La eslora y la velocidad

Cuando hablamos de la velocidad de un buque, lo primero que pensamos es en la potencia de los motores, en su tamaño y desplazamiento. Y estamos en lo cierto; a barco más grande necesitamos más potencia para alcanzar una velocidad determinada y para llegar a grandes velocidades necesitamos grandes potencias.  Pero hay un concepto que a veces olvidamos y es que la velocidad máxima de un buque, con casco de desplazamiento, viene dada por su eslora. Una eslora pequeña limita esta velocidad máxima y por mucha potencia que pongamos de motores, difícilmente la superaremos. Cuando hablamos de buques sumergibles, veremos que este límite de velocidad en el casco, influye claramente en su velocidad máxima en superficie. Para hacernos una clara idea de ello, vamos a desarrollar una serie de conceptos simples, los cuales también se pueden aplicar a un buque de superficie.

Tipos de cascos

Básicamente hablaremos de buques normales monocasco, olvidándonos de catamaranes, hidroalas, jet-foil etc... Podemos establecer tres tipos de casco, y el primero sería el tipo de desplazamiento. Este tipo se caracteriza porque el buque navegando desplaza prácticamente el mismo volumen de obra viva sumergida que parado. Es el tipo de casco más habitual en buques medio-grande, y permite navegar bien con mala mar, aunque tiene el inconveniente de que la velocidad está limitada por la eslora.  Mercantes en general, trasatlánticos, y si nos vamos a buques de guerra los sumergibles, cruceros, acorazados etc... serían los buques con este tipo de casco.

Esto hace que no tenga su velocidad limitada por la eslora, pero requiere una elevada potencia y no alcanza velocidades tan elevadas como los cascos de planeo, Las "S-Boat" alemanas, como la que podemos ver en la foto, serían un ejemplo de este tipo.

Limitación de velocidad por la eslora

Una embarcación navegando en superficie, se mueve entre dos fluidos. Uno es el agua, pesado y no comprimible, y otro el aire ligero y comprimible. Esto es lo que vamos a estudiar, pues cuando un sumergible navega sumergido, solo se mueve en un fluido, el agua, y los principios son totalmente diferentes. Cuando una embarcación de desplazamiento está navegando, rompe con su proa la capa de agua, y por la menor densidad del aire la empuja hacia arriba produciendo una ola. Pero hay otro efecto en sus bandas, donde, por el rozamiento del agua con el casco, se levanta una ola pegada al mismo, mientras  en la popa se produce un pequeño vació, similar al seno de una ola, y que provoca una ola posterior. En la siguiente foto del U36 navegando a poca velocidad, se pueden ver la ola que levanta la proa, las olas laterales provocadas por el efecto descrito del rozamiento del agua con el casco, y el inicio del seno de la ola de popa.

Sin embargo, esta ola lateral va creciendo en altura y longitud a medida que aumenta la velocidad, hasta llegar a ser una ola única de gran longitud, como se puede apreciar en esta foto del U26.

Este efecto, quizás es mas visible en esta foto de un acorazado italiano de la clase Littorio. En ella se va claramente la ola y que el seno de la misma se encuentra detrás de la chimenea de popa, donde es visible la obra viva.

Cuando esta ola se alarga y llega a la popa, se produce en la misma un importante seno que crea una especie de vacío. Este frena el buque y es muy difícil de superar, y para ello se necesitan elevadísimas potencias y a pesar de ello, solo se logra en circunstancias favorables. La velocidad a la que la ola lateral llega a la popa y produce este efecto, es la velocidad límite del casco, y viene determinada principalmente por la eslora de flotación. En el siguiente dibujo, intento mostrar el efecto de dicha ola.

Como ya se ha dicho, la parte de la embarcación que produce esta ola es la eslora de flotación, que es la que toca el agua. Para esto no cuenta la eslora total. Existen barcos con grandes lanzamientos en proa y popa, lo que provoca diferencias a considerar. En el siguiente dibujo de un sumergible tipo IX, podemos ver estos conceptos.  Respecto a la eslora de flotación, hay dos diferentes, la eslora estática a barco parado, y la dinámica con el barco navegando, y que acostumbra a ser mayor.

La altura que puede llegar a tener la ola lateral, es claramente visible en esta foto del U203, en que se ve claramente su seno a media eslora:

La velocidad a que la ola alcanza a la popa, será la velocidad limite del casco. En un casco corto, con una eslora de flotación dinámica pequeña, la ola llegará pronto a la popa y no se necesitará una gran velocidad. En este caso, la velocidad límite del casco será baja.  Si el casco es más largo, mayor con una eslora dinámica de flotación grande, la velocidad necesaria para que la ola llegue a la popa será elevada, y por lo tanto, a mayor eslora mayor será la velocidad límite ó máxima del casco.

Cálculo de la velocidad límite

Para calcular la velocidad límite que puede alcanzar un buque de desplazamiento, hay varias fórmulas, siendo todas ellas empíricas, aunque la más usada es la siguiente:

Vm = C x √  Ef

En esta fórmula, Vm es la velocidad límite o máxima del casco, C una constante y Ef la eslora de flotación (poniendo la eslora en metros nos da la velocidad en nudos).

El problema está en el cálculo de la constante. Esto se hace de manera empírica y acostumbra a tener unos valores que van desde 2,4 -en cascos normales- hasta un máximo de 2.8 -en cascos especiales, con formas muy finas como algunos destructores y/o superficies pulidas como algunos veleros de regata-. En las embarcaciones más habituales, se acostumbra a tomar una medida de 2,45. Un punto importante en este aspecto, no solo son las formas del casco, sinó que también es fundamental que esté limpio y con la superficie fina. Una superficie rugosa tiene un rozamiento mayor, arrastra más agua y hace la ola mas grandes, por tanto un casco muy sucio tendría un coeficiente menor.

En este aspecto, he tenido dudas a la hora de calcular el coeficiente a aplicar para los sumergibles de la SGM, pues los cascos con sus depósitos laterales de lastre, pueden tener un efecto variable según el volumen de los mismos. Finalmente me he decantado por usar un valor de 2,5. Si lo aplicáramos a un destructor, este debería subir a 2,7-2,8 y en un acorazado o crucero también debería estar sobre los 2,5.

Velocidades límites de los diferentes tipos de uboot

A la hora de calcular las velocidades límite de los diferentes uboot, me he encontrado en primer lugar con el problema de saber el valor de la eslora de flotación, pues este dato este no se encuentra reflejado en ninguna base de datos. Finalmente he optado por usar la eslora total, a la que he descontado el valor aproximado del lanzamiento de la proa. En general no existe lanzamiento en la popa, y salvo que en algunos modelos como el tipo XXI o XXIII no hay apenas lanzamiento en proa, es por lo que en estos he usado directamente la eslora máxima.

Para hacerlo más fácil de visualizar he realizado la siguiente tabla:

(1) Rendimiento igual a porcentaje entre velocidad límite y velocidad máxima.
(2) Por las características del casco de este uboot, he aplicado una constante de 2.4.

De los cálculos de las diferentes velocidades límite de los uboot, y su comparación con las velocidades máximas reales, podemos distinguir dos tipos de diseños diferentes: los primeros modelos que podemos considerar como sumergibles, que estaban diseñados como buques de superficie pero con capacidad para sumergirse, tienen un rendimiento similar que varía entre  un 84% y un  85% -con un extremo mínimo del 82% en el tipo IIa y un máximo de 86% en un tipo VIIc-, lo que nos viene a indicar que eran diseños similares y en cierto sentido equilibrados para la navegación en superficie. Se salen de esta media modelos un poco especiales  los dos tipo IX d1 (uno por su alta motorización con sus 9.000 cv,  que alcanza el 89 %, y el otro por su baja motorización, con 2.800 cv para el mismo casco y que se queda en un 68 %).  También se sale de esta media el tipo XIV, con un 76 %, pues como submarino de transporte, prima la capacidad de carga y autonomía sobre el rendimiento.

Cuando pasamos a los modelos modernos que ya se pueden considerar como auténticos submarinos, los rendimientos navegando en superficie bajan por debajo de los modelos antiguos, quedando en 77 %, en el XXI, y en 68 % en el XXIII.

En el resto de modelos estudiados, al ser unidades muy pequeñas y/o experimentales, los rendimientos ya varían mucho y solo los he puesto a título comparativo.