miniatura|Un líquid que colpeja la paret d'un recipient provocarà xipolleigs. L'efecte de superfície lliure és un mecanisme que pot fer que una embarcació es torni inestable i bolqui.

Es refereix a la tendència dels líquids —i dels agregats no lligats de petits objectes sòlids, com llavors, grava o mineral triturat, el comportament dels quals s'aproxima al dels líquids— a moure's en resposta als canvis en l'actitud de les bodegues de càrrega, les cobertes o els tancs de líquids d'una embarcació en reacció als moviments induïts per l'operador (o estats de la mar causats per les onades i el vent que actuen sobre l'embarcació). Quan es fa referència a l'efecte de superfície lliure, la condició d'un tanc que no està ple es descriu com a "tanc fluix", mentre que un tanc ple està "premsat cap amunt".

Estabilitat i equilibri En un vaixell amb càrrega normal, qualsevol balanceig des de la perpendicular es contraresta amb un moment de redreçament generat per l'augment del volum d'aigua desplaçat pel buc al costat rebaixat. Això suposa que el centre de gravetat del vaixell és relativament constant. Si una massa mòbil dins del vaixell es mou en la direcció del balanceig, això contraresta l'efecte de redreçament movent el centre de gravetat cap al costat rebaixat. L'efecte de superfície lliure pot convertir-se en un problema en una embarcació amb grans compartiments de càrrega a granel parcialment plens, dipòsits de combustible o dipòsits d'aigua (especialment si abasten tota l'amplada del vaixell), o per inundacions accidentals, com ha ocorregut en diversos accidents que han implicat transbordadors de càrrega i descàrrega.

Si un compartiment o tanc està buit o ple, no hi ha cap canvi en el centre de massa de l'embarcació mentre balanceja d'un costat a l'altre (amb vents forts, mar grossa o en moviments o girs bruscos). Tanmateix, si el compartiment només està parcialment ple, el líquid del compartiment respondrà a l'oscil·lació, el capçalera, el balanceig, l'onada, el balanceig o la guinyada del vaixell. Per exemple, a mesura que un vaixell balanceja cap a babord, el líquid es desplaçarà cap al costat de babord d'un compartiment, i això desplaçarà el centre de massa del vaixell cap a babord. Això té l'efecte d'alentir el retorn del vaixell a la vertical.

L'impuls de grans volums de líquids en moviment provoca forces dinàmiques significatives, que actuen en contra de l'efecte de redreçament. Quan el vaixell torna a la vertical, el balanceig continua i l'efecte es repeteix al costat oposat. En mars braves, això pot convertir-se en un bucle de retroalimentació positiva, fent que cada balanceig esdevingui cada cop més extrem, superant finalment l'efecte de redreçament i provocant una bolcada. Si bé les oscil·lacions repetides de magnitud creixent s'associen habitualment amb l'efecte de superfície lliure, no són una condició necessària. Per exemple, en els casos tant de l' i MS al-Salam Boccaccio 98, l'acumulació gradual d'aigua procedent de l'extinció d'incendis va provocar la bolcada en un únic rotllo continu.

Mitigació Per mitigar aquest perill, els vaixells de càrrega utilitzen diversos compartiments a granel més petits o tancs de líquids, en lloc de menys grans, i possiblement deflectors dins dels compartiments a granel o tancs de líquids per minimitzar els efectes de la superfície lliure sobre la nau en conjunt. Mantenir els compartiments a granel individuals o els tancs de líquids relativament buits o plens és una altra manera de minimitzar l'efecte i els problemes que els consegüent. Els petroliers hidràulics utilitzen aigua per desplaçar el petroli més lleuger per mantenir el tanc ple en tot moment. Els tancs o compartiments que no es troben a cavall de la línia central del vaixell són una mica menys propensos a les oscil·lacions desestabilitzadores. De la mateixa manera, els compartiments estrets (alineats de proa a popa) i els compartiments als extrems de la línia central són menys propensos a causar inestabilitat.

Exemples històrics Les inundacions, les fuites de càrrega líquida o l'aigua no intencionada (deguda a precipitacions, onades o danys al buc) en un compartiment o a la coberta d'una embarcació, i l'efecte de superfície lliure resultant, sovint contribueixen a accidents, bolcades i víctimes, p. ex., la pèrdua del (Wellington, Nova Zelanda, abril de 1968), MS Herald of Free Enterprise (Zeebrugge, Bèlgica, març de 1987), i MS Estònia (Mar Bàltica, setembre de 1994). En el cas del ferri RORO al-Salam Boccaccio 98 (Mar Roja, febrer de 2006), uns procediments inadequats d'extinció d'incendis van causar inundacions que van provocar directament inestabilitat i bolcada. Tant en el cas de l' al-Salam Boccaccio 98 com , un escorcoll sever va seguir immediatament després que el vaixell hagués fet un gir brusc, provocant que volums d'aigua inestables (a causa de danys per col·lisió en aquest últim) es desbordessin d'un costat a l'altre del vaixell.

Efectes sobre la terra i les aeronaus L'efecte de superfície lliure pot afectar qualsevol tipus d'embarcació, incloent-hi embarcacions (on és més comú), semiremolcs i camions cisterna de càrrega a granel o líquids (provocant bolcades o enfonsaments) i aeronaus (especialment camions de llançament d'aigua per a la lluita contra incendis i camions cisterna de reabastecimiento de combustible on els deflectors mitiguen però no eliminen els efectes). El terme "efecte de superfície lliure" implica un líquid sota la influència de la gravetat. La dinàmica de slosh és el camp general que cobreix tant els efectes de superfície lliure com situacions com els vehicles espacials, on la gravetat és insignificant però la inèrcia i el moment interactuen amb la mecànica de fluids complexa per causar inestabilitat del vehicle.

Reglament Per reduir els efectes de l'efecte de la superfície lliure que podria fer bolcar un vaixell, s'apliquen requisits reglamentaris a tots els vaixells a nivell internacional en virtut del Conveni SOLAS i del Codi Internacional d'Estabilitat Sense Intrus.

Referències

Categoria:Dinàmica de fluids