¿Qué debo saber para diseñar y construir un barco y medir la resistencia de su casco?

Tu inquietud me agrada un montón, pues yo también la tenía antes de hacer Navales.Realmente es uno de los "TEMAS" estrella de la ingeniería naval, saber cuantos caballos tengo que instalar para obtener una cierta velocidad, que suele ser asunto de contrato, de modo que si fallas y el buque no cumple lo dispuesto el astillero puede llegar incluso a comerse el buque con patatas. Para ello, durante todo el siglo XX mucha gente se ha estado comiendo el coco, e incluso se sigue, parta diseñar procedimientos para este cálculo exacto. La pena es que hoy en día sigue sin existir una fórmula mágica. Pero bueno, yendo al grano, generalmente se recurre al ensayo de un modelo a escala del buque. Se sabe que la resistencia que ofrece un cuerpo moviéndose en el seno del agua (o cualquiier otro fluido) tiene dos componentes importantes y bien diferenciadas (no consideramos la resistencia al viento por su escasa aportación, un 2% de la total, como mucho un 10% en portacontenedores, donde sí se considera), estas sub-resistencias son la friccional y la residual.La friccional depende del número de Reynolds, que es un número adimensional que mide los efectos viscosos del contacto casco-agua; y la residual, dependiente del número de Froude, que mide los efectos gravitatorios, olas y demás. Pues bien, lo que se suele hacer es lo siguiente: Se coge un modelo del buque a una cierta escala y se ensaya a velocidades tales que el número de Froude (Fn) sea igual en el modelo y en el caso (Fn=V/raiz(L·g)), las velocidades del modelo nos quedan del orden de 1 - 3 m/s. Como los valores adimensionales se mantienen en modelo y buque, la componente residual, Cw, de la resistencia se mantiene, de modo que multiplicada por el factor de adimensionalización (0,5·densidad·V^2·Área mojada), nos da la resistencia residual del buque. El problema es que no podemos hacer lo mismo con la componente friccional, pues como Reynolds (Re=V·L/viscosidad) depende de la viscosidad del agua, que varía muy poco de agua dulce (donde se realizan los ensayos) a agua salada, hace que al ser los modelos unas 20 veces más pequeños que el buque real, las velocidades deberían ser 20 veces mayores, resultado: ¡IMPOSIBLE!.
¿Y entonces? Pues lo que se ha hecho es obtener fórmulas empíricas para "modelizar" la resistencia friccional, obteniendo lo que se llaman LINEAS DE FRICCIÓN. La más utilizada es la que se llama ITTC 57 (ITTC son las siglas de una convención de Canales de ensayo y 57 porque es de 1957). Según esta Cf (coeficiente de resistencia friccional) vale 0,075/(log Re - 2)^2. Entonces, y como resumen, ensayando un modelo obtengo la resistencia total que debemos vencer para que vaya a por m/s (estos por m/s por la raíz cuadrada de la escala nos da los m/s del buque, y por 1,852 los nudos). Si para ese modelo, obtenemos Cf que es fácil, pues la V es por y la L es la eslora y la viscosidad es del orden de 0,0000016, lo multiplico por el coeficiente de adimensionalización y obtengo la resistencia friccional del modelo. Entonces al coeficiente de resistencia total (que es la resistencia total entre el factor dichosos de adimensionalización) que medimos al tirar del modelo le quitamos el coeficiente friccional, Cf, que calculamos y lo que nos queda es el coef de resistencia residual, Cw, que ¡SORPRESA! Es igual en el modelo que en el buque. Luego ahora nos vamos al buque y lo que hacemos es calcular su Cf, al que le sumamos el Cw, y todo ello lo multimplicamos por el factor de adimensionalización del buque, nos da la resistencia total (realmente hay un sumandillo más, que es debido al factor de escala, pero en estos momentos no lo contemplamos, ya profundizaremos más si quieres). Si multiplicas la resistencia total por la velocidad a la que va el buque obtienes la potencia precisa para propulsar al buque a la velocidad deseada. Esta potencia no es la que hay que instalar, que será muy superior (un 30-40% más), debida al rendimiento de la hélice. Pero eso ya es otra historia. Si deseas que sigamos, házmelo saber.