Catamarán

Un catamarán ( / ˌkætəməˈræn / ) ( informalmente, un "gato") es una embarcación con dos cascos paralelos de igual tamaño . La distancia entre los cascos de un catamarán imparte resistencia al balanceo y al vuelco. Los catamaranes suelen tener un menor volumen de casco, un desplazamiento menor y un calado menor que los monocascos de longitud 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 postura 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 dar estelas reducidas.

Los catamaranes fueron inventados por los pueblos austronesios y permitieron su expansión a las islas de los océanos Índico y Pacífico . ^[1]

Los catamaranes varían en tamaño, desde pequeños veleros o barcos de remo hasta grandes buques de guerra y transbordadores de vehículos. La estructura que conecta los dos cascos de un catamarán varía desde un simple armazón con correas para sostener a la tripulación hasta una superestructura de puente que incorpora un amplio espacio para la cabina o la carga.

Los catamaranes de Oceanía y del sudeste asiático marítimo sirvieron de inspiración para los catamaranes modernos. Hasta el siglo XX, el desarrollo de los catamaranes se centró principalmente en conceptos impulsados ​​por velas.

La palabra "catamarán" se deriva de la palabra tamil kattumaram (கட்டுமரம்), que significa "troncos atados" y es un tipo de balsa de casco único hecha de tres a siete troncos de árboles atados entre sí. El término ha evolucionado en el uso inglés para referirse a embarcaciones de casco doble no relacionadas. ^{[2] [3] [4]}

Las embarcaciones de 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 especializados en culturas austronesias como Doran (1981) y Mahdi (1988) ahora creen que es lo contrario. ^{[5] [6] [1]}

Las dos canoas unidas se desarrollaron directamente a partir de tecnologías de balsa mínimas de dos troncos atados. Con el tiempo, la forma de canoa de casco doble evolucionó hacia la canoa doble asimétrica, donde un casco es más pequeño que el otro. Finalmente, el casco más pequeño se convirtió en el prototipo de canoa con estabilizador simple, dando paso a la canoa con estabilizador simple reversible. Finalmente, los tipos de canoa con estabilizador simple evolucionaron hacia la canoa con estabilizador doble (o trimaranes ). ^{[5] [6] [1]}

Esto también explicaría por qué las poblaciones austronesias más antiguas en el sudeste asiático insular tienden a preferir las canoas de doble estabilizador, ya que mantienen las embarcaciones estables al virar . Pero aún tienen pequeñas regiones donde todavía se utilizan catamaranes y canoas de un solo estabilizador. Por el contrario, las poblaciones descendientes más distantes en Oceanía , Madagascar y las Comoras , conservaron los tipos de canoas de casco doble y de un solo estabilizador, pero la tecnología para los estabilizadores dobles nunca los alcanzó (aunque existe en Melanesia occidental ). Para lidiar con el problema de la inestabilidad del barco cuando el estabilizador mira a sotavento al virar, desarrollaron en cambio la técnica de maniobra en la navegación, junto con los estabilizadores simples reversibles. ^{[5] [6] [1] [7] [8]}

A pesar de ser la "forma más primitiva" de canoas con estabilizadores, eran eficaces y permitían a los navegantes polinesios viajar a islas distantes del Pacífico . ^[9]

A continuación se muestra una lista de catamaranes tradicionales austronesios:

• Isla Melanesia :

• Fiji : Drua (o waqa tabu )
• Papúa Nueva Guinea : Lakatoi
• Tonga : Hamatafua , kalia , tongiaki

• Polinesia

• Islas Cook : Vaka katea
• Hawái : Waʻa kaulua
• Marquesas : Vaka touʻua
• Nueva Zelanda : Waka hourua
• Samoa : ʻAlia , amatasi , va'a-tele
• Islas de la Sociedad : Pahi , tipairua

El primer ejemplo documentado de velero de casco doble en Europa fue diseñado por William Petty en 1662 para navegar más rápido, en aguas menos profundas, con vientos más suaves y con menos tripulación que otros barcos de la época. Sin embargo, el diseño inusual fue recibido con escepticismo y no fue un éxito comercial. ^{[10] [11]}

El diseño permaneció relativamente sin uso 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 excelente barco de alta mar que navegaba rápido; comerció durante el monzón entre Rangún y las provincias de Tenasserim durante varios años". ^{[12] [13]}

Más tarde, ese mismo siglo, el estadounidense Nathanael Herreshoff construyó un velero de casco doble de su propio diseño (Patente de EE. UU. N.º 189.459). ^[14] La embarcación, Amaryllis , compitió en su primera regata el 22 de junio de 1876 y tuvo un rendimiento excepcional. Su debut demostró las claras ventajas de rendimiento que ofrecen los catamaranes sobre los monocascos estándar. Fue como resultado de este evento, la Regata del Centenario del New York Yacht Club, que los catamaranes fueron excluidos de las clases de vela regulares, y esto se mantuvo así hasta la década de 1970. ^[15] El 6 de junio de 1882, tres catamaranes del Southern Yacht Club de Nueva Orleans corrieron un recorrido de 15 millas náuticas en el lago Pontchartrain y el barco ganador en la clase de catamarán, Nip and Tuck , superó el tiempo del balandro más rápido por más de cinco minutos. ^{[16] [17]}

En 1916, Leonardo Torres Quevedo patentó un buque multicasco de acero llamado Binave (Twin Ship), un nuevo tipo de catamarán que fue construido y probado en Bilbao ( España ) en 1918. El diseño innovador incluía dos motores marinos Hispano-Suiza de 30 HP y podía modificar su configuración al navegar , colocando dos timones en la popa de cada flotador, con las hélices también colocadas a popa . ^{[18] [19] [20]} En 1936, Eric de Bisschop construyó una "canoa doble" polinesia en Hawái y navegó a casa donde fue recibido como un héroe en Francia. En 1939, publicó sus experiencias en un libro, Kaimiloa , que fue traducido al inglés en 1940. ^[21]

En 1949, Roland y Francis Prout experimentaron con catamaranes y en 1954 convirtieron su fábrica de barcos de 1935 en Canvey Island , Essex (Inglaterra), a la producción de catamaranes. Sus catamaranes Shearwater ganaron fácilmente las carreras contra los monocascos. El Yellow Bird, un Shearwater III construido en 1956 , que Francis Prout utilizó con éxito en las carreras de los años 60, se encuentra en la colección del Museo Marítimo Nacional de Cornualles . ^[22] Prout Catamarans , Ltd. diseñó un aparejo de mástil a popa 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 . ^[23] La supuesta ventaja de este plan de vela era disminuir cualquier tendencia de las proas del barco a hundirse. ^{[24] [25]}

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 el Hobie 14 de 250 libras (110 kg) en 1967, y dos años más tarde el Hobie 16 , más grande y aún más exitoso . En 2016, el Hobie 16 todavía se estaba produciendo y se habían fabricado más de 100 000. ^[26]

Los catamaranes se introdujeron en la vela olímpica en 1976. El catamarán Tornado de dos manos fue seleccionado para la disciplina de multicasco en los Juegos Olímpicos desde 1976 hasta 2008. Fue rediseñado en 2000. ^[27] El Nacra 17 con foils se utilizó en los Juegos Olímpicos de Tokio 2020, que se celebraron en 2021; ^{[28] [29]} después de la adopción en 2015 del Nacra 15 como clase de Campeonato Mundial Juvenil y como nueva clase para los Juegos Olímpicos de la Juventud. ^{[30] [31]}

Los catamaranes tienen dos características de rendimiento principales que los distinguen de los monocascos de desplazamiento: menor resistencia al paso por el agua y mayor estabilidad (resistencia inicial al vuelco). La elección entre una configuración monocasco y catamarán incluye consideraciones de capacidad de carga, velocidad y eficiencia.

A velocidades bajas a moderadas, un casco de catamarán ligero experimenta una resistencia al paso a través del agua que es aproximadamente proporcional a su velocidad. Un monocasco de desplazamiento tiene la misma relación a baja velocidad ya que la resistencia se debe casi en su totalidad a la fricción de la superficie. Cuando la velocidad del barco aumenta y se generan olas, la resistencia depende de varios factores de diseño, en particular el desplazamiento del casco a la longitud y la relación entre el desplazamiento del casco y la longitud, es una curva de resistencia no trivial con muchos picos pequeños a medida que los trenes de olas a varias velocidades se combinan y cancelan ^{[32] [33]} 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 ^[34] permite que las velas obtengan energía del flujo adherido , ^[35] su modo más eficiente, análogo a un ala, lo que lleva al uso de velas de ala en embarcaciones de carreras. ^[36]

Los catamaranes dependen principalmente de la estabilidad de la forma para resistir la escora y el vuelco. ^[33] La comparación de la estabilidad de escora de un monocasco de sección transversal rectangular de manga, B , en comparación con dos cascos de catamarán de ancho B /2, separados por una distancia, 2× B , determina que el catamarán tiene una resistencia inicial a la escora que es siete veces mayor que la del monocasco. ^[37] Comparado con un monocasco, un velero catamarán de crucero tiene una alta resistencia inicial a la escora y al vuelco: un barco de cincuenta pies requiere cuatro veces la fuerza para iniciar un vuelco que un monocasco equivalente. ^[38]

Una medida del equilibrio entre velocidad y capacidad de carga es el número de Froude de desplazamiento (Fn _V ) , ^[39] comparado con la eficiencia del transporte en aguas tranquilas . ^[40] Fn _V se aplica cuando la longitud de la línea de flotación depende demasiado de la velocidad para ser significativa, como en el caso de un casco de planeo. ^[41] Utiliza una longitud de referencia, la raíz cúbica del desplazamiento volumétrico del casco, V , donde u es la velocidad relativa del flujo entre el mar y el barco, y g es la aceleración debida a la gravedad :

${\displaystyle \mathrm {Fn_{V}} ={\frac {u}{\sqrt {gV^{1/3}}}}}$

La eficiencia del transporte en aguas tranquilas de un buque es proporcional al desplazamiento a plena carga y a la velocidad máxima en aguas tranquilas, divididos por la potencia correspondiente requerida. ^[42]

Los grandes buques mercantes tienen una Fn _V entre uno y cero, mientras que los catamaranes a motor de mayor rendimiento pueden acercarse a 2,5, lo que denota una mayor velocidad por unidad de volumen para los catamaranes. Cada tipo de buque tiene una eficiencia de transporte en aguas tranquilas correspondiente, siendo los grandes buques de transporte del orden de 100 a 1.000, en comparación con 11 a 18 para los catamaranes de transporte, lo que denota una mayor eficiencia por unidad de carga útil para los monocascos. ^[40]

Dos avances con respecto al catamarán tradicional son el casco doble con área de flotación pequeña (SWATH) y la configuración de perforación de olas , este último habiéndose convertido en un diseño ampliamente favorecido.

SWATH reduce la resistencia a la generación de olas al mover 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 de línea de flotación estrecha. Los cascos sumergidos se ven mínimamente afectados por las olas. ^[43] La forma SWATH fue inventada por el canadiense Frederick G. Creed , quien presentó su idea en 1938 y luego recibió una patente británica por ella en 1946. Se utilizó por primera vez en las décadas de 1960 y 1970 como una evolución del diseño de catamarán para su uso como buques de investigación oceanográfica o buques de rescate submarino . ^[44] En 1990, la Armada de los EE. UU. encargó la construcción de un buque SWATH para probar la configuración. ^[45]

Los buques SWATH se comparan con catamaranes a motor convencionales de tamaño equivalente, de la siguiente manera: ^[43]

• Superficie mojada más grande, lo que provoca una mayor fricción en la piel.
• Reducción significativa de la resistencia inducida por las olas, con la configuración de puntales y estructuras de casco sumergidas
• El área del plano de agua inferior reduce significativamente el cabeceo y el movimiento de balanceo en una vía marítima.
• No hay posibilidad de planificación
• Mayor sensibilidad a la carga, lo que puede acercar la estructura del puente al agua.

Los catamaranes perforadores de olas (en sentido estricto 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 hacia popa, hasta un nivel, para permitir que cada casco atraviese las olas, en lugar de deslizarse 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 que se extiende puede configurarse con algunas de las características de un casco en V normal, lo que le permite penetrar las crestas de las olas. ^[46]

Los diseños de catamaranes perforadores de olas se han empleado para yates, ^[47] transbordadores de pasajeros, ^[48] y buques militares. ^[49]

La configuración de catamarán llena un nicho en el que se prioriza la velocidad y la comodidad en el mar por sobre la capacidad. En los buques más grandes, este nicho favorece a los transbordadores de automóviles y a los buques militares para patrullaje u operaciones en la zona litoral.

Los catamaranes deportivos y recreativos suelen estar diseñados para tener una tripulación de dos personas y ser botados y desembarcados desde una playa. La mayoría tienen un trampolín en la estructura del puente, un mástil giratorio y sables de longitud completa en la vela mayor. Las versiones de alto rendimiento suelen tener trapecios para permitir que la tripulación se levante y contrarreste las fuerzas de vuelco durante vientos fuertes en ciertos puntos de la vela. ^[50]

Para la 33.ª America's Cup , tanto el defensor como el retador construyeron multicascos de 90 pies (27 m) de largo. La Société Nautique de Genève , defendiendo con el equipo Alinghi , navegó en un catamarán. El retador, BMW Oracle Racing, utilizó un trimarán, reemplazando su aparejo de vela blanda con una imponente vela de ala , la vela de ala 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 series anteriores de la America's Cup . ^[51]

En la bahía de San Francisco, la America's Cup de 2013 se disputó en catamaranes AC72 de 22 m (72 pies) de largo (embarcación establecida por las reglas de la America's Cup de 2013). Cada yate utilizó hidroplanos 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. ^{[52] [53]}

La vela ha visto el desarrollo de multicascos de más de 100 pies (30 m) de longitud. " The Race " 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 dinero del premio y al prestigio asociado con este evento, se construyeron cuatro nuevos catamaranes (y dos altamente modificados) de más de 100 pies (30 m) de longitud para competir. El más grande, PlayStation , propiedad de Steve Fossett , tenía 125 pies (38 m) de largo y tenía un mástil que estaba a 147 pies (45 m) sobre el agua. Prácticamente todos los nuevos megacats fueron construidos con fibra de carbono preimpregnada para mayor 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 la ganó el catamarán Club Med de 33,50 m (109,9 pies) de eslora , capitaneado por Grant Dalton . Dio la vuelta al mundo en 62 días a una velocidad media de 18 nudos (21 mph; 33 km/h). ^[54]

Los catamaranes para aguas bravas, a veces llamados "catarifas", para deportes en aguas bravas están muy extendidos en los países postsoviéticos . Consisten en dos cascos inflables conectados por un armazón de celosía. El armazón 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 de inflado y una carcasa hecha de tejido denso, que protege el globo de daños mecánicos. Las ventajas de estos 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 (10-15 minutos para el inflado). ^[55] Los modelos totalmente inflables están disponibles en América del Norte. ^[56] Se ha utilizado un diseño de cataarifa en el río Colorado para hacer frente a aguas bravas intensas, pero manteniendo una buena velocidad en el agua. ^[57]

Los navegantes de crucero deben hacer concesiones entre volumen, carga útil, velocidad y costo al elegir un barco. Elegir un catamarán ofrece mayor velocidad a expensas de una carga reducida por unidad de costo. Howard y Doane describen las siguientes compensaciones entre monocascos de crucero y catamaranes: ^[38] Un monocasco de crucero de alta mar de larga distancia puede tener tan solo 30 pies (9,1 m) de longitud para una determinada tripulación y suministros de apoyo, mientras que un catamarán de crucero necesitaría tener 40 pies (12 m) para lograr la misma capacidad. Además de una mayor velocidad, los catamaranes calan 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 añade que los catamaranes de crucero pueden mantener una cómoda navegación de 300 millas náuticas (350 mi; 560 km) por día, mientras que las versiones de competición registran 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 una travesía. ^[58]

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 a lo largo de 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 abierto. ^[59]

El catamarán rompeolas Tûranor PlanetSolar , registrado en Suiza y botado en marzo de 2010, es el barco propulsado por energía solar más grande del mundo . Completó una circunnavegación del globo en 2012. ^[60]

En la década de 1970 se introdujeron los catamaranes como transbordadores de alta velocidad , como fue pionero Westermoen Hydrofoil en Mandal , Noruega, que lanzó el diseño Westamaran en 1973. ^[61] El Stena Voyager fue un ejemplo de un transbordador grande y 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). ^[62]

La isla australiana de Tasmania se convirtió en el sitio de construcción de grandes catamaranes de transporte: Incat en 1977 ^[63] y Austal en 1988 ^{[64] , cada uno de los cuales construyó} transbordadores civiles y buques de guerra . Incat construyó el HSC Francisco , un trimarán de alta velocidad que, a 58 nudos, es (a partir de 2014) el barco de pasajeros más rápido en servicio. ^[65]

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 buques de salvamento submarino: SMS Vulkan y SMS Cyclop de Alemania , Kommuna de Rusia y Kanguro de España , todos diseñados para levantar submarinos accidentados por medio de enormes grúas sobre una piscina lunar entre los cascos. Dos buques de rescate submarino de la era de la Guerra Fría , el USS Pigeon y el USS Ortolan de la Armada de los EE. UU ., también eran catamaranes, pero no tenían la característica de piscina lunar.

El uso de catamaranes como transporte naval de alta velocidad fue iniciado por el HMAS Jervis Bay , que estuvo en servicio en la Marina Real Australiana entre 1999 y 2001. El Comando de Transporte Marítimo Militar de los EE. UU. ahora opera varios catamaranes de transporte rápido expedicionario propiedad de la Marina de los EE. UU.; ^[66] se utilizan para el transporte de alta velocidad de carga militar y para ingresar a puertos poco profundos.

La clase Makar es una clase de dos grandes buques de reconocimiento con casco de catamarán construidos para la Armada de la India . En 2012, un buque, el INS Makar (J31) , estaba en servicio y el segundo estaba en construcción. ^[67]

El barco misilístico clase Houbei de la Armada del Ejército Popular de Liberación (PLAN), lanzado por primera vez en 2004 en Shanghái, tiene un diseño de catamarán para adaptarse a las características furtivas del buque. ^[68]

La corbeta clase Tuo Chiang es una clase de corbetas catamaranes perforantes de olas multimisión, rápidas y sigilosas, diseñadas en Taiwán ^[69], lanzadas por primera vez en 2014 para la Armada de la República de China (Taiwán) .

• Multicasco
• Lista de multicascos

• Marchaj, CA (2000). Aerohidrodinámica de la navegación a vela. Tiller Publishing. ISBN 1-888671-18-1.