MAQUINA DE HACER MODELOS CASCOS DE FROUDE (1872)

Este modelo representa la máquina inventada por William Froude en 1872 para moldear, a partir de un plano de formas, los modelos de casco en cera de parafina que eran usados en sus experimentos pioneros en canal de experiencias. El modelo de casco era modelado de forma adecuada por medio de un par de cortadores rotativos simétricos, uno a cada lado, ajustando al valor correcto las líneas de agua del casco en niveles sucesivos, para dar lugar al modelo de casco con dimensiones precisas y ajustados a los valores del plano de formas. El acabado final del modelo era realizado con rascadores de mano.

Máquina de hacer modelos de cascos de William Froude,  fotografía realizada en Science Museum, Londres, 2012.

WILLIAM FROUDE

 El ingeniero naval inglés William Froude nació en Dartington (Devon, Inglaterra), el 28 de noviembre de 1810. Murió en Simonstown (Sudáfrica) el 4 de mayo de 1879.

William Froude fue un inventor, matemático, Ingeniero Hidráulico y arquitecto naval, famoso por inventar  entre otras cosas un tipo de prensa hidráulica e investigar con gran acierto temas relacionados con la navegación, siendo el primero en establecer leyes fiables respecto a la resistencia que el agua ejerce al avance de los navíos, y a calcular su estabilidad.

En la mecánica de fluidos un parámetro adimensional lleva su nombre: el número de Froude. El cual  relaciona el efecto de las fuerzas de inercia y la fuerzas de gravedad que actúan sobre un fluido.

• Estudió en Oxford, donde se graduó en Matemáticas en 1832.

• Comenzó a trabajar como topógrafo para los ferrocarriles del sureste de Inglaterra. EN 1837 fue encargado de la construcción de un tramo del ferrocarril de Bristol a Exeter; allí desarrolló un método empírico para el trazado de curvas de transición. Estas curvas permiten un aumento gradual de la curvatura de los raíles desde un tramo recto a otro circular, de manera que la variación de la fuerza centrífuga que sufren los pasajeros es también gradual.

• En 1858 inventó un freno hidrodinámico industrial que lleva su nombre. Más tarde desvió su interés hacia el estudio de la estabilidad de los barcos. Fue el primero que formuló leyes fiables para calcular la resistencia que el agua ofrece al movimiento de los navíos y para predecir su estabilidad.

• Su principal aportación a la ingeniería naval fue el número de Froude, que relaciona las fuerzas de inercia y de gravedad que actúan sobre un fluido. Al ser un número sin dimensiones, permite realizar experimentos con modelos a escala en canales de ensayos hidrodinámicos y extender los resultados a barcos de tamaño real. El número de Froude se sigue utilizando actualmente en el diseño de canales, embalses, puertos y navíos, así como en meteorología.

• En 1868 escribió una memoria titulada Experiments upon the resistance of ships la cual fue aprobada por el Almirantazgo británico, el cual destinó 2000 libras esterlinas para la construcción de un canal en Torquay, al SW de Inglaterra. El canal tenía 85 m de longitud, 10,97 m de ancho y 2,74 m de profundidad, y tenía un carro de madera movido por un cabo y una maquinilla de vapor, y provisto de un dinamómetro, remolcaba los modelos a velocidades ente 30 y 305 m/min.  De acuerdo con Froude, el principio fundamental del método experimental se basa en que la resistencia al remolque de un objeto (carena) depende de dos causas: 1) la resistencia de fricción debida a su superficie y que viene condicionada por la viscosidad; 2) la resistencia residual que depende de la forma y está condicionada por la gravedad.  Una vez construido el canal de Torquay en 1872, Froude realizó ensayos con tablas planas, de poco grosor (4,76 x 482,6 mm), y distintas longitudes (entre 0,61 y 15,24 m) y diferentes acabados (diferentes rugosidades), luego aplico los resultados obtenidos a la carena para calcular su resistencia de fricción.  Por esta aproximación fue criticado su método, ya que no se tendrían iguales resultados para un objeto tridimensional que para un plano. 

Diversas fotos de W. Froude en el primer tanque de pruebas del Admirantazgo en Torquay Devon 1872. Imperial War Museum. London

En 1874 publicó los resultados obtenidos con los ensayos hechos con las tablas, donde dedujo la fórmula para calcular la resistencia de fricción:

R=f.S.Vⁿ

Donde:

S:  Superficie mojada.
n:  Número inferior a 2, siempre y cuando a rugosidad de la superficie no sea excesiva.
f:  Igualdad de superficie, que depende de la longitud de la superficie y disminuye cuando esta aumenta.

FORMACION RECOMENDADA:
En relación con esta entrada de Tecnología Marítima queremos informar que actualmente los cascos se modelan por ordenador, y uno de los mejores programas para modelar las superficies complejas de un casco de un buque o embarcación es el software Rhinoceros, el cual es usado por arquitectos navales y diseñadores. 

En lo referente a los ensayos hidrodinámicos del modelo de casco en 3D recomendamos el conocido software OpenFOAM, por ser código abierto y de uso gratuito.

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LINKS DE INTERÉS:


- Modelar un casco en 3D a partir del plano de formas

- Museo de ciencias de Londres (Science Museum).

- William Froude

- El Neutrino