Efecto de superficies libres

EFECTO DE SUPERFICIES LIBRES
SUPERFICIE LIBRE.- También llamada carena líquida (free surface of liquids) es el volumen del líquido que se mueve por un compartimento interior del barco. (Diccionario naval gallego)

Al efecto que producen los tanques de un buque, que no están totalmente llenos, sobre la estabilidad del buque se le conocen como superficie libre. El efecto de superficie libresucede cuando el líquido del tanque pueden desplazarse hacia el lado más bajo. Esto hace que la superficie o volumen del líquido cambie de posición (y forma) conforme el buque se escora.
La superficie libre provoca que se reduzcan las fuerzas adrizantes que se encargan de regresar el buque a su estado adrizado, y son las que contrarrestan las fuerzas escorantes que actúan sobre el buque. Lasuperficie libre de los líquidos produce una disminución en los niveles de estabilidad. Esta disminución ocurre cuando el líquido, y por lo tanto el centro de gravedad “g” del tanque, se desplaza hacia el lado más bajo del buque cuando éste escora.
Para el cálculo y/o análisis de las superficies libres, si en un buque un tanque está parcialmente lleno se hace la suposición de que la superficie dellíquido que contiene permanecerá siempre paralela a la flotación cualquiera que sea la escora que tenga, aunque esto no pasa en realidad es una condición ideal que facilita el cálculo de las superficies libres.
Esto hace que al escorarse el buque, haya un efecto similar al de un traslado de peso dentro del tanque, que modifica la posición de su centro de gravedad g y, por tanto, la del centro degravedad G del buque.
A esta modificación de la posición del centro de gravedad G en este punto se le conoce como Gv o centro de gravedad virtual. Haciendo que la altura metacéntrica sea reducida.

Comportamiento de una superficie libre ante una escora transversal
Esto no ocurre cuando el taque está lleno, pues no habría modificación de la posición de su centro de gravedad y, en realidad, la cargaen él contenida puede considerarse como si fuera un sólido.
Las consecuencias de todo esto se pueden analizar teniendo en cuenta lo siguiente:
La parte del líquido que hay ente los puntos L-T-N, con centro de gravedad en g y que estaba llena antes de la escora del barco, se vacía al escorar el barco pasando a llenar la parte entre los puntos N-R-S cuyo centro de gravedad está en g'.
Esemovimiento del líquido es, similar al traslado de un peso desde g a g'. Como consecuencia, el centro de gravedad del barco, situado en G cuando no hay escora, se traslada a G' cuando la hay, de modo que el segmento GG' es paralelo al gg'. En el caso de una superficie líquida, el tamaño de la cuña varía con la escora y las posiciones g y g' obviamente también, así que el desplazamiento del centro degravedad del barco GG' no es fijo sino que está continuamente variando con la escora.
El brazo adrizante ante una escora dada , que sería GZ0 si no existiese la superficie libre, pasa a ser G'Z, de menor valor indicando que la existencia de superficies libres empeora la estabilidad estática transversal.
Este brazo adrizante G'Z es igual al que tendría el barco sin la existencia de la superficielibre pero con el centro de gravedad situado en Gv en lugar de en G, o sea, con el centro de gravedad desplazado verticalmente una distancia GGv.
Así que, en conclusión, el efecto de una superficie libre sobre la estabilidad estática transversal es la de producir una subida vertical del centro de gravedad equivalente, por tanto, al traslado vertical hacia arriba de un peso, con la consiguientedisminución del brazo adrizante y el empeoramiento de la estabilidad.
Entonces se ve que la acción o efecto de una superficie libre genera la elevación virtual del centro de gravedad con una pérdida de estabilidad.

Dado que GGv representa la elevación virtual del centro de gravedad debido al efecto de la superficie libre, se tiene:
Para tanques rectangulares:
= momento de inercia del tanque...