En nuestro proyecto “Hágalo Ud. mismo” ya hemos recorrido varias etapas clave en el diseño de un velero: definimos sus dimensiones principales, estimamos el desplazamiento, calculamos la resistencia al avance y determinamos los márgenes de superficie para el velamen, la orza y el timón. Ahora damos un paso fundamental para garantizar la seguridad y el buen comportamiento del barco en el agua: el estudio de estabilidad.
Y todo comenzó con el artículo «Hágalo Ud. Mismo»
¿Qué es el estudio de estabilidad?
El estudio de estabilidad nos permitirá saber la capacidad de un barco de volver a su posición de equilibrio, al cesar la fuerza externa que lo había apartado del mismo. Para acotar el ámbito de esta definición, se considera la embarcación parada y que el movimiento producido por la fuerza exterior, es pequeña.
Para que exista equilibrio, se deben dar las dos condiciones siguientes: desplazamiento igual a empuje; y, centro de gravedad de la embarcación y centro de carena, deben estar en la misma línea vertical (línea de crujía).
Atendiendo a la definición dada para el estudio de estabilidad, el equilibrio de la embarcación puede ser estable o no estable.
Es decir, o el buque tiene la capacidad de recuperar la posición inicial de equilibrio, y, por tanto, será estable, o no tiene esta capacidad; y entonces, será no estable. Dentro del equilibrio no estable, tienen cabida las típicas denominaciones de equilibrios indiferente e inestable.
Analizando cada una de las tres posibilidades, se dirá que una embarcación tiene equilibrio estable cuando, al ser desviado de su posición de equilibrio por una fuerza momentánea, una vez haya cesado ésta, recuperará su posición inicial.
Si el buque tiene equilibrio inestable, la tendencia será la de apartarse más de la posición de equilibrio, y si tiene equilibrio indiferente, permanecerá en la posición en la que le haya dejado la fuerza momentánea. Se insiste en que estos dos últimos modos de equilibrio, inestable o indiferente, desde el punto de vista del estudio de estabilidad de la embarcación, se consideran no estables.
Grados de libertad
Una embarcación parada, tiene seis grados de libertad: tres de traslación y tres de rotación.
Los tres movimientos de traslación se realizan a lo largo de los ejes X, Y, Z; denominándose movimientos de traslación longitudinal, transversal y vertical, respectivamente. La embarcación tiene equilibrio indiferente, no estable, para los movimientos de traslación longitudinal y transversal. Esto es así, porque no modifican ninguna de las condiciones de equilibrio.
En el movimiento vertical el equilibrio es estable, dado que si varía el volumen sumergido y, por tanto, el empuje, la tendencia clara del barco es la de recuperar la flotación inicial, es decir, volver a la condición de equilibrio igualando desplazamiento y empuje.
¿Qué es el estudio estabilidad inicial?
Para embarcaciones menores como nuestro velero traileable, suele analizarse primero el estudio de estabilidad inicial, que se refiere al comportamiento frente a pequeñas escoras. En esta etapa es clave el valor GMt (metacentro transversal menos centro de gravedad). Un valor positivo y suficiente de GMt indica que el barco tenderá a volver a la vertical.
Para calcular el GMt se necesita:
- El centro de carena (B), que depende de la forma del casco.
- El metacentro (M), estimado a partir del momento de inercia de la línea de flotación.
- El centro de gravedad (G), que depende de la distribución de masas, incluida la orza y el lastre.
Una buena práctica es mantener el GMt dentro de valores adecuados para evitar una embarcación demasiado inestable o demasiado rígida (incómoda y con movimientos bruscos).
Curva de estabilidad
Una herramienta fundamental para el análisis completo es la curva de estabilidad estática, que muestra el brazo de adrizamiento (GZ) en función del ángulo de escora. Esta curva permite identificar:
- El ángulo de máxima estabilidad.
- El valor máximo del brazo de adrizamiento.
- El ángulo de inversión, donde el barco ya no se recupera por sí solo.
Para construirla, podemos utilizar desde métodos manuales hasta software libre como FreeShip o herramientas en Excel, considerando simplificaciones acordes a un diseño amateur.
Influencia de la orza abatible
En nuestro velero, la orza abatible cumple dos funciones: resistencia lateral y lastre. Cuando está completamente baja, el centro de gravedad se desplaza hacia abajo, lo que mejora notablemente la estabilidad. Sin embargo, en posición recogida —por ejemplo, al varar o navegar en aguas poco profundas— esta contribución disminuye o desaparece, y debemos asegurarnos que el casco mantenga suficiente estabilidad sin ella.
Momento escorante debido al viento
Conociendo la superficie vélica y la altura del centro vélico, es posible estimar el momento escorante causado por el viento. Este se compara con el momento de adrizamiento que ofrece el velero ante distintos ángulos de escora. De este análisis surge si el barco puede navegar seguro en ciertas condiciones de viento o si necesita reducir velas.
Conclusión
El estudio de estabilidad no es solo un requisito técnico, sino una condición esencial para que nuestra embarcación sea segura, cómoda y disfrutable. A través del análisis del GMt, la curva de estabilidad y la influencia del viento, entre otras fuerzas externas, podemos anticipar el comportamiento del barco antes de que toque el agua.
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