Estabilidad del yate

Requisitos previos

Conocimientos de nivel Day Skipper sobre construcción de yates, tipos de quilla y ajuste de velas, y experiencia de acceso al curso Coastal Skipper (15 días, 2 como patrón, 300 millas, 8 horas nocturnas).
Aritmética básica: multiplicar y dividir, y el concepto de momento (un peso multiplicado por su distancia a un punto de giro).
Alguna experiencia de cómo escora tu barco y se recupera con brisa.

El temario de Yachtmaster Coastal espera que el patrón entienda la estabilidad cualitativamente y la use en decisiones prácticas: cómo cargar y estibar el barco, cómo gestionar los tanques, cuándo reducir vela y qué condiciones de mar amenazan con un vuelco (knockdown) o zozobra. No se te pedirá arquitectura naval, pero sí debes saber explicar GM, GZ, la curva de estabilidad y el ángulo de estabilidad nula.

Objetivos de aprendizaje

Esta lección cubre el tema "Estabilidad y carga" (distribución de pesos, conciencia de estabilidad, cálculos de carga) del temario teórico de la RYA Yachtmaster Coastal, al nivel práctico que exige el temario. Al final serás capaz de:

Definir el centro de gravedad (G), el centro de carena (B) y el metacentro (M), y explicar cómo producen un momento adrizante (temario: conciencia de estabilidad).
Explicar la altura metacéntrica (GM) y el brazo adrizante (GZ), y la diferencia entre un yate rígido y uno blando (temario: GM y estabilidad inicial).
Leer una curva GZ e identificar el brazo adrizante máximo, el ángulo de estabilidad nula (AVS) y el rango de estabilidad positiva.
Explicar el ángulo de inundación (downflooding) y por qué puede limitar la escora segura antes del AVS.
Describir los efectos de la carga, la gestión de tanques, la superficie libre y las cargas de cubierta sobre la estabilidad, y calcular un KG sencillo (temario: distribución de pesos y cálculos de carga).
Describir el efecto de una inundación sobre la estabilidad, y la idea de inundación cruzada (temario: estabilidad en avería).
Controlar el desplazamiento, el calado y el asiento (trim) a medida que se consumen combustible, agua y víveres (temario: cálculos de carga, calado y asiento).
Relacionar la estabilidad con el estado de la mar, en especial con el mar de través y las olas rompientes, y con las categorías de diseño RCD y la información de estabilidad del manual del propietario.

Las fuerzas básicas: G y B

Un yate a flote está sometido a dos fuerzas:

El peso, que actúa verticalmente hacia abajo a través del centro de gravedad, G: la posición media de toda la masa del barco, incluidos quilla, casco, aparejo, motor, víveres y tripulación.
La flotabilidad, que actúa verticalmente hacia arriba a través del centro de carena, B: el centro del volumen de agua desplazado por el casco. La flotabilidad es igual al peso cuando el barco flota libremente.

Cuando el barco está derecho y en reposo, G y B están en la misma línea vertical, como muestra el diagrama.

Centro de gravedad y centro de carena alineados en el yate derecho

G permanece fijo respecto al casco mientras no se muevan los pesos (tripulación, agua en la sentina, víveres sueltos, líquidos en los tanques). B no es fijo: cuando el barco escora, cambia la forma de la parte sumergida y B se desplaza hacia el costado inferior.

El brazo adrizante (GZ)

Cuando el yate escora, B se desplaza a sotavento mientras G se mantiene en su sitio. El peso que actúa hacia abajo por G y la flotabilidad que actúa hacia arriba por B quedan ahora desplazados horizontalmente. La distancia horizontal entre las dos líneas de acción es el brazo adrizante, GZ. Las dos fuerzas forman un par que intenta devolver el barco a la vertical.

Brazo adrizante GZ: distancia horizontal entre las líneas de acción de la gravedad y la flotabilidad cuando el barco escora

El momento adrizante es el desplazamiento multiplicado por GZ. Por ejemplo, un yate que desplaza 8 toneladas con un GZ de 0,35 m a 30 grados de escora tiene un momento adrizante de 8 x 0,35 = 2,8 tonelada-metro. Para escorarlo más, el viento debe producir, a través de las velas, un momento escorante mayor que ese.

Esto explica por qué:

Un barco pesado y de quilla profunda aguanta bien su trapo: el gran desplazamiento y un G bajo dan grandes momentos adrizantes.
La tripulación sentada en la borda de barlovento aumenta el momento adrizante al desplazar G hacia barlovento.
Un barco ancho, ligero y plano tiene una gran rigidez inicial por su forma (B se desplaza mucho hacia fuera al escorar), pero puede perder estabilidad rápidamente con ángulos grandes.

El metacentro y la altura metacéntrica (GM)

Con ángulos de escora pequeños (hasta unos 10 a 15 grados), la línea vertical que sube desde la nueva posición de B corta el plano de crujía del barco en un punto casi fijo, el metacentro, M. La distancia de G hacia arriba hasta M es la altura metacéntrica, GM.

Altura metacéntrica GM: distancia de G hacia arriba hasta el metacentro M

Con ángulos pequeños, GZ es aproximadamente GM multiplicado por el seno del ángulo de escora. Así, GM indica con qué fuerza se resiste el barco a las primeras escoras:

GM	Comportamiento	Sensación
Grande	Rígido: resiste mucho la escora, balancea rápida y bruscamente	Incómodo, cargas pesadas sobre el aparejo y la tripulación, pero potente de ceñida
Pequeño	Blando: escora fácilmente, balancea despacio	Movimiento cómodo, pero menos reserva; puede ser superado por el viento
Cero	Neutro: sin tendencia inicial a adrizarse	Se queda escorado sin recuperarse (lolling); peligroso
Negativo (G por encima de M)	Inestable derecho: quedará escorado en un ángulo de loll o zozobrará	Nunca aceptable

Los yates de crucero típicos tienen un GM de alrededor de 0,5 a 1,5 m, según el diseño. El periodo de balanceo da una pista práctica: un balanceo rápido y brusco sugiere un GM grande, un balanceo largo y perezoso sugiere un GM menor. Si un barco que normalmente balancea con brío empieza a hacerlo despacio y a quedarse colgado al final de cada balanceo, algo ha elevado G o ha reducido la línea de flotación: agua en el barco, una carga de cubierta pesada o hielo en el aparejo en altas latitudes.

El GM es solo un indicador de la estabilidad inicial. Un barco puede ser muy rígido con ángulos pequeños y aun así tener un rango de estabilidad pobre, por eso necesitas la curva GZ completa.

La curva GZ y el ángulo de estabilidad nula

Representar GZ frente al ángulo de escora de 0 a 180 grados da la curva de estabilidad.

Curva de estabilidad que muestra GZ subiendo hasta un máximo entre 30 y 40 grados y bajando a cero en el AVS

Lectura de la curva:

La pendiente en el origen refleja el GM: cuanto más pronunciada la pendiente inicial, más rígido es el barco.
El GZ máximo se produce normalmente entre 30 y 40 grados de escora en un crucero moderno (más en barcos estrechos, pesados y con lastre profundo). Más allá de ese ángulo, el momento adrizante disminuye a medida que escora más, de modo que una racha que lo empuja más allá del GZ máximo encuentra menos resistencia.
El ángulo de estabilidad nula (AVS) es donde GZ vuelve a cero. Más allá del AVS el brazo adrizante se vuelve negativo: el barco seguirá zozobrando y se asentará invertido.
El rango de estabilidad positiva va de 0 grados hasta el AVS.
El área bajo la parte positiva de la curva representa la energía necesaria para zozobrar el barco; el área bajo la parte negativa representa la energía necesaria para volcarlo de nuevo desde la posición invertida. El cociente entre ambas es una medida de lo rápido que se adriza después de una inversión.

Valores típicos del AVS: muchos cruceros de serie modernos rondan los 110 a 130 grados; los yates tradicionales, pesados y estrechos pueden superar los 140 grados. Un barco con un AVS por debajo de unos 120 grados puede permanecer invertido durante un tiempo considerable si una ola rompiente lo vuelca; un AVS por debajo de 90 grados es insuficiente para navegar en mar abierto.

Categorías de diseño RCD y STIX

Los barcos vendidos en el Reino Unido y en la UE desde 1998 se evalúan según la Directiva de Embarcaciones de Recreo (hoy, en el Reino Unido, las Recreational Craft Regulations). A cada barco se le asigna una categoría de diseño vinculada a las condiciones para las que está diseñado:

Categoría	Descripción	Viento de diseño (Beaufort)	Altura de ola significativa
A	Altura: travesías prolongadas, puede encontrar condiciones más severas	Posible más de fuerza 8	Posible más de 4 m
B	Altura	Hasta fuerza 8	Hasta 4 m
C	Costera: aguas litorales, grandes bahías, estuarios, lagos	Hasta fuerza 6	Hasta 2 m
D	Aguas protegidas	Hasta fuerza 4	Hasta 0,3 m (olas ocasionales de 0,5 m)

Para los monocascos de vela, la categoría depende en parte de un índice de estabilidad (STIX) calculado según la ISO 12217-2, que combina el rango de estabilidad, la energía adrizante, la eslora, el desplazamiento y los factores de recuperación ante inundación y vuelco. Se exige un STIX de al menos 32 para la categoría A y de 23 para la categoría B. La documentación del constructor (el manual del propietario) muestra la categoría y, a menudo, la curva GZ: consúltala para el barco que patroneas.

Ángulo de inundación (downflooding)

El ángulo de inundación es el ángulo de escora en el que el agua puede entrar en el casco a través de una abertura: una escotilla de cámara de gobierno abierta, una caja de bañera sin junta, un respiradero tipo dorade, una escotilla de proa abierta o la toma de aire del motor.

Ángulo de inundación: la escora en la que el agua entra por primera vez en el casco a través de las aberturas

Si el barco escora más allá de este ángulo, entra agua, añade peso (a menudo alto y a sotavento) y crea una gran superficie libre: la estabilidad se derrumba mucho antes del AVS teórico. Con la escotilla principal abierta y las tablas de tapa retiradas, el ángulo de inundación de un yate típico puede ser de solo 35 a 60 grados, claramente dentro del rango de un vuelco.

Consecuencias prácticas:

Coloca las tablas de tapa y cierra la escotilla principal cuando el mar esté gruesa o de noche, y asegúralas para que no caigan en un vuelco.
Cierra la escotilla de proa y las portillas antes de salir a la mar.
Asegúrate de que las cajas de la bañera tienen pestillos y buenas juntas; una bañera llena de agua debe desaguar por sus imbornales, no hacia el interior del barco.
Considera el ángulo de inundación, no el AVS, como el límite real.

Carga y distribución de pesos

G es el punto de equilibrio de todo lo que hay en el barco. Cada peso que añades, quitas o desplazas cambia G. Añadir peso bajo (por debajo del G existente) baja G y aumenta GM; añadir peso alto eleva G y reduce GM.

Efecto de la carga: un peso bajo da un GM alto, un peso alto reduce el GM

Principios de distribución de pesos: objetos pesados bajos y centrados, cargas de cubierta bien aseguradas

Reglas prácticas:

Estiba los objetos pesados bajos y cerca del centro del barco: comida enlatada, depósitos de agua, herramientas, ancla y cadena de repuesto.
El peso en altura es especialmente malo porque tiene un brazo de palanca largo. Un radar, un enrollador de mayor en el mástil con la vela, un grupo de instrumentos pesado en la cabeza del mástil, una segunda driza dejada en la cabeza del mástil o una persona subida al mástil elevan G. Un kilogramo en la cabeza del mástil de un aparejo de 14 m tiene el mismo efecto sobre KG que varios kilogramos en cubierta.
Los extremos del barco: el peso en proa y popa (cadena del ancla en un pañol de proa, bote en pescantes, un fueraborda en la balaustrada de popa) no afecta mucho a la estabilidad transversal, pero aumenta el cabeceo y puede hacer que la proa se hunda. Muchos propietarios llevan la cadena a popa (a un pañol cerca del pie del mástil) para las travesías.
Cargas de cubierta: bidones de combustible atados a las guardamancebos, un bote en la cubierta de proa, bicicletas en cubierta. Elevan G, aumentan la resistencia al viento, pueden desplazarse y absorben agua (una funda de vela o una cubierta de rociera empapadas pesan mucho más que secas).
Asegura todo. En un vuelco, las baterías, el ancla, la caja de herramientas y las latas de comida se convierten en proyectiles, y un peso que se desplaza a sotavento reduce la estabilidad justo en el peor momento. Las cajas de baterías y los tablones del suelo deben estar fijos.

Cálculo del KG

Los arquitectos navales localizan G mediante momentos. KG es la altura de G sobre la referencia de quilla (K). Multiplica cada peso por su altura sobre la quilla para obtener su momento; suma los pesos y los momentos; KG es igual al momento total dividido entre el peso total. Después, GM = KM menos KG, donde KM es la altura del metacentro sobre la quilla, que se obtiene de la forma del casco (datos del diseñador).

Ejemplo práctico: cálculo de KG y GM por momentos

En el ejemplo anterior, un barco ligero de 3,6 toneladas de desplazamiento tiene un KG de 0,81 m. Con un KM de 1,8 m, el GM es de 0,99 m. Ahora veamos qué ocurre cuando el propietario añade peso en cubierta.

Ampliación: añadir carga de cubierta. El propietario ata cuatro bidones de 20 litros de gasoil (unos 17 kg cada uno, 68 kg en total) a los pilares de las guardamancebos, a 2,5 m sobre la quilla, y lleva un bote hinchable de 40 kg sobre la cubierta de la cámara a 2,4 m.

Elemento	Peso (kg)	Altura sobre la quilla (m)	Momento (kg m)
Total original	3600	0,81	2920
Bidones	68	2,5	170
Bote	40	2,4	96
Nuevo total	3708		3186

Nuevo KG = 3186 dividido entre 3708 = 0,86 m. Si el KM se mantiene en unos 1,8 m (cambia ligeramente con el desplazamiento), el nuevo GM = 1,8 menos 0,86 = 0,94 m. El GM ha bajado 5 cm, unos 5 por ciento, por apenas algo más de 100 kg de carga de cubierta. En un barco ligero en un mar gruesa, junto con tripulación en cubierta y velas mojadas, estos efectos se suman. Estibar los bidones en una caja de bañera a 1,2 m en lugar de eso daría un momento de 82 kg m en lugar de 170, reduciendo su efecto casi a la mitad.

Efecto de superficie libre

Un tanque completamente lleno se comporta como un peso sólido. Un tanque parcialmente lleno permite que el líquido se desplace hacia el lado bajo cuando el barco escora. El peso desplazado actúa a sotavento, reduciendo GZ exactamente como si G se hubiera elevado. Este es el efecto de superficie libre, y la elevación efectiva (virtual) de G depende sobre todo de la anchura de la superficie libre (varía con el cubo de la manga del tanque), no de la cantidad de líquido.

Efecto de superficie libre: el líquido de un tanque parcialmente lleno se desplaza con la escora, elevando G de forma efectiva

Reglas prácticas:

Mantén los tanques llenos o vacíos siempre que sea posible. Usa un tanque cada vez en lugar de tomar agua de todos a la vez, para que solo un tanque tenga superficie libre.
Los tabiques (baffles) en los tanques reducen el chapoteo y las cargas dinámicas, pero no eliminan el efecto.
El agua de sentina es la peor superficie libre porque se extiende por todo el ancho del casco. Mantén las sentinas secas: unos cientos de litros de agua chapoteando sobre el suelo de la cámara pueden reducir drásticamente la estabilidad, y es una de las formas en que un barco que está haciendo agua puede zozobrar antes de hundirse.
Estabilidad en avería: si el barco tiene una vía de agua, el compartimento inundado añade peso y superficie libre. Los mamparos estancos (habituales en yates grandes con un pañol de colisión a proa) limitan el volumen inundado.

Consumibles y la condición al final de la travesía

Al consumir combustible, beber agua y comerse los víveres, se extrae peso del barco. Si esos pesos estaban bajos (tanques bajo el suelo de la cámara), G sube a medida que se usan. Planifica para la peor condición, normalmente cerca del final de la travesía, cuando los tanques están bajos y parcialmente llenos (superficie libre) y la tripulación está cansada. En travesías largas, por eso algunos patrones rellenan un tanque de agua vacío con agua de mar como lastre, o llevan el combustible en bidones bajos en lugar de en cubierta.

Estabilidad y mar

La estabilidad estática indica cómo resiste el barco una fuerza escorante constante. En la mar, las rachas de viento y las olas añaden cargas dinámicas.

Factores de riesgo de zozobra: mar de través y mar de popa

Rachas: una racha puede ser de alrededor de 1,5 veces la velocidad media del viento, y como la fuerza del viento aumenta con el cuadrado de la velocidad, una racha de 1,5 veces ejerce más del doble de fuerza escorante. Toma rizos para las rachas, no para la media.
Las olas rompientes de través son la principal amenaza de zozobra para los yates. Los estudios posteriores a la regata Fastnet de 1979 concluyeron que una ola rompiente de una altura de alrededor del 30 por ciento de la eslora del barco podía tumbar a un yate típico hasta la horizontal, y una de alrededor del 55 por ciento podía hacer rodar a muchos barcos hasta 180 grados. Para un yate de 10 m, eso son olas rompientes de solo 3 m y 5,5 m respectivamente, tamaños que se encuentran en un temporal sobre una corriente de marea o en aguas poco profundas.
Las olas de popa pueden provocar una guiñada (el barco se atraviesa al viento y es tumbado) o, en condiciones extremas, un volteo por popa (pitchpole). Importan el control de la velocidad y mantener la popa hacia las olas.
Viento contra corriente, aguas someras y cabos hacen que las olas se empinen y rompan. Son los lugares alrededor de los cuales un patrón Coastal debe planificar.

Para reducir el riesgo: reduce vela pronto, mantén el barco en movimiento bajo control, evita quedar de través a las olas rompientes (presenta la aleta o la proa), evita las corrientes de marea y los rompientes con viento fuerte, mantén el peso bajo, las escotillas cerradas y las tablas de tapa puestas, y la tripulación enganchada.

Multicascos

Los catamaranes y trimaranes tienen una estabilidad inicial muy grande gracias a su manga, pero su curva GZ alcanza el máximo con un ángulo pequeño (a menudo de 10 a 15 grados) y después cae; una vez que un casco se eleva lo suficiente para pasar ese punto, la zozobra puede producirse rápidamente, y un multicasco zozobrado es estable boca abajo. Sus velas deben tomar rizos según la fuerza del viento y no según el ángulo de escora, porque apenas avisan escorando.

Estabilidad en avería e inundación

El temario te pide que entiendas lo que hace una inundación en un yate. Ocurren tres cosas a la vez cuando entra agua en el casco.

Peso añadido. Cada litro de agua es un kilogramo. Cien litros en la sentina de un yate de 6 toneladas son solo alrededor del 1,7 por ciento de su desplazamiento, pero quedan bajos, así que el efecto sobre KG es pequeño; el barco flota más hundido y su francobordo se reduce.
Superficie libre. El agua que puede moverse libremente por el suelo de la cámara se comporta como el tanque parcialmente lleno descrito antes, pero con la superficie más ancha posible. Suele ser el efecto dominante, y reduce mucho el GM, a menudo sin que se note.
Reserva de flotabilidad reducida. A medida que se hunde más, el ángulo de inundación disminuye, y el borde de la cubierta se sumerge con un ángulo de escora menor. Cuanto más se inunda, más fácil es que siga inundándose.

Un yate inundado puede zozobrar antes de hundirse. Si un barco está haciendo agua, el orden de prioridades es: detener o reducir la entrada (cerrar una toma de mar, taponar o tapar una manguera rota, colocar una manta de colisión sobre un agujero), empezar a achicar (bomba eléctrica, luego la bomba manual, luego cubos) y evitar que el agua se acumule hacia un solo lado manteniendo el barco derecho y a la tripulación centrada. Reduce vela y velocidad para aliviar la carga sobre una proa dañada.

Inundación cruzada y compartimentado estanco

Los yates grandes y muchos motoveleros tienen mamparos estancos, como un mamparo de colisión a proa, que limitan el volumen que puede inundarse. Cuando un compartimento inundado está solo en un lado, el barco escorará. Los arquitectos navales usan la inundación cruzada (una abertura que deliberadamente deja pasar el agua al otro lado) para limitar la escora. En un yate pequeño, el punto práctico es más sencillo: saber dónde están tus mamparos, si son realmente estancos (una puerta con una holgura no lo es) y qué espacios se inundarán primero a través de una toma de mar dañada o una ventana rota.

Comprobaciones prácticas

Conoce la posición de cada toma de mar y ten siempre un tapón cónico de madera blanda atado junto a cada una.
Revisa las mangueras y abrazaderas al inicio de la temporada. Una manguera de desagüe de bañera o de la toma del motor que falle es la causa más común de inundaciones graves.
Prueba las bombas de sentina y conoce su capacidad en litros por minuto. Una bomba manual mueve quizá de 20 a 30 litros por minuto para una persona en forma; un cubo suele ser más rápido.
Instala una alarma de nivel alto en la sentina para enterarte de la inundación antes de que el agua llegue a las baterías.

Desplazamiento, calado y asiento

Los cálculos de carga del temario abarcan el seguimiento del peso a bordo durante una travesía y el mantenimiento del barco en buen asiento.

Control del desplazamiento

El desplazamiento es el peso total del barco, el equipo, el combustible, el agua, los víveres y la tripulación. Los fabricantes indican un desplazamiento en rosca y a menudo uno a plena carga; un yate de crucero suele flotar entre un 10 y un 20 por ciento por encima de la cifra del catálogo una vez equipado con balsa salvavidas, ancla, cadena, bote, fueraborda, baterías y un mes de equipo. Puedes estimar el efecto con esta regla: el peso extra (en toneladas) dividido entre las toneladas por centímetro de inmersión (TPC) de la línea de flotación da el hundimiento extra en centímetros. Para un crucero típico de 10 m, el TPC es de unas 0,15 toneladas por centímetro, así que 300 kg de víveres hunden el barco 2 cm. Es un número pequeño, pero esos mismos 300 kg colocados a popa elevan la popa y cambian su asiento, y es al final del barco donde aparecen los peores efectos.

Los pesos también salen del barco. En una travesía larga, pueden gastarse 100 litros de gasoil (unos 85 kg) y 200 litros de agua (200 kg). Si esos tanques estaban a popa, la proa quedará ahora más baja, y si estaban bajos en la quilla, el efecto sobre G es elevarlo ligeramente. Comprueba el asiento tras unos días y mueve material para corregirlo.

Calado y asiento

Lee la línea de flotación frente a la franja de obra viva, o frente a las marcas de calado si las hay. Un yate con asiento a popa arrastra una estela ancha, golpea menos pero gobierna peor a favor del viento; uno con asiento a proa cabecea más, entierra la proa en mar de proa y se moja más. Apunta a la línea de flotación del diseñador: las líneas de la franja de obra de proa y de popa a aproximadamente la misma altura sobre el agua. Las correcciones más sencillas consisten en mover objetos pesados (cadena del ancla, bidones de agua, repuestos) a proa o a popa hasta que flote bien.

Líneas de carga

El temario también menciona la conciencia sobre las líneas de carga. Los buques comerciales llevan una línea de carga (marca de Plimsoll) que muestra el calado máximo permitido en distintas aguas y estaciones. Un yate de recreo no la lleva, pero una embarcación codificada según el Código MCA para buques comerciales pequeños sí necesita una marca de francobordo, y el principio es el mismo: no sobrecargues el barco y mantenlo bien por encima de su francobordo mínimo.

Leer el manual del propietario y la placa del constructor

Toda embarcación de recreo vendida en el Reino Unido o en la UE desde 1998 tiene una placa del constructor que indica la categoría de diseño, la carga máxima recomendada (incluida la tripulación) y el número máximo de personas. Comprueba tres cosas en cualquier yate que patrones:

La categoría de diseño (A, B, C o D) es adecuada para la travesía. Un barco de categoría C no está diseñado para cruzar el mar del Norte con temporal, por muy bien equipado que esté.
No se ha superado la carga máxima. Esta cifra cubre víveres, combustible, agua, equipo y tripulación; es fácil excederla en un yate de charter con tripulación completa y tanques llenos.
La información de estabilidad: una curva GZ publicada o una cifra de AVS. Algunos fabricantes publican el número STIX; muchos solo dan la categoría. Si haces un charter, pregunta.

Una prueba de campo útil: el periodo de balanceo

No puedes medir el GM directamente a bordo, pero sí puedes intuir sus cambios. Con el barco en fondeo o amarrado y viento flojo, empuja la botavara o las obenques para iniciar un balanceo, luego cuenta cuánto tarda un balanceo completo (de banda a banda y de vuelta). Anótalo en el libro de a bordo. Un periodo de balanceo notablemente más largo tras cargar significa que G ha subido y el GM ha bajado; un periodo más corto indica lo contrario. La fórmula que usan los arquitectos navales es que el GM es proporcional a uno dividido entre el cuadrado del periodo de balanceo, así que si el periodo se alarga un 20 por ciento, el GM ha bajado aproximadamente un 30 por ciento.

Estabilidad y tripulación

La tripulación es un peso, y se mueve. Cuatro o cinco adultos en la borda de barlovento de un yate de 10 m pueden aportar un momento adrizante considerable, pero esas mismas personas de pie en el costado de sotavento cuando el barco balancea, o todas juntas en la bañera, elevan G y añaden peso a popa. En mal tiempo mantén en cubierta el número mínimo de personas, enganchadas, y el resto abajo, bajo. En una emergencia, traslada a la tripulación al costado alto de un barco escorado para ayudar a adrizarlo.

Otro factor es la fatiga. Una tripulación cansada toma malas decisiones sobre las velas, y tomar rizos tarde es la causa más común y evitable de un vuelco. La estabilidad es una propiedad del barco, pero la decisión de tomar rizos es de la tripulación. La regla práctica es: toma rizos en cuanto lo pienses por primera vez.

Segundo ejemplo práctico: momento adrizante y superficie de vela

Un yate de 9 toneladas tiene un GZ de 0,40 m a 25 grados de escora. ¿Qué momento escorante del viento lo equilibra en ese ángulo?

Momento adrizante = 9 toneladas x 0,40 m = 3,6 tonelada-metro.
En equilibrio, momento escorante = momento adrizante = 3,6 tonelada-metro.

Ahora una racha sube la velocidad del viento de 20 a 30 nudos. La fuerza del viento es proporcional al cuadrado de la velocidad, así que la fuerza escorante aumenta (30/20) al cuadrado = 2,25 veces. El momento escorante pasa a ser de unos 3,6 x 2,25 = 8,1 tonelada-metro si las velas se mantienen igual. A 25 grados el barco solo puede producir 3,6, así que debe escorar mucho más. Quizá el GZ máximo sea de 0,55 m a 35 grados, con un momento adrizante máximo de 9 x 0,55 = 4,95 tonelada-metro: sigue siendo muy inferior a 8,1. Quedará tumbado sobre su costado, las velas se vaciarán y el timonel debe arribar o largar las escotas de inmediato. Por eso importa tomar rizos para la racha, no para la media: una mayor con rizo en la misma racha reduce a la mitad la superficie y el momento escorante, devolviéndolo por debajo de 4,95.

Este modelo simplificado ignora que las velas se desactivan (pierden potencia) a medida que el barco escora y que el aparejo baja. Aun así, muestra el principio que el examinador quiere oír: duplicar la velocidad del viento cuadruplica la fuerza, y un barco tiene un límite estricto para el momento adrizante que puede producir.

Consejos de examen y práctica

Los examinadores e instructores esperan que expliques G, B, M, GM y GZ con un esquema, y que digas qué ocurre con cada uno cuando se añade peso alto o bajo.
Prepárate para responder una pregunta de carga: "¿Dónde estibarías 200 kg de comida enlatada, y por qué?" (Bajo, en los pañoles de crujía cerca del centro del barco, bien sujeto.)
Sé capaz de explicar por qué mantienes los tanques llenos o vacíos y por qué achicas la sentina antes de una travesía.
Conoce la categoría RCD del barco que utilizas y lo que implica.
Di que el ángulo de inundación, no el AVS, es el límite práctico, y explica qué haces para elevarlo (cerrar escotillas, poner tablas de tapa, cerrar respiraderos).

Ejemplo práctico: preparar un yate para una travesía con viento

Eres el patrón de un crucero de 10,5 m, categoría B, con un AVS de 118 grados según el manual del propietario. El pronóstico para la travesía de 35 millas de mañana es suroeste 5 a 6, ocasionalmente 7 más tarde, mar moderada a gruesa. El barco acaba de volver de un crucero de dos semanas.

Inventario: la cadena del ancla (60 m de 8 mm, unos 85 kg) está en el pañol de proa; cuatro bidones llenos están atados en cubierta; el bote está hinchado en la cubierta de proa; el tanque principal de agua está medio lleno; la sentina tiene 20 litros de agua.

Acciones:

Pasa los bidones a la caja de bañera y átalos; desinfla y estiba el bote bajo cubierta o en un pañol.
Lleva unos 30 m de cadena a la sentina cerca del pie del mástil para reducir el peso a proa.
Achica la sentina y busca el origen del agua.
Llena el tanque de agua (o vacíalo del todo si el otro tanque está lleno).
Asegura baterías, tablones del suelo y pañoles pesados. Cierra y asegura la escotilla de proa y todas las portillas.
Coloca las tablas de tapa con mal tiempo y mantén la tabla inferior puesta en todo momento durante la travesía.

Plan de velas: con rachas que pueden llegar a fuerza 7 (28 a 33 nudos), planifica navegar con dos rizos y un génova parcialmente enrollado desde el inicio del tramo expuesto, en lugar de tomar rizos en la cubierta de proa con el mar creciendo.

Ruta: la ruta prevista pasa por un rápido junto a un cabo en un momento en que la corriente irá contra el viento. Reprograma la salida para pasar con la marea en estoa, o pasa a 3 millas mar adentro del rápido.

Estas acciones bajan G, eliminan la superficie libre, elevan el ángulo de inundación y mantienen el barco fuera de las olas con más probabilidad de romper. Ninguno de los puntos de la lista necesita calculadora; necesita comprender los principios.

Más detalle de la literatura sobre estabilidad

Valores STIX y umbrales de categoría de diseño

El índice de estabilidad es un único número que resume varias propiedades de estabilidad según la ISO 12217-2. El STIX mínimo para cada categoría de diseño es A 32, B 23, C 14 y D 5. El STIX no lo es todo: la ISO 12217-2 también fija valores mínimos para el ángulo de estabilidad nula (en torno a 130 grados o más para barcos de categorías A y B de tamaño típico, con cifras menores para categorías más pequeñas o menos expuestas), para la altura y el ángulo de inundación, y para la recuperación ante vuelco. Un STIX alto en un barco con un ángulo de inundación bajo es un margen de seguridad pobre, así que lee siempre el número junto con los demás datos de la documentación del constructor.

Momento escorante del viento y por qué importan las rachas

La fuerza del viento sobre una vela es proporcional al cuadrado de la velocidad aparente del viento. Duplicar la velocidad del viento de 20 a 40 nudos cuadruplica, por tanto, la fuerza escorante; pasar de 15 a 30 nudos produce lo mismo. El momento escorante es esa fuerza multiplicada por la altura del centro de esfuerzo de las velas sobre el centro de resistencia lateral, así que reducir la superficie de vela y bajar el centro de esfuerzo (tomar rizo en la mayor, cambiar a un foque más pequeño) reduce el momento escorante mucho más de lo que sugiere la pérdida de superficie. Un barco que navega cómodamente a 18 nudos con todo el trapo necesita aproximadamente una cuarta parte de la superficie a 36 nudos para soportar el mismo momento escorante.

El barco se asienta en el ángulo de escora en el que el momento adrizante iguala al momento escorante. Si la racha es tan fuerte que el momento escorante supera el momento adrizante máximo, no hay ángulo de equilibrio, y el barco se va a fondo hasta que las velas dejan escapar el viento o el mástil toca el agua. Por eso un vuelco puede producirse en un chubasco mucho antes de que el AVS sea relevante, y por eso tomas rizos pronto en lugar de confiar en las reservas del barco.

Fórmula de cribado de zozobra

Una regla práctica sencilla del Offshore Racing Congress es la Fórmula de Cribado de Zozobra (CSF):

CSF = manga máxima (m) dividida entre la raíz cúbica del volumen de desplazamiento (m3)

Un valor de 2,0 o menos se considera aceptable para un yate de altura; valores mayores indican un barco ancho y ligero más vulnerable a ser invertido por una ola rompiente.

Ejemplo: un yate de 8000 kg con una manga máxima de 3,8 m. Volumen de desplazamiento en agua de mar = 8000 / 1025 = 7,8 m3. La raíz cúbica de 7,8 es 1,98. CSF = 3,8 / 1,98 = 1,92, que está por debajo de 2,0, así que es aceptable. Un yate más ligero de 5000 kg (4,9 m3, raíz cúbica 1,70) con la misma manga da 3,8 / 1,70 = 2,24, por encima de la referencia.

Prueba de escora y medición de la estabilidad

Los constructores y peritos determinan la posición real de G mediante una prueba de escora (inclining test): un peso conocido se desplaza una distancia medida transversalmente y el ángulo de escora resultante (medido con un péndulo largo o un inclinómetro) da el GM. La relación es GM = (w x d) / (W x tan del ángulo de escora), donde w es el peso desplazado, d la distancia recorrida y W el desplazamiento. El resultado es el punto de partida de la curva GZ. Si has hecho modificaciones importantes (un nuevo arco de radar pesado, una balsa salvavidas en la cubierta de la cámara, un mástil enrollable, baterías adicionales), las cifras publicadas ya no se aplican exactamente, así que trata la modificación como una pérdida de margen de estabilidad.

Estabilidad dinámica y el efecto de una ola

Un barco resiste el vuelco absorbiendo energía, representada por el área bajo la curva GZ. Una ola rompiente entrega energía de forma repentina, y el ángulo de escora y de balance alcanzado depende de cuánta energía hay en relación con el área disponible. Un barco con mayor área bajo su curva (GM más alto, mayor rango) necesita una ola más grande para invertirlo. Un estado de mar en el que las olas rompen con una altura superior a aproximadamente la mitad de la eslora del barco es una amenaza de vuelco reconocida, por eso la regata Fastnet de 1979 y las investigaciones posteriores se centraron en la altura de la ola rompiente en relación con el tamaño del barco.

Ejemplo práctico: cargas colgantes y su efecto sobre KG

Un yate desplaza 6000 kg con KG 1,00 m y KM 2,30 m, así que GM = 1,30 m. La tripulación instala un fueraborda de 40 kg en la balaustrada de popa, a 2,5 m sobre la quilla, y llena dos bidones de combustible de 25 litros (50 kg en total) atados en la cubierta lateral, a 1,5 m.

Momentos: 6000 x 1,00 = 6000; 40 x 2,5 = 100; 50 x 1,5 = 75. Total = 6175 kg m.
Nuevo desplazamiento = 6090 kg.
Nuevo KG = 6175 / 6090 = 1,014 m.
Nuevo GM (suponiendo que el KM no cambia) = 2,30 - 1,014 = 1,286 m, una pérdida de alrededor del 1 por ciento.

El efecto de un solo elemento es pequeño, y ahí está el peligro: diez pequeñas adiciones durante una reforma pueden reducir el GM en un 10 por ciento o más sin que nadie lo note. Estibar el fueraborda en la caja de bañera y el combustible bajo en la caja de bañera habría conservado la mayor parte de ese margen.

Errores habituales

Estibar equipo pesado en cubierta o alto en los pañoles. Mantén los objetos pesados bajos y centrados.
Navegar con tanques medio llenos y la sentina mojada. La superficie libre eleva G de forma efectiva; usa un tanque cada vez y mantén las sentinas secas.
Ignorar el consumo de los consumibles. Planifica para la condición al final de la travesía.
Tratar el AVS como el límite. La inundación suele producirse primero. Mantén escotillas y tablas de tapa cerradas.
Cargas de cubierta sin asegurar. Se desplazan, absorben agua y añaden resistencia al viento.
Quedarse de través a las olas rompientes. Es la orientación más peligrosa para el vuelco.
Suponer que un barco rígido es un barco marinero. Una gran estabilidad inicial (GM) no garantiza un buen rango de estabilidad.

Resumen

G es el centro de todo el peso; B es el centro del volumen sumergido y se desplaza al costado bajo cuando el barco escora.
El brazo adrizante GZ es la distancia horizontal entre las fuerzas del peso y la flotabilidad; el momento adrizante es igual al desplazamiento por GZ.
El GM, la altura de M sobre G, rige la estabilidad inicial: un GM grande es rígido, un GM pequeño es blando, un GM negativo es inestable.
La curva GZ muestra el GZ máximo (normalmente entre 30 y 40 grados) y el AVS (a menudo entre 110 y 130 grados en yates modernos). Más allá del AVS el barco zozobra.
El ángulo de inundación suele ser mucho menor que el AVS y es el límite práctico.
Mantén el peso bajo y centrado, evita el peso en altura y en cubierta, mantén los tanques llenos o vacíos, las sentinas secas y todo asegurado.
Las olas rompientes de través de entre el 30 y el 55 por ciento de la eslora del barco pueden tumbarlo o hacerlo rodar. Evita las corrientes de marea y los rompientes con viento fuerte.

Comprueba tu comprensión

¿Qué es el brazo adrizante GZ, y cómo se calcula el momento adrizante?

Respuesta: GZ es la distancia horizontal entre la línea de acción del peso por G y la línea de acción de la flotabilidad por B cuando el barco está escorado. El momento adrizante es igual al desplazamiento multiplicado por GZ.

Tu barco ha empezado a balancear despacio y a quedarse colgado al final de cada balanceo. ¿Qué puede haber pasado?

Respuesta: El GM ha disminuido: G ha subido, o el G efectivo ha subido, por ejemplo por agua en la sentina (superficie libre), una carga de cubierta pesada o peso en altura. Investígalo de inmediato.

Define el ángulo de estabilidad nula.

Respuesta: El ángulo de escora en el que el brazo adrizante GZ cae a cero. Más allá de él, el barco seguirá zozobrando.

¿Por qué podría estar en peligro un barco con un ángulo de escora muy por debajo de su AVS?

Respuesta: Puede alcanzar primero su ángulo de inundación, en el que el agua entra por escotillas, respiraderos o cajas abiertas, reduciendo la estabilidad rápidamente.

Un yate de 4000 kg tiene un KG de 0,9 m. Añades 100 kg a 2,9 m sobre la quilla. ¿Cuál es el nuevo KG?

Respuesta: Momento total = 4000 x 0,9 + 100 x 2,9 = 3600 + 290 = 3890 kg m. Peso total 4100 kg. Nuevo KG = 3890 / 4100 = 0,95 m, una subida de 5 cm.

¿Por qué debes extraer agua de un tanque cada vez?

Respuesta: Para que solo un tanque tenga superficie libre en cada momento; los tanques parcialmente llenos permiten que el líquido se desplace y eleve G de forma efectiva.

¿Qué tamaño de ola rompiente puede tumbar o hacer rodar un yate de 12 m, según las investigaciones posteriores a la regata Fastnet de 1979?

Respuesta: Alrededor del 30 por ciento de la eslora (unos 3,6 m) podría tumbarlo hasta la horizontal; alrededor del 55 por ciento (unos 6,6 m) podría hacer rodar a muchos yates hasta 180 grados.

¿Qué indica la categoría de diseño RCD C?

Respuesta: Costera: diseñado para aguas litorales, grandes bahías, estuarios y lagos, con vientos de hasta fuerza 6 y alturas de ola significativa de hasta 2 m.

¿Por qué el peso en la cabeza del mástil es mucho más perjudicial que el mismo peso en cubierta?

Respuesta: La elevación de G causada por un peso añadido es proporcional al peso multiplicado por su altura sobre el G existente. Un peso en la cabeza del mástil puede estar diez o más veces más alto sobre G que uno en cubierta, así que eleva G muchas veces más.

El periodo de balanceo de un yate se alarga alrededor de un 20 por ciento después de que el propietario estiba equipo extra en los pañoles de popa y en cubierta. ¿Qué te indica esto, y qué harías?

Respuesta: El GM ha bajado (aproximadamente un 30 por ciento para un balanceo un 20 por ciento más largo) porque G ha subido, así que la estabilidad se ha reducido. Localiza el peso pesado o alto, bájalo y céntralo o retíralo, y vuelve a comprobar el periodo de balanceo.

Un suelo de cámara inundado es más peligroso para la estabilidad que el mismo peso de agua en un tanque estrecho. ¿Por qué?

Respuesta: El agua que atraviesa toda la anchura del suelo de la cámara tiene una superficie libre muy ancha. El efecto de superficie libre depende de la anchura de la superficie, así que el agua que se desplaza reduce el GM mucho más de lo que sugeriría su peso por sí solo.

Una racha de viento lleva el viento de 20 a 30 nudos. ¿En qué factor aumenta la fuerza escorante, y cuál es la lección práctica?

Respuesta: La fuerza aumenta con el cuadrado de la velocidad: 2,25 veces. Toma rizos para las rachas, no para el viento medio, y si el barco está sobrepasado, larga las escotas o arriba de inmediato.