Casco (embarcación)

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El casco es el cuerpo estanco de un barco , bote , submarino o hidroavión . El casco puede abrirse en la parte superior (como un bote auxiliar ) o puede estar cubierto total o parcialmente con una cubierta. Sobre la cubierta puede haber una caseta de cubierta y otras superestructuras , como una chimenea, una torre de perforación o un mástil . La línea donde el casco se encuentra con la superficie del agua se llama línea de flotación .

Existe una amplia variedad de tipos de cascos que se eligen por su idoneidad para diferentes usos, y la forma del casco depende de las necesidades del diseño. Las formas varían desde una caja casi perfecta en el caso de las barcazas hasta una superficie de revolución muy afilada en el caso de un velero multicasco de competición. La forma se elige para lograr un equilibrio entre el coste, las consideraciones hidrostáticas (acomodación, capacidad de carga y estabilidad), la hidrodinámica (velocidad, requisitos de potencia y movimiento y comportamiento en mar abierto) y consideraciones especiales para el papel del barco, como la proa redondeada de un rompehielos o el fondo plano de una embarcación de desembarco .

En un barco de acero moderno típico, el casco tendrá cubiertas estancas y miembros transversales principales llamados mamparos . También puede haber miembros intermedios como vigas , largueros y almas , y miembros menores llamados marcos transversales ordinarios, cuadernas o longitudinales, según la disposición estructural. La cubierta continua superior puede llamarse "cubierta superior", "cubierta de intemperie", "cubierta de mástil", " cubierta principal " o simplemente "cubierta". El nombre particular que se le da depende del contexto: el tipo de barco o embarcación, la disposición o incluso por dónde navega.

En un velero de madera típico, el casco está construido con tablones de madera, sostenidos por marcos transversales (a menudo denominados costillas) y mamparos, que están unidos entre sí por largueros longitudinales o techo. A menudo, pero no siempre, hay un miembro longitudinal en la línea central llamado quilla . En los cascos de fibra de vidrio o compuestos, la estructura puede parecerse en cierta medida a los barcos de madera o acero, o tener una disposición monocasco . En muchos casos, los cascos compuestos se construyen intercalando capas delgadas reforzadas con fibra sobre un núcleo liviano pero razonablemente rígido de espuma, madera de balsa, panal de papel impregnado u otro material.

Quizás los primeros cascos propiamente dichos fueron construidos por los antiguos egipcios , quienes hacia el año 3000 a. C. sabían cómo ensamblar tablones de madera para formar un casco. ^[1]

Los cascos vienen en muchas variedades y pueden tener forma compuesta (por ejemplo, una entrada fina hacia adelante y forma de campana invertida hacia atrás), pero se agrupan principalmente de la siguiente manera:

• De quilla y de quilla dura. Algunos ejemplos son el casco de fondo plano (de quilla), el de fondo en V y el de quilla múltiple (varias quillas duras más suaves, pero no lisas). Estos tipos tienen al menos un nudillo pronunciado en toda o casi toda su longitud.
• Moldeado, con pantoque redondo o con pantoque blando . Todas estas formas de casco tienen curvas suaves. Algunos ejemplos son el pantoque redondo, el pantoque semicircular y el casco con fondo en forma de S.

• Casco de desplazamiento: en este caso, el casco se sustenta exclusivamente o predominantemente por la flotabilidad . Los buques que tienen este tipo de casco se desplazan por el agua a una velocidad limitada que está definida por la longitud de la línea de flotación, excepto los cascos especialmente estrechos, como los multicascos de vela , que están menos limitados de esta manera.
• Casco de planeo: aquí, la forma del casco de planeo está configurada para desarrollar una presión dinámica positiva de modo que su calado disminuya al aumentar la velocidad. La sustentación dinámica reduce la superficie mojada y, por lo tanto, también la resistencia . Dichos cascos a veces tienen fondo plano, a veces fondo en V y, más raramente, pantoque redondo. La forma más común es tener al menos una quilla, lo que permite un planeo más eficiente y puede arrojar salpicaduras hacia abajo. Los cascos de planeo son más eficientes a velocidades más altas, aunque aún requieren más energía para alcanzar estas velocidades. Un casco de planeo eficaz debe ser lo más ligero posible con superficies planas que sean compatibles con un buen comportamiento en el mar. Los veleros que planean también deben navegar eficientemente en modo de desplazamiento con vientos suaves.
• Semidesplazamiento o semiplaneo: aquí la forma del casco es capaz de desarrollar una cantidad moderada de sustentación dinámica; sin embargo, la mayor parte del peso del buque aún se sostiene mediante la flotabilidad.

En la actualidad, la forma más utilizada es el casco de sentina redonda. ^[2]

Con una carga útil pequeña, una embarcación de este tipo tiene una parte menor del casco por debajo de la línea de flotación , lo que le da menos resistencia y más velocidad. Con una carga útil mayor, la resistencia es mayor y la velocidad menor, pero la curvatura del casco hacia afuera proporciona un rendimiento más suave en las olas. Por ello, la forma de campana invertida es una forma popular que se utiliza con los cascos de planeo. ^{[ cita requerida ] [ aclaración necesaria ]}

Un casco con quilla no tiene una transición suave y redondeada entre el fondo y los costados, sino que sus contornos se ven interrumpidos por ángulos agudos en los puntos donde se encuentran los paneles predominantemente longitudinales del casco. Cuanto más aguda sea la intersección (cuanto más agudo el ángulo), más "dura" será la quilla. Es posible tener más de una quilla por costado.

La piragua cajún es un ejemplo de embarcación con quillas duras.

Las ventajas de este tipo de casco incluyen un coste de producción potencialmente menor y un fondo (normalmente) bastante plano, lo que hace que el barco planee más rápido . Un casco con pantoque duro resiste el balanceo (en aguas tranquilas) más que un casco con pantoque redondeado (el pantoque crea turbulencia y resistencia al movimiento de balanceo, a medida que se mueve a través del agua, el pantoque redondeado proporciona menos resistencia al flujo alrededor del giro). En mares agitados, esto puede hacer que el barco se balancee más, ya que el movimiento arrastra primero hacia abajo y luego hacia arriba, en un pantoque: como resultado, los barcos con pantoque redondo son más amables con el mar en las olas.

Los cascos con quilla pueden tener una de tres formas:

• Cascos de fondo plano con quilla
• Cascos de múltiples quillas
• Cascos con fondo en forma de V. A veces llamados cascos de quilla dura.

Cada uno de estos cascos de pantoque tiene sus propias características y usos únicos. El casco de fondo plano tiene una alta estabilidad inicial pero una alta resistencia. Para contrarrestar la alta resistencia, las formas del casco son estrechas y, a veces, muy afiladas en proa y popa. ^{[ cita requerida ]} Esto conduce a una mala estabilidad cuando se escora en un velero. ^{[ cita requerida ]} Esto a menudo se contrarresta utilizando un pesado lastre interior en las versiones de vela. Son más adecuados para aguas costeras protegidas. Los primeros barcos a motor de carreras estaban bien hacia adelante y planos hacia atrás. Esto producía una elevación máxima y un viaje suave y rápido en aguas tranquilas, pero esta forma de casco se desestabiliza fácilmente en las olas. El casco de pantoque múltiple se aproxima a una forma de casco curvado. Tiene menos resistencia que un barco de fondo plano. Los pantoques múltiples son más complejos de construir, pero producen una forma de casco más apta para navegar. Por lo general, son cascos de desplazamiento. Los barcos de pantoque con fondo en V o en arco tienen una  forma de V entre 6°  y 23°. Esto se llama ángulo de pantoque muerto . La forma más plana de un casco de 6 grados planeará con menos viento o con un motor de menor potencia, pero golpeará más en las olas. La  forma de V profunda (entre 18  y 23  grados) solo es adecuada para embarcaciones de planeo de alta potencia. Requieren motores más potentes para elevar la embarcación hasta el planeo, pero brindan un viaje más rápido y suave en las olas. Los cascos de desplazamiento con quilla tienen más área de superficie mojada, por lo tanto, más resistencia, que una forma de casco redondo equivalente, para cualquier desplazamiento dado.

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Los cascos de curva suave son cascos que utilizan, al igual que los cascos curvos, una orza o una quilla adjunta. ^{[ cita requerida ]}

Los cascos de sentina semicirculares son algo menos redondos. La ventaja de los semicirculares es que se encuentran en un punto intermedio entre el casco con fondo en S ^{[ aclaración necesaria ]} y el casco con quilla. Se pueden encontrar ejemplos típicos de un casco de sentina semicircular en los botes de vela ligera Centaur y Laser .

Los cascos con fondo en forma de S son cascos de veleros con una sección transversal en el centro del barco en forma de S. [ ^{aclaración necesaria ]} En el fondo en forma de S, el casco tiene sentinas redondas y se fusiona suavemente con la quilla, y no hay esquinas afiladas en los lados del casco entre la línea central de la quilla y la línea de arrufo. Los barcos con esta forma de casco pueden tener una quilla profunda fija larga, o una quilla fija poco profunda larga con una quilla oscilante de orza en el interior. El lastre puede ser interno, externo o una combinación. Esta forma de casco fue más popular a fines del siglo XIX y principios y mediados del siglo XX. ^{[ cita requerida ]} Ejemplos de veleros pequeños que usan esta forma de S son el Yngling y el Randmeer .

• Se pueden instalar dispositivos de control como un timón , flaps o aletas estabilizadoras.
• Se puede instalar una quilla en un casco para aumentar la estabilidad transversal, la estabilidad direccional o para crear sustentación.
• Los apéndices retráctiles incluyen las orzas centrales y las orzas . ^[3]
• Una protuberancia hacia adelante debajo de la línea de flotación se llama proa bulbosa . Se colocan en algunos cascos para reducir la resistencia a la formación de olas y, por lo tanto, aumentar la eficiencia del combustible .

• La línea base es una línea de referencia de nivel desde la cual se miden las distancias verticales.
• La proa es la parte delantera del casco.
• En medio del barco se encuentra la porción media del buque en dirección de proa a popa.
• Babor es el lado izquierdo del buque cuando se mira hacia la proa desde a bordo.
• Estribor es el lado derecho del buque cuando se mira hacia la proa desde a bordo.
• La popa es la parte trasera del casco.
• La línea de flotación es una línea imaginaria que circunscribe el casco y que coincide con la superficie del agua cuando el casco no se mueve.

Las formas del casco se definen de la siguiente manera:

Medidas en bloque que definen las dimensiones principales. Son:

• La manga o anchura ( B ) es el ancho del casco. (ej: BWL es la manga máxima en la línea de flotación)
• El calado ( d ) o ( T ) es la distancia vertical desde la parte inferior de la quilla hasta la línea de flotación .
• El francobordo ( FB ) es la profundidad más la altura de la estructura de la quilla menos el calado .
• La eslora en la línea de flotación ( LWL ) es la longitud desde el punto más delantero de la línea de flotación medido de perfil hasta el punto más trasero de la línea de flotación.
• La longitud entre perpendiculares ( LBP o LPP ) es la longitud de la línea de flotación de carga de verano desde el codaste de popa hasta el punto donde cruza la roda . (ver también p/p )
• La longitud total ( LOA ) es la longitud extrema de un extremo al otro.
• La profundidad de moldeo ( D ) es la distancia vertical medida desde la parte superior de la quilla hasta la parte inferior de la cubierta superior en el costado. ^[4]

Derivadas de forma que se calculan a partir de la forma y las medidas del bloque. Son:

• El desplazamiento ( Δ ) es el peso del agua equivalente al volumen sumergido del casco.
• El centro de flotabilidad longitudinal ( LCB ) es la posición longitudinal del centroide del volumen desplazado, que suele expresarse como la distancia desde un punto de referencia (a menudo en el centro del barco) hasta el centroide del volumen desplazado estático. Tenga en cuenta que el centro de gravedad longitudinal o el centro del peso del buque deben estar alineados con el LCB cuando el casco está en equilibrio.
• El centro longitudinal de flotación ( LCF ) es la posición longitudinal del centroide del área del plano de flotación, que se expresa habitualmente como la distancia longitudinal desde un punto de referencia (a menudo en el centro del barco) hasta el centro del área del plano de flotación estático. Puede visualizarse como el área definida por la superficie del agua y el casco.
• El centro de flotabilidad vertical ( VCB ) es la posición vertical del centroide del volumen desplazado, generalmente expresada como la distancia desde un punto de referencia (como la línea de base) hasta el centro del volumen desplazado estático.
• El volumen ( V o ∇ ) es el volumen de agua desplazado por el casco.

Los coeficientes ^[5] también ayudan a comparar las formas del casco:

1. El coeficiente de bloque ( C _b ) es el volumen (V) dividido por L _WL × B _WL × T _WL . Si dibuja un recuadro alrededor de la parte sumergida del barco, es la relación del volumen del recuadro ocupado por el barco. Da una idea de qué parte del bloque definido por L _WL , manga (B) y calado (T) está ocupado por el casco. Las formas completas, como los petroleros, tendrán un C _b alto , mientras que las formas finas, como los veleros, tendrán un C _b bajo .$${\displaystyle C_{b}={\frac {V}{L_{WL}\cdot B_{WL}\cdot T_{WL}}}}$$
2. El coeficiente de centro del barco ( C _m o C _x ) es el área de la sección transversal (A _x ) de la porción en el centro del barco (o en la sección más grande para C _x ) dividida por la manga x el calado. Muestra la relación entre la sección submarina más grande del casco y un rectángulo del mismo ancho y profundidad totales que la sección submarina del casco. Esto define la plenitud de la parte inferior. Un C _m bajo indica una sección media recortada y un C _m alto indica una sección con forma de caja. Los veleros tienen una sección media recortada con un C _x bajo , mientras que los buques de carga tienen una sección cuadrada con un C _x alto para ayudar a aumentar el C _b .$${\displaystyle C_{m}={\frac {A_{m}}{B_{WL}\cdot T_{WL}}}}$$
3. El coeficiente prismático ( C _p ) es el volumen (V) dividido por L _WL x A _x . Muestra la relación entre el volumen sumergido del casco y el volumen de un prisma con la misma longitud que el barco y un área de sección transversal igual a la sección más grande del casco bajo el agua (sección central). Esto se utiliza para evaluar la distribución del volumen de la parte inferior del casco. Un C _p bajo o fino indica una sección media llena y extremos finos, un C _p alto o completo indica un barco con extremos más llenos. Los cascos de planeo y otros cascos de alta velocidad tienden a tener un C _p más alto . Los cascos de desplazamiento eficiente que viajan a un número de Froude bajo tenderán a tener un C _p bajo .$${\displaystyle C_{p}={\frac {V}{L_{WL}\cdot A_{m}}}}$$
4. El coeficiente de plano de flotación ( C _w ) es el área del plano de flotación dividida por L _WL x B _WL . El coeficiente de plano de flotación expresa la amplitud del plano de flotación, o la relación entre el área del plano de flotación y un rectángulo de la misma longitud y anchura. Un valor bajo de C _w indica extremos finos y un valor alto de C _w indica extremos más llenos. Un valor alto de C _w mejora la estabilidad y el comportamiento de manejo en condiciones difíciles.$${\displaystyle C_{w}={\frac {A_{w}}{L_{WL}\cdot B_{WL}}}}$$

Nota: $${\displaystyle C_{b}=C_{p}\cdot C_{m}}$$

El uso del diseño asistido por ordenador ha sustituido a los métodos de diseño de barcos basados ​​en papel que dependían de cálculos manuales y dibujos lineales. Desde principios de los años 90, se han desarrollado diversos paquetes de software comerciales y gratuitos especializados en arquitectura naval que ofrecen capacidades de dibujo en 3D combinadas con módulos de cálculo para hidrostática e hidrodinámica. Estos pueden denominarse sistemas de modelado geométrico para arquitectura naval. ^[6]

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• Hayler, William B.; Keever, John M. (2003). Manual del marino mercante estadounidense . Cornell Maritime Pr. ISBN 0-87033-549-9.
• Turpin, Edward A.; McEwen, William A. (1980). Manual para oficiales de la marina mercante (4.ª ed.). Centreville, MD: Cornell Maritime Press. ISBN 0-87033-056-X.