frigoríficos (Carga Unitaria)

Tienen bodegas refrigeradas para transportar frutas y verduras a la temperatura adecuada o carga congelada. Los contenedores refrigerados tienen incorporado un sistema de refrigeración, que puede ser conectado al sistema eléctrico del buque. Los contenedores refrigerados también pueden ser transportados por un buque portacontenedores. Todos los espacios de bodegas están aislados para reducir la transmisión de calor. Tienen pequeñas aberturas de las escotillas. Equipo de carga y descarga con una capacidad de elevación de hasta aproximadamente 40 toneladas. Sus cargas más características son: frutas, verduras, carne, pescado, etc. Sus principales características son: capacidad de carga, rango de temperatura, capacidad de refrigeración, etc.

1.6. Buques de Transporte de Ganado (Carga Unitaria)

Transportan ganado como ovejas, cabras o vacas por todo el mundo. Las bodegas se configuran como establos y en la cubierta se instalan silos con forrajes para alimentar a las cabezas de ganado. Una red de cintas transportadoras y elevadores vierten el estiércol por la borda. Necesitan una baja estabilidad, con un período de balance elevado, lo que hace que los movimientos de giro del buque sean más lentos. Sus cargas más características son: ganado, como vacas, ovejas, etc.

1.7. Buques Graneleros

Buques de una sola cubierta que transportan cargas a granel, como grano y mineral. Tienen grandes tanques de lastre para facilitar la estiba automática del grano y una mayor estabilidad en navegación, y dos mamparos longitudinales que dividen la bodega en dos tanques laterales donde la zona central se utiliza para la carga de mineral. Los buques que transportan mineral tienen un diseño especial. El mineral es muy pesado, por tanto, necesitan bodegas pequeñas para estar cargados completamente. Existen graneleros polivalentes llamados O.O. (Ore, Oil), que transportan mineral o crudo, en los que la sección transversal es diferente. Algunos graneleros también pueden funcionar como petroleros. Este buque de carga combinada se llama Ore Bulk Oil (OBO). Los O.B.O y los O.O. nunca transportan a la vez mineral y crudo, y llevan bombas como medios de carga y descarga del crudo. Suelen tener el espacio de carga dividido en bodegas para mineral o grano, y tanques para el crudo o derivados del petróleo.

Se clasifican en tres tipos:

• Handysize: Suele tener su propio equipo de carga y descarga. Las cargas típicas suelen ser: mineral, arena, chatarra, etc.
• Panamax: No suelen disponer de equipo de carga y descarga. Las cargas típicas suelen ser cereales y mineral.
• Capesize: No disponen de equipo de carga y descarga. Las cargas típicas suelen ser: carbón y mineral de hierro.

2. Buques de Transporte de Cargas Líquidas

2.1. Buques Petroleros de Crudo

Se utilizan para transportar petróleo crudo desde un puerto de carga cercano a un yacimiento de petróleo o desde el pozo de extracción a una refinería. Hoy en día, se construyen con un doble casco que evita que la carga se derrame en el mar y, por lo tanto, la contaminación del mar. Disponen de una serie de sistemas:

• El sistema de gas inerte (para llenar el espacio vacío creado en los tanques, mientras estos se descargan, con gas inerte).
• El sistema de lavado de tanques (para eliminar los depósitos de crudo en los tanques).
• El sistema de calefacción de tanques (se emplea en los tanques de fangos para aumentar la viscosidad y facilitar el trasiego de fluidos).
• El sistema de lastre (para llenar y vaciar los tanques de lastre).

Se dividen en: Ultra Large Crude Carrier, Very Large Crude Carrier, Suezmax y Aframax.

2.2. Buques Petroleros de Producto

Por productos se entiende a los productos de refinerías y la industria petroquímica. Normalmente, cada tanque tiene su propia línea simultánea de llenado y descarga conectada al colector y su propia bomba de carga.

2.3. Quimiqueros

Son básicamente petroleros de productos con tanques de un grado de seguridad mayor. También los tanques están sujetos a mayores restricciones. Todos los tanques de carga están separados del costado del buque por un tanque de lastre, del mamparo de proa y del mamparo de popa. Las cargas se dividen en las clases de toxicidad: A, B, C y D. A es la más tóxica y D la menos.

Un buque tipo 1 es un quimiquero destinado al transporte de productos considerados como los que presentan el mayor peligro general. Debe ser capaz de sobrevivir al daño más severo estándar. Los buques tipo 2 y 3 transportan productos de peligros progresivamente menores.

2.4. Gaseros

Los buques de transporte de gases licuados son, básicamente, quimiqueros para cargas que a temperatura ambiente y presión atmosférica están en estado gaseoso. Estas cargas, si se presurizan o se someten a bajas temperaturas, cambian de fase a estado líquido. Los gases, por lo tanto, son transportados en estado líquido. Los dispositivos de seguridad aplicables a los quimiqueros son aplicables a los gaseros. Sin embargo, el almacenamiento y manipulación de la carga es totalmente diferente. Se pueden clasificar en dos tipologías: buques LPG y LNG.

• Buques LPG: Transportan gas licuado de petróleo. Se pueden dividir en buques presurizados, completamente aislados o completamente refrigerados y semipresurizados.
• Buques LNG: Un tipo especial de buque completamente refrigerado es el de transporte de gas natural licuado (LNG). Los tanques que se suelen instalar son de cuatro tipos: Los tanques que se suelen instalar son tanques independientes de tipo A (totalmente refrigerados), B (totalmente refrigerados a presión atmosférica), de tipo membrana y de semi-membrana.

3. Buques de Pasaje

Destinados exclusivamente al transporte de pasajeros. Los modernos barcos de crucero se utilizan para hacer viajes de vacaciones con un itinerario prefijado y haciendo escala en varios puertos. A bordo hay una amplia gama de instalaciones para la relajación y el entretenimiento. Los cruceros han duplicado su tamaño en las últimas décadas. Sus principales características son: el número máximo de pasajeros y el número de camarotes.

4. Buques Especiales o de Trabajo

4.1. Buques de Tendido de Cables (Cableros)

Se usan para colocar uno o más cables en el fondo marino mediante medios adecuados o para reparar un cable dañado. Durante la unión de los cables, el buque debe ser capaz de mantener su posición mediante sistemas de posicionamiento dinámico. En el proceso de tendido de cables es crucial que las posiciones de los cables en el fondo del mar se correspondan con exactitud a sus posiciones en el mapa.

4.2. Buques para el Posicionamiento de Boyas (Balizadores)

Se utilizan para el posicionamiento e instalación de boyas de balizamiento. Generalmente disponen de una grúa con sistema de compensación para mantener el control de la carga.

4.3. Remolcadores

Son buques relativamente pequeños, robustos, con una gran potencia de tiro o tracción. La cubierta de popa está situada a baja altura. Cuando el buque está realizando operaciones de remolque de larga duración, el cable se fija lateralmente en la popa. Se clasifican en:

• Remolcadores de altura: Para el salvamento, los servicios medioambientales, la lucha contra incendios, etc.
• Remolcadores de escolta: Se utilizan para escoltar grandes buques a lo largo de travesías peligrosas.
• Remolcadores de puerto: Actúan en los puertos, las vías navegables interiores y las zonas costeras para dar asistencia y remolque a embarcaciones, operaciones de rescate, etc.

4.4. Embarcaciones de Práctico

El práctico sube a bordo antes de que el buque entre en puerto para asistir al capitán en la maniobra de entrada, atraque y salida. El práctico puede desembarcar desde una pequeña embarcación rápida o un helicóptero.

4.5. Dragas

Embarcaciones provistas de una instalación adecuada para la limpieza y el aumento de fondos en los puertos, los ríos o lugares navegables. Las dragas pueden ser de distintos tipos:

• Draga de succión con tolva: Se utilizan para mantener o aumentar el fondo en canales y otras vías navegables. Cuando el buque está cargado hasta la línea de carga correspondiente, navegará hasta el sitio de descarga. La descarga de la mezcla de agua/arena se puede hacer abriendo compuertas o válvulas situadas en el fondo del casco o mediante un sistema de lluvia.
• Draga de succión y corte: Para determinados tipos de suelo endurecidos, aquellos que no pueden ser simplemente absorbidos. Estos buques rastrillan el lecho marino con un elemento cortante rotativo.

4.6. Buques Rompehielos

Con capacidad de navegación en aguas polares y de resistir el hielo flotante. Disponen de elevadas potencias propulsoras y a menudo están equipados para el remolque y el salvamento. Su función principal es cortar un canal a través de una capa de hielo en el mar. El hielo se rompe generalmente mediante un movimiento de cabeceo de la proa sobre el hielo.

5. Embarcaciones / Buques de Alta Velocidad

Una embarcación de alta velocidad es una nave capaz de desarrollar una velocidad máxima igual o superior a 3,7 × ∇^0,1667 m/s. ∇ = volumen de desplazamiento correspondiente a la flotación de proyecto (m³). El peso de la embarcación puede ser soportado por: colchones de aire, hidroalas, cascos sumergidos o una combinación de los anteriores.

5.1. Colchones de Aire

El colchón de aire permite que la plataforma se mueva en cualquier dirección. El reducido contacto físico entre la plataforma y el agua reduce enormemente la fricción. El puntal del colchón puede ser manipulado localmente.

5.2. Hidroalas

Los primeros barcos comerciales de alta velocidad fueron los hidroalas monocasco con hidroalas que cortaban la superficie libre del mar. La capacidad de elevación de las hidroalas aumenta aproximadamente con el cuadrado de la velocidad del barco hasta que ocurre la cavitación.

5.3. Cascos Sumergidos. Buques de Semi-desplazamiento

Dentro de este tipo de buques se pueden encontrar muchas tipologías. El tipo más común de embarcación de alta velocidad es el catamarán, suelen estar equipados con un sistema automático de control del movimiento, que minimizan los movimientos inducidos por las olas. Entre los catamaranes se encuentran los de tipo wavepiercing y los tipos semi-SWATH. Una variación del catamarán es el trimarán (tres cascos) o el pentamarán (cinco cascos). También se les llama buques multi-casco.

6. Embarcaciones de Pesca

Buque de pesca: Utilizado para la captura de peces, ballenas, focas, morsas o cualquier otro ser viviente del mar. Buque dedicado a la pesca: Buque que está pescando con redes, aparejos de arrastre u otras artes de pesca que restrinjan su maniobrabilidad. Sus principales características son la disposición general y de cubierta, el equipo de pesca, los métodos de conservación y elaboración del pescado, etc. Los principales tipos de buques de pesca atendiendo al equipo de pesca son: los arrastreros (arrastran su red en forma de bolsa en el agua), los palangreros y los cañeros, los atuneros, etc.

7. Buques Militares

7.1. Portaaviones

Diseñados para el despegue y aterrizaje de aviones y helicópteros especializados. Según el sistema de aterrizaje y despegue existen dos tipos:

• CTOL: Despegue y aterrizaje convencional.
• STOVL: Aterrizaje de corto recorrido y despegue vertical.

7.2. Cruceros

Están lo suficientemente armados para operar por su cuenta. Sus principales operaciones son: vigilancia, bloqueo, apoyo a las flotas de gran tamaño, etc.

7.3. Destructores

De menor tamaño que un crucero, pero también equipados para operar independientemente. Estos son buques de guerra multifuncionales destinados a luchar contra los submarinos, buques de superficie, etc.

7.4. Fragatas

Buques de guerra muy versátiles. Son adecuados para la defensa aérea, guerra antisubmarina y guerra de superficie. Buques ligeros, con alta maniobrabilidad y grandes potencias de propulsión.

7.5. Corbetas

Preparados para actuar en operaciones regionales y costeras.

7.6. Submarinos

Los submarinos son difíciles de detectar cuando están bajo el agua y muy populares en las marinas militares de todo el mundo. Se pueden distinguir los siguientes tipos:

• Submarino de misiles balísticos nucleares: Gran tamaño, armados con misiles balísticos.
• Submarino de propulsión nuclear: Gran tamaño, armados con torpedos y misiles de agua-tierra.
• Submarinos diésel-eléctricos: Pequeño o mediano tamaño, armados con torpedos y misiles agua-tierra.

7.7. Buques de Asalto Rápido

Diseñados para operaciones de asalto rápido y tácticas de vigilancia dentro de un rango de 100 millas de la costa.

7.8. Buque de Patrulla Oceánica

Tienen como misión la patrulla de las aguas de la zona económica por un período de tiempo prolongado.

7.9. Cazaminas

Diseñado para localizar y destruir minas. Los principales tipos son:

• Cazaminas: Equipados con varios tipos de sonares de detección de minas.
• Flota de dragaminas: Capaz de remolcar medios para el barrido de objetos fondeados, como minas de fondo.

7.10. Buque de Asalto Anfibio

Diseñados para desembarcar una fuerza anfibia a una zona costera de operación.

7.11. Lanchas de Desembarco

Diseñadas para navegar hacia una playa y permitir que los vehículos, tropas y equipos puedan abandonar el barco a través de una rampa situada en proa.

7.12. Buques de Apoyo

• Buques de inteligencia: Para recopilar información sobre otros buques y las instalaciones costeras de otros países.
• Buque de aprovisionamiento: Para transportar agua, provisiones, combustible y municiones.
• Buque de investigación hidrográfica: Para examinar el fondo del mar para confeccionar cartas para la navegación.
• Buque de investigación oceánica: Recogen información sobre cualidades físicas y biológicas del mar.
• Buque de salvamento y rescate: Comparable a un remolcador de altura, con equipo de lucha contra incendios.

Clasificación de Buques por el Tipo de Viaje que Efectúan

• Buques de alta mar: Son los que realizan viajes transoceánicos.
• Buques de cabotaje: Son los que realizan viajes junto a la costa.
• Buques fluviales: Son los que realizan los viajes por ríos y lagos.
• Buques de línea regular: Son los que tienen establecidas rutas fijas.
• Buques tramp: Efectúan cualquier viaje.

Clasificación de Buques por el Tipo de Propulsión

• Buques con motor diésel.
• Buques con calderas y turbinas de vapor.
• Buques con turbinas de gas.
• Buques de propulsión eléctrica.
• Buques de propulsión nuclear.
• Combinación de los anteriores.

Clasificación de Buques Según el Tipo de Material de Construcción

• Buques de acero.
• Buques de aluminio.
• Buques de plástico reforzado.
• Buques de madera.
• Buques de hormigón.

Clasificación de Buques por el Tipo de Estructura del Casco

• Buques construidos por el sistema transversal.
• Buques construidos por el sistema longitudinal.
• Buques construidos por un sistema mixto.

Clasificación Nacional de Buques

• Grupo I: Buques de pasaje.
• Grupo II: Buques de carga.
• Grupo III: Buques de pesca, recreo y servicios de puerto.

Conceptos Fundamentales en la Ingeniería Naval

Concepto de Arqueo

El arqueo es la medida de la capacidad o volumen interior del buque. Puede ser bruto o neto y se calcula según el Convenio Internacional de Arqueo de Buques de la Organización Marítima Internacional. La medida de arqueo del buque determina:

1. Las titulaciones y tripulaciones mínimas.
2. El equipo de salvamento.
3. El equipo y material contraincendios.
4. La normativa que se le ha de aplicar.
5. Capacidad de pesca (en buques pesqueros).
6. Ayudas o subvenciones.

El certificado internacional de Arqueo es obligatorio para todos los buques de eslora igual o mayor a 24 m. En general, el Arqueo se calcula para todos los buques de nueva construcción o en obras de reforma. También puede ser necesario en abanderamientos, para comprobación de certificados, etc.

• Arqueo bruto: Es el volumen del buque, desde el plan hasta la cubierta con todos los espacios cerrados y sin tanques de lastre, en TRB (toneladas de registro bruto) o GT (Gross Tonnage).
• Arqueo neto: Es el volumen interior de un buque medido en toneladas Moorsom, excluyendo el espacio ocupado por el combustible, cuarto de máquinas, maquinaria de navegación y camarotes de la tripulación.

Concepto de Francobordo

El francobordo es la distancia vertical, medida en la sección media de un buque, entre el borde superior de la línea de cubierta y el borde superior de la línea de Francobordo/Carga correspondiente. Su valor viene establecido por el Convenio Internacional de Líneas de Máxima Carga. Pueden establecerse tres funciones fundamentales del Francobordo:

1. Como reserva de flotabilidad.
2. En el caso de que se produzca una inundación en el buque, exista una reserva de flotabilidad o, en caso inevitable de pérdida del buque, se retrase lo máximo posible.
3. El francobordo aumenta el ángulo de estabilidad nula, referido a la estabilidad transversal del buque.

La dimensión fundamental para determinar su cálculo es la eslora de Francobordo L que se define como el máximo de los siguientes valores, medidos al 85 % del mínimo puntal de trazado:

• El 96 % de la eslora desde el extremo de la roda hasta el extremo del codaste.
• La eslora desde el extremo de la roda hasta el eje de la mecha del timón.

En las primeras fases de definición de las características de un buque, es posible que no se conozca con exactitud la eslora del buque, así que se puede considerar que L es igual a Lpp. Hay varias líneas de carga, siendo la de máxima carga de verano “V” la que coincide con el calado de trazado o de proyecto.

Existen dos tipos fundamentales:

• Tipo A: Un buque para transportar únicamente cargas líquidas a granel. Tiene una alta integridad de la cubierta expuesta a la intemperie y gran resistencia a la inundación.
• Tipo B: Buques que no cumplan las condiciones referidas al tipo de buque anterior. Un buque de tipo B, de más de 100 m de eslora, puede tener un francobordo reducido si cumple algunos requerimientos, permitiéndose una reducción del francobordo del 60 % (tipo B-60). Este tipo de reducción puede llegar al 100 % de la diferencia entre los valores para el tipo A y el tipo B (tipo B-100).

Conceptos Básicos de Estabilidad

La estabilidad es una propiedad que tienen los barcos de recobrar por sí mismos la posición de adrizado cuando se escoran por una causa exterior. El barco, además de flotar, tiene que ser estable, para lo cual debe tener el centro de gravedad (G) por debajo del metacentro (M).

• Estanqueidad: El buque debe estar preparado para que el agua en la que está flotando no penetre en su interior. Afecta a la parte sumergida y a la posible zona sumergible, así como la posibilidad de que sea capaz de soportar la inundación de alguno de sus compartimentos.
• Estabilidad: La capacidad del buque para recuperar su posición de equilibrio ante alguna perturbación debe ser la conveniente, ni excesiva (haría al buque inhabitable) ni escasa (sería un peligro para las personas que estén a bordo).

Radio Metacéntrico

Este concepto está directamente relacionado con la estabilidad del buque. Puede ser transversal o longitudinal.

• Metacentro (M): Los centros de curvatura de puntos infinitamente próximos a la curva C (descrita por el movimiento transversal del buque y sus metacentros).
• El radio metacéntrico transversal: El radio de la curva C proyectada en el movimiento de balance del buque.
• El metacentro longitudinal: El centro de curvatura C relativo al plano de inclinación longitudinal del buque.
• El radio de curvatura en sentido longitudinal: Recibe el nombre de radio metacéntrico longitudinal y generalmente es constante ya que los giros del barco en sentido longitudinal son pequeños.

Altura Metacéntrica (GM)

La distancia vertical entre el centro de gravedad y el metacentro de un buque. Si es la transversal, sirve como medida directa de la estabilidad estática del buque:

• Si la distancia GM > 0, el equilibrio es estable.
• Si la distancia GM = 0, el equilibrio es indiferente.
• Si la distancia GM < 0, el equilibrio es inestable.

Se supone que el centro de gravedad del buque está por encima del centro de carena; en caso contrario, se ve claramente que el buque siempre va a ser estable.

• Par adrizante (Pa): Par de fuerzas que se encarga de hacer que el buque recupere su posición de equilibrio. El brazo de este par es el brazo adrizante (GZ).
• Par escorante (Pe): Par de fuerzas que tiende a sacar al buque de la posición de equilibrio.

Aspectos Básicos de la Resistencia al Avance

Uno de los problemas más importantes en el proyecto de un buque es la determinación de la potencia de la maquinaria propulsora y las características del propulsor para que navegue a una determinada velocidad. Este problema es estudiado por la Hidrodinámica del Buque a través de dos de sus ramas: la resistencia (estudia la resistencia que experimenta la carena de un buque al moverse en el agua) y la propulsión (estudia el comportamiento de una hélice funcionando a popa de un buque). Actualmente es imposible predecir de forma exacta la resistencia al avance de la carena y el comportamiento de una hélice. Cuando solo se conocen algunas características principales del buque, los métodos experimentales son costosos e inviables sin un plano de formas del modelo, por lo que se utilizan métodos analíticos divididos en series sistemáticas de formas y métodos numéricos estadísticos. Cuando un buque se desplaza, con un movimiento de traslación uniforme, en aguas tranquilas está sometido a una fuerza en sentido contrario, que se denomina resistencia al avance.

• Resistencia al avance de un buque: Fuerza necesaria para remolcar al buque a esa velocidad en aguas tranquilas, suponiendo que no hay ningún tipo de interferencia entre el buque remolcado y el remolcador. Depende de las formas de la carena, de las propiedades del fluido, la velocidad de avance del buque, etc.
• Potencia de remolque o potencia efectiva: Potencia necesaria para vencer la resistencia al avance de un buque.

Otras Definiciones Importantes del Buque

• Arrufo: La deformación que adquiere la estructura del buque en sentido longitudinal, debido a su posición sobre las olas, que hace que la parte central del buque quede más baja que los extremos.
• Quebranto: La deformación que adquiere la estructura del buque en sentido longitudinal, debido a su posición sobre las olas, que hace que la parte central del buque quede más alta que los extremos.
• Cuaderna maestra: Sección principal del buque en sentido transversal, que tiene la máxima área por debajo de la flotación de trazado.
• Solidez estructural: El buque debe ser capaz de soportar los esfuerzos a los que va a estar sometido, normalmente dentro de la zona elástica, en lo relativo a la resistencia longitudinal, transversal, local y el reforzado de las zonas más expuestas a colisión.
• Velocidad: En términos marineros, la velocidad se mide en nudos, siendo un nudo igual a una milla náutica (1852 m) por hora. Depende de su resistencia al avance y de la potencia de su maquinaria propulsora. A partir de una determinada velocidad, para conseguir un nudo más se requiere un aumento muy considerable de la potencia, de ahí que se hable de una velocidad máxima, de crucero y económica.
• Maniobrabilidad: El tiempo de reacción o el espacio para hacer una circunvolución. Depende de la potencia, la distribución de los pesos, etc.
• Habitabilidad: Un buque es el lugar de trabajo y hogar para las personas que van a bordo. Su comodidad influye en su rendimiento laboral y en su estado anímico. Existe una normativa que regula las condiciones de habitabilidad y trabajo a bordo.
• Economía: El buque mercante es una explotación comercial de la que el armador espera obtener beneficios. Para que estos sean máximos, el factor más manejable son los costes.
• Autonomía: La distancia o el tiempo máximo que puede recorrer un buque sin repostar efecto alguno de consumo. Este efecto suele ser el combustible.