COMO ELEGIR LA POTENCIA DE MOTOR PARA UN VELERO
INTRODUCCIÓN
A pesar de que nuestro querido velero va a tener en sus velas el principal medio de propulsión, a menudo tenemos que tomar la decisión relativa a cuanta potencia deseamos que tenga el motor que equipará nuestro barco. Tanto si estamos renovando nuestro viejo motor diesel como si estamos decidiendo la lista de equipamiento de nuestro flamante próximo velero, necesitaremos una potencia adecuada para la embarcación y su propósito de navegación
POTENCIA DEL MOTOR: H.P. C.V. y Kilowatios
Empecemos por aclarar las unidades de medida que se emplean para expresar la potencia de los motores. Aunque técnicamente sería inexacto decir que un C.V. (Caballo de Vapor) es lo mismo que un H.P. (Horse Power) , podemos considerar que se trata prácticamente de la misma magnitud. Así que cuando una potencia de un motor está expresada en C.V. o H.P. no tenemos que apreciar, a efectos prácticos, ninguna diferencia sustancial. Cuando la potencia viene expresada en Kilowatios tal y como sucede en algunas documentaciones de embarcaciones, podemos hacer fácilmente el cálculo de conversión a C.V. multiplicando el valor por 1,35.
Los fabricantes de motores expresan en sus especificaciones la potencia de referencia de un motor para un determinado número de revoluciones por minuto (r.p.m.) que debe alcanzar el motor para entregar esa potencia. Esta condición tiene una importancia específica en el momento de decidir con que motor vamos a quedarnos, puesto que no será lo mismo, por vibraciones, ruidos, consumo y desgaste, un motor que a 2.000 r.p.m. alcance 40 H.P. , que uno que alcance la misma potencia a 3.600 r.p.m.
La máxima potencia proporcionada por el motor puede expresarse como potencia bruta, comúnmente denominada potencia al freno, si se trata de la potencia que entrega el motor sin tener en cuenta las pérdidas en la
transmisión, o bien puede tratarse de la potencia neta o potencia en el eje, que tendría en cuenta estas pérdidas y que nos daría la potencia útil que vamos a tener disponible en el eje/hélice.
Si el fabricante adjunta a la información del motor una gráfica con la curva de potencia como la de la ilustración, estaremos en condiciones de observar la entrega de potencia del motor en todo su rango de r.p.m., lo que nos facilitará la labor de apreciar cual será la potencia obtenida a nuestro régimen de r.p.m.
ideal como velocidad de crucero, que será considerablemente inferior a la potencia máxima especificada.
Lo primordial es, en todo caso, tener una estimación correcta de cual será la potencia necesaria para conseguir que nuestro velero, propulsado a motor cuando sea necesario, alcance una velocidad cercana a su velocidad máxima VELOCIDAD MÁXIMA DE UN VELERO
Un velero es un barco de desplazamiento, la forma de su carena tiene que desplazar el agua por donde navega para conseguir avanzar. Todos los barcos de desplazamiento tienen limitada su velocidad máxima a causa de las olas que generan durante su avance, puesto que un casco recibe una gran
resistencia al avance y no puede superar fácilmente una ola que está elevando su proa mientras su popa se encuentra en el valle de la ola precedente. La misma dinámica de propagación de estas olas permite hacer un cálculo de la velocidad máxima que puede alcanzar un velero.
La fórmula que nos indica este dato es la siguiente:
Velocidad máxima (en nudos) = 2,43 x Raíz cuadrada de la eslora de flotación (en metros). , o bien
Velocidad máxima (en nudos) = 1,35 x Raíz cuadrada de la eslora de flotación (en pies)
Así pues, el dato esencial imprescindible para empezar a calcular la potencia que necesitamos para nuestro velero es su eslora de flotación. Recuerde siempre que someter un casco a su máxima velocidad impulsado por el motor
representa un castigo considerable de toda su estructura, por lo que es una medida prudente aplicar unas "rebajas" a nuestras pretensiones de velocidad. Obviamente, otros factores como el desplazamiento, la superficie del casco y los apéndices sumergidos, y la forma de la carena, juegan un papel importante en cuanto a resistencia al avance, mucho antes de que lleguemos al límite impuesto por nuestra eslora de flotación.
Poniendo un ejemplo, un barco con una eslora de flotación de 10 metros nos permite una velocidad máxima de aproximadamente 7,7 nudos, por lo que podemos decidir que nuestra velocidad máxima a motor rondará los 7 nudos. A esta "rebaja" inicial aplicaremos el "descuento" por comodidad de crucero, ya que como sería de esperar, ningún patrón pretenderá llevar su barco durante toda una travesía continuamente a su máxima velocidad . Podríamos decir que nuestra velocidad de crucero rondaría los 6-6,5 nudos, y guardaríamos una reserva de potencia que nos permita afrontar una aumento de velocidad esporádico en el caso de que sea necesario, o por causa de una mar con olas o un fuerte viento de proa que se empeñe en frenar nuestro avance.
CÁLCULOS, NO GRACIAS !
Existen diversas fórmulas que nos permiten, de una forma bastante precisa y relacionando la eslora de flotación con el desplazamiento del barco, averiguar cual será la potencia que necesitamos en la hélice de nuestro velero para alcanzar la velocidad deseada, pero es bastante obvio que a menudo no disponemos de una calculadora científica que nos permita realizar raíces cuadradas, o elevar potencias a números fraccionados, incluyendo ristras de divisiones, multiplicaciones e incluyendo algunos paréntesis, conversiones de unidades y demás galimatías que nos complicarán sustancialmente la labor. Una de ellas es una pequeña tabla de fácil manejo que resume los resultados de aplicar sistemáticamente este tipo de fórmulas, otra de ellas es un ábaco representativo de todos los cálculos y diversidad de posibilidades, y otra es una regla general fácil de memorizar, que aunque menos precisa, será de utilidad cuando no tengamos otro instrumento que nuestro cerebro.
TABLAS DE ESTIMACIÓN DE POTENCIA
Se pueden ver a continuación algunas tablas publicadas por prestigiosos ingenieros navales, que indican, basados en sus cálculos y su experiencia, la potencia necesaria para alcanzar la velocidad deseada. La siguiente se trata de una tabla creada por la compañía británica John Thornycroft Company,
especializada en la materia y que está adoptada por diseñadores del prestigio de Bruce Roberts, famoso por sus kits de construcción de barcos de metal.
El dato "Waterline length" es la eslora de flotación y aparece de forma
orientativa para localizar ágilmente el punto donde se encuentra el primer dato importante, el desplazamiento del barco en Toneladas Métricas. Al mismo tiempo sirve para indicarnos a donde se ha llegado con el límite impuesto por la ola generada por la proa del casco, así que cuando habla de barcos de por ejemplo 30 pies (9,14 m.) , ya se descarta incluir ningún dato en la columna de 8 nudos (Knots) de velocidad, porque se asume que con esa eslora de flotación no se puede llegar a esa velocidad.
Una vez determinado el desplazamiento, se puede encontrar fácilmente el dato de potencia necesaria para alcanzar una velocidad determinada.
Se ha asumido en esta tabla que los barcos serán impulsados con una hélice convencional de tres palas, y la potencia indicada es la recomendable como
potencia al freno, es decir, que se acepta que posteriormente tendrá una pérdida de un 10-15% en el sistema de transmisión; y asimismo se asume que el barco navega en aguas sin oleaje y sin viento ni resistencias en contra del avance del barco. Cualquier valor que no está exactamente indicado en la tabla, podemos obtenerlo por extrapolación de los valores adyacentes.
FACILITANDO LA LABOR
Cuando se realizan cálculos para obtención de la potencia de motor necesaria para impulsar un barco, uno de los factores a tener en cuenta es la relación entre la velocidad y la eslora de flotación. El resultado de este valor se obtiene de dividir la velocidad que toma el barco (en nudos) en un instante dado, por la raíz cuadrada de la eslora de flotación (en pies). Se puede considerar que un velero suele tener una relación Velocidad/Eslora de flotación baja, inferior a 1,6. Para ampliar lo expuesto en la tabla anterior, hemos introducido en una hoja de cálculo series de valores de diferentes esloras de flotación y diferentes
desplazamientos de barco, aplicando una rebaja de un 15% a la velocidad máxima obtenida con la fórmula
V=2,43 x Raíz cuadrada de la Eslora flot.
y hemos introducido los datos en base a una relación Velocidad/Eslora de 1,22 para hacer los cálculos de la potencia necesaria para "mover" distintos
supuestos de barco.
A estos distintos desplazamientos de barco, según la eslora, hemos incrementado nuestra apreciación de carga en cuanto a tripulantes,
combustibles, agua, pertrechos, etc. y hemos obtenido muchos resultados aplicando las fórmulas correspondientes, de los cuales exponemos un breve resumen:
Desplazamiento del barco en Toneladas
Potencia necesaria en CV-HP
2 9
4 15,5 5 18,8 6 22,5 7 25,8 8 29 9 32,3 10 35,6 11 39,8 12 44,1 13 47,3
Estos valores de potencia de motor se tienen que tomar como la potencia necesaria en el eje, por lo que un incremento de un 10-15% sería admisible como consideración de la potencia al freno del motor, que es la que nos proporcionará el fabricante.
Los resultados de nuestra hoja de cálculo junto con la recopilación de
documentación que hemos realizado para desarrollar este artículo, nos llevan a pensar que podemos aplicar con bastante fiabilidad una regla general muy extendida y fácil de calcular, con la cual determinar a bote pronto y sin
demasiadas complicaciones, cual es la potencia necesaria para la mayoría de los veleros de serie.
LA REGLA FÁCIL
Consiste en multiplicar por 4 CV las toneladas de desplazamiento del velero para el que deseamos saber la potencia necesaria.
Este valor nos dará una potencia de motor aproximada que nos permitirá navegar a un 75% de la máxima potencia del motor, y así obtener una
velocidad de crucero acorde a las expectativas de nuestra línea de flotación. Obviamente esta regla tiene que tomarse de acuerdo con un tipo de velero bastante estándar, con una forma de carena y una obra muerta
convencionales. Para cualquier barco de características fuera de lo común será necesario evaluar alguna variación.
NI MUCHO NI POCO
Parece un hecho comprobado por los fabricantes de motores y publicado por varios especialistas, que el deterioro por "envejecimiento" de los componentes internos de un motor diesel se debe en buena medida al hecho de que los motores en un velero no se usan a plena potencia.
El fabricante de nuestro motor nos está proporcionando en el manual de servicio información relativa al número de r.p.m. máximas que puede alcanzar el motor en periodos temporales o esporádicos (algunos consideran esporádico un periodo de casi 30 minutos de duración), y al mismo tiempo nos indica cual es el régimen de r.p.m. adecuado para velocidad de crucero de nuestro motor, que suele rondar el 75% del límite máximo. Con ello nos está indicando que llevar el motor por debajo de ese régimen de r.p.m. causa un deterioro a largo plazo de los componentes internos, y por lo tanto no es aconsejable
sobredimensionar el motor más allá de lo que nos permite nuestra eslora de flotación, como no es recomendable modificar las dimensiones de la hélice que nos impidan alcanzar el número óptimo y el máximo de r.p.m.
Con todo ello llegamos a la conclusión de que es igualmente inconveniente equiparnos con un motor de poca potencia que no nos permita solventar situaciones esporádicas adversas como navegar contra mar y viento duros y escapar de la corriente de una marea, del mismo modo que es inconveniente equiparnos de un motor excesivamente potente que no nos permita ir a al régimen de r.p.m. recomendado.
EXCEPCIONES QUE CONFIRMAN LA REGLA
Aprovechando la ocasión del desarrollo del presente artículo, hemos recopilado la opinión de diversos expertos al respecto de la validez de la Regla de 4 CV por cada tonelada métrica de desplazamiento, y hemos verificado al mismo tiempo cuales son las propuestas de motorización que ofrecen los
constructores de veleros más populares en nuestras latitudes. LOS EXPERTOS DICEN..
En el caso de la opinión de los expertos, nos hemos inclinado por una parte, por aquellos autores anglosajones que tienen publicadas innumerables y rigurosas obras de temática náutica, y por otra parte de alguna publicación en castellano disponible en nuestras librerías. Por desgracia, hemos encontrado muy poca documentación disponible en la red.
En la primera tabla que presentábamos en este artículo, obtenida de una publicación sobre construcción amateur de barcos de metal, ya podemos ver que para ese constructor, la regla de 4 CV por tonelada parece ligeramente excesiva, puesto que -por poner un ejemplo- para un barco de 40 pies de eslora de flotación, que desplaza 10 toneladas, propone un motor de 33 HP para llegar a una velocidad máxima de 8 nudos (la fórmula de la eslora de flotación dice que su máximo es de 8,5 nudos). Además, según la publicación, este dato trata de potencia al freno, por lo que no es necesario incrementar el valor con un margen de pérdidas en la transmisión. Con esta opinión parece que coincide un tanto el autor norteamericano John Vigor, escritor de diversas obras sobre navegación oceánica, que nos indica que un barco motorizado con 3 HP por tonelada de desplazamiento es admisible en la mayoría de casos, aunque acepta también que considerar 4 HP por tonelada es una buena medida para disponer de una reserva de potencia adecuada.
En línea opuesta, el autor Jimmy Cornell, uno de los organizadores de la regata oceánica ARC, indica en una de sus publicaciones que tras un sondeo de más de 800 navegantes oceánicos, la inmensa mayoría apuestan por
sobredimensionar la potencia necesaria del motor para afrontar situaciones comprometidas, a pesar de que ello pueda representar una merma en su conservación, puesto que en un momento de necesidad (por ejemplo un remolque de otro barco en apuros urgentes), una máquina eficaz puede compensar sobradamente las posibles contraindicaciones. Es por lo tanto una decisión a tomar, además de en función de las características de nuestro barco, del tipo de navegación que pretendemos realizar.
El diseñador de embarcaciones Xavier Soler, publica la siguiente gráfica en su excelente libro "La construcción en Sandwich" para determinar la potencia del motor.
El gráfico muestra tres curvas que indican las potencias máximas, medias y mínimas del motor en función de la eslora. Junto a estas curvas se indica la velocidad que podrá alcanzar el barco. Debajo de la eslora de flotación se indica el desplazamiento estimado que tiene el barco.
Pongamos un ejemplo, un barco de 32 pies de eslora de flotación cruza verticalmente la curva de potencia normal, entre los 6 y 7 nudos de velocidad (rozando los 7 en realidad...). La velocidad máxima de esta eslora de flotación está alrededor de 7,5 nudos, por lo que si consideramos la potencia normal, llevamos el punto hasta la escala de las potencias y nos indica 25 CV. En estas condiciones, la gráfica muestra que no alcanzaremos los 7 nudos, en cambio si subimos la recta vertical de los 32 pies un poco más allá de la potencia normal, para superar la curva de los 7 nudos de velocidad, necesitaremos una potencia de entre 30 y 35 CV. Si el desplazamiento indicado en la gráfica no
corresponde al desplazamiento real de nuestro velero, podemos realizar una corrección. Consiste en obtener un factor resultado de dividir nuestro
desplazamiento verdadero, del desplazamiento indicado en la gráfica.
Imaginemos que nuestro barco de 32 pies de flotación desplaza en realidad 8 Tm, en lugar de las 14,3 Tm. que indica el gráfico. Dividimos estos dos valores y obtenemos un factor de 0,56 , por lo que la potencia de 35 CV que
obteníamos para superar los 7 nudos pasaría a ser de 19,6 (35 x 0,56 = 19,6). Así pues, aquí tenemos a otro especialista que aboga por una potencia de motor bastante contenida.
La última comprobación que teníamos pendiente de realizar para verificar la regla de 4 CV por tonelada de desplazamiento era la de examinar las
propuestas de motorización de diferentes modelos de velero comercializados habitualmente en nuestras latitudes. A continuación exponemos una muestra de lo que hemos encontrado, donde indicamos el modelo de velero, el
desplazamiento publicado, la eslora de flotación (si se publica), el motor que equipa de serie; y si aparece en la documentación, el motor que se puede solicitar de forma opcional. Es importante tener en cuenta que algunas veces, por motivos de marketing, un astillero puede incorporar un motor con más "gancho" dentro de las especificaciones que los que equipa el resto de la competencia.
Modelo Despl. Eslora flot. Motor Motor opc. Bavaria 30 4.400 Kg 8,25 m 18 CV - Jeanneau Sun Odyssey 29.2 2.750 Kg 7,70 m 9 CV 18 CV Dufour 365 6.130 Kg 9,28 m 29 CV - Bavaria 37 Cruiser 6.900 Kg 9,82 m 28 CV - Ronáutica Ro 400 7.000 Kg - 29 CV - Hanse 430 10.800 Kg 12 m 55 CV - Beneteau Cyclades 43.3 9.580 Kg - 54 CV - Jeanneau Sun Odyssey 54 DS 18.000 Kg 14,79 m 85 CV 100 CV Beneteau Oceanis Clipper 523 15.000 Kg - 100 CV - North Wind 56 21.000 Kg 14,47 m 140 CV -
Como primera conclusión del estudio podemos comprobar que en las esloras más populares, por debajo de los 40 pies de eslora total (no de flotación), es bastante habitual equipar los veleros con motores que encajan relativamente bien en la norma de 4 CV por tonelada de desplazamiento. Obviamente existe alguna limitación puesto que cada astillero habrá seleccionado uno o dos proveedores de motorización, y estos tendrán una gama determinada de modelos de motor, por lo que podemos esperar que los motores instalados tendrán la potencia disponible según la gama del fabricante, ya que ninguno de estos fabricantes construirá motores de todas y cada una de las posibles
potencias necesarias (son infinitas!).
La segunda conclusión a la que llegamos es que a medida que la eslora se va incrementando, las motorizaciones van desencajando de la regla, y se puede considerar que la norma se acerca más a la regla de 5 CV por tonelada que a la de 4 CV.
Así pues, nos unimos a la opinión del especialista John Vigor, que considera una motorización de 3 CV por tonelada como mínimamente aceptable, una de 4 CV por tonelada como ideal, y una de 5 CV por tonelada como una muy buena reserva de potencia para aquellos navegantes que tengan prevista la necesidad de afrontar innumerables situaciones comprometidas. Por encima y por debajo de estas proporciones podríamos pensar que hay alguna razón inesperada por la cual un barco necesita salir de estas reglas, por lo que siempre es recomendable consultar los motivos al constructor si aprecia que la propuesta de motorización está demasiado distante a los resultados de estas reglas.
