Estabilidad Naval: Metacentro y Equilibrio de Buques Flotantes

Metacentro Transversal y Estabilidad de Buques

Metacentro Transversal (MT)

Se denomina MT a los centros de curvatura de la curva “B1B3”, la cual contiene los centros de empuje B, B1, B2, B3. Los puntos M, M1, M2 son metacentros.

Falsos Metacentros

Son los puntos de intersección de la línea de acción del empuje con la vertical del centro de la carena inicial B. Los puntos M'1 y M'2 son falsos metacentros.

Para un buque en posición normal con un volumen de carena (v), su centro de carena “B” se encontrará en la posición inicial del buque adrizado. Si escoramos el buque en un ángulo θ, pero mantenemos el mismo volumen de carena, el centro de carena cambiará y pasará a ser “B1”. En ambos casos, el empuje es igual al desplazamiento. Si prolongamos la recta de acción de esta última hasta cortar la recta de acción del empuje primitivo, se obtiene el punto M (metacentro transversal). Para ángulos pequeños de escora (8°-12°), M es invariable (MT inicial).

Posición del Metacentro en un Buque

No es posible determinar el metacentro por medio de una ecuación matemática, ya que la carena no tiene una forma geométrica definida. Es por eso que este valor se puede encontrar en las curvas de atributo del buque.

• KM: Posición del metacentro con respecto a la línea de construcción (curva 10).
• KB: Posición vertical del centro de carena (curva 7).

La relación entre estos valores se expresa como:

BM = KM - KB

Donde el momento de inercia (I) y el volumen de carena (V) se relacionan por:

I = BM × V (I: momento de inercia; V: volumen de carena, curva 1).

Altura Metacéntrica (GM)

El equilibrio de un buque adrizado puede estudiarse mediante la posición relativa de dos puntos clave: “M” (metacentro) y “G” (centro de gravedad). El segmento GM es crucial para la estabilidad del buque adrizado y se denomina altura transversal inicial.

La fórmula para calcular GM es:

GM = KM - KG

Donde:

• KG: Se calcula como A / B (A: momento estático total; B: peso total del buque).
• KM: Se obtiene de la curva 10.

Influencia de la Forma y Peso del Buque en la Estabilidad

La estabilidad transversal inicial depende de la posición de dos puntos independientes entre sí: M y G.

• El punto M solo depende de la forma de la carena.
• El punto G depende de la distribución de pesos a bordo.

Por ejemplo, si se desplazan pesos verticalmente a bordo (sin agregar o quitar peso), el valor de M no variará, pero sí el de G. Esto provocará una variación en la altura metacéntrica GM.

Por otro lado, si se agrega o quita peso, la carena variará; por lo tanto, M variará y, consecuentemente, GM también lo hará.

Para que el equilibrio inicial de un buque sea estable, GM debe ser positivo. Por razones de seguridad, debe tener un valor mínimo prefijado, y un valor máximo para garantizar comodidad y eficiencia.

Equilibrio de un Cuerpo Flotante

Un buque está en equilibrio cuando se cumplen dos condiciones:

• El peso y el empuje son iguales y opuestos.
• Su centro de carena y su centro de gravedad están en la misma vertical.

Desde el punto de vista de la física, el equilibrio de un cuerpo flotante puede ser de tres clases distintas:

• Equilibrio Estable: Si al ser apartado ligeramente de su posición de equilibrio, el cuerpo tiende a volver a él.
• Equilibrio Inestable: Si al ser apartado ligeramente de su posición de equilibrio, el cuerpo tiende a seguir apartándose.
• Equilibrio Indiferente: Si al ser apartado ligeramente de su posición de equilibrio, el cuerpo permanece en equilibrio en la nueva posición.