ARQUITECTURA NAVAL FUNDAMENTOS DEL EQUILIBRIO LOS FLOTADORES.

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En el caso de que, bajo la fuerzas externas, el flotador se incline un cierto ángulo θ, su centro de gravedad permanecerá fijo, pero la fuerza peso cambiará su acción, situándose ahora perpendicular al nuevo plano de flotación adoptado.[pic 7]

CENTRO DE CARENA DE UN CUERPO FLOTANTE.

Sabemos, que la resultante de los componentes verticales de la fuerza de presión que el agua ejerce sobre la parte sumergida de un cuerpo flotante, va dirigida hacia arriba y es igual al peso del volumen de agua desalojado por éste. Esta resultante la conocemos como fuerza de empuje y la representaremos con la letra E (Fb). Igualmente como la fuerza peso del flotador, que sabemos se encuentra aplicada en su centro de gravedad, la fuerza de empuje tiene también su punto de aplicación, que se puede demostrar matemáticamente que se encuentra situado en un punto denominado centro de presión, situado cerca del centro de volumen de la parte sumergida del flotador y en la misma vertical al plano de flotación que éste.

La aceptación de que el empuje se encuentra aplicado en el centro de volumen y no en el centro de presión no modifica los resultados de los cálculos de estabilidad, flotabilidad y otro, lo cual, unido a la facilidad con que su posición se puede calcular y situar en el volumen sumergido, ha determinado que en todos los cálculos que se realicen de teoría del buque, se considere que la fuerza de empuje se encuentra aplicada en el centro de volumen, el cual conoceremos de ahora en adelante como centro de carena y lo designaremos con la letra C.

En el caso de que, bajo la acción de fuerzas externas, el flotador se incline un ángulo θ, la forma del volumen sumergido variará, cambiando por tanto, la posición del centro de carena, el cual se trasladará en el incremento relativo de volumen sumergido; la fuerza de empuje estará aplicada ahora la nueva posición del centro de carena y perpendicular al nuevo plano de flotación adopta[pic 8]

EQUILIBRIO Y FLOTABILIDAD DE UN CUERPO FLOTANTE.

Para que un cuerpo flote en un líquido, la fuerza peso del mismo tiene que ser igual y de sentido contrario al empuje que éste recibe, de donde se infiere que el cuerpo se hundirá progresivamente en el líquido hasta que ambas fuerzas se iguales.

El equilibrio se alcanzará cuando ambas fuerzas sean iguales, contrarias y colineales, lo cual implica que el cuerpo no tenga ningún movimiento de rotación. [pic 9]

METACENTRO Y RADIO METACENTRICO DE UN CUERPO FLOTANTE.

El centro de carena de un cuerpo flotante no es punto fijo de su volumen sumergido, sino que se mueve y varía su posición en dependencia con la forma que adopte éste.

Al ser Co el centro de carena inicial, la trayectoria que éste describe en su movimiento hasta C1 se puede asegurar que es un arco de circunferencia, para ángulos pequeños de inclinación. Este arco de circunferencia tiene su centro de curvatura, al cual se le denomina de metacentro transversal y designamos con la letra M.[pic 10]

El radio del referido arco de circunferencia, que tiene su centro en M, se conoce como radio metacéntrico transversal y se designa con la letra r.

MATERIALES PARA FLOTABILIDAD

Es frecuente que el diseño de cuerpos que floten requiera el uso de materiales ligeros que ofrescan un grado elevado de flotabilidad. Además, cuando un objeto relativamente pesado debe moverse mientras se encuentra sumergido en un fluido, no es raro que sea deseable agregar flotabilidad para facilitar el desplazamiento. Es comun que el material para la flotabilidad tenga las propiedades siguientes:

- Peso especifico y densidad bajos.

- Poca o ninguna tendencia a absorber el fluido.

- Compatibilidad con el fluido en que operará.

- Capacidad de adoptar formas apropiadas.

- Capacidad de soportar las presiones del fluido a que estará sujeto.

- Resistencia a la abrasión y tolerancia a los daños.

- Apariencia atractiva.

El análisis de problemas que tienen que ver con la flotabilidad requiere que se aplique la ecuación de equilibrios estáticos en la dirección vertical Σ Fv = 0, que supone que el objeto permanece en reposo en el fluido. Para resolver todos los problemas que involucren objetos que floten sumergidos se recomienda el procedimiento siguiente:

PROCEDIMIENTO PARA RESOLVER PROBLEMAS DE FLOTACIÓN.

- Determinar el objeto para la solución del problema. ¿Va a encontrarse una fuerza, peso, volumen o peso específico?

- Dibujar un diagrama de cuerpo libre del objeto en el fluido. Mostrar todas las fuerzas que actúen sobre el cuerpo libre en dirección vertical, inclusive el peso del cuerpo, la fuerza de flotación y todas las fuerzas externas. Si no se conoce la dirección de alguna fuerza, hay que suponer la dirección más probable e indicarle sobre el cuerpo libre.

- Escribir la ecuación de equilibrio estático en la dirección vertical Σ Fv = 0, con el supuesto de que la dirección positiva es hacia arriba.

- Resolver para lo que quiere: fuerza, peso, volumen o peso específico, y tener presentes los conceptos siguientes:

d.1. La fuerza de flotación se calcula a partir de Fb = ϒf * Vd.

d.2. El peso de un objeto sólido es el producto de su volumen total por su peso específico; es decir, w = ϒ V.

d.3. Un objeto cuyo peso específico promedio es mayor que el del fluido tenderá a hundirse, debido a que w b con el objeto sumergido.

d.4. La flotabilidad neutral ocurre cuando un cuerpo permanece en una posición dada, donde sea que se sumerja en un fluido. Un objeto cuyo peso específico promedio es igual al del fluido tiene flotabilidad neutral.