Contruccion Naval

EL PROYECTO DEL BUQUE

EL PROYECTO DEL BUQUE............................................................................ 1

Definiendo Objetivos ..................................................................................................................................2

Principios bsicos que gobiernan el proyecto del buque.........................................................................2

Las Fases del Proyecto del Buque .............................................................................................................3

EL PROYECTO CONCEPTUAL........................................................................ 6

EL PROYECTO CONTRACTUAL ..................................................................... 8

Aspectos Principales del desarrollo del Proyecto Contractual ...............................................................8

DIMENSIONAMIENTO DEL BUQUE .............................................................. 10

Limitaciones dimensionales .....................................................................................................................10

La Dimensin Crtica ...............................................................................................................................11 Buques de Peso ......................................................................................................................................12 Buques de volumen................................................................................................................................14 Buques en los que la velocidad es crtica ...............................................................................................15 Otras dimensiones crticas......................................................................................................................15

Dimensionamiento ....................................................................................................................................15 Ecuaciones para buques de peso ............................................................................................................15 Ecuaciones para buques de volumen......................................................................................................16 Relaciones entre dimensiones ................................................................................................................17 Estimacin de CB ...................................................................................................................................19 Estimacin de otros parmetros de formas.............................................................................................19 Dimensionamiento Bsico .....................................................................................................................20

DISEO DE FORMAS ..................................................................................... 22

Definicin de los Parmetros de Formas ................................................................................................23

Definicin de las Formas..........................................................................................................................23 Derivacin de formas .............................................................................................................................23 Generacin de formas ............................................................................................................................24 Series sistemticas de formas.................................................................................................................24

Evaluacin Tcnica...................................................................................................................................24

INTRODUCCIN A LA TEORA DEL BUQUE................................................ 27

Descomposicin de la Resistencia al Avance ..........................................................................................27

CRITERIOS BSICOS DE DISEO DE FORMAS ......................................... 31

Anlisis de las zonas de proa y popa .......................................................................................................31

Curva de reas seccionales ......................................................................................................................35

Obtencin Experimental de la Resistencia al Avance y del Rendimiento Propulsivo ........................35

Estimacin de la Resistencia al Avance El Mtodo de Holtrop y Mennen ..........................................39

DISPOSICIN GENERAL ............................................................................... 41

Forma y disposicin de los elementos transversales y longitudinales ..................................................42 Disposicin de los mamparos transversales ...........................................................................................42 Disposicin de las cubiertas ...................................................................................................................43 Disposicin de los mamparos longitudinales .........................................................................................44

Distribucin de espacios...........................................................................................................................44 Espacios de almacenamiento y manipulacin de la carga......................................................................45 Espacios de maquinaria..........................................................................................................................45 Tanques de consumos ............................................................................................................................46 Alojamientos ..........................................................................................................................................48 Disposicin de accesos...........................................................................................................................48 Grandes huecos ......................................................................................................................................49 Aislamiento de espacios.........................................................................................................................49

DISEO ESTRUCTURAL................................................................................ 50 Eleccin del tipo de estructura ...............................................................................................................51 Clculo de la Estructura .........................................................................................................................51 Espaciado de los elementos transversales o longitudinales....................................................................54 Forma y Estructura de los Mamparos y Cubiertas .................................................................................54 Minimizacin del peso de acero y/o de produccin ...............................................................................55

EL SISTEMA PROPULSIVO ........................................................................... 56

Tipos de Sistemas de Propulsin .............................................................................................................56

Hlice .........................................................................................................................................................56 Hlices en Tobera...................................................................................................................................56 Hlices de Extremos de Pala Cargados ..................................................................................................57 Hlices Contrarrotativas.........................................................................................................................57 Propulsores de Eje Vertical....................................................................................................................58 Propulsores a chorro...............................................................................................................................59 Vela........................................................................................................................................................59

Generadores de Potencia .........................................................................................................................59

Seleccin del Motor Principal (motor diesel directamente acoplado a la hlice) ................................62

Seleccin de una Hlice de Serie..............................................................................................................64

SISTEMAS BSICOS DEL BUQUE................................................................ 66

Sistema de Alimentacin de Combustible ..............................................................................................66

Sistema Elctrico ......................................................................................................................................69 Balance Elctrico ...................................................................................................................................69

Sistema de Enfriamiento..........................................................................................................................71

Sistema de Gobierno ................................................................................................................................73

CLCULO DEL DESPLAZAMIENTO ............................................................. 76

Peso en Rosca............................................................................................................................................76 Peso de la Estructura ..............................................................................................................................77 Peso de la Maquinaria ............................................................................................................................83 Peso del Equipo......................................................................................................................................84

Peso Muerto ..............................................................................................................................................85

REFERENCIAS................................................................................................ 86

El Proyecto del Buque

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El Proyecto del Buque El proyecto es un proceso iterativo Dado que se busca que el diseo sea ptimo, es necesario definir un proceso iterativo, de manera que en cada paso las caractersticas del proyecto mejoren (en un sentido que debe definirse) a las anteriores, que se tomaron como punto de partida. Algunas variaciones del diseo inicial, pueden conducir a obtener caractersticas peores, o que no cumplen con alguna de las especificaciones iniciales. Esto puede deberse a una inadecuada planificacin del proceso de diseo, o al insuficiente conocimiento de alguno de los aspectos del proyecto. Las herramientas utilizadas en el proceso deben ser adecuadas (precisin, complejidad, ...) a la situacin en el proceso de diseo.

El proyecto es un proceso cclico (red) Como hemos visto, el proceso de diseo puede dividirse en fases, en funcin de la precisin de la definicin del proyecto. Para conseguir los objetivos de cada una de esas fases, es necesario desarrollas los diferentes aspectos que componen el proyecto de un buque. En algunos casos, el proceso iterativo puede sustituirse por un anlisis de diferentes alternativas. Este tipo de actuacin se lleva a cabo en mltiples ocasiones, cuando la complejidad del diseo imposibilita un desarrollo iterativo. Las conclusiones de este anlisis llevarn a elegir la opcin ms ptima de entre las consideradas. Estas caractersticas del proyecto del buque hacen que habitualmente se represente en forma de una espiral, que representa esos dos aspectos de iteratividad y ciclicidad.


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Para ms informacin ver la referencia [1].

Definiendo Objetivos Una de las primeras fases que es vital realizar antes de iniciar un proyecto es la definicin de los objetivos. Estos objetivos deben estar ordenados en funcin de su prioridad, de manera que la lista ordenada que formen, facilite la toma de decisiones en el caso de soluciones antagnicas. Cuando se definen objetivos es vital diferenciar entre cantidades que son esenciales (a las que denominaremos especificaciones de diseo) y aquellas que slo son deseables y que por lo tanto pueden ser modificadas si su cumplimiento implica un coste excesivo o va en detrimento del cumplimiento de un objetivo de una meta ms importante. En general estas especificaciones de diseo estarn en muchos casos definidas por las caractersticas fijadas por el armador. En el caso del diseo de un buque mercante, estas especificaciones se originan en un estudio del transporte, que examina los aspectos econmicos de un determinado servicio o ruta. Es importante que cuando se planteen los objetivos, se haga con la mente abierta, sin tener en cuenta ningn tipo particular de diseo que se tenga en mente. De otra forma, los objetivos constreiran innecesariamente el desarrollo del diseo, en el caso de que el proyecto final no siga el inicialmente pensado.

Principios bsicos que gobiernan el proyecto del buque El proyecto debe satisfacer todos los requisitos especificados por el armador. En cualquier caso, resulta de gran ayuda para el proyectista que aqul establezca un orden de prioridades en las especificaciones, para el caso excepcional en el que se considere inviable el cumplimiento de todas ellas.


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El buque debe cumplir todos los requisitos legales aplicables, que incluyen convenios internacionales y legislacin nacional que tratan del diseo, estructura, equipo, propulsin, habitabilidad, .... Asimismo se deben cumplir otros requisitos definidos por las costumbres de la mar, cuya inobservancia puede resultar negativa para el rendimiento de la tripulacin. Se debe considerar prioritario que cada funcin se realice en el barco de la manera ms eficiente posible. Para ello se elegir una adecuada situacin y espacio adecuado para todos los servicios, de manera que la maniobra sea segura y eficiente en todas las condiciones de navegacin. Es evidente que este requisito obligar a tener que armonizar decisiones antagnicas. En ese caso debe darse preferencia al servicio que tenga una mayor contribucin al rendimiento global del buque. La minimizacin del coste, tanto inicial como de funcionamiento, debe ser un objetivo prioritario. Se ha de considerar en todo momento el impacto de las decisiones tcnicas en la actuacin de la futura tripulacin. El rendimiento de un buque depende de manera significativa de la eficacia de las personas que lo manejan, por lo que una caracterstica que pueda ser fuente de problemas, debe evitarse. Para asegurar el funcionamiento eficiente de un buque, los tripulantes deben tener la capacidad de desplazarse, rpida y fcilmente desde sus alojamientos a sus puestos de trabajo. Asimismo los medios de escape deben ser lo suficientemente giles. No deben existir espacios intiles. Adems, todas las partes del buque deben ser accesibles para los trabajos de mantenimiento. La preocupacin de la sociedad actual en los aspectos medioambientales, se est viendo cada vez ms reflejada en la legislacin actual. Aparte del mero cumplimiento de la legislacin, la bsqueda de la reduccin del impacto ambiental en la construccin y operacin, as como las posibilidades de reciclaje al final de la vida til, debe estar entre los objetivos del desarrollo del proyecto desde su fase inicial.

Las Fases del Proyecto del Buque El proyecto del buque habitualmente se divide en tres fases:

o Proyecto Conceptual o Proyecto Contractual o Proyecto de Construccin

El objeto de la fase de Proyecto Conceptual es la determinacin de la viabilidad del proyecto. Se parte de unos datos muy bsicos (peso muerto, capacidad de carga, velocidad, dimensiones principales y sus relaciones, coeficientes de carena, ...) a partir de los cuales debe definirse una combinacin de mayor rendimiento econmico.


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Los resultados principales de la fase del Proyecto Conceptual son:

o Determinacin de la viabilidad o no del proyecto. o Estimacin del coste de la obra (construccin y operacin). o Definicin de las especificaciones de la obra.

El desarrollo de la fase de Proyecto Contractual obedece a la necesidad de ofrecer soporte tcnico al contrato de construccin del buque. Incorpora las actividades del proyecto encaminadas a comprobar que se cumplen los requerimientos impuestos, tanto comerciales como de seguridad, con unos mrgenes adecuados. El resultado de este proceso es el desarrollo de un contrato de construccin, que incluye:

o Definicin suficientemente precisa de las caractersticas de la obra (disposicin general, potencia propulsora, potencia elctrica, sistemas de carga, ...).

o Definicin de los costes de la obra. o Elaboracin de la oferta econmica del constructor. o Definicin precisa de las diferentes calidades.

Es habitual identificar dos partes dentro de la fase de Proyecto Contractual. Estas son: el Proyecto Preliminar, que incluye las actividades de elaboracin del diseo necesarias para dar soporte a la oferta del constructor y el Proyecto Contractual propiamente dicho. Finalmente, el Proyecto Detallado o de Construccin incluye el desarrollo pleno del proyecto hasta la obtencin de toda la documentacin que es necesaria para la construccin de la obra. El resultado de este proceso es:

o Elaboracin de todos los documentos que se requieren para la aceptacin del inicio de la obra por parte de las autoridades, as como para la aprobacin de la misma por parte de la Sociedad de Clasificacin correspondiente (u otras entidades reguladoras).

o Planificacin y desarrollo del proceso constructivo.


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o Elaboracin de planos detallados y otro tipo de documentos necesarios para apoyar el proceso constructivo.

o Elaboracin de documentacin y manuales para el uso y mantenimiento de equipos y sistemas.

Es asimismo comn subdividir esta fase en el denominado Proyecto de Clasificacin, que incluira las actividades necesarias para obtener aprobacin de la obra por parte de la Sociedad de Clasificacin correspondiente (u otras entidades reguladoras) y el Proyecto de Construccin propiamente dicho.


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El Proyecto Conceptual Como ya se ha indicado, el objeto de esta fase es la determinacin de la viabilidad del proyecto. Habitualmente se parte de unos datos muy bsicos (peso muerto, capacidad de carga, velocidad, dimensiones principales y sus relaciones, coeficientes de carena, ...) a partir de los cuales debe definirse una combinacin de mayor rendimiento econmico. En el caso ms general el anlisis se hace para una flota de buques, dado un volumen de mercancas a transportar en unas rutas geogrficas determinadas y teniendo en cuenta las limitaciones econmicas de la inversin para cada opcin. Para cada opcin se lleva a cabo una simulacin, haciendo un clculo de tiempos (simulacin de movimientos, simulacin de actividades de carga y generacin de un calendario de flota), clculos de capacidad (cantidad de carga y consumo de combustible) y clculo de costes (coste de construccin, coste operacional de la flota e ingresos provenientes del flete. Los resultados de este proceso son:

o Determinacin de la viabilidad o no del proyecto. o Estimacin del coste de la obra (construccin y operacin). o Definicin de las especificaciones.

Las especificaciones resultado del proyecto conceptual, habitualmente incluyen:

o Nmero de buques o Vida til o Rutas contempladas o Capacidad de carga o Peso muerto o Nmero de tripulantes y pasajeros o Sistema de manejo y almacenamiento de carga y su capacidad o Autonoma o Velocidad en pruebas a plena carga o Tipo de planta propulsora o Posibles factores limitativos (p.ej. limitaciones en calado) o Reglamentos nacionales aplicables y otras regulaciones a cumplir o Sociedad de Clasificacin y cota a obtener

El desarrollo del proyecto conceptual implica:

o Estudio de mercado y prediccin del flujo de carga entre pares de puertos en el rea de navegacin.

o Anlisis de puertos (congestin, tarifas, velocidad de manejo de carga, equipamiento, ...) y eleccin de rutas de navegacin.

o Llevar a cabo proyectos conceptuales para diferentes tipos de buques. Se puede partir inicialmente de las dimensiones principales, velocidad y una estimacin del coste de construccin. A estos datos se les aade la experiencia del armador y diseador y diferentes bases de datos.

o Determinacin de la configuracin de la flota. Se analizarn diferentes alternativas de la configuracin de la flota (nmero de buques de buques de la flota para una velocidad, dado el volumen de transporte anual requerido) para una ruta.

o Optimizacin o eleccin de una banda (conjunto de configuraciones) ptima. Para ello se requiere la eleccin de la cifra de mrito (criterio de optimizacin) adecuada.


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o Estudios de sensibilidad. Anlisis del efecto sobre la cifra de mrito de la variacin de las diferentes variables.

La realizacin de las tareas mencionadas anteriormente, habitualmente se lleva a cabo mediante programas de ordenador capaces de simular la operacin de una flota de buques, definidas unas rutas de navegacin. Estos programas requieren la automatizacin del proceso de seleccin de la mejor alternativa, para lo que se utiliza la cifra de mrito. La cifra de mrito es un criterio de optimizacin (decisin) para la eleccin de la mejor configuracin, que puede ser evaluado numricamente. Los ms comunes son:

o Coste de Construccin mnimo. Es un criterio ventajoso para el astillero, aplicable si el buque ya est contratado o cuando se quiere hacer una oferta muy econmica.

o Inversin Total mnima (coste de construccin + gastos del armador). Es un criterio ventajoso para el armador si slo le interesa minimizar el coste inicial.

o Coste de Ciclo de Vida mnimo (coste de construccin + gastos del armador + gastos operativos anuales actualizados). Es un criterio del armador que tiene en cuenta los gastos operativos (pero no los ingresos).

o Flete requerido mnimo. Es un criterio del armador que elige como mejor opcin aquella que requiere el menor flete mnimo para comenzar a dar beneficio.

Beneficio = Flete Carga_Anual Gastos_Anuales

o Otras opciones ms complejas que tienen en cuenta efectos como la amortizacin o el

tiempo de recuperacin de la inversin.


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El Proyecto Contractual El desarrollo de esta fase obedece a la necesidad de ofrecer soporte tcnico al contrato de construccin del buque. Incorpora las actividades del proyecto encaminadas a comprobar que se cumplen los requerimientos impuestos, tanto comerciales como de seguridad, con unos mrgenes adecuados. El resultado de este proceso es el desarrollo de un contrato de construccin, que incluye:

o Definicin suficientemente precisa de las caractersticas de la obra (disposicin general, potencia propulsora, potencia elctrica, sistemas de carga, ...).

o Definicin de los costes de la obra. o Elaboracin de la oferta econmica del constructor. o Definicin precisa de las diferentes calidades.

El punto de partida de este proceso es normalmente un buque base. Este trmino se refiere a un proyecto similar, del que se pueda disponer de informacin suficiente y que pueda servir de gua para las primeras fases del proyecto. A partir de las caractersticas del buque base se pueden estimar aspectos crticos como estabilidad, francobordo, potencia, ... Las primeras estimaciones cambiarn necesariamente a medida que avance el proyecto.

Aspectos Principales del desarrollo del Proyecto Contractual Clculo de Potencia y Propulsin Estimacin o clculo de la potencia necesaria y de las caractersticas bsicas del equipo propulsor y de maniobra. Definicin de Formas Se realiza el plano de formas del buque intentando cumplir, adems de los requisitos de buen comportamiento hidrodinmico, otras caractersticas definidas. Clculo del peso en rosca y de la posicin del centro de gravedad del buque. Compartimentado / Disposicin General Es necesario disponer las cubiertas y mamparos como paso inicial para llevar a cabo la disposicin general. Definicin de Capacidades y Clculo del Arqueo

1. Se definen las dimensiones de todos los tanques y se cubican. 2. Posteriormente se realiza el clculo del arqueo y francobordo del buque.

Definicin Estructural Diseo de la cuaderna maestra, en primer lugar, y definicin posterior precisa de la estructura del buque. Maniobrabilidad y Comportamiento en la Mar Se lleva a cabo un anlisis de las caractersticas del buque respecto a su maniobrabilidad y comportamiento en la mar. Definicin de la Planta Propulsora y Otros sistemas del buque Se definen de manera concreta las caractersticas y disposicin del equipo propulsor, as como el resto de sistemas del buque.


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Estabilidad Intacto / Estabilidad en avera 1. Es necesario definir las diferentes situaciones de carga para, posteriormente, llevar a

cabo el anlisis de la estabilidad para el buque intacto. 2. Se lleva a cabo un estudio de la estabilidad del buque ante averas. 3. Se analiza la resistencia longitudinal de la estructura.

Anlisis de Costes. Se evalan las magnitudes econmicas (de entre las cuales, la principal es el presupuesto), al objeto de facilitar la toma de decisiones.


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Dimensionamiento del buque Durante las primeras fases del desarrollo del proyecto del buque es esencial realizar un dimensionamiento del mismo. Este trmino se refiere a la obtencin de las dimensiones y caractersticas principales del buque a partir de la especificacin de alguna o algunas de ellas. En general, la eslora puede considerarse como la caracterstica reina, ya que a partir de su conocimiento, pueden derivarse con relativa sencillez muchas de las caractersticas principales del buque. La obtencin de la eslora puede hacerse de tres formas principales:

o Explcitamente, cuando exista una restriccin de la dimensin de la eslora o una especificacin sobre la longitud del buque. Por ejemplo, a partir de especificaciones tales como la longitud de los espacios de carga, se puede obtener la eslora del buque aadiendo a este dato, la eslora de la cmara de mquinas, de los piques de proa y popa y de otros compartimentos que puedan ser necesarios.

o A partir de relaciones de base experimental que ligan la eslora con la resistencia al avance. En general estas frmulas relacionan la eslora con el nmero de Froude y el coeficiente de bloque. Estas frmulas pretenden establecer un equilibrio entre la geometra del buque y una potencia propulsiva razonable.

o A partir de relaciones de base experimental, que permitan estimar relaciones entre las dimensiones principales. Una vez obtenidas estas relaciones, la eslora se puede obtener a partir de las condiciones que imponga la caracterstica ms crtica del proyecto.

En muchos casos, el proceso de dimensionamiento se comienza con la determinacin de la eslora, a partir de las especificaciones del proyecto, para luego obtener el resto de dimensiones. Sin embargo, en este apartado presentaremos un procedimiento racional para obtener las dimensiones principales del buque, que deriva la eslora de las restricciones que imponga la caracterstica ms crtica del proyecto. Es importante mencionar que en el proceso de dimensionamiento, las caractersticas principales que se especifiquen pueden conllevar la aparicin de limitaciones fsicas u operacionales en otras dimensiones. As por ejemplo, una vez definidos en un buque el peso muerto y la capacidad de bodegas, pueden presentarse limitaciones en la eslora, por ejemplo debido a las necesidades de maniobra en un puerto determinado, en la manga, por el trnsito por un canal, en el calado por la profundidad disponible en puerto,

Limitaciones dimensionales Las dimensiones principales (y otras caractersticas) del buque estn sometidas a determinadas limitaciones que pueden ser especficas del astillero (por dimensiones de las gradas o diques de construccin) o genricas (por el trfico del buque). Las limitaciones dimensionales pueden imponer una restriccin en la eslora, manga, calado o puntal, o bien en varias de estas dimensiones. Una limitacin en la eslora puede ser impuesta por las dimensiones de los canales o muelles. Tambin puede aparecer por la necesidad de virar el barco en un paso estrecho. En cualquier caso es importante reflexionar profundamente sobre las consecuencias de esta limitacin, en el caso de que esta pueda llevar a una eslora menor que la que sera deseable si no existiera esta limitacin.


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Adicionalmente, se han de considerar las restricciones que pueden introducir los distintos reglamentos (Sociedades de Clasificacin, Autoridades Nacionales u Organismos Internacionales). Existen otras limitaciones, como el calado areo para el paso del buque bajo puentes, o para el astillero constructor producidas por obstculos en el recorrido del buque durante la botadura o salida al mar.

Figura 1. Limitaciones de los principales canales y calados mximos de puertos para graneleros. Fuente: R. Alvario, J.J. Azproz y M. Meizoso. El proyecto bsico del buque mercante. FEIN. Madrid 1997.

La Dimensin Crtica En el momento de fijar los requisitos de un diseo, y ms a la hora de convertir estos en un diseo, es muy importante identificar cul de esos requisitos puede convertirse en crtico. En general identificaremos como crtica una sola dimensin, aunque lo habitual es que una o ms dimensiones sean o puedan ser crticas. Por ejemplo, la velocidad es habitualmente un aspecto crtico en el proyecto del buque, que normalmente obliga a un cuidadoso diseo de formas, con el objeto de reducir al mximo la resistencia al avance. Por ello, cuando, por ejemplo, digamos que el peso es la dimensin crtica, estamos realmente hablando de la dimensin ms crtica, lo cual presupone que la velocidad ser seguramente tambin una dimensin crtica.


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Buques de Peso El peso (desplazamiento) es un aspecto crtico para la mayora de los barcos (aunque, como en todo, existen excepciones). En cualquier proyecto, el diseador ha de lograr que el empuje (dado por el volumen de la obra viva) sea, como mnimo, igual al peso muerto ms el resto de pesos inevitables para el buen funcionamiento del buque y que todo el volumen del buque permita ubicar toda la carga y los restantes servicios del buque. Es por ello que el peso ser un aspecto dominante en aquellos barcos cuya carga sea especialmente pesada en relacin al espacio que ocupar, es decir la densidad de la carga ser elevada. Denominaremos Buques de Peso a aquellos que, por transportar cargas muy densas o de bajo coeficiente de estiba, tienen como condicionamiento ms restrictivo el peso. Un ejemplo extremo de este tipo de barcos sera un transporte de mineral de hierro. La decisin sobre si un buque tendr como condicionante crtico el peso o no, puede tomarse simplemente analizando el tipo del buque, o de manera ms precisa analizando el valor lmite de la densidad de carga (LDC) que se define como la relacin entre el peso muerto de la carga y el volumen de los espacios de carga:

carga total

carga total

carga totalcarga

total

DWT DWTDWT DWTLDC =

=

Ecuacin 1. Clculo de la densidad de carga

Llegados a este punto es importante recordar que se denomina peso muerto (DWT) al peso de la carga, pasaje, tripulacin, pertrechos y consumos, es decir, el resto del desplazamiento que no pertenece a la partida de peso en rosca. Si denominamos CB al coeficiente de bloque hasta el calado T y CB al coeficiente de bloque hasta el puntal D, podemos rescribir la Ecuacin 1 como:

carga total

carga total

cargacarga

total

DWT DWTDWT DWT

LDC=

1025B

B

C DC T

=

Ecuacin 2. Clculo de la densidad de carga

La Ecuacin 2 nos ofrece una forma de determinar cundo un buque tendr como condicionante crtico el peso. El procedimiento consiste en estimar los diferentes parmetros1 de la Ecuacin 2 a partir de datos disponibles de construcciones tpicas. Si la densidad de la carga del buque es mayor que el valor LDC calculado, el peso ser crtico en el proyecto.

1 Si no se conoce un valor ms aproximado de la relacin DWTcarga/DWTtotal, puede tomarse un valor en torno a 0.90.


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En las tablas siguientes se muestran las relaciones caractersticas entre pesos y volmenes para algunos tipos de buques. Peso muerto

totalDWT Relacin Peso muerto / Desplazamiento

totalDWT

Buques tanque y graneleros 20 000 ton 0.79 100 000 ton 0.85 200 000 ton 0.87 Portacontenedores (CB de 0.65 a 0.72) 15 000 ton 0.71 30 000 ton 0.74 100 000 ton 0.78

Tabla 1. Relacin Peso muerto/Desplazamiento para diferentes tipos de buques. Referencia [2]. Capacidad de carga

carga Capacidad de carga / Volumen de carena

carga

total

Buques tanque 40 000 ton 0.65 100 000 ton 0.67 200 000 ton 0.675 Portacontenedores (CB de 0.65 a 0.72) 20 000 ton 0.58 50 000 ton 0.585 100 000 ton 0.595

Tabla 2. Relacin Capacidad de carga/Volumen de carena para diferentes tipos de buques. Referencia [2].

Tipo de buque Relacin calado puntal

TD

Buques tanque 0.78 Buque de carga general 0.70 Buques graneleros 0.73

Tabla 3. Relacin Calado Puntan para diferentes tipos de buques. Referencia [2]. Por otra parte, es posible estimar aproximadamente el valor de CB, a partir del coeficiente de bloque CB, usando la siguiente relacin.

( ) 0.813B B BD TC C CT = +

Dado que los buques de peso no tienen problemas de capacidad, el principal condicionante dimensional es el calado. Los buques de peso se proyectan para conseguir, con el mnimo volumen, el mximo calado (T), o lo que es lo mismo el mnimo francobordo permitido. En general, son buques de peso muerto:


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o Graneleros de slidos. Especialmente los transportes de carbn y mineral, con densidades superiores a 1 Tm/m3.

o Petroleros de crudo y productos, con densidades cercanas a la unidad. o Quimiqueros, con densidades superiores a la unidad. o Graneleros combinados (OBO = Ore-Bulk-Oil o Mineral-Grano-Petrleo y OO = Ore-

Oil o Mineral-Petrleo).

Buques de volumen Denominaremos Buques de Volumen a aquellos buques que, por transportar cargas poco densas o de alto coeficiente de estiba, tienen como condicionamiento ms exigente el volumen de bodegas o de tanques de carga (ver Figura 2). Podemos entonces decir en trminos coloquiales que estos buques slo tienen problemas de capacidad. La solucin ms econmica del diseo, en estos casos, consiste en aumentar el puntal del buque hasta conseguir el volumen de carga necesario. Un aspecto concreto que puede provocar que el volumen se convierta en crtico es la necesidad de proveer espacio para usos adicionales, como por ejemplo para la acomodacin de pasaje o la disposicin de algn elemento de maquinaria especial. Estos buques se proyectan prescindiendo de los condicionantes de pesos/calado, es decir, haciendo caso omiso del francobordo, pero analizando con sumo cuidado los problemas de estabilidad del buque intacto. Es evidente que si el barco necesita espacio, la solucin de diseo ms inmediata (y tambin la ms econmica) consistente en aumentar el puntal. Este aumento del puntal est limitado por los requisitos de estabilidad del buque, que tendrn que considerarse con cuidado. Conviene por lo tanto controlar el valor de la relacin B/D (estabilidad) por encima de un valor mnimo lo que puede obligar a aumentar L/B. En resumen, debe seguirse un proceso iterativo iniciado con el aumento de la dimensin ms econmica (D), corrigiendo las salidas de rango de B/D con aumentos de B y manteniendo L en el mnimo compatible con una explotacin eficiente (resistencia al avance razonable).

Figura 2. Buques de peso muerto y volumen En general, son buques de volumen:

o Cargueros y polivalentes. Los cargueros clsicos estn en la frontera entre los buques de peso y los de volumen. Sin embargo, los buques polivalentes, han de estar preparados para poder transportar cargas muy ligeras y voluminosas.

o Madereros.


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o Transportes de gas licuado (LNG = Liquefied Natural Gas y LPG = Liquefied Petroleum Gas). Los problemas de estos proyectos son muy especficos, debido sobre todo a las bajas temperaturas de transporte, que pueden llegar a -162C.

Buques en los que la velocidad es crtica Como ya se ha mencionado, la velocidad es usualmente uno de los parmetros ms crticos del proyecto del buque. Sin embargo, en los denominados buques rpidos la velocidad aparece como un aspecto especialmente limitante o muy crtico. Para este tipo de barcos, las formas y en especial la eslora estn restringidas por la necesidad de alcanzar una velocidad. En realidad sera posible disear un buque con el mismo desplazamiento y espacio de carga, y una menor eslora (y por lo tanto ms econmico de construccin) pero la eslora mnima admisible estar ligada a alcanzar la velocidad especificada de una manera econmica. Es por ello que el proyecto definitivo, de este tipo de buques usualmente tendr una cierto volumen de espacio extra, al que habr de buscar utilidad. Por otro lado la velocidad que el buque podr ofrecer estar ligada a un determinado mar, por lo que las caractersticas de comportamiento en la mar del buque sern tambin de vital importancia.

Otras dimensiones crticas Podramos decir que el rea de cubierta es la dimensin ms crtica para buques como los transportes de vehculos y trenes (car and train carriers), aunque tambin podramos decir que en estos casos la longitud de garaje o incluso la estabilidad son los condicionantes ms crticos. Las dimensiones principales (L,B,D) son crticas en los portacontenedores. Estas dimensiones se deben fijar en funcin de las dimensiones de los contenedores, con el objeto de maximizar la capacidad de transportarlos. Por ltimo en ferries o cruceros, la estabilidad se presenta como un elemento crtico, que limita el nmero de cubiertas que pueden disponerse, y por tanto determina las dimensiones del buque.

Dimensionamiento A continuacin presentaremos algunas reglas generales, criterios y procedimientos bsicos para llevar a cabo el dimensionamiento del buque, en los casos principales que se corresponden con las situaciones ya mencionadas en las que la dimensin crtica es el peso o el volumen.

Ecuaciones para buques de peso Las dimensiones para un buque cuyo diseo est definido por su desplazamiento, estn ligadas por la siguiente relacin:

( )1BC L B T s = + Donde es la densidad del agua (1 025 Kg/m3 para el agua de mar) y s es el desplazamiento del forro del casco y de los apndices. Es importante hacer notar, que a la hora de dimensionar este tipo de barcos vamos a asumir que el desplazamiento es un dato (especificacin). Esto nos obliga a estimar desde un primer momento el desplazamiento del buque de la manera ms


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exacta posible. Una explicacin detallada de cmo se puede calcular el desplazamiento puede encontrarse en la referencias [2], [3] y [4]. A partir de la anterior ecuacin es posible obtener la siguiente relacin:

( ) ( )( )

1/32/ /(1 ) /B

L B B DL

s C T D = +

Esta relacin, nos permite obtener la eslora del buque a partir de las relaciones entre los coeficientes principales y una estimacin del coeficiente de bloque. Lo habitual es obtener las relaciones entre los coeficientes a partir de regresiones estadsticas de datos disponibles, mientras que el coeficiente de bloque habitualmente de criterios de minimizacin de la potencia. En ocasiones, cuando el peso muerto del buque es conocido, es posible utilizar alguna de las siguientes expresiones para la obtencin del desplazamiento del buque:

D

DWT LWTDWT

K

= + =

En ellas DWT es el peso muerto total, LWT es el peso en rosca y KD es la relacin entre peso muerto y desplazamiento. La primera de ellas puede utilizarse en el caso de buques poco convencionales, y siempre y cuando se disponga de informacin suficiente como para poder determinar con suficiente aproximacin el peso en rosca a partir de datos dimensionales. La segunda de las ecuaciones requiere obtener el valor de KD a partir regresiones estadsticas. Lamentablemente, es habitual que los datos de esta relacin tengan una gran dispersin, por lo que en la prctica, esta ecuacin ser poco exacta. Para obtener el desplazamiento total del buque, es necesario aadir una correccin al denominado desplazamiento de trazado. Esta correccin incluye el peso del forro del casco y los apndices. En una primera aproximacin y para barcos de una slo lnea de ejes, este incremento de desplazamiento puede estimarse en un 0.5% del desplazamiento de trazado. Una aproximacin ms exacta puede obtenerse de las siguientes frmulas:

Desplazamiento del forro = ( )12380

t L , donde t es el espesor medio del forro en mm. Desplazamiento del timn =

320.13 RA , donde AR es el rea del timn en m

2.

Desplazamiento del propulsor = 30.01d , donde d es el dimetro del propulsor.

Ecuaciones para buques de volumen La ecuacin bsica que liga las dimensiones de un buque cuya aspecto crtico es el volumen es:

H B CC L B D = Donde H es el volumen de trazado del buque bajo la cubierta principal, CB es el coeficiente de bloque al puntal de trazado y DC es el puntal efectivo (al que hay que aadir el arrufo y la brusca medias de la cubierta). Es importante hacer notar, que a la hora de dimensionar este tipo de barcos vamos a asumir que el volumen H (especificacin). Esto nos obliga a estimar desde


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un primer momento esta dimensin del buque de la manera ms exacta posible. Una explicacin detallada de cmo se puede calcular este volumen puede encontrarse en la referencia [2]. A partir de la ecuacin anterior podemos derivar la siguiente relacin:

( ) ( ) 1/32/ /HB

L B B DL

C

=

Al igual que en el caso anterior, esta relacin, nos permite obtener la eslora del buque a partir de las relaciones entre los coeficientes principales y una estimacin del coeficiente de bloque CB al puntal. Como ya se ha mencionado anteriormente, es posible estimar aproximadamente el valor de CB, a partir del coeficiente de bloque CB, usando la siguiente relacin.

( ) 0.813B B BD TC C CT = +

Para obtener la eslora usando las ecuaciones anteriores, lo habitual es obtener las relaciones entre los coeficientes a partir de regresiones estadsticas de datos disponibles, mientras que el coeficiente de bloque habitualmente de criterios de minimizacin de la potencia.

Relaciones entre dimensiones Como ya hemos comentado, la eslora puede considerarse como la caracterstica reina, que en el caso que nos ocupa est vinculada a la ecuacin que liga las relaciones dimensionales con la dimensin crtica del proyecto. En lo que se refiere al resto de dimensiones, a partir de regresiones estadsticas podemos obtener las siguientes:

( )( )( )

( )( )( )

,

,

,

B f L T f D

D f B T f L

D f L T f B

= == == =

De las cuales habremos de seleccionar 3, que sern las que nos permitan resolver la ecuacin bsica. La eleccin de esas tres relaciones depender de qu aspectos del proyectos sean ms prioritarios, y por lo tanto deban ser controlados. Para ayudar a esta eleccin se comentan a continuacin algunos criterios para seleccionar una u otra relacin.

o La relacin entre puntal y manga est vinculada con la estabilidad, puesto que KG depende del puntal y KM es funcin de la manga. Cuando la estabilidad sea un condicionante en el diseo, la eleccin de esta relacin, nos permitir controlar los valores obtenidos y en caso necesario limitar el valor. Como referencia se puede tomar un valor B/D = 1.5 para barcos poco estables, mientras que valores en torno a 1.8 indican una buena estabilidad.

o La relacin entre calado y puntal est vinculada al francobordo del buque y por tanto es una medida de las imposiciones del convenio sobre lneas de carga. Actualmente el clculo del francobordo de un buque es muy sencillo, gracias a los programas informticos disponibles, por lo que esta relacin puede ser sustituida por clculos ms exactos, en el caso de que se requiera algo ms que una mera estimacin.


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Coste Construccin Coste Operativo Casco Maquinaria

Incremento L Se incrementa el peso de la estructura y por lo tanto el coste de construccin de manera muy importante.

Se reduce la potencia necesaria y los costes asociados, al menos para Fn reducidos.

Se reduce el coste y el consumo de combustible.

Incremento B Se incrementa el coste de construccin (pero de manera menos importante que con L).

Se incrementa la potencia y los costes asociados.

Se incrementa.

Incremento D y T Se reduce el coste de construccin.

Se reduce la potencia y los costes asociados, si va asociado a una reduccin de L.

Se reduce.

Incremento CB Forma ms econmica para incrementar el desplazamiento y el peso muerto.

Se aumenta la potencia. Por encima de cierta relacin entre Fn y CB se produce un muy importante aumento de la potencia necesaria. Existe una combinacin de CB y CM de resistencia mnima.

Se incrementa.

Incremento CP No tiene una influencia significativa.

Se aumenta la potencia. Se considera el parmetro ms definitorio de la resistencia al avance.

Se incrementa.

Tabla 4. Criterios de optimizacin de las dimensiones principales.


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o La relacin entre puntal y eslora tiene influencia en la resistencia longitudinal del buque. Considerado este como una viga, el aumento de la relacin L/D, disminuye el alma, y por lo tanto aumenta las tensiones producidas por los momentos flectores.

o La relacin entre calado y eslora, y calado y manga suelen considerarse como secundarias. En su lugar es habitual utilizar la relacin calado / puntal en combinacin con otras relaciones. Como apunte interesante cabe decir que elevadas relaciones de L/T reducen la posibilidad de que el barco sufra pantocazos. Por su parte la relacin manga / calado tiene cierta influencia en la estabilidad inicial y en la resistencia al avance.

o En cualquier caso, es necesario asegurar que las relaciones disponibles no tengan una incertidumbre excesiva. En caso de utilizar regresiones estadsticas de datos propios, sera recomendable no utilizar aquellas relaciones cuyo coeficiente de correlacin sea menor de 0.6.

Finalmente se incluye una tabla, en la que se presentan algunos criterios para optimizacin del proceso de eleccin de las dimensiones principales. Estos criterios deben tenerse en cuenta cuando a lo largo del proceso de diseo, se considere la modificacin de alguna de estas dimensiones.

Estimacin de CB La utilizacin de las ecuaciones bsicas de dimensionamiento, presentadas anteriormente, requieren de la determinacin del coeficiente de bloque del proyecto. A continuacin se presentan unas frmulas que pueden servir para ese propsito. La frmula de Alexander (1962) es la ms conocida de las expresiones que permiten estimar el valor del coeficiente de bloque.

0.53.28B

VC KL

= Donde L es la eslora en metros y K puede variar entre 1.03 para buques rpidos y 1.12 para buques lentos. Esta frmula tiene en cuenta criterios hidrodinmicos y de capacidad de carga. Diversos autores han obtenido frmulas que relacionan el coeficiente de bloque con el nmero de Froude. A continuacin se muestra una de ellas, que ha sido obtenida de un anlisis estadstico de datos.

11 23 1000.70 tan8 4B

FnC radianes = +

Estimacin de otros parmetros de formas A continuacin se listan una serie de frmulas que permiten estimar diferentes parmetros de formas. CM: Frmula de Kerlen (influye en la resistencia al avance)

-3.56M BC =1.006-0.0056 C

CP: Frmula de Troost (influye drsticamente en la resistencia al avance)


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P nC =1.2-2.12 F XCC: Frmula de Troost en % de la Lpp respecto a la cuaderna maestra (determina los trimados)

CC BX 17.5 C 12.5=

LCC: Longitud del cuerpo cilndrico (influye en los costes constructivos). La siguiente frmula ofrece un valor recomendado que pondera aspectos hidrodinmicos y econmicos.

2B B PPLCC 658 1.607 C 914 C L = +

Dimensionamiento Bsico

1. Eleccin del parmetro crtico para el diseo. Ms especficamente, determinar si el buque es de volumen o de peso. Una vez determinado este aspecto, se tendr la ecuacin bsica que liga a las dimensiones principales.

2. Realizacin de una base de datos de referencia de buques similares al objeto del

proyecto. Esta base de datos debe contener al menos las dimensiones bsicas de los buques, aunque cualquier informacin adicional como factores de formas puede ser de gran utilidad. Un ejemplo de esta base de datos se presenta a continuacin:

3. Establecer las relaciones entre los diferentes parmetros adimensionales bsicos a partir de regresiones estadsticas de las entradas de la base de datos anterior. Adems es necesario seleccionar tres de estas relaciones, entre el siguiente conjunto de seis, que pueden ser obtenidas.

( )( )( )

( )( )( )

,

,

,

B f L T f D

D f B T f L

D f L T f B

= == == =

4. Si no es conocido como especificacin, llegado a este punto es necesario fijar el valor

de la dimensin crtica del proyecto (volumen o desplazamiento). Esta dimensin puede

NOMBRE LOA LBP B T D DWT AO VOL. VEL. BHP

ARCTIC I 98.9 95.9 12.9 5.9 7.5 4233 1969 4544 12 4320IKAN DURI 94.0 90.5 14.9 5.8 8.1 4260 1981 4104 14 3900JERSBEK-LASBEK 91.7 89.0 14.2 5.7 7.1 3852 1982 3802 13 2450KOPEX 100.0 98.0 16.0 6.2 7.9 5324 1979 6000 13 4000LUCY P.G. 102.0 93.6 14.1 5.2 6.5 4080 1974 4741 13 2500MATAGRIFONE-MESSANA 86.5 84.0 15.7 8.3 11.3 4470 1991 5050 13 3200NANCY ORR GAUCHER 105.0 103.4 12.6 5.9 7.5 4675 1967 5000 13 4350NORDIC TIGER 86.0 83.5 13.0 5.5 7.8 3889 1981 4312 12 1950POLISAN I 96.0 94.5 14.0 5.1 6.3 3506 1974 3355 14 2800PROOF GALLANT 90.2 89.0 14.5 5.7 8.0 3726 1980 3778 12 2400REINBEK-RODENBEK 91.7 89.5 14.0 5.7 7.3 3914 1982 3802 13 2450SARA THERESA 82.7 81.5 13.4 6.1 7.6 3500 1974 3801 11 2400SARIBAY 97.8 96.3 14.2 5.4 6.8 3660 1980 3841 13 2250STOLT MAPLEWOOD 91.2 89.1 14.5 5.5 6.8 3560 1976 3738 11 3600TRANS BORG 101.4 98.5 16.4 6.2 7.9 5280 1980 5550 13 3450TSUTA MARU N1 104.0 102.0 16.0 6.3 7.9 5495 1983 5385 13 3300UNITED TONY 88.0 86.6 13.4 5.9 7.5 4165 1982 4861 12 1950


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ser solamente una primera aproximacin que puede ser corregida ms adelante al avanzar en la espiral de proyecto, pero cuanto ms exacto sea su valor mayor credibilidad podemos dar a los resultados obtenidos en esta fase de dimensionamiento. Cmo primera aproximacin de este dato pueden tambin utilizarse regresiones estadsticas entre buques similares al que es objeto del proyecto.

5. Estimar un primer valor de la eslora, y a partir de l, y mediante las relaciones entre los

diferentes parmetros obtenidas en 3, hacer una primera evaluacin tentativa de las dimensiones principales. Asimismo se ha de hacer una estimacin del resto de relaciones adimensionales y parmetros de formas del buque (al menos el coeficiente de bloque es imprescindible) a partir de nuevas regresiones o mediante frmulas de base emprica. En el caso de elaborar nuevas regresiones, se ha de tener en cuenta que los errores cometidos por su uso pueden ser mucho mayores.

6. Actualizar el valor de la eslora, utilizando la ecuacin bsica que liga las dimensiones

del proyecto. Si este nuevo valor no es lo suficientemente cercano al estimado en 5, es necesario reevaluar el resto de relaciones y repetir el proceso hasta la convergencia.


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Diseo de Formas La definicin de formas de un buque es un aspecto de suma importancia, por sus mltiples implicaciones en diferentes aspectos del proyecto. Tradicionalmente, el aspecto principal que se ha estudiado en el proyecto de formas es el cumplimiento de la velocidad contractual. En este sentido hay que sealar que la consecucin de unas formas ptimas desde este punto de vista (hidrodinmico) se enfrenta habitualmente a los condicionantes econmicos o a la necesaria capacidad de carga. El diseo de formas se iniciar cuando se ha llegado a una situacin en la que es necesario tener el plano de formas del buque:

o Como base para el desarrollo de la Disposicin General. Este aspecto es ms crtico para buques finos, en los que la Disposicin General aproximada es ms compleja.

o Para la disposicin y cubicacin de tanques y espacios de carga. o Para el clculo de las curvas hidrostticas, determinacin del trimado y estudio de la

estabilidad. o Para la determinacin de algn valor necesario para el clculo de pesos, centro de

gravedad o estimacin de costes. o Para en inicio de los ensayos en canal.

El diseo de formas se enfrentar a la consecucin de diferentes objetivos:

o Obtencin del desplazamiento y calado de proyecto. o Obtencin de los espacios de carga y volmenes de tanques requeridos. o Obtencin de las reas de cubierta para disponer los diferentes elementos. o Cumplir con los requisitos de minimizacin de potencia: mnima resistencia al avance,

buen rendimiento del casco y posibilidad de disponer la hlice y el timn con los huelgos apropiados para evitar problemas de vibraciones.

o Cumplir con los requisitos de buen comportamiento en la mar y buena maniobrabilidad. o Una situacin de XCC que permita tener un trimado satisfactorio en cada situacin de

carga. o Disponer de un KM para los calados de operacin que asegure una estabilidad

suficiente. o Evitar discontinuidades o diseos que dificulten el diseo estructural. o Que las formas resulten beneficiosas desde el punto de vista constructivo (desarrollables

y sin curvaturas complejas). o En muchos casos es un requisito importante el que las lneas tengan una componente

esttica atractiva. Los anteriores objetivos han de ser ordenados por prioridad, pues difcilmente podrn alcanzarse plenamente. El proceso de diseo de formas puede dividirse en tres fases, organizadas esquemticamente, tal y como se muestra en la Figura 3:

o Definicin de los Parmetros de Forma. Donde se lleva a cabo una eleccin de dimensiones y parmetros de forma, as como una definicin de los criterios especficos de diseo y de la jerarqua de los mismos o la definicin de una cifra de mrito.

o Definicin de las formas. o Evaluacin tcnica.


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Figura 3. Esquema del proceso de diseo de formas.

Definicin de los Parmetros de Formas Su definicin inicial se ha llevado a cabo junto al dimensionamiento del buque. El resultado de este proceso debe ser un conjunto de dimensiones principales y coeficientes de carena. En el caso tpico, conoceremos: Lpp, B, T, Cb, Cp, Cm, Cwp y Xcc.

Definicin de las Formas Existen tres procedimientos para llevar a cabo el trazado de las formas del buque:

o Derivacin de formas, a partir de un buque considerado bueno para los criterios primarios

o Generacin de formas, a partir de los parmetros principales o Series sistemticas (desarrolladas por canales de experiencias y astilleros)

Derivacin de formas La derivacin de formas requiere de la eleccin de unas formas base que sean buenas para los criterios primarios y que posean parmetros de forma similares a los que se han definido como objetivo. Para llevar a cabo esta derivacin se pueden utilizar:

o transformaciones geomtricas simples disponibles en programas CAD


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o transformaciones geomtricas complejas, disponibles en programas especializados de generacin y derivacin de formas

Las operaciones disponibles para la derivacin de formas no permiten cualquier transformacin. Las operaciones bsicas que se pueden llevar a cabo son:

o Transformacin afn. Cambio de dimensiones principales => Cambio en los coeficientes de forma

o Incremento longitud del cuerpo cilndrico => Cambio en los coeficientes de forma o Modificacin de Cp, manteniendo constantes las dimensiones principales => Cambio en

el resto de los coeficientes de forma o Modificacin de Cb, manteniendo constantes Cm y las dimensiones principales =>

Cambio en el resto de los coeficientes de forma El buen criterio al aplicar iterativamente las operaciones anteriores debe permitir obtener unas formas que cumplan con los objetivos marcados.

Generacin de formas La generacin de formas debe partir de la definicin de los parmetros y caractersticas principales de las formas. Las principales herramientas informticas disponibles para llevar a cabo este procedimiento pueden agruparse en tres tipos:

o generadores de formas analticas 3D (FORAN) o generadores de formas analticas 2D + alisado 3D o generadores cuasi automticos de formas 3D con control de alisado (MAXSURF)

Series sistemticas de formas Las series sistemticas son estudios sistemticos de formas, llevados a cabo por canales de ensayos o astilleros. Los resultados se expresan en funcin de ciertos parmetros bsicos (L/B, B/T, CP, ...). Existen unas pocas series libres y la mayora de los grandes astilleros posees series propias. En el rango de aplicacin de la serie se puede conocer aproximadamente la resistencia al avance del buque, por interpolacin de los datos experimentales disponibles. Para definir unas formas basadas en una serie sistemtica es necesario partir de los parmetros principales de formas. A partir de ah, el proceso es una simple eleccin de las formas ms cercanas a los objetivos definidos, de entre el abanico de opciones disponible. Las series sistemticas publicadas ms conocidas, junto con su rango de aplicacin son:

Serie 60. (0.16


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o Determinacin de la resistencia al avance. Que puede llevarse a cabo mediante ensayos

experimentales, mtodos estadsticos, mtodos numricos o mediante el uso de series sistemticas.

o Clculos de arquitectura naval. La mayora de los programas de generacin y derivacin de formas incluyen mdulos de clculo, que permiten evaluar este aspecto.

o Estimacin de la capacidad de carga. A partir de una distribucin de los espacios, puede estimarse la capacidad de carga.

o Interaccin con la hlice. o Evaluacin del comportamiento en la mar. o Estudio de la curva de reas seccionales.

Una vez que se han evaluado todas esas caractersticas, se ha de comprobar si los objetivos definidos han sido alcanzados con suficiencia. En caso negativo, es necesario redefinir los coeficientes de formas para tratar de mejorar aquellos aspectos cuyo cumplimiento es necesario. Esta redefinicin ha de hacerse teniendo en cuenta los efectos principales que la modificacin de una magnitud puede tener. Estos ya han sido comentados en apartados anteriores, aunque se incluyen aqu algunos de ellos a modo de ejemplo:

o Coeficiente prismtico Cp. Influencia en la resistencia del buque. Se recomienda reducirlo (y comprobar su efecto en Cm), si hay que disminuir la resistencia al avance.

o Relacin B/D. Influencia en la estabilidad inicial. Se recomienda aumentarla, si hay mayores exigencias de estabilidad.

o Relacin L/B. Influencia en la maniobrabilidad. Se recomienda reducirla si se quiere mejorar la facilidad de evolucin.

o Relacin L/T. Puede dar una idea de la frecuencia de pantocazos de la carena. Se recomienda aumentarla, si se quiere disminuir esta frecuencia.

Es importante mencionar que la modificacin de un parmetro no debe ser nunca drstica, pues adems del efecto principal, pueden aparecer otros comportamientos indeseables en el diseo. Es evidente que este proceso de toma de decisiones es muy compleja si hay mltiples criterios de diseo y requiere de una gran experiencia del proyectista. Como alternativa, es posible definir un esquema de proyecto de formas diferente. Este esquema se basa en definir un espacio muestral de parmetros de forma, como variaciones de una solucin base. Todas estas alternativas son evaluadas tcnicamente y se elige la mejor de ellas, de acuerdo a los criterios (comparacin de alternativas).


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Introduccin a la Teora del Buque La hidrodinmica aplicada al buque constituye la parte ms significativa de la teora del buque presenta una gran complejidad en su estudio para buques que navegan en superficie. El hecho de navegar en la separacin de dos fluidos (agua y aire) complica de manera importante su anlisis. Estas dificultades en el estudio terico se han intentado suplir de una manera experimental. La experimentacin con modelos a escala tuvo sus comienzos en Espaa en el siglo XVIII con los trabajos de Jorge Juan, el cual realiz trabajos en Cdiz y Aranjuez. Estos trabajos se publicaron en 1771 bajo el nombre de Examen Martimo, siendo considerado el primer libro sobre Construccin Naval. La experimentacin con modelos empez a tomar un carcter sistemtico a partir de los ensayos de Willian Froude, el cual enuncio las leyes de semejanza mecnica, que an hoy en da constituyen la base de los ensayos en canales de experiencias. En los siguientes apartados se incluye un resumen de algunos conceptos bsicos de teora del buque.

Descomposicin de la Resistencia al Avance Tradicionalmente, el estudio de la resistencia al avance del buque se ha basado en considerar que esta se compone de una serie de partidas que se integran de manera aditiva. En general, la ms importante de estas componentes de la resistencia al avance de un barco es la resistencia viscosa. Esta resistencia se puede descomponer a su vez en dos partidas: la resistencia por friccin y la resistencia de presin por friccin. La primera de ellas2 produce por la friccin directa entre el agua y el casco. Como es sabido, el agua no desliza sobre el casco, sino que una delgada lmina de agua permanece pegada a la obra viva. Junto a esta lmina podemos imaginar otra que es arrastrada por la primera, pero que por efectos de la viscosidad del fluido no es solidaria a aquella, sino que avanza a una velocidad ligeramente menor. As, a medida que nos alejamos del buque, nos encontramos con lminas de agua cada vez menos influidas por el avance del barco, hasta que a una cierta distancia del casco, el agua no es influida por el movimiento de la embarcacin. La Figura 4 muestra las distribuciones tpicas de esta variacin de la velocidad del agua, a medida que nos alejamos del buque. La contribucin de cada punto del casco a la resistencia de friccin (traccin o tensin tangencial del fluido, en ingls skin friction) es proporcional a la tasa a la que vara la velocidad del fluido a medida que nos alejamos del barco. Es evidente que dado que la resistencia por friccin acta en la superficie del casco, la reduccin de superficie mojada redunda en una disminucin de esta componente de la resistencia.

2 Experimentalmente se demuestra que en buques nuevos de baja velocidad esa resistencia llega al 85% de la total y al 50% si se trata de un buque rpido.


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Figura 4. Esquema del comportamiento del flujo hidrodinmico alrededor de una carena tipo.

Aunque el clculo de la resistencia por friccin de un casco requiere el uso de tcnicas experimentales o numricas, existen frmulas experimentales, obtenidas para placas planas y otros cuerpos geomtricos simples, que pueden ser de utilidad. La ms conocida de ellas es la lnea de friccin3 ITTC 57. Segn esta curva, es posible calcular la resistencia friccional de una placa plana4, mediante la frmula:

( )( )2100.075

log 2FC

Rn=

Ecuacin 3. Lnea de friccin ITTC 57.

Donde CF es el coeficiente adimensional de friccin5, definido a partir de la resistencia por friccin RF, por la relacin:

212

FF

RCSV=

Ecuacin 4. Definicin del coeficiente de friccin. Por su parte, la resistencia de presin por friccin se debe a un desequilibrio en las fuerzas de presin sobre el casco que se produce por fenmenos viscosos. La Figura 5 muestra tres configuraciones tpicas de la distribucin de presin a lo largo de una lnea de corriente sobre el casco del buque. La primera de estas curvas corresponde a un caso ideal en el que no existieran fenmenos viscosos (un fluido sin viscosidad que produce un flujo potencial). En ese caso la distribucin de presin est equilibrada, de manera que su integral sobre el casco es nula (es decir, la resistencia de presin por friccin en un fluido sin viscosidad es nula). El efecto de la viscosidad sobre la distribucin de presin se muestra en las siguientes curvas. En ellas se aprecia el desequilibrio que se produce en esta distribucin, lo que provoca la

3 Esta lnea de friccin fue tomada como estndar por la Internacional Towing Tank Conference en 1957. 4 Se entiende que la placa plana avanza por el fluido paralelamente a su propio plano, por lo que la nica fuerza que experimenta es la resistencia por friccin. 5 La expresin de fuerzas mediante coeficientes adimensionales es muy comn en ingeniera. Esta adimensionalizacin se hace dividiendo la fuerza por el coeficiente SV2, donde es la densidad del fluido (agua en nuestro caso), S el rea mojada del modelo o buque, segn corresponda y V su velocidad.


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aparicin de resistencia. Un diseo adecuado de las lneas de agua del casco puede reducir apreciablemente esta componente de la resistencia. En este sentido es importante sealar que esta componente de la resistencia depende esencialmente de dos factores: las formas del casco y el nmero de Reynolds. Las recomendaciones ms habituales para minimizar la resistencia de presin por friccin se basan en limitar las curvaturas de las lneas de agua del casco, as como el ngulo de entrada del agua en la lnea de flotacin6.

-0.6-0.4-0.200.20.40.60.811.2

012345678910

Flujo potencial (sin viscosidad)Flujo tpico sin separacinFlujo tpico con separacin

Figura 5. Distribuciones tpicas de presin sobre una lnea de corriente del casco

(estacin 10 en proa y 0 en popa). Es muy importante tener en cuenta que el coeficiente de forma del buque que ms influye en la resistencia viscosa es el coeficiente prismtico CP. A medida que aumenta, ms llenas son las formas del casco, y en particular las de popa. Este efecto, junto con el consiguiente aumento de las curvaturas de las lneas de agua del casco, influye de manera muy significativa en el aumento de la resistencia de presin por friccin. Es habitual descomponer la resistencia viscosa, definida por el coeficiente adimensional7 CV, en funcin del coeficiente de friccin de una placa plana, en la forma:

( ) ( ) ( )( )2100.0751 1

log 2V FC k C k

Rn= + = +

Figura 6. Descomposicin tpica de la resistencia viscosa. Donde k es el denominado factor de forma que se asume depende exclusivamente de la geometra del casco y que toma en consideracin la resistencia de presin por friccin8 y la

6 Como curiosidad, hay que mencionar que la componente de resistencia de presin por friccin de una placa plana es nula (pues la superficie que se opone al agua es nula). 7 Adimensionalizado en la forma clsica, a partir de la resistencia viscosa RV, por:

212

VV

RCSV=

8 Algunos autores sugieren que en realidad slo se toma en consideracin una proporcin de esta resistencia de presin por friccin, e incluso otros asumen (errneamente) que la resistencia viscosa excluye aquella. Esta se debe a dos hechos; por una parte la imposibilidad experimental de segregar las


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variacin de resistencia por friccin debida a las diferencias geomtricas entre una placa plana de superficie igual al barco y el propio barco. Esta descomposicin tridimensional (k, Rn, Fn) se atribuye a Hughes. La segunda ms importante componente de la resistencia al avance es la resistencia por formacin de olas, cuya aparicin se debe a la energa empleada en generar las olas y que es transportada por ellas. A bajas velocidades las olas generadas por el buque son de muy pequea amplitud lo que implica que casi toda la resistencia es de carcter viscoso. Al aumentar la velocidad el patrn de olas cambia, se altera la longitud de onda y su altura. En este proceso hay una serie de velocidades de avance donde la crestas del sistemas de olas generado (ver Figura 7) se suman unas con otras (interferencia positiva) y otras velocidades donde las olas se cancelan (interferencia negativa). Teniendo en cuenta que la energa transportada por una ola depende del cuadrado de su amplitud, el efecto de interferencia provoca oscilaciones en la componente de resistencia por formacin de olas.

Figura 7. Representacin esquemtica de la suma de los trenes de olas

transversales generados por el barco para Fn = 0.4 Como ya hemos sealado, el fenmeno de interferencia de los trenes de olas es capital en el comportamiento de esta componente de la resistencia. A modo de ejemplo, para nmeros de Froude alrededor de 0.4, la longitud de las olas generadas por el barco es aproximadamente igual a su eslora. Esto provoca que la ola generada en proa y la de popa se amplifiquen (sumen) al coincidir sus crestas. Por el contrario para valores en torno a Fn = 0.34, la longitud de ola es aproximadamente 2/3 de la eslora, lo que provoca que la cresta de una coincida con el valle de la otra y se atenen. Cuando el valle de la ola generada por la proa, coincide en la zona de popa, se induce un aumento del trimado dinmico del buque, por la depresin que se produce. Este efecto es ms notorio para valores de Fn > 0.4. Dado que la resistencia por formacin de olas aparece por la prdida energtica transportada por las olas, los fenmenos de interferencia de olas mencionados anteriormente tienen gran importancia. De hecho la atenuacin de dos trenes de olas implicar una menor resistencia por formacin de olas, mientras que su amplificacin aumentar el valor de esta componente de la resistencia. componentes de la resistencia viscosa y por otro al hecho de que existe una significativa interaccin entre la resistencia de presin por friccin y el resto de componentes de la resistencia, que invalida la descomposicin aditiva clsica propuesta por Fn.

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

-0.200.20.40.60.811.21.41.6

Ola de ProaOla de PopaSuma


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En la prctica la resistencia por formacin de olas no puede calcularse de manera experimental, por lo que suele hablarse en su lugar de la denominada resistencia residual que engloba a la resistencia por formacin de olas y a los efectos de interaccin de la resistencia de presin por friccin con el resto de componentes9.

Criterios Bsicos de Diseo de Formas En este apartado vamos a comentar algunas de las caractersticas bsicas de las formas de embarcaciones tpicas, incluyendo algunas recomendaciones de diseo. Dada la complejidad de los fenmenos involucrados y la gran variedad formas que pueden generase, estas recomendaciones pueden no adaptarse a una gran variedad de casos, por lo que deben ser tomadas con precaucin. Las discusiones y recomendaciones de diseo que se presentan tienen como objetivo principal (aunque no nico) la reduccin de la resistencia al avance del buque. Otras consideraciones de diseo se estudiarn con mayor detalle en otras lecciones del curso. En este sentido hay que tener en cuenta que las consideraciones de diseo que pueden influir en el trazado de las formas del buque son de lo ms variado, e incluyen aspectos de estabilidad, capacidades, comportamiento en la mar o incluso criterios estticos. A continuacin vamos a discutir algunas recomendaciones de diseo de formas genricas, para posteriormente presentar algunos criterios especficos de formas de veleros y embarcaciones planeadoras.

Anlisis de las zonas de proa y popa Hay tres aspectos principales cuya disposicin hay que considerar a la hora de trazar las formas de la proa del barco [5,6]. El primero de ellos es el semingulo de entrada en la lnea de flotacin (ver Figura 8). Un ngulo excesivo en esta zona puede provocar que las formas resultantes induzcan una transicin temprana del flujo turbulento y por ello un aumento de la resistencia viscosa. Por otra parte, este ngulo influye de manera determinante en la forma de las secciones de proa y de la curva de reas de cuadernas. Una frmula que permite estimar el valor mximo recomendado de este ngulo es:

( ) 32 3125.67 / 162.25 234.32 0.1551 6.8 - /PP P P CC A FB L C C X T T T = + + + Donde Lpp, B y T son la eslora entre perpendiculares, manga y calado respectivamente y Xcc la posicin del centro de carena en relacin a la eslora.

9 Como ya hemos dicho la descomposicin propuesta originalmente por Froude: RT = RV(Rn) + RW(Fn) (resistencia total igual a resistencia viscosa ms resistencia por formacin de olas) no es vlida, pues aparecen fenmenos de interaccin entre las componentes, por lo que sera ms correcto escribir RT = RV(Rn) + RW(Fn) + RI(Fn,Rn). En lugar de esta, se suele asumir (Hughes) que RT =(1+k)RV(Rn) + RR(Fn).


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Figura 8. Semingulo de entrada en la lnea de flotacin.

Tambin es posible encontrar en la literatura recomendaciones para el valor mximo de ese ngulo en funcin del coeficiente prismtico. De esta forma para CP = 0.55 se recomiendan valores en torno a 8, , para CP = 0.70 entre 10 y 14 y para CP = 0.8 valores en torno a 33. El segundo de los aspectos mencionados al principio se refiere al abanico y lanzamiento. stos han de disponerse de manera que se disminuya el cabeceo y el embarque de agua.

9 Se recomienda que la roda forme, en su interseccin con el plano de la flotacin (ver Figura 9), un ngulo entre 15 y 30 permitiendo de esta manera conseguir un ngulo de entrada del agua constante para una mayor zona de calados

9 El abanico en las formas de proa permite amortiguar el cabeceo del buque, debido a la fuerza hidrosttica adicional generada por la inmersin de un mayor volumen en este movimiento. Por otra parte, un abanico excesivo puede provocar que las olas creen grandes momentos torsores en esta zona del buque, a la vez que incrementar la resistencia al avance por olas rompientes.

Figura 9. ngulo de la roda en su interseccin

con el plano de la flotacin Una de las preguntas que hay que hacerse a la hora de disear las formas de proa del buque es si es interesante la disposicin de un bulbo. En este sentido es importante tener en cuenta que la disposicin de un bulbo en proa incrementa los costes de construccin. Otros aspectos que pueden ayudar a contestar esta pregunta son:


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o En determinados casos su disposicin disminuye significativamente la potencia requerida.

o La experiencia indica que su disposicin es ventajosa para buques rpidos con CB0.26.

o No parece que su disposicin disminuya la resistencia en buques 0.625


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Por su parte, el trazado de la zona de popa de la embarcacin tiene gran influencia en el rendimiento propulsivo. Por una lado por su influencia en el fenmeno de separacin del flujo y por tanto en la resistencia viscosa y por otro en el rendimiento del propulsor (en embarcaciones con propulsin por hlice), que es mximo con una estela homognea [5]. Para el trazado de esta zona hay que tener en cuenta los siguientes aspectos: 9 Dar cabida a la/s hlice/s con una inmersin adecuada. 9 Disponer de unos huelgos mnimos entre hlice, codaste y timn. Las SSCC imponen

unos requisitos mnimos de seguridad.

9 El trazado del final de las lneas de agua ha de hacerse de manera que se minimice la

separacin y por lo tanto la resistencia viscosa. Para ello se recomienda que en ningn caso el semingulo de estas lneas supere los 30.

9 De igual manera, el trazado del final de los cortes paralelos a cruja ha de hacerse de manera que se minimice la separacin y por lo tanto la resistencia viscosa. Para ello se recomienda que en ningn caso el ngulo de estas lneas con la horizontal no supere los 30 (aunque la experiencia indica que para ngulos superiores a 15 se produce separacin). Esta misma limitacin del ngulo es aplicable a los cortes verticales de las formas.

9 La disposicin de una popa de estampa puede reducir la resistencia al avance10 e implica una mayor facilidad constructiva. Las recomendaciones bsicas para la disposicin de una popa de este tipo son:

o Fn < 0.3. El espejo debe comenzar en la lnea de flotacin, permitiendo una ligera inmersin en navegacin.

10 La separacin que se provoca en el espejo hace que el barco aparente ante el flujo tener ms eslora de la real. Esto puede provocar una reduccin de la resistencia por formacin de olas por efecto de la interaccin entre los trenes generados en proa y popa.


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o Fn 0.3. El espejo debe tener slo una ligera inmersin. o Fn 0.5. La inmersin del espejo debe ser del orden de 10-15% del calado. o Fn > 0.5. La inmersin puede llegar al 15-20% del calado.

9 En buques Fn > 0.5, se suele disponer en el codaste, bajo el espejo un flan, que permite reducir el trimado dinmico de la embarcacin y con l la resistencia al avance.

Curva de reas seccionales La curva de reas seccionales representa la posicin de las cuadernas de trazado en abscisas y el rea de la cuaderna hasta el calado en ordenadas (ver Figura 11). Habitualmente se dibuja en un formato estndar de proporciones 2x1, lo que permite su comparacin con otros diseos existentes.

Figura 11. Curva de reas de cuaderna tpica.

Esta curva se ha utilizado tradicionalmente en canales de experiencias para estudiar la bondad de unas formas. Basados en ella, pueden enunciarse las siguientes recomendaciones. 9 El trazado de los hombros de proa y popa (uniones del cuerpo cilndrico con los

extremos de proa y popa) han de tener un trazado suave y alisado. Se suele tomar como referencia un radio de curvatura mayor que 0.3 veces el rea de la maestra en la escala correspondiente.

9 Desde el hombro de popa hasta las cercanas de la hlice el trazado debe ser recto o con muy poca curvatura, para obtener as las mejores caractersticas de resistencia al avance. Esta curva protubera hacia popa segn lo hace la bovedilla del codaste.

9 Desde el hombro de proa, la zona pendiente hacia proa ha de ser tambin prcticamente recta.

9 Se recomienda que la eslora de la zona de proa, hasta el hombro de proa sea aproximadamente igual a LPP(1-CPA). Donde CPA es el coeficiente prismtico de esa zona.

9 Se recomienda que la eslora de la zona de popa, hasta el hombro de popa sea aproximadamente igual a LPP(1-CPP). Donde CPP es el coeficiente prismtico de esa zona.

Obtencin Experimental de la Resistencia al Avance y del Rendimiento Propulsivo La necesidad de obtener el valor del rendimiento propulsivo est en la determinacin de la resistencia al avance del buque y en su caso de la potencia requerida del motor. Para su determinacin experimental son necesarios tres tipos de ensayos [7]. Evidentemente, los dos ltimos casos carecen de sentido en el caso de veleros.

Hombro de proa Hombro de popa


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Figura 12. Ensayo de remolque.

Ensayo de Remolque11 para la determinacin de la curva del coeficiente de resistencia (CT) - velocidad del modelo y extrapolacin de estos datos a la escala del buque. El coeficiente de resistencia total se define de manera similar al coeficiente de resistencia por friccin, a partir de la resistencia al avance R, mediante:

212

TRC

SV=

Figura 13. Los rendimientos del sistema propulsivo del buque. Esquema.

Por otra parte, la teora clsica, basada en la descomposicin de Froude, establece las siguientes relaciones entre los coeficientes de resistencia del modelo y del buque12,

11 El ensayo de remolque consiste en hacer correr el modelo del buque para una cierta gama de velocidades, midiendo la resistencia que dicho modelo experimenta al avance. 12 k es el denominado factor de forma que depende exclusivamente de la geometra del casco y se supone igual en el modelo que en el buque. CR es el coeficiente de resistencia residual que es funcin


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( )( )

1

1

Modelo Modelo ModeloT F R

Buque Buque BuqueT F R

C k C C

C k C C

= + += + +

El ensayo de remolque se lleva a cabo de manera que FnModelo = FnBuque y permite estimar el factor de forma k, a partir de los datos de los ensayos para bajos valores de FnModelo, donde CR es aproximadamente cero 13 . Finalmente es posible obtener CTBuque a partir de k, la ley del coeficiente de friccin de la placa plana (CF) y teniendo en cuenta que CRBuque = CRModelo. Es importante sealar que la seleccin del criterio FnModelo = FnBuque para realizar los ensayos no es arbitraria. Dado que existe una imposibilidad fsica de conseguir una similitud fsica total entre los fenmenos real y experimental [5] (igualdad de Fn y Rn), y el alto coste que significara el tratar de ensayar a igualdad de Rn, la sealada es la nica eleccin viable. Ensayo del Propulsor Aislado14 para la determinacin del rendimiento de la hlice. Para ello se miden los coeficientes de empuje (KT) y de par (KQ) para diferentes grados de avance (J) de la hlice.

2 4 2 5, ,A

T QV T QJ K K

n D n D n D = = = Donde VA es la velocidad de avance de la hlice, n sus revoluciones por segundo, D su dimetro y T, Q los valores medidos de empuje y par motor, respectivamente. De esta manera, el rendimiento de la hlice se calcula por,

2 2A T

oQ

V T J Kn Q K

= =

Evidentemente, los anteriores valores, obtenidos directamente para el modelo, tambin deben extrapolarse a la escala del buque, para lo que existen diversas tcnicas que no se incluyen aqu. Ensayo de Autopropulsin15 para la determinacin del rendimiento del casco y rotativo relativo. En este ensayo se miden el empuje de la hlice y par motor entregado, de igual manera que en el ensayo del propulsor aislado, observando que para un mismo valor de KT (correspondiente al punto de diseo), el valor correspondiente de KQ difiere entre los dos ensayos. De esta manera, se define el rendimiento rotativo relativo como,

PAQ

rr APQ

KK

= Donde AP se refiere al ensayo de autopropulsin y PA al del propulsor aislado.

exclusivamente del nmero de Froude y cuya componente principal es la resistencia por formacin de olas. 13 La igualdad de nmeros de Froude FnModelo = FnBuque implica que los coeficientes de resistencia residual son idnticos en modelo y buque CRBuque = CRModelo, dado que se asumen que CR depende exclusivamente de Fn. 14 El ensayo del propulsor aislado se realiza para conocer el comportamiento de la hlice aisladamente. Para ello se remolca la hlice a una gama de velocidades, montada en un eje acoplado a una barquilla. Por medio de un motor elctrico se entrega un par a la hlice, que le harn girar a unas revoluciones y entregar un empuje. Estos tres parmetros son los medidos para cada velocidad. 15 El ensayo de autopropulsin consiste en la medicin del par a la hlice, sus revoluciones y el empuje entregado, para una gama determinada de velocidades de un modelo autopropulsado por la propia hlice.


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Por otra parte, a partir del valor medido de KT (KTAP= KTPA), podemos determinar el valor de JPA correspondiente a partir de los datos del ensayo del propulsor aislado. Este valor nos permite determinar el denominado factor de estela (w) que mide la velocidad de avance real del agua que llega a la hlice, en relacin a la velocidad de avance del buque segn,

1PA

AV V J D nwV V = =

Los anteriores parmetros (rr y w) tambin estn sujetos a efectos de escala por lo que deben ser corregidos. Esta correccin no se describe aqu. Adems, se comprueba experimentalmente que para una velocidad de avance del buque, en el ensayo de autopropulsin, el empuje que suministra la hlice es mayor que el valor de la resistencia del casco, obtenido en el ensayo de remolque, para la misma velocidad. Este efecto se mide por el denominado coeficiente de succin,

T RtT=

A partir de los coeficientes anteriores, se define el rendimiento del casco como,

11h

t EHPw THP

= = Finalmente, el rendimiento propulsivo se calcula como:

22 2

PAA

p m m m h rr oAP PAA

EHP R V n Q V TPHP V T n Q n Q

= = =


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Figura 14. Diferentes ejemplos de ensayos e instalaciones experimentales.

Estimacin de la Resistencia al Avance El Mtodo de Holtrop y Mennen Como en todo proceso de diseo, al abordar el trazado de las formas, es necesario disponer de un mtodo de evaluacin de su comportamiento. Este mtodo debe servir para decidir cul de las alternativas que se barajan en cada momento es la mejor. Se puede decir que existen tres tipos de mtodos que pueden ayudarnos en esta tarea: 9 Mtodos experimentales: Tradicionalmente, los ensayos con modelos han sido la nica

manera de determinar el comportamiento de unas formas. La metodologa tradicional de estos ensayos ha sido ya presentada en la seccin Obtencin Experimental de la Resistencia al Avance y del Rendimiento Propulsivo. Baste decir, que en muchos casos, la experimentacin resulta un proceso caro y lento, por lo que normalmente se relega a las ltimas fases del proyecto, con el objeto de validar las expectativas sobre el proyecto final.

9 Mtodos numricos: En los ltimos aos han aparecido diferentes herramientas de simulacin por ordenador que permiten estudiar el comportamiento de unas formas. La ventaja de estos mtodos reside en la posibilidad de evaluar los efectos de modificaciones en un diseo, a medida que se van realizando. Por otro lado, la complejidad de estas herramientas, aplicada al diseo de formas, requiere de un usuario experto, aunque su uso est generalizado en problemas bidimensionales como el diseo de perfiles hidrodinmicos. En general, puede decirse qu

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