aparentemente extrañas para la hidrodinámica, como son los escalones o los carriles de spray, y que, sin embargo, producen resultados favorables. Lo que es válido al navegar a bajas velocidades en donde el agua que rodea el casco es sencillamente desplazada a su alrededor (cascos de desplazamiento), no lo es con el comportamiento de un chorro de agua a altas velocidades. En estas últimas condiciones el desplazamiento del agua es imposible debido a la velocidad, y el comportamiento del barco responde a principios físicos totalmente diferentes.

La resistencia de fricción del agua aumenta de forma brutal según la tercera potencia de la velocidad y por ello a medida que aumentamos la velocidad del barco se hace fundamental reducir la superficie mojada del casco pues con ello disminuiremos en la misma medida la resistencia y por tanto las necesidades de potencia y energía para desplazarnos.

Y una de las mejores formas para reducir la superficie mojada es sacando el casco fuera del agua, o lo que es lo mismo, creando una presión dinámica debido al movimiento del barco que genere sustentación. Pero hay otros modos de lograrlo como ocurre por ejemplo en el Hydroptère de Tabarly, aunque es motivo para otros artículos dedicados a los “Foils”.

Cómo y dónde se sitúan los escalones y sprays en la carena es importante, pues con ello estaremos definiendo las zonas en las que se “apoya” el peso del barco y por tanto mejorando o empeorando la estabilidad del barco. Uno de los problemas con las altas velocidad tiene que ver justamente con la estabilidad y la facilidad de pilotaje en planeo. A medida que disminuyen las colas y apéndices, el barco se hace más inestable con riesgos de pérdida de control, giros bruscos o comportamientos impredecibles.

Por ello, y como todo en la vida, necesitamos llegar a compromisos. Si quiere experimentar sobre este asunto, basta con pilotar una lancha en planeo, incluso de esloras pequeñas de 6 a 8 metros, y cuando vaya a tope empezar poco a poco a subir el trim del fueraborba del barco. Observará como la lancha gana aún 2 ó 3 nudos mientras va sacando la cola del agua y disminuye lo poco que queda de estabilización por parte de la aleta de la cola. De repente un ligero movimiento del volante, una pequeña ola que golpea en una amura o algo imprevisto hace que el barco pierda la estabilidad dándonos un gran susto en el mejor de los casos.

Preveer lo imprevisible

En las carenas con “V” profunda es posible predecir el comportamiento en modo desplazamiento y algo menos en modo de planeo. Pero cuando empiezan a entrar en acción los escalones y otros formas de la carena, no queda más remedio que experimentar y pasar al canal de pruebas hidrodinámicas.

Una carena convencional irá sacando la proa del agua poco a poco a medida que aumentamos las potencia del motor y por tanto aumenta la velocidad y con ello la presión dinámica. Al aumentar la velocidad se irá retrasando el centro de resistencias al retrasarse la parte de la carena mojada.

Pero cuando se ha de analizar el comportamiento de una carena con escalones se acabaron todas las posibles predicciones matemáticas. Cuando la superficie mojada a una determinada velocidad alcanza el escalón, la carena cambia bruscamente su comportamiento y es como si al barco le hubiésemos cambiado de repente la carena por una específicamente diseñada para moverse a esa velocidad concreta.

El escalón con su particular forma se comportará como un “nuevo” casco con una nuevo ataque a las olas de proa y con nuevos ángulos y “V” dependiendo de la forma en que haya sido ideado el “escalón”, su ángulo, su forma, su anchura, y su altura.

Algunos fabricantes diseñan las carenas con más de un escalón, con la idea de lograr comportamientos mejorados a diferentes regímenes de velocidades, aún en detrimento de aumentar la resistencia del agua para los regímenes de velocidades más lentos en los que ha de trabajar solo el primer escalón o el barco aún no ha despegado.

Un casco con escalones conducido a una velocidad baja, por ejemplo por debajo de los 25 nudos y antes de llegar al planeo, tendrá mayores resistencias hidrodinámicas y turbulencias que uno normal, y por tanto sólo será conveniente si navegamos a altas velocidades. Pero en muchas ocasiones el mal estado de la mar hace imposible llevar el barco por encima de los 25 nudos…

Si ve algún barco con carenas escalonadas y anunciado para navegar por debajo de 20 nudos, puede estar seguro de que se trata de un “rollo” comercial, o simplemente un fraude. Si observa una gran cabina y por tanto altos centros de gravedad o incluso algún “corte” lateral en el casco con aspecto de entrada a un escalón que no conduce a ninguna parte y desemboca en una carena plana… ¡Mal asunto!

Por si no fuera lo suficientemente complicado, el comportamiento de la carena puede (y en muchos casos debe) ser modificado por otros apéndices que modifican el comportamiento del conjunto como son los flaps, interceptores en la popa, el trim del motor o si las hélices lo permiten los ángulos de los ejes (por ejemplo en transmisiones Arneson). De esta forma es posible “alterar” la potencia a la que el casco sale del agua y alcanza un determinado Escalón en el planeo.

Uno de los mayores compromisos consiste en lograr un apoyo por presión hidrodinámico que reduzca en gran medida la resistencia por superficies mojadas pero manteniendo el control direccional. A grandes velocidades de planeo por encima de los 40 nudos si esto no está bien diseñado, una ligera modificación en las condiciones de planeo y equilibrio, puede desencadenar una sobrepresión en una de las zonas laterales de la carena que aumentará el fenómeno de forma inmediata y desencadenará un giro tan brutal como brusco y peligroso. El resultado puede ser un vuelco mortal tanto para el barco como para sus tripulantes como a veces vemos en las carreras de F1 de extrema velocidad. Es como clavar la rueda delantera de una moto y ver como la parte trasera nos adelanta cambiando bruscamente la trazada para tirarnos al asfalto.

En una carena con el casco planeando fuera del agua y apoyado tras el escalón, la parte central de la carena en popa es sumamente “resbaladiza” por la corriente de agua y la ventilación existente en la zona, y esto conlleva al impredecibles y peligrosos fenómenos de giro brusco. Algunas lanchas vendidas en los 70 y 80 incluso de importantes marcas adolecen de este problema que sólo se manifiesta a grandes velocidades, por lo que si es usted comprador de segunda mano, debe informarse y probar el barco a velocidades en las que se pueden manifestar estas inestabilidades.

Railes, redanes y pantoques

Para reducir en parte este pernicioso efecto, las carenas incorporan raíles y redanes de diferente altura y ángulo, que de diferente forma actúan como orzas estabilizadoras longitudinales, en detrimento de la resistencia total hidrodinámica pues aumentan la superficie mojada de la carena. El ángulo de pantoque a la postre se comporta también como un raíl y por tanto su forma y ángulo tendrá un efecto directo en la estabilidad longitudinal.

Pero todo el asunto se complica aún más si tenemos en cuenta que el comportamiento de la carena debe ser estudiado además de en movimientos rectilíneos, también en mitad de un viraje a gran velocidad, en el cual la forma de la superficie mojada de la carena queda drásticamente alterada debido a la escora del barco producida por el propio giro.

Si la carena en el giro pasa a ser demasiado plana, estaremos facilitando los fenómenos de derrapajes que pueden conducir a los descritos bruscos cambios de rumbo, pero si la carena está diseñada de tal forma que, en un viraje se aumenta demasiado el ángulo de “V” de la carena, facilitaremos un posible vuelco ayudado por las fuerzas centrífugas!

Todo ello nos conduce  finalmente a que la creación de un casco de alta velocidad es una tarea empírica de prueba, y error. Existen algunas herramientas informáticas como el “Autowing”, que permite hacer predicciones en carenas de planeo con escalones, pero incapaces de sustituir la labor de un experimentado diseñador con conocimiento acumulado de otros proyectos anteriores.

La dimensiones e incluso la forma con la que se haya definido el rail tiene influencia en el comportamiento e hidrodinámica del casco. En vez de crear un rail simétrico respecto a la superficie del casco, alguno fabricantes proponen el diseño en forma de 'Z' que ofrece flujos de agua más laminares sin quitar prestaciones al apoyo que ofrece el propio rail.

El colchón de aire y la aspiración

A medida que aumenta la velocidad en la superficie de casco en contacto con el agua, disminuye la presión en esta zona (Bernouilli). Esta depresión produce succión y por ello los escalones actúan también como “tubos” de absorción y canalización de aire que se distribuye en la zona de contacto hidrodinámico lo cual ayuda a aumentar la velocidad del barco. Si la zona por la que se absorbe este aire de la superficie es demasiada pequeña debido a una carga de pesos excesiva en el barco o a que nos encontramos en mitad de un viraje, el flujo de aire se detiene y se crea una zona con un vacío o depresión parcial de forma asimétrica lo cual producirá un cambio brusco en el comportamiento del barco en mitad del viraje.

Por esta razón el diseño de los escalones es tarea bien complicada que afecta a la forma evolutiva en que cambia el escalón a medida que este se acerca a las amuras y se separa de la crujía.

Algunos afirman que la absorción de aire y por tanto la creación de la sustentación parcial de un colchón de aire produce un aumento de velocidad de unos 6 nudos (a igualdad de consumo y potencia de motorización), frente a un casco convencional sin escalones y sin absorción de aire, lo cual es difícil de asegurar...

Los detractores

Al ser un tema sumamente empírico en donde todo está aún por demostrar, otros diseñadores e ingenieros navales afirman que el diseño de casco con escalones es una labor muy COMPLICADA y que produce beneficios para navegar a un régimen muy específico de velocidad y en donde un ligero cambio en la distribución de pesos puede dar al traste con las ventajas. Un cambio en la forma de la carena en un giro casi seguro eliminaría los beneficios y si el diseño es inadecuado podría conducir a comportamientos peligrosos en altas velocidades.

La eficiencia de una superficie en planeo depende mucho de la “relación de aspecto”. Por ejemplo, en un avión veremos que el ala es unas 10 veces más larga que su anchura (10:1), mientras que en un barco esta relación de aspecto es justo lo contrario de por ejemplo (1:2), lo cual es muy ineficaz.

En una carena de planeo sin escalones, el diseñador puede “jugar” con el ángulo de ataque, el centro de gravedad, el ángulo de pantoque, y todo ello para cada sección transversal del casco. En una carena escalonada se han de considerar todas estas variables y además mantener el equilibrio entre el ángulo de ataque en cada tramo o escalón en relación con la distancia desde cada escalón hasta la parte trasera de la carena. Algo muy complicado y que solo beneficiará a un régimen de velocidad concreto.

El tema de introducir aire bajo la carena para reducir la resistencia por viscosidad podría ser simplemente un “mito”. El casco es empujado fuera del agua por la presión del agua y no por las burbujas de aire. Las burbujas actúan como una interfase entre el agua y el aire y de nuevo el agua, lo cual podría producir un incremento en la fricción lejos de reducirla.

Respecto a los escalones múltiples, si están demasiado cerca entre sí, el agua que llega al siguiente escalón es turbulenta y de “baja densidad” debido al aireamiento del primer escalón lo cual conlleva a una pérdida de sustentación en el escalón trasero, al no poder modificarse el centro de gravedad del barco.

Barcos profesionales

Sin embargo, y a pesar de lo que opinen los detractores, los escalones tienen indudablemente un marcado beneficio en el consumo y las prestaciones del barco, al navegar a la velocidad para la cual ha sido optimizado el diseño del escalón.

En general los barcos con escalones se comportan de forma muy diferente a los casco de planeo sin escalones. Si no quiere sobresaltos o sustos y prefiere un barco que perdone las malas maniobras, mejor elija un casco de planeo normal.

Pero si por el contrario busca el alto rendimiento especialmente a un régimen de velocidad de crucero, un buen casco escalonado puede hacerle ahorrar dinero en consumo y mejorar las prestaciones. Las carenas con escalones cobran todo su sentido cuando prevemos navegar por encima de los 25 nudos y en condiciones de mar y de crucero muy concretas sin que tampoco sean previsibles notables cambios en los centros de gravedad o velocidad de crucero.

Las carenas con escalones son adecuadas para barcos profesionales que buscan optimizar el rendimiento del combustible a cambio de verse obligados a navegar en un marco de velocidades más estrecho y siempre por encima del planeo para el cual han sido diseñados.

Saber más: Algunas patentes curiosas en este enlace.