Arco bulboso

Una proa bulbosa es un bulbo aerodinámico que se ensancha o sobresale en la proa (o parte delantera) de un barco, justo debajo de la línea de flotación . El ensanchamiento o bulbo modifica la forma en que el agua fluye alrededor del casco , reduciendo la resistencia y, por lo tanto, aumentando la velocidad, el alcance, la eficiencia del combustible y la estabilidad. Los barcos grandes con proas bulbosas generalmente tienen entre un doce y un quince por ciento más de eficiencia de combustible que embarcaciones similares sin ellas. ^{[ 2 ]} Una proa bulbosa también aumenta la flotabilidad de la parte delantera y, por lo tanto, reduce el cabeceo del barco en un grado pequeño.

Los buques con alta energía cinética , que es proporcional a la masa y al cuadrado de la velocidad, se benefician de tener una proa bulbosa diseñada para su velocidad de operación; esto incluye buques con alta masa (por ejemplo, superpetroleros ) o una alta velocidad de servicio (por ejemplo, buques de pasajeros y buques de carga ). ^{[ 3 ]} Los buques de menor masa (menos de 4000 dwt ) y aquellos que operan a velocidades más bajas (menos de 12 nudos ) tienen un beneficio reducido de las proas bulbosas, debido a los remolinos que se producen en esos casos; ^{[ 3 ]} ejemplos incluyen remolcadores, lanchas motoras, veleros y yates pequeños.

Se ha comprobado que las proas bulbosas son más eficaces cuando se utilizan en embarcaciones que cumplen las siguientes condiciones:

• La longitud de la línea de flotación es mayor que unos 15 metros (49 pies) . ^{[ 4 ]} 
• El diseño del bulbo está optimizado para la velocidad de operación del buque. ^{[ 5 ]}

El efecto de la proa bulbosa se puede explicar utilizando el concepto de interferencia destructiva de ondas: ^{[ 6 ]}

Una proa de forma convencional genera una ola de proa . Un bulbo, por sí solo, obliga al agua a fluir por encima, formando un valle. Por lo tanto, si se añade un bulbo a una proa convencional en la posición adecuada, el valle del bulbo coincide con la cresta de la ola de proa, y ambos se anulan, reduciendo la estela del buque . Si bien la generación de otra corriente de olas consume energía del barco, la anulación de esta segunda corriente en la proa modifica la distribución de presión a lo largo del casco, reduciendo así la resistencia de las olas. El efecto que la distribución de presión tiene sobre una superficie se conoce como efecto de forma . ^{[ 6 ]}

Una proa afilada en un casco de forma convencional produciría olas y baja resistencia como una proa bulbosa, pero las olas que vienen de los lados la golpearían con más fuerza. La proa bulbosa roma también produce mayor presión en una gran región delante, lo que hace que la ola de proa comience antes. ^{[ 6 ]}

La adición de un bulbo al casco de un barco aumenta su superficie mojada total. A medida que aumenta la superficie mojada, también aumenta la resistencia. A mayores velocidades y en embarcaciones de mayor tamaño, la ola de proa es la principal fuerza que impide el avance del barco a través del agua. Para un barco pequeño o que pasa mucho tiempo a baja velocidad, el aumento de la resistencia no se compensará con el beneficio de amortiguar la generación de olas de proa. Dado que los efectos de contención de olas solo son significativos en el rango de velocidad más alto del barco, las proas bulbosas no son energéticamente eficientes cuando el barco navega fuera de estos rangos, específicamente a bajas velocidades. ^{[ 6 ]}

Las proas bulbosas pueden configurarse de manera diferente, según la interacción prevista entre la onda de proa y la onda de oposición del bulbo. Los parámetros de diseño incluyen:

• a) curvatura hacia arriba (un bulbo "arrebaño") frente a una curvatura recta (un bulbo "carenado"),
• b) posición del bulbo con respecto a la línea de flotación, y
• c) volumen del bulbo. ^{[ 1 ]}

Las proas bulbosas también disminuyen el movimiento de cabeceo de un barco , cuando están lastradas, al aumentar la masa a una distancia alejada del centro de gravedad longitudinal del barco. ^{[ 1 ]}

Antes de 1900, las pruebas de remolque de buques de guerra habían demostrado que una forma de ariete bajo el agua reducía la resistencia a través del agua. ^{[ 5 ]} El concepto de proa bulbosa se atribuye a David W. Taylor , un arquitecto naval que se desempeñó como Constructor Jefe de la Armada de los Estados Unidos durante la Primera Guerra Mundial y que utilizó el concepto (conocido como pie de proa bulboso) en su diseño del USS Delaware  , que entró en servicio en 1910. El diseño de la proa no gozó inicialmente de una amplia aceptación, aunque se utilizó en el crucero de batalla de la clase Lexington con gran éxito después de que los dos buques de esa clase que sobrevivieron al Tratado Naval de Washington se convirtieran en portaaviones . ^{[ 7 ]} Esta falta de aceptación cambió en la década de 1920, con el lanzamiento por parte de Alemania del Bremen y el Europa . Se les conocía como los galgos del Atlántico Norte de Alemania, dos grandes transatlánticos comerciales que competían por el comercio de pasajeros transatlántico. Ambos barcos ganaron la codiciada Cinta Azul , el Bremen en 1929 con una velocidad de cruce de 27,9 nudos (51,7 km/h; 32,1 mph) , y el Europa superándolo en 1930 con una velocidad de cruce de 27,91 nudos. ^{[ 8 ]}  

El diseño comenzó a incorporarse en otros lugares, como se observa en los transatlánticos SS Malolo , SS President Hoover y SS President Coolidge, construidos en Estados Unidos y botados a finales de la década de 1920 y principios de la de 1930. Sin embargo, muchos constructores navales y armadores consideraron la idea experimental. ^{[ 9 ]}

En 1935, Vladimir Yurkevich diseñó el transatlántico francés Normandie, que combinaba una proa bulbosa con un tamaño imponente y un casco rediseñado. Era capaz de alcanzar velocidades superiores a los 30 nudos (56 km/h). El Normandie era famoso por muchas cosas, entre ellas su entrada limpia en el agua y la notable reducción de la ola de proa. Su gran rival, el transatlántico británico Queen Mary , alcanzaba velocidades equivalentes con un diseño de proa y casco tradicional. Sin embargo, una diferencia crucial radicaba en que el Normandie lograba estas velocidades con aproximadamente un treinta por ciento menos de potencia de motor que el Queen Mary y, por consiguiente, con una reducción en el consumo de combustible. 

La Armada Imperial Japonesa también desarrolló y utilizó diseños de proa bulbosa . Una proa bulbosa moderada se empleó en varios de sus diseños de buques, incluyendo el crucero ligero Ōyodo y los portaaviones Shōkaku y Taihō . Una solución de diseño de proa bulbosa mucho más radical se incorporó a sus enormes acorazados de la clase Yamato , incluyendo el Yamato , el Musashi y el portaaviones Shinano . ^{[ 10 ]}

Los arcos bulbosos presentan las siguientes características definitorias: ^{[ 5 ]}

• Forma longitudinal
• Sección transversal
• Longitud de la proyección hacia adelante
• Posición del eje de la figura (por ejemplo, hacia adelante o hacia arriba)

Si bien el propósito principal de estos bulbos es reducir la potencia necesaria para impulsar una embarcación a su velocidad operativa, sus características de comportamiento en el mar también son importantes. Las características de generación de olas de un buque a su velocidad operativa se reflejan en su número de Froude . ^{[ 11 ] [ Nota 1 ]} Un diseñador de buques puede comparar la longitud en la línea de flotación para un diseño con y sin bulbo necesaria para impulsar la embarcación a su velocidad operativa. Cuanto mayor sea la velocidad, mayor será el beneficio de la proa bulbosa para disminuir la necesidad de una línea de flotación más larga para lograr el mismo requerimiento de potencia. Los bulbos suelen tener forma de V en la parte inferior para minimizar los golpes en mares agitados. ^{[ 5 ]}

• Arco de hacha §  Arco de plomo