U-boats Diseño y Operaciones


La Eslora y la Velocidad de los U-Boats

El siguiente artículo aparece publicado en el Website de Mundo Historia.

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 mas grande necesitamos mas 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, vamos a olvidarnos de catamaranes, hidro alas, jet foil etc..., podemos establecer tres tipos de casco, el tipo de desplazamiento en el que el buque navegando desplaza prácticamente el mismo volumen de obra viva sumergida que parado, es el tipo de casco mas habitual en buques medio grande, permite navegar bien con mala mar pero 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.

 Después podemos hablas de buques con casco de planeo, es el tipo de casco que permite mayor velocidad y se usa en embarcaciones pequeñas, por sus características al alcanzar una determinada velocidad el casco sale parcialmente del agua lo que ya no limita su velocidad, son embarcaciones que necesitan una mar con calma para planear y coger su máxima velocidad y no acostumbran a navegar bien con mala mar, las torpederas PT serían un claro ejemplo.
Torpedera

Finalmente tenemos un tipo de casco híbrido el denominado de semidesplazamiento, y que algunos llaman de semiplaneo, en si es un casco similar al de desplazamiento con una carena en "V" que a velocidad baja-media navega como uno de desplazamiento, a estas velocidades navega de una manera correcta con mala mar, pero si seguimos acelerando la proa se levanta y sale ligeramente del agua, aunque sin llegar al planeo, 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 como le que podemos ver en la foto serían un ejemplo de este tipo.
S-Boat a


Limitación de velocidad por la eslora.
 Una embarcación navegando en superficie se mueve entre dos fluidos, uno 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 esta 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.
U-36

La ola lateral tiene un altura y longitud que va aumentando con la velocidad, a poca velocidad esta es corta y se producen varias seguidas, como se puede apreciar en esta fotografía del U83:
U-83

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.
u-26

Este efecto quizás es mas visible en esta foto de un acorazado 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.
Acorazado Clase Littorio

 Cuando esta ola se alarga y llega a la popa se produce en la misma un importante seno que crea una especie de vació que frena el buque y es muy difícil de superar, 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.
Casco Submarino Aleman

Como 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, hay 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 esta acostumbra a ser mayor.
Casco de submarino con lineas de flotacion

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:
U-203

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 llegara 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 mas 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 limite
Para calcular la velocidad límite que puede alcanzar un buque de desplazamiento hay varias fórmulas, todas ellas son fórmulas empíricas, la mas 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 mas habituales se acostumbra a tomar una medida de 2.45, un punto importante en este aspecto no solo son las formas del casco si no que también es fundamental que este limpio y con la superficie fina, una superficie rugosa tiene un rozamiento mayor, arrastra más agua y hace la ola mas grandes, o sea que 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 para usar un valor de 2.5, si lo aplicáramos a un destructor este debería subir a 2.7-2.8, en un acorazado o crucero también debería estar sobre 2.5.

Velocidades limites de los diferentes tipos de uboot
Cuando nos ponemos a 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, dato este que no encuentro 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, en algunos modelos como el tipo XXI o XXIII no hay apenas lanzamiento en proa por lo que en estos he usado directamente la eslora máxima.

Para hacerlo mas fácil de visualizar he realizado la siguiente tabla:
Podemos suministrar esta table si es solicitada.

CONCLUSIONES
 De los cálculos de las diferentes velocidades límite de los uboot y su comparación con las velocidades máximas reales podemos ver dos tipos de diseños diferentes, los primeros modelos que podemos considerar mas como sumergibles que estaban diseñados un poco como buques de superficie son 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 se queda en un 68 %.
También se sale de esta media el XIV con un 76 % pues como submarino de transporte prima la capacidad de carga y autonomía sobre el rendimiento.

En general se puede ver que a medida que nos aproximamos a la velocidad límite necesitamos mas potencia para alcanzar una mayor velocidad. Pero 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 68 % en el XXIII.

Podemos confirmar que el mejor rendimiento de los diseños de cascos antiguos navegando en superficie, pero la cosa se invertiría si comparáramos los rendimientos navegando en inmersión. 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 de curiosidad.

Autor: Manel Company
Artículo realizado para Mundo Historia y u-historia.
 Se agradece la colaboración de u-historia facilitando los datos necesarios de los u-boot y las fotos de sumergibles.

 

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DateU-boatCommanderName of shipTonsNat.Convoy
 
4 Dec, 1943U-129Richard von Harpe Libertad5.441Cuban Flagcu
13 May, 1943U-176Reiner Dierksen Mambi1.983Cuban FlagcuNC-18
12 Aug, 1942U-508Georg Staats Manzanillo1.025Cuban FlagcuSpecCon-12
12 Aug, 1942U-508Georg Staats Santiago de Cuba1.685Cuban FlagcuSpecCon-12
10.134
4 ships sunk (10.134 tons).

Below is a map showing the locations of the attacks in question:
Map showing subs attacks
In some cases the exact positions of losses are not known, those are not shown.

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