universidad austr al chile

“A

U

ANTEPRS

Univers

FacultadEs

ROYECSERVI

JOVIAN

sidad

d de Ciescuela de

CTO DCIOS

HERMO VALDI

Austr

ncias deIngenierí

DE EMBDE PR

CATALÁVIA – CH2015

ral de

e la Ingenía Naval

BARCARÁCTIC

Proyec

S

LicencDo

ÁN SANDOHILE

Chile

niería

ACIÓN COS”

cto para optaIng

Arquy Máqu

Profesor Sr. Richard

Ingciado en Ingoctor en Ing

OVAL

PARA

ar al Título geniero Nav

Mencioneitectura Navuinas Marin

PatrocinanLuco Salm

geniero Navgeniería Navgeniería Nav

A

de val

es: val as

te: an val val val

Anteproyecto Lancha Para Servicios de Prácticos 1

ÍNDICE

RESUMEN ……………………………………………………….………………………………………………………. 6

ABSTRACT ……………………………………………………………………………………………………………….

6

INTRODUCCIÓN .............................................................................................................

7

CAPÍTULO 1 PERFIL DE MISIÓN 8 1.1 Función de la nave ……………………………………………………………………………………………… 1.2 Embarcación a proyectar …………………………………………………………………………………… 1.3 Características técnicas ……………………………………………………………………………………….

8 8 9

CAPÍTULO 2 DETERMINACIÓN PRELIMINAR DE LAS DIMENSIONES Y CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

1.4 2.1 Recopilación de información …………………………………………………………………………. 1.5 2.2 Determinación de dimensiones ……………………………………………………………………….

11 12

CAPÍTULO 3 DISEÑO DEL CASCO 3.1 Forma del casco ………………………………………………………………………………………………….. 3.2 Sección maestra ………………………………………………………………………………………………….. 3.3 Perfil longitudinal ………………………………………………………………………………………………… 3.4 Dimensiones y características principales del casco ……………………………………………..

13 13 14 15

CAPÍTULO 4 DISEÑO Y DISTRIBUCIÓN DE ESPACIOS Y ESTANQUES 4.1 Casco …………………………………………………………………………………………………………………… 4.1.1 Rasel de proa …………………………………………………………………………………………………. 4.1.2 Habitabilidad ……………………………………………………………………………………………….. 4.1.3 Sala de máquinas ………………………………………………………………………………………….. 4.1.4 Rasel de proa ……………………………………………………………………………………………….. 4.2 Cubierta ………………………………………………………………………………………………………………. 4.3 Cabina de pasajeros y puente ……………………………………………………………………………… 4.4 Requerimientos de construcción …………………………………………………………………………. 4.5 Diseño de estanques ……………………………………………………………………………………………. 4.5.1 Estanques de combustible ……………………………………………………………………………. 4.5.2 Curva EHP ……………………………………………………………………………………………………. 4.5.3 Estanques de agua potable …………………………………………………………………………….

17 17 17 17 17 17 18 18 18 18 19 20


CAPÍTULO 5 CÁLCULO DE ARQUEO 5.1 Dimensiones principales ………………………………………………………………………………………. 5.2 Espacios cerrados ………………………………………………………………………………………………… 5.2.1 Sobre cubierta ………………………………………………………………………………………………. 5.2.2 Bajo cubierta …………………………………………………………………………………………………. 5.3 Metodología para el cálculo de volúmenes ………………………………………………………….. 5.4 Cálculo de volúmenes …………………………………………………………………………………………. 5.4.1 Bajo cubierta ………………………………………………………………………………………………… 5.4.2 Sobre cubierta ……………………………………………………………………………………………… 5.4.3 Volumen total ………………………………………………………………………………………………. 5.5 Arqueo bruto ………………………………………………………………………………………………………. 5.6 Arqueo Neto ……………………………………………………………………………………………………….. 5.7 Francobordo ………………………………………………………………………………………………………..

21 21 21 21 21 22 22 22 22 23 23 23

CAPÍTULO 6 RESISTENCIA AL AVANCE Y POTENCIA PROPULSIVA

6.1 Resistencia al avance para condición de casco desnudo ………………………………………. 6.2 Método estimativo Serie NPL ……………………………………………………………………………… 6.3 Método estimativo Serie 63 ………………………………………………………………………………… 6.4 Método de Savitsky …………………………………………………………………………………………….. 6.5 Grafica Rt en condición de casco desnudo ………………………………………………………….. 6.6 Resistencia por apéndices …………………………………………………………………………………… 6.7 Resistencia por aire …………………………………………………………………………………………….. 6.8 Factor de servicio ………………………………………………………………………………………………… 6.9 Resistencia total en condición de servicio …………………………………………………………… 6.10 Potencia efectiva para condición de servicio (EHP servicio) ……………………………….

24 24 26 28 29 30 30 31 31 32

CAPÍTULO 7 LÍNEA DE PROPULSIÓN 7.1 Cálculos previos …………………………………………………………………………………………………… 7.1.1 Coeficiente de estela y succión ……………………………………………………………………… 7.1.2 Rendimientos ……………………………………………………………………………………………….. 7.1.3 Cálculo de los BHP ………………………………………………………………………………………… 7.2 Cálculo de la potencia del motor requerido ………………………………………………………… 7.2.1 Elección de motor …………………………………………………………………………………………. 7.2.2 Elección caja reductora …………………………………………………………………………………. 7.3 Cálculo de coeficiente de poder, Bp ……………………………………………………………………. 7.4 Relación de área Ae/Ao ………………………………………………………………………………………. 7.4.1 Cálculo de empuje ………………………………………………………………………………………… 7.4.2 Cálculo AE/AO, método de Keller ……………………………………………………………………….

7.5 Diagrama Bp – δ ………………………………………………………………………………………………….. 7.6 Diámetro hélice …………………………………………………………………………………………………… 7.7 Cavitación ……………………………………………………………………………………………………………. 7.8 Relación de área no cavitante ………………………………………………………………………………

33 33 33 34 35 35 36 36 36 37 37 38 39 40 40


CAPÍTULO 8 MANIOBRABILIDAD 8.1 Área de timón ……………………………………………………………………………………………………… 8.1.1 Área según P.N.A. 98 …………………………………………………………………………………….. 8.1.2 Área según DNV ……………………………………………………………………………………………. 8.2 Características del timón a diseñar ……………………………………………………………………… 8.3 Envergadura ………………………………………………………………………………………………………… 8.4 Relación de estrechamiento ……………..………………………………………………………………….. 8.5 Cuerda ………………………………………………………………………………………………………………… 8.6 Relación de aspecto ……………………………………………………………………………………………… 8.7 Compensación del timón …………………………………………………………………………………….. 8.7.1 Relación de balance ……………………………………………………………………………………… 8.8 Velocidad de entrada del flujo al timón, según Taplin ………………………………………….. 8.8.1 Coeficiente de resbalamiento ……………………………………………………………………….. 8.9 Ángulo de Stall (α Stall) ……………………………………………………………………………………….. 8.9.1 Relación de aspecto efectiva (RAE)………………………………………………………………….. 8.9.2 Cálculo ángulo de stall a estribor ……………………………………………………………………… 8.9.3 Cálculo del ángulo de Stall a estribor ……………………………………………………………. 8.10 Fuerzas que actúan sobre la pala del timón ……………………………………………………... 8.10.1 Cálculo de fuerzas ………………………………………………………………………………………. 8.10.2 Cálculo de coeficientes de fuerzas ……………………………………………………………… 8.10.3 Cálculo del momento de torsión ………………………………………………………………… 8.10.4 Momento flector ……………………………………………………………………………………….. 8.10.5 Resumen de cálculo …………………………………………………………………………………… 8.11 Sistema de accionamiento ……………………………………………………………………………… 8.12 Escantillonado del timón …………………………………………………………………………………… 8.12.1 Fuerza del timón …………………………………………………………………………………………. 8.12.2 Momento torsor …………………………………………………………………………………………. 8.12.3 Diámetro del eje del timón …………………………………………………………………………. 8.12.4 Pernos de acoplamiento ……………………………………………………………………………… 8.12.5 Flange de acoplamiento ……………………………………………………………………………… 8.12.6 Brazos del timón …………………………………………………………………………………………. 8.12.7 Espesor de timón ……………………………………………………………………………………….. 8.12.8 Peso del timón ……………………………………………………………………………………………. 8.13 Maniobrabilidad ………………………………………………………………………………………………. 8.13.1 Método de Shiba ………………………………………………………………………………………...

43 43 43 44 44 44 44 45 45 45 45 47 47 47 47 48 48 49 49 50 50 50 50 52 52 52 53 53 54 54 54 54 54 55

CAPÍTULO 9 ANTEPROYECTO ESTRUCTURAL 9.1 Caculos previos …………………………………………………………………………………………………… 9.1.1 Numero de Froude ……………………………………………………………………………………….. 9.1.2 Numero de Taylor …………………………………………………………………………………………. 9.1.3 Aceleración vertical ………………………………………………………………………………………. 9.2 Cargas que actúan sobre el casco ………………………………………………………………………… 9.2.1 Distribución de presión total ………………………………………………………………………… 9.2.2 Presión hidrostática ……………………………………………………………………………………… 9.2.3 Presión hidrodinámica Pw …………………………………………………………………………….. 9.2.4 Distribución de presión hidrodinámica Pm ……………………………………………………

58 58 58 56 58 59 60 60 60


9.2.5 Distribución de presión hidrodinámica Pp …………………………………………………….. 9.2.6 Presión por impacto Pdl ………………………………………………………………………………… 9.2.7 Presión sobre casetas, amura y superestructuras …………………………………………. 9.2.8 Presión en mamparos estancos y estanques …………………………………………………. 9.2.9 Resumen ………………………………………………………………………………………………………. 9.3 Cálculo presiones de diseño ………………………………………………………………………………… 9.3.1 Factores de diseño ……………………………………………………………………………………….. 9.3.2 Presiones de diseño ……………………………………………………………………………………… 9.4 Determinación de escantillonado ………………………………………………………………………… 9.4.1 Espesor de planchaje ……………………………………………………………………………………. 9.4.2 Resumen cálculo de espesores ……………………………………………………………………… 9.5 Perfiles estructurales ………………………………………………………………………………………….. 9.5.1 Modulo resistente e Inercia ………………………………………………………………………….. 9.6 Determinación de estructuras …………………………………………………………………………….. 9.6.1 Refuerzos longitudinales de fondo ……………………………………………………………….. 9.6.2 Refuerzos longitudinales de costado ……………………………………………………………… 9.6.3 Refuerzos longitudinales de cubierta ……………………………………………………………. 9.6.4 Cuadernas ………………………………………………………………………….…………………………. 9.6.5 Baos ……………………………………………………………………………………………………………… 9.6.6 Refuerzos Superestructura ……………………………………………………………………………. 9.6.7 Elementos de mamparo ……………………………………………………………………………….. 9.6.8 Corruga de los mamparos …………………………………………………………………………….. 9.6.9 Quilla ………………………………………………………………………………………………………….. 9.6.10 Fundamentos ……………………………………………………………………………………………… 9.7 Resumen de escantillando ……………………………………………………………………………………

61 61 62 62 63 63 63 63 63 63 65 65 65 66 66 66 66 67 67 67 67 67 69 69 70

CAPÍTULO 10 SISTEMAS AUXILIARES

10.1 Sistema de achique e incendio …………………………………………………………………………. 10.2 Sistema de achique ………………………………………………………………………………………….. 10.2.1 Tamaño de tuberías …………………………………………………………………………………… 10.2.2 Diámetro de los ramales ……………………………………………………………………………. 10.2.3 Bomba ……………………………………………………………………………………………………….. 10.2.4 Altura manométrica …………………………………………………………………………………… 10.3 Sistema de incendio …………………………………………………………………………………………. 10.4 Sistema de combustible ……………………………………………………………………………………. 10.5 Sistema de agua dulce y sanitario …………………………………………………………………….. 10.5 Sistema eléctrico y alumbrado …………………………………………………………………………. 10.6 Sistema de timón y gobierno ………………………………….………………………………………… 10.7 Sistema de amarre y fondeo ……………………………………………………………………………… 10.7.1 Número de equipo ………………………………………………………………………………………

73 73 73 73 74 74 76 77 77 77 77 78 78

CAPÍTULO 11 CÁLCULO DE PESOS Y CENTRO DE GRAVEDAD

11.1 Desplazamiento en rosca …………………………………………………………………………………… 11.1.1 Peso del acero del buque P ………………………………………………………………….

79 79


11.1.2 Pesos y centro de gravedad de la sala de máquinas P …………………………….. 11.1.3 Peso de equipo e instalaciones P ………………………………………………………

11.1.4 Resumen …………………………………………………………………………………………………….. 11.2 Peso muerto ……………………………………………………………………………………………………… 11.2.1 Peso de tripulantes, efectos personales y provisiones ………………………………… 11.2.2 Peso combustible y agua potable ………………………………………………………………..

80 80 81 81 82 80

CAPÍTULO 12 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD PRELIMINAR

12.1 Consideraciones ………………………………………………………………………………………………… 12.2 Condiciones de carga a examinarse ……………………………………………………….………….. 12.3 Condición i ………………………………………………………………………………………………………… 12.3.1 Curva de brazo adrizante …………………………………………………………………………….. 12.3.2 Aplicación de criterio …………………………………………………………………………………… 12.4 Condición ii ……………………………………………………………………………………………………….. 12.4.1 Curva de brazo adrizante …………………………………………………………………………….. 12.4.2 Aplicación de criterio ………………………………………………………………………………….. 12.5 Condición iii ……………………………………………………………………………………………………… 12.5.1 Curva de brazo adrizante …………………………………………………………………………….. 12.5.2 Aplicación de criterio ………………………………………………………………………………….. 12.6 Evaluación de la estabilidad transversal …………………………………………………………….. 12.7 Análisis de flotabilidad ……………………………………………………………………………………….. 12.7.1 Casos de inundación …………………………………………………………………………………….

83 83 84 85 85 86 86 87 87 87 88 88 89 89

CAPÍULO 13 ESTIMACION DE COSTOS

13.1 Costo de materias primas ………………………………………………………………………………….. 13.1.1 Costo de acero, soldadura y gases de corte ………………………………………………… 13.1.2 Costos de arenado y pintura ……………………………………………………………………….. 13.1.3 Costos de aislación, forro interior y tabiquería ……………………………………………. 13.1.4 Resumen materias primas …………………………………………………………………………… 13.2 Horas hombres o mano de obra ………………………………………………………………………… 13.3 Costos de equipos e instalaciones ……………………………………………………………………… 13.4 Costos de maquinaria propulsora ……………………………………………………………………… 13.5 Costos de equipos de navegación, puente de mando y elementos de seguridad .. 13.6 Resumen de costos …………………………………………………………………………………………….

91 91 91 92 93 93 94 94 95 96

CONCLUSIÓN …………………………………………………………………………………………………………….

97

ANEXOS……………………………………………………………………………………………………………………...

98

BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………………………………………………….. 101


RESUMEN

Este trabajo tiene por objetivo desarrollar el anteproyecto de una embarcación rápida destinada al

servicio de traslado de prácticos y todas aquellas tareas que estén asociadas a esta actividad.

Basado en las recomendaciones de los reglamentos de clasificación y requerimientos de la

reglamentación vigente de la Autoridad Marítima se diseñarán y proyectarán las formas y

estructura de la nave con el fin de cumplir con los estándares de una embarcación, adecuada para

el transporte de pasajeros y carga liviana.

Este anteproyecto será confeccionado en forma secuencial y explicativa, de forma que sirva como

guía para futuras generaciones.

Se comenzó estableciendo la eslora total, para luego obtener las demás dimensiones, relaciones y

estimaciones, mediante herramientas como software FreeShip.

Posteriormente se procedió a realizar todos los diseños y cálculos de la embarcación propios de un

anteproyecto, entre los que se cuentan: espacios, arqueo, potencia propulsora, propulsor, timón,

estanques, escantillonado y análisis estabilidad.

ABSTRACT

The subject of the thesis presented below is to develop the preliminary project of a craft meant to

transport pilots and all tasks associated with this activity.

Based on the classification rules and regulations of the Maritime Authority, forms and structure

will be designed and engineered, with the adequate standards for its type, mixing safe for its

passengers and light cargo craft.

This project will be made sequentially and explanatory, so that it serves as a guide for future

generations.

The first step was to set the overall length, the other dimensions were obtained by estimation and

relations between similar ships. Having the estimated dimensions, the hull was modeled using

Software FreeShip.

After defining the hull, all the designs and calculations that are common in a pre‐project were

made, including; distribution, tonnage, propulsion power, propeller design, rudder, tanks and

scantlings.


INTRODUCCIÓN

Existe una diversa variedad de naves que realizan tareas de apoyo a los grandes mercantes,

actividad portuaria, aguas interiores, etc., una de éstas son las denominadas Lanchas Pilot, cuyo

nombre es atribuido a la idea principal de estas naves menores, que consiste en el traslado de

pilotos o gente mar para maniobras de practicaje o pilotaje.

Generalmente estas embarcaciones son rápidas y pequeñas abarcando en la actualidad una

amplia gama de actividades logísticas, auxiliares y tareas específicas según requerimientos

especiales. En esta categoría también existen naves que sobrepasan las dimensiones típicas para

tareas más exigentes.

Este tipo de embarcación es considerada una “embarcación especial”, por lo que además, de los

reglamentos de construcción, estabilidad, etc. debe cumplir principalmente, con las

recomendaciones y reglamentaciones emitidas por la D.G.T.M y M.M. que fija las características

generales Mínimas, condiciones de servicio entre otros.

El objetivo principal del presente trabajo es realizar un anteproyecto donde se puedan mostrar y

desarrollar todas o la mayoría de las disciplinas y puntos a considerar que intervienen en la carrera

de Ingeniería Naval, en su mención Arquitectura Naval.


Capítulo 1

PERFIL DE MISION

1.1 Función de la nave

Esta embarcación será diseñada para cumplir principalmente funciones como lancha de servicio

transferencia de prácticos o pilotos, con radio de acción que pueda abarcar desde los sectores de

embarco establecidos, zona portuaria o aguas interiores.

Según la zona portuaria, estos sectores también denominados “estaciones”, están determinados por el apéndice al reglamento de practicaje y pilotaje, que fija los límites de puerto, zona de espera de prácticos, estaciones de transferencia y rutas de entrada y salida de puerto. Se trata de una lancha Pilot, que también está ligada a otras tareas como:

‐ Traslado de repuestos y mercaderías entre el muelle y las naves. ‐ Apoyo a las faenas de amarra y desamarra de las naves en puerto. ‐ Traslado de tripulantes y autoridades ‐ Transporte de carga y pertrechos ‐ Servicios de Régimen ‐ Recepción/Despacho ‐ Servicios de apoyo en el control de la polución en el mar. ‐ Entrega de lubricantes

1.2 Embarcación a proyectar Estas embarcaciones por ser especiales deben cumplir con reglamentos estipulados por la autoridad marítima nacional, aunque variantes especiales del armador u otros factores definen un proyecto final. La Dirección Marítima Nacional a partir de: La directiva ordinaria / permanente O‐08/011, promulgada en septiembre del 2003. La directiva ordinaria / permanente O‐08/022, promulgada en febrero del 2014. Que fijan las CARACTERÍSTICAS GENERALES MÍNIMAS QUE DEBEN CUMPLIR LAS EMBARCACIONES QUE SE DESTINAN A LA TRANSFERENCIA DE PRACTICO [1]. Existen: Para la circular O‐08/011, tres tipos de embarcaciones, separadas en: 1. Tipo A. PARA EMBARCACIONES QUE TRANSFIEREN PRÁCTICOS DENTRO DEL ÁREA DEL PUERTO 2. Tipo B. PARA EMBARCACIONES QUE TRANSFIEREN PRÁCTICOS FUERA DEL ÁREA DEL PUERTO 3. Tipo C. EMBARCACIONES PARA TRANSFERENCIA DE PRACTICOS EN MARES ABIERTOS (Ba.


POSESION – RICHMOND – CABO DE HORNOS – LAITEC) Para la circular O‐08/022, dos tipos de embarcaciones, separadas en: 1. PARA EMBARCACIONES QUE TRANSFIEREN PRÁCTICOS DE PUERTO 2. EMBARCACIONES PARA TRANSFERENCIA DE PRÁCTICOS EN MARES ABIERTOS (OCEÁNICO) (Ba. POSESIÓN, RICHMOND, CABO DE HORNOS y LAITEC) El objetivo de este trabajo es proyectar, una embarcación confiable y confortable, recorriendo las etapas de un proyecto naval y como se mencionó, este trabajo apunta a una lancha, de trabajo mediano, clasificada como lancha Pilot Tipo B o una lancha que cumpla con las especificaciones de la circular 0‐088/022. 1.3 Características técnicas Esta embarcación debe cumplir con los requisitos indicados y detallados en la normativa mencionada, en vista de las condiciones de seguridad y de desempeño, para la función. Los puntos tratados son:

a. Casco b. Cubierta c. Francobordo d. Estabilidad e. Comportamiento en el mar f. Estanqueidad y reserva de boyantes g. Sistema de propulsión h. Andar i. Puente de mando j. Equipamiento k. Equipos de comunicaciones l. Iluminación m. Equipos de seguridad n. Acomodación

En particular, a grandes rasgos:

‐ Sistema de propulsión Dos motores propulsores de una potencia que les permita, operar en conjunto y simultáneamente, cumpliendo con el andar mínimo exigido

‐ Andar Mínimo 18 nudos en Estado de Mar 2, con desplazamiento calculado con estanques de combustible cargados como mínimo para cumplir con la autonomía exigida en la cláusula 9; con estanques de aguas a plena capacidad, con su D.M.S. y la cantidad máxima de prácticos que esté autorizada a transportar simultáneamente y con régimen de funcionamiento continuo de sus motores.


‐ Autonomía Mínimo 24 horas navegación a velocidad no menor de 12 nudos.

‐ Tripulación y pasajeros

Según directiva la dotación para este tipo de embarcación, es de un patrón y 2 marineros de cubierta. Fuera de los espacios reservados para la tripulación, se debe considerar un espacio para al menos 4 pasajeros.

‐ Velocidad de servicio Se proyectara la embarcación para trabajar al menos a 2 nudos sobre en mínimo exigido en estado de mar 2. Velocidad de operación 20 nudos.


Capítulo 2

DETERMINACIÓN PRELIMINAR DE LAS DIMENSIONES Y CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

El primer paso a desarrollar en el anteproyecto de una embarcación es la selección de las

dimensiones principales necesarias para un diseño que reúna todos los requerimientos

especificados en el perfil de misión, armador, exigencias de la dirección marítima o requerimientos

especiales, etc.

Para la selección tentativa de dimensiones, se procedió como sigue en los siguientes puntos.

2.1 Recopilación de información

El diseño parte de la idea base, de diseñar una embarcación de 15 metros de eslora. Fue necesario

recopilar información sobre embarcaciones de este tipo para manejar valores normales y

relaciones principales como, L/B, L/D, B/T y utilizarlos como buque bases ya que las

embarcaciones para transferencia de prácticos son todas de formas similares.

Se generó una base de datos de embarcaciones en servicio. En la siguiente tabla, se muestran

algunas embarcaciones seleccionadas de esta compilación con las que bastará para la selección de

dimensiones.

Tabla 2.1 Lanchas Pilot de acero

Cabe mencionar, que otros datos de interés fueron:

‐ Velocidades

‐ Potencia

‐ Cantidad agua potable

‐ Cantidad combustible

‐ Dotación

eslora manga puntal calado desplaz.

m m m m ton

acacia 12,8 4,33 2,15 0,9 17 2,96 5,95 14,22

baker 12,6 4 2 118 3,15 6,30

arya 0149 14,9 4,4 1,8 0,8 21 3,39 8,28 18,63

redsteel 14,95 4,5 2,3 1,2 25 3,32 6,50 12,46

loyd uc03 15 4,4 2,3 1,2 32 3,41 6,52 12,50

rio mayo 16 4,6 2,3 32 3,48 6,96

sanmar 17 4,7 2,6 0,95 34 3,62 6,54 17,89

L/B L/D L/T


2.2 Determinación de dimensiones

Podríamos escoger medidas con simple estimación o comparación pero para realizar esta elección

más metódica y con la eslora definida en 15 metros, promediamos las relaciones para así despejar

los parámetros necesarios. Tenemos:

L/B = 3,35 B = 4,48 m

L/D = 2,23 D = 2,23 m

L/T = 15,3 T = 0,98 m

Para efectos de diseño, desempeño y geometría, ajustamos a los siguientes valores:

Manga (B) = 4,4 m

Puntal (D) = 2,3 m

Calado (T) = 1,0 m

Cabe mencionar que estas dimensiones son de carácter preliminar, pueden sufrir variaciones si el diseño lo necesita. El calado de diseño será un número relevante para cuando diseñemos el casco ya que ahí veremos si el desplazamiento obtenido está más menos en el rango esperado o un valor similar a nuestra base de datos.

Antepr

Capítu

DISEÑO

Con la

embar

fuera e

3.1 Fo

El desemuy usvelocid

En este

en la g

3.2 Se

El dise

embar

“panto

consta

royecto Lanch

lo 3

O DEL CASCO

s dimensione

caciones sim

el caso. Se ocu

orma del casc

empeño de usual optar podades.

e trabajo lleva

amma de ant

F

ección maestr

eño de la se

caciones ráp

oque redondo

nte hacia pop

ha Para Servic

O

es principales

ilares ya con

upará para lle

o

na embarcacor un casco e

aremos a cab

teproyectos.

Figura 3.1 Eje

ra

ección, es a

pidas. Con un

o”. Se ha dise

pa, donde se

cios de Práctic

s definidas po

nstruidas y d

egar al plano

ción dependeen “V” de dob

bo el modelad

emplos de casalgunas ser

partir de la

n costado y

eñado con un

espera mejor

cos

odemos conf

e acuerdo a

de formas la

erá mucho deble pantoque

do de un casc

cos redondosries sistemáti

a apreciación

fondo recto

na astilla mue

rar los espaci

feccionar un

algún detalle

herramienta

e las dimensioe para ayudar

co redondo, c

s (Round bilgeicas [2].

n de ejemplo

o hasta lo qu

erta moderad

os. Ver figura

plano de for

e extra del a

de diseño Fr

ones y formar en la susten

con la idea de

e hulls) de

os de casco

ue podríamo

da de 14° apr

a 3.3.

rmas basado

armador si es

reeShip.

as del casco. ntación en alt

e variar un po

redondo pa

os llamar com

oximadamen

13

en

ste

Es tas

oco

ara

mo

nte,


3.3 Perfil longitudinal

Observando diversos perfiles de lanchas rápidas, patrullas, lanchas costeras, etc., para mejorar la

básica de forma, el diseño se lleva a cabo con un leve levantamiento en proa. Ver figura 3.2

Figura 3.2 Perfil Longitudinal


Figura 3.3 Sección Maestra

3.4 Dimensiones y características principales del casco

Finalmente, una vez definida la forma del casco y posterior modelamiento en el software se

obtuvieron los datos definitivos para la condición de calado de 1 metro, que se detallan en la tabla

3.1.

CARACTERISTICAS PRINCIPALES DEL CASCO

Eslora L = 15 m Coef. de bloque Cb = 0,48 Eslora de flotación Lwl = 14 m Coef. prismático Cp = 0,67 Manga B = 4,4 m Coef. de la maestra Cm = 0,72 Manga de flotación Bwl = 4,07 m Coef. de flotación Cwl = 0,81 Puntal D = 2,3 m Calado de diseño T = 1 m Desplazamiento ∆ = 28,6 ton Volumen = 27,9 m3 Área sección de flotación Awl = 46,55 m2 Superficie mojada Sm = 56,7 m2 Área sección media Am = 2,94 m2

Tabla 3.1


Figura 3.4 Casco diseñado y modelado en Freeship


Capítulo 4

DISEÑO Y DISTRIBUCION DE ESPACIOS Y ESTANQUES

4.1 Casco

El casco será dividido en cuatro compartimentos estancos: rasel de proa, habitabilidad, sala de

máquinas, rasel de popa.

4.1.1 Rasel de proa:

Con acceso desde la cubierta a través de una tapa de escotilla. Este compartimento se establece

definiendo el mamparo de pique de proa. Por recomendación de Rules and Regulations for the

Classification of Special Service Craft [14], Parte 3, Capitulo 2, Sección 4, punto 4.4, este mamparo

debe situarse a una distancia mínima dada por la siguiente fórmula:

Distancia (d) = 0,05 ∙ Lwl

Distancia (d) = 0,7 m

4.1.1 Habitabilidad

Lugar de las acomodaciones para la tripulación. Se encuentran ubicados las literas, lockers, baño y

cocina. Su acceso a través de escalera por puente y consta de escotilla como vía de escape.

4.1.2 Sala de máquinas

Contendrá los motores propulsores, bombas de achique, tubo de codaste. Acceso por cubierta

principal por escotilla y desde habitabilidad. Su ubicación es a popa de la embarcación.

4.1.3 Rasel de popa

Contiene los estanques de combustible, dos tubos de limera y servo motor. Se accede desde

cubierta a través de escotilla.

4.2 Cubierta

La cubierta es corrida en toda su extensión, con amplia superficie en proa y popa, pasillos laterales

de 800 mm de ancho como lo exige la autoridad marítima. La superficie irá con pintura

antideslizante.


Tendrá un pasamano corrido en todo el contorno de la caseta a 1 m de altura, sin barandas en la

borda. En cubierta de popa y proa tendrá 2 pasamanos, tal como se detallará en el plano de

arreglo general.

4.3 Cabina de pasajeros y puente

En el centro de la cubierta se ubica la superestructura, que contiene una cámara de pasajeros y el

puente de gobierno. El piso de este, va alineado a la cubierta y sus ventanales permiten una

visibilidad en los 360 grados como lo exige la autoridad marítima. Entrada por popa y se conectara

directamente con habitabilidad a través de escalera a estribor.

4.4 Requerimientos de construcción.

Los materiales empleados en la embarcación son de calidad apta para el uso naval y certificados.

La construcción del casco y superestructura se realizará acero A36. La soldadura de la

embarcación, será realizada con proceso MIG en ambiente adecuado para estos tipos de

construcciones.

Sistema de construcción de la estructura será de tipo mixta

Clasificación por definir.

4.5 Diseño de estanques

En el Capítulo 7, Línea de Propulsión, se determinan los motores propulsores y se dispone de las

características de estos y así poder determinar una cantidad de combustible necesaria o si la

cantidad establecida por diseño es la adecuada, según su consumo de trabajo.

4.5.1 Estanques de combustibles

En el Capítulo 2 se mencionó que al realizar una base de datos, entre otros datos también fue de

interés la cantidad de combustible y agua potable de cada embarcación.

En el caso del volumen de combustible a portar, se opta por la cantidad fija de 4000 litros,

distribuidos en dos estanques hacia las bandas de babor y estribor. El determinar esta cantidad no

depende de la autoridad pero si puede depender de un armador si fuera el caso.

Pero para cerciorarnos de que esta cantidad es adecuada nos fijaremos en dos situaciones:

‐ Una autonomía de 24 horas a velocidad no menor que 12 nudos.


‐ Horas de operación adecuadas a 18 nudos

Volumen para cada estanque 2000 litros, lo que equivale a 2 m3 de combustible.

4.5.2 Curva EHP

Al analizar la curva EHP (Capítulo 6), tenemos que para 12 nudos se necesitan 260 hp aprox. Es

decir 130 hp por motor equivalentes a una potencia:

BHP = 261 hp = 190 kW

Pero también se consideró que los motores trabajaran a un 85% de su capacidad máxima,

considerando así situaciones de desventaja. Por lo tanto:

BHPPOR MOTOR = 307 hp = 225,6 kW

Se procede a entrar en las curvas del motor figura 4.1 y obtenemos el siguiente consumo.

consumo 55litroshr

24hr 1320litrosdecomb.

Lo que es un total de consumo de 2640 litros por ambos motores de la embarcación a 12 nudos.

Garantizando que la embarcación cumple con ese andar minino establecido por la Circular de la

Autoridad Marítima [1].

Al hacer el mismo ejercicio para 18 nudos y otras velocidades obtenemos los resultados mostrados

en la siguiente tabla:

Velocidad (nudos) 18 20 21

EHP de serv. 570 658 712EHP por motor 285 329 256

BHP (85%) 575 663 718

BHP hp 677 780 845kW 498 574 621

litros/hora 120 150 165horas 17 13 12,5

Tabla 4.1


Figura 4.1 Fuente, Catálogo del motor propulsor seleccionado

4.5.3 Estanques de agua potable

A popa de la habitabilidad se dispondrá del espacio para los contenedores de agua potable, de 200

litros cada uno. Una cantidad escogida a partir de observar que 400 litros de agua fresca es un

cantidad promedio para embarcaciones de 4 a 6 pasajeros.


Capítulo 5

CÁLCULO DE ARQUEO

El cálculo de arqueo para este tipo de embarcaciones es desarrollado en base al Reglamento

Nacional de Arqueo de Naves, código de publicación TM‐026, 2001 [3]. Este reglamento regula los

procedimientos para determinar el arqueo de todas las naves de eslora inferior a 24 metros.

5.1 Dimensiones principales

A partir del artículo 3, letra i, p, q, definimos lo siguiente:

Eslora máxima 15 m

Manga 4,4 m

Puntal 2,3 m

5.2 Espacios cerrados

5.2.1 Sobre cubierta

Puente de gobierno, y parte superior de acomodaciones

5.2.2 Bajo cubierta

Descrito en la siguiente tabla.

Espacio Sección N°

N° desde hasta

Rasel de popa 1 E 4

Sala de maquinas 2 4 9

Acomodaciones 3 9 13

Rasel de proa 4 13 R

Tabla 5.1 Distribución de espacios

5.3 Metodología para el cálculo de volúmenes

‐ Sobre cubierta, geometría según plano de arreglo general y modelado en Rhino.

‐ Bajo cubierta, área de secciones transversales a partir de modelado de casco en FreeShip.


Sección d (m) A (m2) Vol (m3) Sección d (m) A (m2) Vol (m3)

E 0 1,22 0,762 13 7,8 2,93 1,74

1 0,6 1,32 0,861 14 8,4 2,88 1,69

2 1,2 1,55 0,987 15 9 2,75 1,58

3 1,8 1,74 1,104 16 9,6 2,5 1,40

4 2,4 1,94 1,23 17 10,2 2,17 1,19

5 3 2,16 1,365 18 10,8 1,81 0,97

6 3,6 2,39 1,5 19 11,4 1,42 0,73

7 4,2 2,61 1,62 20 12 1,01 0,48

8 4,8 2,79 1,704 21 12,6 0,6 0,25

9 5,4 2,89 1,746 22 13,2 0,24 0,08

10 6 2,93 1,761 23 13,8 0,018 0,01

11 6,6 2,94 1,764 24 14,4 0,009 0,003

12 7,2 2,94 0,882 25 R 0 0,00

Tabla 5.2 Distribución de áreas transversales. Donde d es distancia desde espejo a la sección.

5.4 Cálculo de volúmenes

5.4.1 Bajo cubierta

El volumen se calculó por sección como el producto que se muestra a continuación. Luego el

volumen total será la sumatoria de estos

V distanciaentresecciónA A

2

Volumentotal 92,63m

5.4.2 Sobre cubierta

Puente de mando y habitabilidad, mediante programa de modelado Rhino tenemos el siguiente

volumen:

Volumentotal 27,7m

5.4.3 Volumen total

Entonces el volumen total, para estos espacios es de:

Volumentotal 92,63 27,7 120,3m


5.5 Arqueo Bruto

Es la expresión del tamaño total de una nave, que se determina en base al volumen total de todos

sus espacios cerrados. Según lo dispuesto por el artículo 8, letra a:

AB K V

donde

K 0,2 0,02 Log V

V Volumen total de todos los espacios cerrados de la nave, expresado en metros cúbicos.

entonces:

AB = 29,07 Toneladas de registro grueso (TRG)

V = 120,33 m3

K1 = 0,24

5.6 Arqueo Neto Es la expresión de la capacidad utilizable de una nave, que se determina en base al volumen de todos los espacios cerrados de la nave, destinados al transporte de carga. Para efectos de este trabajo, espacios de carga no son prioridad, por lo tanto no hay consideración de espacios cerrados para carga. De cualquier manera se calcula como se indica en el artículo 8, letra b del Reglamento Nacional de Arqueo de Naves [3].

5.7 Francobordo

Distancia de la cubierta más alta con medios permanentes de cierre de todas aberturas, hasta la

línea de flotación de máxima carga, fijada por autoridades o sociedades de clasificación. Es igual al

puntal menos el calado de carga.

La circular O‐80/022, propone de referencia: “Rules for construction and certification of vessels

less than 15 meter”, 1983.

0,2 B f = francobordo mínimo en metros B = manga en metros 0,88m


Capítulo 6

RESISTENCIA AL AVANCE Y POTENCIA PROPULSIVA

Para conocer la resistencia al avance de la nave, se dispone de métodos numéricos de cálculo y

aplicación de herramientas virtuales como Hullspeed. Pero se debe tener claro, que para conocer

la resistencia al avance de manera exacta se debe realizar un ensayo en un canal de pruebas.

6.1 Resistencia al avance para condición de casco desnudo (RT(NH))

Para calcular la resistencia al avance para condición de casco desnudo, se utilizó el desplazamiento

para máxima carga estimada en los capítulos anteriores, la que corresponde a un calado de diseño

de 1 metro. Luego de aplicar cada método se procede a organizar resultados para cada velocidad.

Se utilizaron 3 métodos para calcular RT (NH), que son los siguientes:

‐ Serie NPL, serie sistemática ‐ Serie 63, serie sistemática ‐ Método Savitsky

6.2 Método estimativo Serie NPL

Serie metódica realizada a partir de 22 modelos de formas similares publicadas por Marwood y

Bailey en 1969 llevados a cabo en Ship Division of the British National Physical Laboratory,

Inglaterra [4].

Éste método permite hacer una estimación de la resistencia residual de buques de pantoque

redondo y en condición de semi‐planeo. Se procedió como sigue:

A partir de una serie de graficas establecidas, se necesita manejar valores cercanos a los rangos de

validez y la relación eslora desplazamiento como dato de entrada.

Coeficiente de fineza /⁄ 4.98 5

Parámetro NPL Rango Embarcación

L/B 3.33 3,409

B/T 3.19 – 10.2 4,4

Cb 0.397 0,49

Cp 0.693 0,69

ie 20.5° 28

√⁄ 2,8 ‐ 3,9 3,476

Tabla 6.1 Parámetros de entrada


Para entrar en la siguiente gráfica de la figura 6.1

Figura 6.1 Gráfica Método NPL

y obtenemos los datos, mostrados en la siguiente tabla:

Tabla 6.2

Los pasos realizados son:

A) Relación ∆⁄ con ∆ en kg, para así poder despejar RR

B) Cálculo número Reynolds

/

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,8 2 2,2

RR/∆ 0,003 0,008 0,01 0,016 0,027 0,043 0,065 0,084 0,09 0,092 0,094 0,095 0,096 0,1 0,11

Antepr

C)

D)

E)

F)

Fig

6.3 Mé

Al igua

pantoq

prueba

V(Kns)

Rt (Kg) 13

royecto Lanch

Cálculo coe

Cálculo de r

Cálculo resi

Valores obt

gura 6.2 Form

étodo estima

al que la me

que redondo,

as, Davidson L

0,5 0,6

5,3 6,3

37,8 299,3 38

ha Para Servic

ficiente de re

resistencia po

stencia total

tenidos de res

ma de casco p

ativo SERIE 63

etodología a

, realizado po

Laboratory, S

Coe

Parámet

L/B

B/

Cb

Cp

0,7 0,8

7,4 8,5

80,1 576,1 9

cios de Práctic

esistencia por

or fricción

para casco de

sistencia tota

para serie NPL

Pre‐plan

3

anterior, esta

or Beys en 19

Stevens Institu

eficiente de fi

tro S63

B 2

T

b 0

p 0

0,9 1

9,5 10,6

915,2 1397,5

cos

r fricción, seg

0.07

0.5

esnudo

l para distinta

Tabla 6.3

L. Fuente, Res

ning Regime

a es otra ser

963, estas pru

ute of Techno

neza /⁄

Rango

2,95 ‐ 3,31

5,4 ‐ 9,5

0,39 ‐ 0,52

0,59 ‐ 0,69

1,1 1,2

11,6 12,7

2050,9 2623,3

ún ITTC 1957

752

as velocidade

3

sistence of Tr

[5].

rie metódica

uebas se lleva

ology, USA [4]

4.98 5

Embarcac

3,4

4,4

0,49

0,69

2 1,3 1,4

7 13,7 14,8

3 2834,6 2937,0

7

es

ransom‐Stern

basada en

aron a cabo e

].

ción

4 1,5 1,

8 15,9 16,

0 3042,3 3122,

Craft in the

50 modelos

en el tanque

6 1,8

9 19,0 21,

5 3263,6 3500,

26

de

de

2 2,2

,1 23,2

,0 3915,7


ie 18,8 ‐ 27,5 28 °

√⁄ 2,9 ‐ 3,8 3,4

Tabla 6.4 Parámetros de entrada Serie 63

Para entrar en la siguiente grafica

Figura 6.3 Gráfica Método SERIE 63

Resultados obtenidos en la siguiente tabla

Tabla 6.4

Cálculos realizados son:

A) Relación ∆⁄ con ∆ en kg, para así poder despejar RR.

B) Cálculo número Reynolds

0,9 1 1,1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2

RR/∆ 0,024 0,046 0,072 0,086 0,09 0,093 0,095 0,1 0,103

Antepr

C)

D)

E)

F)

Fig

6.4 Mé La herrbuque desnudque op

A)

V (K

Rt (K

royecto Lanch

Cálculo coe

Cálculo de r

Cálculo resi

Valores obt

gura 6.4 Form

étodo Savitsk

ramienta Hulya modelad

do utilizando peran en rang

Datos de en

0,9

Kns) 9,5

Kg) 831,2

ha Para Servic

ficiente de re

resistencia po

stencia total

tenidos de res

ma de casco p

ky

lspeed, hace do en MaxSuel método “S

gos de pre pla

ntrada

Eslora

Mang

Calad

Volum

Super

Coef.

Coef.

9 1

5 10,6

2 1481,5 2

cios de Práctic

esistencia por

or fricción

para casco de

sistencia tota

para serie 63

Pre‐plan

uso de variosrf o FreeShipSavitsky prepaneo.

a de flotación

ga

o de diseño

men de diseño

rficie mojada

prismatico

Area de flota

1,1 1

11,6 12

2246,9 2679

cos

r fricción, seg

0.07

0.5

esnudo

l para distinta

Tabla 6.5

. Fuente, Resi

ning Regime

s métodos nup. Se estimalaning”, dest

n

o

ación

1,2 1,4

2,7 14,8

9,3 2881,0

ún ITTC 1957

752

as velocidade

5

istence of Tra

[5].

uméricos parará la resisteinado a lanch

14 m

4,4 m

1 m

27,8 m3

57 m2

0,69

0,5

1,6

16,9

3066,5 3

7

es

ansom‐Stern C

a el cálculo dencia en condhas y embarc

1,8

19,0 2

3235,6 350

Craft in the

e resistencia ddición de casaciones veloc

2 2,2

21,1 23,2

00,0 3719,7

28

del sco ces

2

2

7

Antepr

B)

V(kns)

Rt (kg)

V(kns)

Rt (kg)

6.5 Grá

En el si

royecto Lanch

Resultados

) 10,8

) 10126,6

) 16,2

) 29769,4

áfica Rt en co

iguiente gráfi

ha Para Servic

Area e

Máx.

Modo

obtenidos

11,4

12519,2 159

16,8

30387,1 309

ondición de ca

ico se resume

F

cios de Práctic

espejo sumer

área de secci

o pantoque Re

12 12

964,2 20433

17,4 1

935,5 31446

asco desnudo

e la tendencia

Figura 6.3 Com

cos

rgido

ón

edondo

,6 13,2

,4 25021,9

18 18,6

,9 31881,9

Tabla 6.6

o

a de los méto

mparación de

0,15 m2

2,94 m2

13,8

29655,08 3

19,2

32294,77 3

odos utilizado

e métodos

14,4

0329,5 306

19,8

2594,4 3294

s para este cá

15 15

618,9 29918

20,4 2

47,08 33405

álculo.

29

5,6

8,2

21

5,1


Vemos una clara tendencia de los métodos aplicados. Ningún método sobresale exageradamente sobre los otros. Se escogerá el que tenga los valores más altos con tal de asegurar un respaldo antes situaciones exigentes. Los valores tomados son lo obtenidos a través del método sistemático NPL, con el cual se procederá a calcular la potencia EHP para condición de servicio.

6.6 Resistencia por apéndices

Según Ship Resistance and Propulsion, Anthony F. Molland [6], en las embarcaciones de doble

hélice, los principales apéndices son los dos timones, soportes de ejes de transmisión doble y eje,

los skeg, empujadores, etc. Estos pueden ascender desde un 8% a 25%, dependiendo de tamaño

de los buques. La resistencia de los apéndices puede ser significativa y algunos valores típicos,

como porcentaje de la resistencia a casco desnudo como se muestra en las siguiente tabla.

En el apunte del curso Resistencia al Avance y Potencia de Propulsión, Prof. N. Pérez 2012 [7],

encontramos otra proposición aproximada de la siguiente manera:

Buques de 2 hélices Rap

% de Rt NH

Grandes de mediana velocidad 8 ‐ 14

Pequeños de mediana velocidad 10 ‐ 20

Grandes muy veloces 10 ‐ 15

Pequeños muy veloces 15 ‐ 25

Tabla 6.7 Fuente, Apoyo al Curso de Resistencia a la Propulsión.

Adoptaremos, entonces una resistencia de apéndice de un 15% de la resistencia total en condición

casco desnudo. El cual es un porcentaje algo conservador.

R 0,15R

6.7 Resistencia por aire

Calculado como sigue según el método de BAKER [7], requiere del área frontal total, que implica la

suma de la superficie no sumergida del casco y la superficie frontal de la superestructura.

R 0.5ρ 0.3A V C

donde

ρ = densidad aire 0,125 kgm sA = área proyectada frontal sobre línea de agua 12,05 m2

C = Coef. resistencia aire naves menores 0,7


V = velocidad buque en m/s

Al reemplazar en la ecuación los valores, para una velocidad de 9.25 m/s (18 nudos), tenemos:

R 13,5 kg

Lo que representa un 0.5% Rt, luego

R R 0,15R 0.005R 0.205R 20.5%R

6.8 Factor de servicio

La suma de la resistencia total en casco desnudo, resistencia por apéndices y resistencia por aire

se ve aumentada por otras condiciones propias de su condición de servicio, como maniobras, olas,

vientos y otros. Por lo tanto existe un valor a considerar que representa ese factor de servicio (FS),

que depende de las características y dimensiones del buque [7].

RT servicio = RT (NH) × (FS)

Existen algunos valores de factor de servicio recomendados por P.N.A. – 89 según la eslora de la

embarcación. En este caso, para L < 25 metros el factor de servicio es aproximadamente 1,25.

FS = 1,25

6.9 Resistencia total en condición de servicio

Esta resistencia quedara definida como sigue

RT servicio = (RT (NH) + R apéndice + R aire) × FS

La siguiente tabla resume el proceso de Resistencia total en condición de servicio

Tabla 6.8

2,7 3,3 3,8 4,6 4,9 5,4 6,0 6,5 7,1 7,6 8,2 8,7 9,8 10,9 12,0

5,3 6,3 7,4 8,5 9,5 10,6 11,6 12,7 13,7 14,8 15,9 16,9 19,0 21,1 23,2

137,8 299,3 380,1 576,1 915,2 1397,5 2050,9 2623,3 2834,6 2937,0 3042,3 3122,5 3263,6 3500,0 3915,7

20,7 44,9 57,0 86,4 137,3 209,6 307,6 393,5 425,2 440,5 456,3 468,4 489,5 525,0 587,4

1,15 1,72 2,28 3,35 3,80 4,61 5,69 6,68 7,97 9,14 10,63 11,97 15,19 18,79 22,77

199,5 432,4 549,2 832,3 1320,4 2014,7 2955,2 3779,3 4084,8 4233,4 4386,6 4503,6 4710,4 5054,8 5657,3

V m/s

V nudos

Rapend

Raire

Antepr

6.10 P

La potausenc

velocid

EHP servRT servici

V b Luego

V (nu

EHPse

Y esto

servicio

royecto Lanch

Potencia efect

encia efectivcia de un pro

dad (Vb) [7]. E

vicio = Pote

o = Res = Velo

evaluamos pa

dos)

ervicio (hp)

se aprecia de

o de la emba

Figura 6.4 G

ha Para Servic

tiva para con

va EHP (Efectopulsor, es d

Esta potencia

encia efectivasistencia totaocidad de la e

ara cada velo

10,6 11

149,3 243

e mejor mane

rcación de es

Gráfica EHP vs

cios de Práctic

ndición de ser

ive Horse Podecir, es la p

se define com

a para condicl para condicimbarcación e

ocidad, se obt

,6 12,7

,3 337,1 3

era en el sigui

ste anteproye

s Velocidad. La

cos

rvicio (EHP se

ower) es la qpotencia requ

mo sigue:

ción de servición de servicien m/s

tiene los sigui

13,7 14,8

397,9 441,5

Tabla 6.9

iente grafico

ecto.

a ecuación co

ervicio)

ue se requieuerida para r

io en hp io en kg

ientes resulta

8 15,9 1

493,5 53

de EHP de la

orresponde a

ere para movremolcar una

ados

6,9 19,0

7,6 633,4

figura 6.4 pa

un ajuste pol

ver un casco a nave a cie

21,1 23,

755,9 931,

ara condición

linómico.

32

en rta

,2

,4

de


Capítulo 7

LÍNEA DE PROPULSIÓN

Para la embarcación se calculará una hélice de 4 palas de la serie B utilizando los diagramas

sistemáticos Bp – δ [8].

A partir de un corte longitudinal del casco diseñado, podemos obtener el diámetro máximo

aproximado disponible para las hélices. También es de consideración el espacio a ocupar de las

palas del timón, calculado de manera previa mediante métodos mencionados en el Capítulo 8 de

este trabajo, Maniobrabilidad. Entonces, para el cálculo de los propulsores se dispone

previamente de los siguientes datos:

v = 20 nudos Velocidad de la embarcación

∆ = 28 Ton Desplazamiento

Cp = 0,69 Coeficiente prismático

Cb = 0,49 Coeficiente de bloque

7.1 Cálculos previos

7.1.1 Coeficiente de estela y succión

Para el cálculo de estos coeficientes se cuenta con expresiones otorgadas por algunos autores.

Estas formas de cálculo las encontramos en los apuntes Resistencia al Avance y Potencia de

Propulsión, prof. Nelson Pérez, 2012 [7]. La forma correcta de obtener el coeficiente de estela es

mediante tanques de pruebas con modelos auto‐propulsados. Utilizamos las aproximaciones o

formulas propuestas por Taylor en el cálculo de ambos coeficientes para embarcaciones de dos

hélices.

a. Coeficiente de estela

w = 0,55 Cb – 0,2

w = 0,07

b. Coeficiente de succión

t = 0,7 w + 0,06

t = 0,109

7.1.2 Rendimientos

a. Rendimiento mecánico

Relación de potencia entre los SHP (Shaft Horse Power) y los BHP (Brake Horse Power) y

representa cuanta energía se pierde por trasmisión desde el eje de salida del motor hasta


el eje después del reductor. Este valor fluctúa entre 0,92 (92%) y 0,98 (98%). Se adopta un

valor medio.

η m = 0,95

b. Rendimiento rotativo relativo

Alte and Baur (1986), Ship Design for Efficiency and Economy [9], recomiendan para

embarcaciones de dos hélices una simple estimación de:

η rr = 0,98

c. Rendimiento del casco

Lo calculamos de la siguiente manera

ηH1 t1 w

ηH 0,958

d. Rendimiento del propulsor aislado

Inicialmente asumido en:

ηo 0,55

e. Rendimiento propulsivo

ηD ηoηHηrr

ηD 0,516

7.1.3 Cálculo potencia al freno BHP

Con los mencionados datos propuestos se está en condiciones de calcular los BHP, como sigue:

EHPBHP

η η η η

A una velocidad de servicio de 20 nudos tenemos un valor EHPservicio = 658 hp, para luego despejar

BHP nos queda el siguiente resultado:

BHP = 1327 hp

Esta embarcación constara de dos motores propulsores por lo tanto la potencia al freno necesaria

por motor debe ser de al menos:


BHPPOR MOTOR = 663 hp

7.2 Cálculo de la potencia del motor requerido

Para efectos de proyecto o diseño se considera que los BHP calculados son trabajo entregado a un

85 % de la potencia total por cada motor. Por lo tanto, se tiene que los BHP para cada motor serán

de:

BHP = 780 hp

Buscaremos en el mercado motores que cumplan con este requerimiento.

7.2.1 Elección de motor

Para la elección de motores encontramos una buena variedad de modelos y marcas, como Volvo

Penta, MTU Friedrichshafen, MAN Engines, Caterpillar Marine Power Systems y Scania.

El motor seleccionado es un motor Scania modelo DI16 072M de 850 hp a 2300 rpm [20]. El

fabricante en particular no recomienda relaciones de reducción, aunque en el mercado algunas

marcas si lo hacen (como MTU). Las curvas de potencia y torque son mostradas en el Capítulo 4 de

este trabajo.

Figura 7.1


7.2.2 Elección caja reductora

Para seleccionar la caja reductora se buscó una que aceptara la potencia máxima del motor

principal a las revoluciones respectivas. La búsqueda del reductor apropiado fue en base a los

propuestos por marcas de motores marinos.

El reductor seleccionado es un MG‐5114 [21] que permite una relación de reducción de 1,97:1 y se

ilustra a continuación.

Figura 7.2

7.3 Cálculo de coeficiente de poder, Bp

Se calculan como sigue, a partir de la siguiente ecuación:

B√DHPN

V ,

a. Potencia entregada a la hélice DHP

Asumiendo que DHP≈SHP, suponiendo que las pérdidas de eje son insignificantemente

pequeñas (Pinciples of Naval Architecture [8]), la potencia entregada a la hélice se puede

estimar como sigue:


DHP SHP BHPxη

DHP 760,36 CV

b. Revoluciones de la hélice

N = 2300/1,97 = 1168 rpm

c. Velocidad de entrada del flujo a la hélice en nudos

Se calcula como sigue:

V V 1 w

V 18,6nudos

Luego al reemplazar en la ecuacion, el resultado es el siguiente:

B 21,58

7.4 Relación de área AE/AO

Dos de los criterios más conocidos para desarrollar esta relación son el método BURRILL y método

KELLER [10]. La idea de aplicar estos métodos es encontrar una relación de área minina para evitar

la cavitación. A continuación aplicaremos el criterio de Keller.

Para efectos de diseño definimos que el diámetro de cada hélice no será mayor que 0,9 m.

7.4.1 Cálculo de empuje

TR1 t

V = 10,288 m/s Velocidad buque

Rtotal = 47,028 kN Resistencia total

t = 0,109 Coeficiente de succión

TT = 52,78 kN Empuje total

THélice = 26,39 kN Empuje total por hélice


7.4.2 Cálculo AE/AO, método de Keller (1966)

AA

1.3 0.3Z TP P D

K

donde

PE = 483,82 kW Potencia efectiva, EHP (658 hp)

Pa = 101,325 kN/m2 Presión atmosférica

ρ = 1,025 kg/m3 Densidad del agua de mar

g = 9,81 m/s2 Aceleración de gravedad

Pv = 1,704 kN/m2 Presión de vaporización

h eje = 1,22 m Altura desde línea de flotación al eje de la hélice

h ola = 0,105 m Altura de ola en popa estimada en 3/4% de Lwl

H = 1,325 m H = h ola + h eje

D = 0,9 m Diámetro hélice definido por diseño

r = 0,45 m Radio hélice

Z = 4 Número de palas

K = 0 Constante tipo de embarcación K = 0,2 una hélice K = 0 dos hélices, embarcaciones rápidas K = 0,1 dos hélices, buques mercantes lentos

P P P ρgH P 112,94kN/m

AA

0,721

7.5 Diagrama Bp – δ

Obtenido el Bp se puede ingresar a los diagramas Bp‐δ y obtener la relación paso diámetro con el rendimiento del propulsor aislado. Interpolando valores entre el diagrama 4.7B y 4.85B, como se muestra a continuación:

0,7 0,721 0,85

δ 180 180,28 182

δ ‐ 2% 176,40 176,67 178,36

H/D 0,86 0,857 0,84

ηo 0,6 0,597 0,59

Tabla 7.1 Es de considerar que la relación obtenida corresponde a un valor mínimo, el diámetro de entrada es un valor fijo y que el cálculo de la hélice es un método iterativo.


7.6 Diámetro hélice Al evaluar el criterio de Keller obtenemos una relación AE/AO, este valor lo interpolamos entre los valores obtenidos de los diagramas 4.7B y 0.85B, que se muestran en la tabla 7.1 y así obtener un valor delta para reemplazarlo en la siguiente ecuación:

DVeδN

0,3048

donde D = Diámetro de la hélice en metros. N = Revoluciones de la hélice de 1168 rpm. Ve = Velocidad de entrada del flujo a la hélice de 18,6 nudos. δ = Variable de los diagramas que relaciona las rpm de la hélice, la velocidad de

entrada y el diámetro. Para cada DAR se tendrá un determinado δ. El diámetro obtenido se evalúa en la ecuación que define el criterio y así sucesivamente, la idea es iterar hasta observar que los valores de diámetro y relación de área convergen. La siguiente tabla resume este procedimiento.

AE/AO Δ Diámetro

0,72117 180,282 0,87553

0,76205 180,827 0,87818

0,75746 180,766 0,87788

0,75797 180,773 0,87791

0,75791 180,772 0,87791

0,75792 180,772 0,87791

Tabla 7.2

Se observa que desde la cuarta iteración los valores convergen, la relación de área es mayor a la mínima obtenida inicialmente y el diámetro obtenido podemos denominarlo como el diámetro óptimo. Por lo tanto, luego de volver a interpolar entre los valores diagramas, tabla 7.1, las características de la hélice son:

Propulsor Hélice serie B

Número de palas Z 4

Relación de área (DAR) AE/AO 0,7579

Delta diagrama Bp δ 180,773

Relación paso diámetro H/D 0,852

Rendimiento propulsor aislado ηo 0,596

Diámetro de la hélice D (m) 0,878

Tabla 7.3


7.7 Cavitación Se aplicó el método de Keller para encontrar una relación mínima que permita evitar cavitación. Las características del propulsor obtenidas anteriormente deben ser controladas para evitar que

se produzca el fenómeno. La idea es corroborar lo obtenido en los puntos anteriores mediante el

método de Burrill. Para ello se definen los siguientes parámetros definidos en las siguientes

ecuaciones.

σP γ h h 0,7R P

12 ρ V 0,7πnD

τT

12 ρ V 0,7πnD A

donde

Reemplazando las variables en la primera ecuación, obtenemos:

σ 0,1397

Con este valor entramos al diagrama de Cavitación [8] para obtener el siguiente número:

τ 0,088

De la ecuación que define este número despejamos la siguiente expresión.

TA

6900kg/m

σ = Número de cavitación

τc = Coeficiente de carga de la hélice

Ap = Área proyectada de la hélice en m2

ρ = 104,58 kg seg2/m4 Densidad del agua de mar a 15°C

Patm = 10330 kg/m2 Presión atmosférica

y = 1025 kg/m3 Peso específico del agua de mar

heje = 1,22 m Altura desde línea de flotación al eje de la hélice

hola = 0,105 m Altura de ola en popa estimada en 3/4% de Lwl

D = 0,877 m Diámetro de la hélice

r = 0,438 m Radio de la hélice

Pvapor = 300 kg/m2 Presión de vaporización

Ve = 9,567 m/s Velocidad de entrada

n = 19,466 rps Revoluciones de la hélice

T = 2691 kg Empuje generado por propulsor


Luego, se calcula el área desarrollada y área de disco a partir de lo siguiente:

A

A1,067 0,229

HD

AoπD4

Finalmente

AA

0,7408

Como el DAR mínimo no cavitante es menor que el DAR de la hélice seleccionada a partir del

criterio de Keller. Esto nos corrobora e indica que la hélice calculada no cavitará.

Figura 7.1 Diagrama de Burril. Donde se muestra la intersección de los parámetros calculados

7.8 Relación de área no cavitante Al utilizar el criterio de Keller obtenemos un DAR mínimo que es igual o cercano al DAR mínimo no cavitante.

a. Área de disco Ao: no es más que el área circular que crea la hélice, se calcula como sigue

AoπD4

b. Área desarrollada: la despejamos de la relación de área


AA

0,758

c. Área proyectada: se puede calcular de la siguiente expresión:

A

A1,067 0,229

HD

d. Resumen

A 0,61m

A 0,454m

A 0,395m

Anteproyecto Lancha para Servicios de Práctico 43

Capítulo 8

MANIOBRABILIDAD

Se aplicara un timón de plancha sencilla tipo espada suspendido. Se procedió como siguen los

puntos a continuación.

8.1 Área timón

El área de la pala puede estimarse a partir de fórmulas empíricas como las ofrecida por DNV que

recomienda un área mínima o rangos concretos ofrecidos por PNA‐89. Estos métodos son parte

del apuntes del curso Maniobrabilidad y Timones, prof. Nelson Pérez, 2012 [11].

8.1.1 Area según P.N.A. 98

Este criterio propone rangos, que son muy útiles como orientación inicial necesaria para manejar

algunos valores típicos. Estos valores son porcentajes del producto L x T. Define para

embarcaciones Pilot y Ferries un rango porcentual de 2,4 a 4 %.

L x T = 15

Entonces el rango de área típica es desde: 0,375 a 0,6 m2

8.1.2 Área según DNV

Der Norske Veritas [12], recomienda un área mínima total mayor a la obtenida en la siguiente

formula:

ATL100

1 25 BL

A 0,485m

Como este valor está dentro del rango visto en el punto anterior, el área total de timón

seleccionada será de 0,48 m2.

Como se trata de un valor mínimo agregaremos un 5% extra y nos queda un área definitiva de:

A 0,509m

El área determinada corresponda al área total, debemos dividirlo por la cantidad de timones

obteniendo un área por timón de:


A 0,254m

8.2 Características del timón a diseñar

El diseño del timón queda a criterio del proyectista, lo importante es tener en cuenta el área

mínima y espacio disponible, optaremos por la siguiente geometría:

‐ Timón de plancha plana.

‐ Timón recto.

‐ Relación de estrechamiento de 1.

‐ La cuerda superior seguirá la línea del codaste.

‐ La envergadura de salida estará cercana a la sección E.

8.3 Envergadura

La envergadura puede tener la misma longitud que el diámetro de la hélice o puede ser un

porcentaje de este, optaremos por dejar una longitud un tanto mayor, entonces:

E 0,9m

Las envergaduras de ataque y salida tendrán el mismo valor, por lo tanto:

E E 0,9m

8.4 Relación de estrechamiento

Tomado de las cátedras de Maniobrabilidad y Timones [11], un valor típico de esta relación es:

RCC

0,8

8.5 Cuerda

Procedemos a estimar la cuerda media que es el promedio entre el borde superior e inferior del

timón. Tanto el área y la envergadura del timón ya están determinados, por lo tanto se puede

despejar la cuerda media de la siguiente expresión:

A EC EC C

2

CC C

2AE

0,282m


Con esta expresión y la relación de estrechamiento determinamos:

C sup = 0,314 m

C inf = 0,25 m

8.6 Relación de aspecto

Se estima con la siguiente expresión.

RAEC

3,19

donde

E = 0,9 m Envergadura C = 0,282 m Cuerda media

8.7 Compensación del timón

La compensación consiste en decidir una ubicación para la posición del eje de accionamiento del

timón, de modo que se pueda reducir el torque necesario para accionarlo.

8.7.1 Relación de balance

Para ello se define la relación de balance de la siguiente manera:

RBAA

dónde

RB = Relación de balance.

AF = Área de la pala a popa del eje del timón.

AT = Área total de la pala de 0,254 m2.

P.N.A.–89 [11] recomienda los siguientes valores de RB mostrados en la siguiente tabla, a partir

del coeficiente de bloque.

Cb 0,5 0,6 0,7

RB 0,24 a 0,25 0,25 a 0,26 0,26 a 0.27

Tabla 8.1

Para un Cb = 0,49, adoptaremos un valor RB = 0,25. De la expresión anterior despejamos AF.


AF = 0,0635 m2

Este dato representa el área a proa del eje de la pala del timón, el cual se trata de un simple

rectángulo. Luego, la distancia del eje de la pala del timón desde la envergadura de entrada se

calcula mediante la siguiente expresión:

AF = E ataque ∙ d

d = 0,07 m

Esto representa aproximadamente un 25 % de la cuerda media, lo que es común en los timones,

por lo tanto el resultado obtenido es aceptable.

8.8 Velocidad de entrada del flujo al timón, según Taplin

La velocidad de entrada del flujo al timón, según Taplin, se calcula mediante la siguiente fórmula:

VT = K (1 + Sa) Ve donde VT = Velocidad estimada de entrada del flujo al timón detrás de la hélice en m/seg K = Coeficiente que toma en cuenta la carga de empuje de la hélice. Para Bp < 40, se

recomienda un K =1,1. Ve = Velocidad de entrada de 9,57 m/seg Sa = Coeficiente de resbalamiento de la hélice. 8.8.1 Coeficiente de resbalamiento

SP ∙ n V

P ∙ n

donde P = 0,74 m paso de la hélice n = 19,46 rps revoluciones de la hélice Vb = 10,29 m/s velocidad buque

S 0,285

Con este valor se puede calcular la velocidad de entrada del flujo al timón. Reemplazando las variables en la fórmula de VT, se tiene:

V 13,53m/s


8.9 Ángulo de Stall (α Stall)

El fenómeno de Stall es cuando se produce la separación del flujo que pasa por el timón en la cara de baja presión, generada cuando el ángulo de ataque de la pala ya es muy grande. Esto provoca la formación de vórtices, con disminución fuerte de la fuerza de sustentación del timón. El ángulo en el cual ocurre este fenómeno se denomina ángulo de Stall.

8.9.1 Relación de aspecto efectiva (RAE)

Se puede estimar mediante la siguiente fórmula:

RAE = RA ∙ K donde RA = 3,19 relación de aspecto geométrico RA = E/C K = 1,31 coeficiente que toma en cuenta la separación entre la parte superior del timón y el casco.

K = 1,76 – 3a

a, es ese distancia vertical entre el timón y casco y es recomendable diseñarse no mayor a unos 20 cm. Para este caso estimaremos a = 0,15 m.

RAE = 4,12

8.9.2 Cálculo ángulo de stall a estribor

Con la relación de aspecto efectiva calculada en el punto anterior, reemplazamos en la siguiente expresión:

α Stall = 1,3 (45,6 – 5,2 RA)

α Stall = 37,7°

8.9.3 Cálculo del ángulo de Stall a babor

α Stall = 1,3 (34 – 4 RA)

Reemplazando las variables en las fórmulas se obtiene:

α Stall = 27,6°

Antepr

8.10 Fu

Sobre norma

FR

FL

FD

FN

FA

Eje

VT

CPC

α

8.10.1 Las fuesiguien

royecto Lanch

uerzas que ac

la pala de un l, la axial y la

: Fuerza res

: Fuerza de

: Fuerza de

: Fuerza nor

: Fuerza axi

: Referido a

: Velocidad

: Centro de

: Ángulo de

Cálculo de fu

erzas que actúntes fórmulas

ha para Servic

ctúan sobre l

timón se tienresultante. L

sultante total

Lift o sustent

Drag o arrast

rmal a la línea

al paralela a

al eje de la pa

de entrada d

presión de la

l timón.

Figura 8

uerzas

úan sobre la ps:

cios de Práctic

a pala del tim

nen los siguiea Figura sigui

del timón.

tación.

tre.

a media de la

la línea media

la del timón.

del flujo al tim

a pala del tim

8.1 Fuerzas qu

pala del timó

FR = 0

FL = 0

FD = 0

FN = FL

FA =

co

món

ntes tipos deiente ilustra l

a pala del timó

a de la pala d

món.

ón.

ue actúan sob

n descritas an

0,5 ρ AT VT2 C

0,5 ρ AT VT2 CL

0,5 ρ AT VT2 C

cos α + FD sen

= (FN2 – FR

2)0,5

e fuerzas: de sa situación.

ón.

del timón.

bre el timón [

nteriormente

R

L

D

n α

sustentación,

[11]

e se calculan m

4

de arrastre,

mediante las

48

la


donde ρ = Densidad del agua de mar a 15° C de 104,58 (kg seg2/m4). AT = Área de la pala del timón de 0,254 m2. VT = Velocidad de entrada del flujo al timón de 5,59 m/seg. CR = Coeficiente resultante. CL = Coeficiente de sustentación. CD = Coeficiente de arrastre. 8.10.2 Cálculo de coeficientes de fuerzas Para la estimación de CL, CD y CPC se hará uso de los polinomios de Balau [11], mientras que para el cálculo de CPE se utilizará el método de Molland y Turnick [12]. Las fórmulas son las siguientes:

C L = (2,1 + 1,3 RA) 10

‐2 α + (3,9 – 3,3 RA) 10‐4 α2

C D = 0,013 (3,1 – 0,7 α + 0,06 α2 – 0,001 α3)

CP C = C (0,23 (1 +0,02 α) (1,75 – 2,5 X / C))

CP E = E (0,85 (5 + RA)

‐0,25 RE0,11) donde

C L = Coeficiente de sustentación. C D = Coeficiente de arrastre. CP C = Posición del centro de presión a lo largo de la cuerda medida en relación al

borde de ataque en metros. CP E = Posición del centro de presión a lo largo de la envergadura medida en relación a

la cuerda inferior en metros RA = Relación de aspecto geométrica, 3,15. α = Ángulo de la pala del timón, en grados. C = Cuerda del timón de 0,282 metros. E = Envergadura media de 0,9 metros RE = Relación de estrechamiento de 0,8 X/C = Relación máximo espesor del perfil de la pala con la cuerda. Esto es para timones

con perfil NACA, pero como el timón de esta embarcación se diseñó de plancha plana, este valor se considerará como cero.

8.10.3 Cálculo del momento de torsión Este parámetro es el necesario para accionar el timón y mantenerlo en un ángulo de ataque determinado en la navegación de la embarcación. Se calcula como sigue:

M F bkgm


donde FN = Fuerza normal b = Distancia desde el centro de presión hasta el eje del timón

b = CPC ‐ d

CPC = Centro de presión desde la envergadura de ataque. Varía con el ángulo de ataque. d = 0,07 m Distancia al eje del timón desde la envergadura de ataque.

8.10.4 Momento flector

M F CP h

donde

FN = Fuerza normal CPE = 0,51 m. Centro de presión a lo largo de la envergadura medida en relación a la cuerda inferior. h = 1,15 m. Distancia desde la raíz del timón al casco. 8.10.5 Resumen de cálculo

angulo (°) 5 10 20 30 40 45

CL 0,296 0,558 0,984 1,278 1,438 1,469

CD 0,013 0,014 0,066 0,118 0,092 0,026

FL (kg) 677 1278 2252 2923 3290 3360

FD (kg) 29 33 152 271 21 59

FN (kg) 677 1264 2168 2666 2656 2417

CPC (m) 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22

CPE (m) 0,44 0,44 0,44 0,44 0,44 0,44

MT (kg‐m) 37 84 193 298 357 352

MF (kg‐m) 975 2011 3449 4243 4226 3847

Tabla 8.2 8.11 Sistema de accionamiento En este punto con los datos de la Tabla 8.2 se puede elegir un sistema de accionamiento (servomotor), este debe ser capaz de aplicar al conjunto de ejes del timón un torque superior a la suma de la fuerza normal que se generará sobre cada timón. El equipo seleccionado para la embarcación es el siguiente:


Tipo: sistema de accionamiento con pistones hidráulicos. Marca: MT900 VETUS. Par máximo de timón en un ángulo de 35°: 900 kgm. Carrera del cilindro: 300 milímetros. Longitud de la caña: 260 milímetros. Peso de cada pistón: 38 Kilogramos.

La bomba adecuada para el equipo es:

Bomba: MPT 151 Capacidad de la bomba: 151 cm3/vuelta. Peso de bomba: 23 Kilogramos Diámetro mínimo de la rueda del timón: 65 cm.

El equipo seleccionado fue escogido desde Catálogo Vetus 2014, Creators of Boat Systems, Direcciones Hidráulicas, pág. 212. La siguiente figura representa un esquema de los elementos del sistema de gobierno.

Figura 8.2

Antepr

8.12 Es Para elSeccion 8.12.1 La fueracuerd

donde

A

Vb

K1

K2

C11

8.12.2 El momcalcula

donde r = xc = 0

royecto Lanch

scantillonado

l cálculo de lan 14 “Rudder

Fuerza del ti

rza del timón do con la sigu

0,254 m

20 n

1,36

1,2

132

Momento to

mento de torsar de acuerdo

xc – d = 0,0260,15 m. Depe

Fig

ha para Servic

o del timón

a estructura dand Manoeu

món

que se utilizaiente fórmula

m2 área

nudos velo

facto

facto

cons

orsor

sión que se tro con la siguie

61 m ende del tipo

gura 8.2 Timó

cios de Práctic

del timón se huvring Arrang

ará para detea:

C K1 ∙ K

a lateral del ti

ocidad previst

or que depen

or tipo de em

stante tipo de

C

ransmite por eente fórmula:

Q

de timón, co

ón tipo espad

co

ha utilizado element” [14] p

rminar los es

K2 ∙ C ∙ V

món

ta de la nave

nde de la relac

mbarcación

e embarcació

22128N

el engranaje

C rNm

omo se muest

da. Fuente, Re

l reglamento para naves de

scantillones co

∙ AN

ción E2/A = 3,

ón

de funcionam

m

tra en la sigui

eglamento me

GL, Parte 1, Ce servicio esp

omponentes

,15

miento del tim

iente figura.

encionado.

5

Capitulo 1, pecial.

se calculará d

món se debe

52

de


Q 312,2Nm 8.12.3 Diámetro del eje del timón El diámetro de la mecha del timón requerido para la transmisión del momento de torsión no deberá ser inferior a:

D 3,8 k ∙ Qrmm

Donde k es factor del tipo de material, k = 1, (acero).

D 31,28mm Dependiendo de su tipo de soporte, la mecha del timón deberá, además, deberá tener una consideración extra y han de ser reforzada de acuerdo con la siguiente fórmula:

D D K Donde K3, es un factor que depende del tipo de timon que debera soportar la mecha del timon. Se calcula como sigue

K43tr

1

donde r = longitud definida en el punto t2 = distancia vertical desde el centro de presión hasta el casco que corresponde a 0,49 m.

D 70,32mm Este valor se ajustara a 75 mm, que es compatible aun si aumentáramos en 22 nudos la velocidad de la embarcación para el cálculo de fuerza de timón de escantillonado. 8.12.4 Pernos de acoplamiento El diámetro de los pernos de acoplamiento no debe ser menor que

d 0,65D

√nmm

n = 8 Numero de pernos de acoplamiento, el mínimo de pernos es 6

d = 16 mm


8.12.5 Flange de acoplamiento El diámetro del flange debe ser al menos Dv + 10 mm. Por lo tanto se considera lo siguiente:

Diámetro de flange = 85 mm

El espesor del flange no será menor que 0,25Dv. Por lo tanto

t = 18,75 mm

8.12.6 Brazos del timón Los timones serán de plancha sencilla, no llevaran brazos o refuerzos extras 8.12.7 Espesor de timón El espesor no deber ser menor que el requerido en lo siguiente:

t 0,0015V Y 2,5mm donde Vb = velocidad del buque en nudos Yw = es el espacio vertical de los brazos del timón. Y corresponde a 0 metros, pues no tiene brazos. Esto nos da como resultado 2,5 mm lo cual no concuerda ya que el mismo enunciado advierte un mínimo de t 10 mm. Por otra parte encontramos la siguiente ecuación propuesta por Bureau Veritas.

t 1,52√d mm Donde d, es el diámetro de la mecha del timón. d = 75 mm.

t 13,16mm Valor sobre el mínimo requerido, por lo tanto escogemos una plancha de 14 mm. 8.12.8 Peso del timón Establecida la estructura del timón podemos estimar el peso de los timones y centro de gravedad. Respecto al espejo para el cálculo de LCG y respecto a la línea base para el cálculo de KG. También


se considera 7850 Kg/m3 como peso específico del acero a utilizar. La tabla 8.3 muestra el peso por timón.

Item Peso (Kg) LCG (m) KG (m) Mtran (m) Mlong (m)

Pala 54,444 0,580 ‐0,090 54,444 31,578

Mecha 31,086 0,640 0,300 31,086 19,895

Flange 1,670 0,640 0,900 1,670 1,069

2% error 1,744 0,580 0,900 1,744 1,012

Suma 88,944 0,602 1,000

Tabla 8.3

8.13 Maniobrabilidad de la embarcación

El círculo evolutivo es una de las maniobras más conocidas y utilizadas para evaluar la respuesta

de gobierno de una embarcación y se realiza con el buque real en etapas de pruebas de mar.

Es posible estimar los parámetros indicadores de maniobrabilidad del círculo evolutivo mediante

formulaciones teórico‐empíricas como las propuestas por Lyster o Shiba. Es de importante

consideración tener en cuenta que ambos métodos son en general para buques de formas

normales y el titulo de este anteproyecto es una embarcación pequeña donde el área de timón es

grande en comparación a grandes buques y tiene que entenderse que los valores obtenidos a

continuación son solo referenciales.

Los parámetros que caracterizan al círculo evolutivo son los siguientes:

‐ Diámetro de Giro

‐ Avance

‐ Desviación o Transferencia

‐ Diámetro Táctico

Esto serán estimados mediantes Shiba a través de gráficas propuestas, extraídos de los apuntes

del curso Maniobrabilidad y Timones, prof. Nelson Pérez, 2012 [11].

8.13.1 Método de Shiba

A partir de los siguientes parámetros de entrada:

Cb = 0,49 Coeficiente de bloque

Lpp = 14 m Eslora entre perpendiculares

AT = 0,5 m2 Área de timón total de diseño

Tm = 1 m Calado de diseño

FT = 0,036 Factor de timón


1/FT = 28 Valor de entrada para gráficas

αT = 35 °

Se hace necesario extrapolar en los gráficos de coeficiente de bloque 0,6 y 0,7 valores para

1/FT=28 a partir de valores observados para por ejemplo 35 y 40. Luego el mismo ejercicio pero

esta vez para el coeficiente de bloque de la embarcación (0,49) entre los valores observados para

0,6 y 0,7.

La siguiente tabla y figura resumen lo explicado, para la estimación de diámetro de giro y de

manera análoga para los otros parámetros.

Desarrollo del Diámetro de Giro

Coeficiente de bloque

0,6 0,7 0,49

40 3,4 2,5

1/FT 35 3,5 2,65

28 3,64 2,86 4,5

Tabla 8.1

Figura 8.

Diámetro de giro

Lpp=4,5


Diámetro de giro=63 m

Lo mismo para el Avance.


0,6 0,7 0,49

50 2,6 2,4

1/FT 40 2,4 2,2

28 2,12 1,96 2,3

Tabla

De igual forma para la estimación de Transferencia.


0,6 0,7 0,49

40 3,4 1,7

1/FT 35 3,5 1,85

28 2,44 2,06 2,9

Tabla 8

Respecto al Diámetro Táctico podemos considerar una aproximación de:

D 1,1D

Los valores finales son mostrados en la siguiente tabla resumen

DG Diámetro de Giro = 63 m AV Avance = 32,2 m DV Desviación = 40,6 m DT Diámetro Táctico = 69,3 m


Capítulo 9

ANTEPROYECTO ESTRUCTURAL

Todos los cálculos hechos en este escantillonado se basan en el reglamento Regulations for the

Classification of special service craft del Lloyd’s Register of Shipping [15], para la construcción en

acero. Desarrollo que se mueve principalmente entre Parte 5 y 6 del reglamento. Entiéndase que

se si define algún punto se hace referencia principalmente al reglamento mencionado.

El reglamento establece que en primer lugar es necesario calcular las presiones que interactúan

sobre la estructura, esto permitirá calcular las denominadas presiones de diseño para luego

determinar los miembros estructurales.

9.1 Caculos previos

9.1.1 Numero de Froude

Definido en 2.1.7, el número de Froude es un parámetro de velocidad adimensional

FV

gL

donde

V = velocidad embarcación en m/s LWL = eslora de flotación en metros g = aceleración de gravedad 9,81 m/s2

9.1.2 Numero de Taylor

Definido en el punto 2.1.17

ΓVL

donde

V = velocidad embarcación en nudos LWL = eslora de flotación en pies

9.1.3 Aceleración vertical

Definido en 3.2.4, la aceleración vertical en la modalidad semi‐desplazamiento de las

embarcaciones monocasco debe ser tomado como:


a 1,5θ L H 0.084 5 0.1θ Γ 10

donde

Γ = 2,95 numero de Taylor

G = 9,81 m/s2 aceleración de gravedad

L1 =

6,40

H1 = 0,31

Bc = 3,8 m manga entre pantoques a la altura de LCG

Bw = 4,0 m manga en línea de agua a la altura de LCG

H1/3 = 1,25 m altura de ola significativa, metros

= según estado de mar 0,5‐1,25 θD = 14 ° ángulo astilla muerta

θB = 3 ° ángulo trimado

a 0,36g

9.2 Cargas que actúan sobre el casco

9.2.1 Distribución de presión total

En el punto 4.2.1 se identifica al parámetro Ps, en kN/m2, como la distribución de presión total que

actúa sobre el casco o forro exterior debido a las presiones hidrostáticas e hidrodinámicas como se

ilustra en la siguiente figura y ha de tomarse como especifica la tabla 2.4.1 del reglamento.

Figura 9.1 Combinación de distribución de la presión (Reglamento pág. 524)

∆, pero no menor que 3

/ / pero no menor a 0,2


9.2.2 Presión hidrostática

Definido en 4.3, es la presión que actúa sobre el casco hasta la línea de flotación de servicio, es

decir prácticamente solo debemos tener en cuenta el calado para su cálculo. Se calcula como

sigue:

Ph 10 T Z Z kN/m

donde

Z = 0 m definido en 2.2.1

Tx = 1 m definido en 2.2.1

Zk = 0 m definido en 2.2.1

T = 1 m T = Tx + Zk para cualquier posición (calado)

Ph 10kN/m

9.2.3 Presión hidrodinámica Pw

Definido en 4.4 será tomado como el mayor valor entre los valores Pm y Pp definidos en 4.4.2 y

4.4.3 del reglamento, respectivamente.

9.2.4 Distribución de presión hidrodinámica Pm

P 10f H kN/m

donde

Hrm = Movimiento relativo vertical, definido en 3.1.1

= C 1

kC 0,2

xL

x

Kr = 2,25 factor presión forma de casco, tabla 2.3.1

Cw min = 0,595

Km = 1,526

xm = 0,098

Cw min = 0,908

xwl = 7 M

Lwl = 14 M

Cb = 0,49 definido en diseño

Fn = 0,586 definido en 2.1.7 donde Vm = 2/3V


H 0,908

fz = Factor distribución vertical, definido en 4.2.2

= k 1 k

z zT

kz = 1,566 definido en 4.2.2

f 1,566

Entonces tenemos:

P 13,34kN/m

9.2.5 Distribución de presión hidrodinámica Pp

Pp 10H kN/m

donde

Hpm = f L definido 4.4.3

= 2,245 fL = 0,6

Pp 22,45kN/m

Por lo tanto Pw, presión hidrodinámica final, corresponde a Pw = Pp

Pm 22,45 /m

Luego Ps, presión que actúa en el casco hasta la línea de flotación.

Ps Ph Pw 22,45 10 32,45kN/m

Ps 32,45kN/m

9.2.6 Presión por impacto Pdl

Todo definido en el punto 5.2.2 se calcula como sigue

Pf ΔΦ 1 a

L GkN/m


donde

Go = 0,6 m clara de cuadernas

Fd = 54 factor presión según forma casco

φ = 1 factor contacto continuo con agua

P 261,93kN/m

9.2.7 Presión sobre casetas, amura y superestructuras

Definido en 7.1.1, se calcula como sigue

P C P kN/m

Pd se define en 4.5 como la presión que actúa sobre cubiertas de intemperie y se especifica en

4.5.3 para semi desplazamiento como Pwl.

P f 5 0.01L 1 0.5a EkN/m

fL = 1,250 factor localización para cubierta intemperie

E = 1,400 KN/m2 factor, depende de Lwl

av = 0,358 g aceleración vertical en g medida e LCG

PWL=8,97 kN/m2

Luego para Pphp, tenemos lo siguiente:

C1 = 1,15 definido en 7.1.1

PWL = Pd = 8,976 kN/m2

Finalmente:

P 10,32kN/m

9.2.8 Presión en mamparos estancos y estanques

Para el caso de las presiones actuantes sobre mamparos y sus refuerzos; se calcula en forma

independiente cada mamparo y posteriormente se elige el caso más desfavorable para calcular el

escantillonado de los miembros. Esta presión Pbh, se define en 7.2 y se calcula de la siguiente

manera:


Pbh = 11,2hb kN/m2 Para estanques, con hb altura mín. de 1,8 m. sobre la base de diseño del estanque. Hb = 1,8m. Pbh = 7,2hb kN/m2 Para mamparos, con hb valor en m. mas alto entre los mamparos, este

valor corresponde al centroide. Hb = 1,3m.

Pbh = 14,56 kN/m2 mamparos

= 20,16 kN/m2 estanques

9.2.9 Resumen

aV Aceleración vertical 0,36 g

Ph Presión hidrostática 10 kN/m2

Pw Presión hidrodinámica 22,44 kN/m2

Ps Pw + Ph 32,45 kN/m2

Pdlb Presión por impacto 261,93 kN/m2

Pdlb Supestruc. y cub. 10,32 kN/m2

Pbh Mamparos 14,56 kN/m2

Pbh Estanques 20,16 kN/m2

9.3 Cálculo presiones de diseño

La aplicación y nomenclatura necesaria para el cálculo de presiones de diseño se encuentran

descritas en la sección 2, capítulo 4, parte 5 del reglamento. En donde también se definen los

valores de los factores de diseño apropiados para las características de esta embarcación.

9.3.1 Factores de diseño

Hf factor casco 1 tabla 3.2.1

Gf factor área determinada de servicio 1,2 tabla 3.2.2

Sf factor tipo de servicio 1,2 tabla 3.2.3

Cf factor tipo de embarcación 1 tabla 3.2.4

δf factor tipo de refuerzo 0,5 0,8 tabla 3.2.5

9.3.2 Presiones de diseño

La siguiente tabla resume las presiones de diseño para cada miembro estructural. La nomenclatura

y fórmulas aplicadas están detalladas en la tabla 4.3.1, sección 3, capítulo 4, parte 5 del

reglamento.


P Presión en plancha de fondo H S P 38,94 kN/m2

P Presión en ref. de fondo δ H S P 31,15 kN/m2

P Presión en plancha de costado P 38,94 kN/m2

P Presión en ref. de costado δ P 31,15 kN/m2

P Presión en planchas de cubierta H S G P 12,92 kN/m2

P Presión en ref. cubierta δ H S G P 10,34 kN/m2

P Presión plancha superestructuras H S G P 14,86 kN/m2

P Presión ref. superestructura δ H S G P 11,88 kN/m2

P Presión en placa de mamp. y estanques P 14,56 kN/m2

P Presión ref. de mamp. y estanques P 14,56 kN/m2

Tabla 9.1 Resumen presiones de diseño

9.4 Determinación de escantillonado

Ya definidas y calculadas las presiones de diseño que actúan sobre la estructura de la nave,

estamos en condiciones de calcular las características estructurales de la embarcación. Los

siguientes cálculos son determinados a partir de la parte 6 de reglamento [15].

9.4.1 Espesor de planchaje

El espesor mínimo requerido de planchaje, está dado en el punto 1.16, parte 6, capítulo 3, sección

1, por la siguiente formula:

t 22,4sγβPf σ

10 mm

donde

P Presión de diseño apropiada

y Factor de curvatura 0,89 definido 1.14

β Corrección relación de aspecto 1 definido 1.15

s Clara cuaderna 600 mm

fσ Coef. Esfuerzo torsión 0,85 0,75 tabla 7.3.1 cap. 7

σs Lím. elástico mín. del material 253 N/mm2

E Módulo de elasticidad 200000 N/mm2


9.4.2 Resumen cálculo de espesores

Al aplicar la relación con debidamente con las presiones y variables necesarias, los resultados se

espesores se exponen a continuación.

Plancha fondo 4,8 mm

Roda 3,9 mm

Costado de casco 4,8 mm

Cinta 4,8 mm

Pantoque 4,8 mm

Espejo 4,8 mm

Cubierta 2,8 mm

Superestructura 3 mm

Mamparos 3,4 mm

Donde en consecuencia cada valor lo aproximamos al entero más cercano.

9.5 Perfiles estructurales

Es necesario calcular tanto el modulo resistencia como la inercia. Parámetros que están definidos

en el Punto 1.17, Parte 6, Capítulo 3, Sección 1, del Reglamento [15].

9.5.1 Modulo resistente e Inercia

Z Φpslf σ

cm

I Φ fpslE

100cm

donde

Z = Módulo resistente

I = Inercia

Φ = Coeficiente de módulo de sección

Φ = Coeficiente de la inercia

P = Presión de diseño

σ = Esfuerzo Admisible del acero

E = Módulo elasticidad

f = Coeficiente de esfuerzo de torsión.


f = Coeficiente de esfuerzo de flexión.

s = Distancia entre refuerzos en mm.

le = Longitud efectiva en m

9.6 Determinación de estructuras

9.6.1 Refuerzos longitudinales de fondo

P = 31,15 kN/m2 Z = 5,02 cm3

s = 850 Mm I = 9,9 cm4

le = 0,6 M Perfil seleccionado pletina 50x5 laminado. Módulo resistente calculado con plancha asociada es el siguiente:

Z = 6,27 cm3 9.6.2 Refuerzos longitudinales de costado

P = 31,15 kN/m2 Z = 5,02 cm3

s = 850 Mm I = 9,9 cm4

le = 0,6 M Perfil seleccionado pletina 50x5 laminado. Módulo resistente calculado con plancha asociada es el siguiente:

Z = 6,27 cm3

9.6.3 Refuerzos longitudinales de cubierta

P = 10,34 kN/m2 Z = 1,43 cm3

s = 734 Mm I = 2,8 cm4

le = 0,6 M

Perfil seleccionado pletina 50x5 laminado. Módulo resistente calculado con plancha asociada es el siguiente:

Z = 6,04 cm3


9.6.4 Cuaderna

P = 31,15 kN/m2 Z = 19,87 cm3

s = 600 Mm I = 259,1 cm4

le = 2,2 M

Perfil seleccionado ángulo 100x50x5 laminado. Módulo resistente calculado con plancha asociada es el siguiente:

Z = 42,12 cm3

9.6.5 Baos

P = 10,34 kN/m2 Z = 26,36 cm3

s = 600 Mm I = 687,9 cm4

le = 4,4 M

Perfil seleccionado ángulo 100x50x5 laminado. Módulo resistente calculado con plancha asociada es el siguiente:

Z = 41,99 cm3

9.6.6 Refuerzos en superestructura

P = 11,89 kN/m2 Z = 3,01 cm3

s = 800 Mm I = 21,4 cm4

le = 1,2 M

Perfil seleccionado pletina 50x5 laminado. Módulo resistente calculado con plancha asociada es el siguiente:

Z = 9,46 cm3

9.6.7 Elementos de mamparo

P = 14,5 kN/m2 Z = 18,13 cm3

s = 500 Mm I = 196,22 cm4

le = 2,2 M

9.6.8 Corruga de mamparos

En el punto 7.11, menciona que, el espesor y módulo de resistencia de los mamparos corrugados

simétricos deben estar en conformidad con las características que ya determinamos para los

Antepr

mampa

corrug

Hay qu

inclina

los refu

En el p

como s

donde

θ = An

b = No

Z = M

El valo

Al defi

tanto l

royecto Lanch

aros estancos

a nos lleva a

ue tener en c

da y es por e

uerzos de cub

punto 3.2, la c

sigue:

Fig

ngulo de incli

o debe ser m

ódulo de sec

r de Z no deb

nir valores y

as dimension

dw (mm

b (mm

tp (mm

c (mm

tw (mm

Z (cm3

ha para Servic

s o mamparo

la Parte 3, Ca

uenta que lo

llo que cada m

bierta termine

configuración

gura 9.2 De

nación, no de

ayor que 60tp

ción. Se calcu

be ser menor

reemplazar e

nes definas en

M

(s

m)

m)

m)

m)

m) 3)

cios de Práctic

s de los tanq

apitulo 2, Secc

s refuerzos d

mamparo ten

en en una co

de una corru

talle de corru

ebe ser meno

p. tp es el espe

ula como sigu

Z

al ya calculad

en la expresi

n la tabla 10.2

amparo 1

sección 4)

140

200

4

200

4

75

co

ues, según pr

ción 3 [15].

e cubierta no

ndrá un dimen

rruga de man

uga debe cum

uga. Fuente re

or que 40°

esor del mam

e:

d 3bt

6000

do (18,13 cm3

ón, obtenem

2 son una opc

Mampa

(sección

140

240

4

187

4

85

Tabla 9.2

roceda. Deter

o pueden lleg

nsionamiento

nera perpend

mplir con la re

eglamento m

mparo (4 mm)

ctcm

3).

mos un valor Z

ción de diseño

aro 2

n 12)

0

0

7

5

rminar las dim

gar al mampa

o adecuado d

icular y centr

ecomendación

mencionado.

)

Z mayor al ca

o, para cada

Mamparo 3

(sección 21)

140

240

4

187

4

85

6

mensiones de

aro en una zo

de tal forma q

ral.

n que se defi

alculado, por

mamparo.

68

e la

ona

que

ine

r lo


9.6.9 Quilla

En el punto 5.2, se define el área de sección transversal y espesor mínimos, a partir de las

expresiones siguientes:

A k L 1 cm

t 0,5L 6 mm

donde

kS = 1 Factor de material, acero.

LR = 13,4 m Eslora de escantillonado o de reglamento. Se estima entre 0,96 – 0,98 de la eslora

de flotación. Se optó por 0,96LWL

A 14,4cm 1440mm

t 12,7mm

De la relación de área de sección A t ∙ h podemos despejar la altura o amplitud de la quilla

h 113,3mm

Entonces la quilla será una plancha o pletina de 115 x 13 mm

9.6.10 Fundamentos

Los motores propulsores irán instalados en fundamentos estructurales y rígidos. En el punto 8,

sección 3, capítulo 9, parte B del reglamento Rules for the Classification of Steel Ships de Bureau

Veritas [16], recomienda características no menores a las obtenidas por los siguientes formulas:

‐ Área de sección

A 40 70PnL

cm

‐ Espesor

t 240 175mm

donde

P = 625 kW Potencia de un motor propulsor n = 2300 rpm Revoluciones del motor L = 15 m Eslora de la embarcación


Entonces tenemos los siguientes resultados:

A 41,26cm

t 15,59mm 16mm

9.7 Resumen de escantillando

La siguiente tabla muestra en resumen de las planchas calculadas y de los principales miembros

estructurales seleccionados.

Plancha de fondo PL 5 mm

Plancha de costado PL 5 mm

Plancha Pantoque PL 5 mm

Espejo PL 5 mm

Plancha de cubierta PL 4 mm

Plancha de superestructura PL 3 mm

Mamparos PL 4 mm

Refuerzos de fondo Pletina 50x6

Refuerzos de costado Pletina 50x5

Refuerzos de cubierta Pletina 50x5

Cuadernas Perfil L 100x50x5

Baos Perfil L 100x50x5Quilla PL 115x13

Tabla 9.3

Las siguientes imágenes grafican el desarrollo de la maqueta estructural de este anteproyecto una

vez definido el diseño y escantillonado de este.


Figura 9.3


Figura 9.4


Capítulo 10

SISTEMAS AUXILIARES

10.1 Sistema de achique e incendio

Por reglamento las unidades de bombeo de achique también pueden utilizarse para tareas de

lastre, de incendio o de servicios generales de carácter intermitente, pero no para bombear

combustible u otros líquidos inflamables. Estas bombas han de estar inmediatamente disponible

para el servicio de achique cuando sea necesario.

Este sistema son dos circuitos que trabajan unidos, para evacuar las aguas de sentina de los

espacios estancos y succión de agua para combate contra incendio. Se considerará una bomba

única para los circuitos de achique e incendio por lo que esta debe cumplir con ambas exigencias.

Y otra de carácter auxiliar que puede ser acoplada o manual.

Los sistemas cumplirán con las recomendaciones encontradas en la Parte 15, Capitulo 2, Sección

7‐8 de Rules and Regulations for the Classification of Special Service Craft, Lloyds Register [15].

También se estudió solo a modo comparativo el ABS para embarcaciones menores de 61m [17].

10.2 Sistema de achique

10.2.1 Tamaño de tuberías

Definido en el punto 7.1 los colectores o tuberías de achique deberán tener un diámetro no menor

al de la siguiente fórmula:

d 1,68 L B D 25mm

donde

B = Manga en m.

D = Puntal en m.

L = Eslora total en m.

d 41,84 42mm

Se considerara cañerías de 1 ½”.

10.2.2 Diámetro de los ramales

Definido en el punto 7.2 el diámetro de los puntos de aspiración no será menor al siguiente:

d 2,15 c B D 12,5mm


donde

c = Largo de compartimiento. En este caso usaremos el largo 5,4 m que corresponde al largo del compartimiento habitabilidad.

d 25,43mm

Se consideraran chupadores de ¾” de diámetro.

10.2.3 Bomba Cada unidad de achique al ser conectada al bombeo principal de sentina debe capaz de dar una velocidad de agua de achique de no menos de 2 m/s. Definido en 8.3.1, está el caudal mínimo necesario para lograr la velocidad de flujo requerida, para

la bomba de achique a instalar. La capacidad Q de achique no debe ser inferior a la requerida por

la siguiente fórmula:

Q5,7510

d m /hr

Q 10,06m /hr

A modo de respaldo el Reglamento ABS mencionado, recomienda un caudal mínimo de 5,5 / , para naves menores de 20 m. 10.2.4 Altura manométrica Para poder estimar la potencia necesaria de la bomba a utilizar, es necesario, calcular la altura manométrica. La estimación se realiza a partir de la siguiente formula que sigue:

H H H

donde Hest = Altura a la que debe llegar el agua. Se considera un valor de 3 m. como adecuado para esta

embarcación.

Hperd = Altura de perdida en m. Equivale a todas aquellas perdidas de energía y cargas a través de tuberías, válvulas, curvas, etc. Estas pérdidas son coeficientes establecidos que se pueden encontrar en distintos catálogos a partir de tablas o diagramas. El cálculo de Hperd se realizara a partir del tendido más extenso a lo largo de la lancha, vale decir, desde el rasel de proa hasta la salida de costado pasando por el manifold. En el tramo encontramos al menos:


‐ 3 válvulas de bola (manifold considerado como tal) ‐ 4 curvas

Elementos que se reducen a una longitud equivalente, por lo tanto nos queda:

Elemento Cantidad Long. Equivalente Total

Válvula de bola 3 0,7 2,1

Codos 5 1,62 8,1

Cañería 11,5 11,5

Tabla 10.1

Lo que nos deja una longitud total de 21,7 m. Ahora estamos en condiciones de ingresar a una tabla de perdida de carga, o diagrama de carga como es el caso, con los siguientes datos:

Diámetro tubería = 1 ½” = 48,4 mm Q = 10,06 m3/hr = 166,66 litro/mint

Figura 10.1 Diagrama perdida de carga

Valor obtenido del diagrama de la figura 10.1 corresponde a:

H100 = 12 m


Luego calculamos la perdida de carga como sigue:

HL100

H Km

donde Hperd = Pérdida de carga de la tubería LT = Longitud total del tendido, corresponde a 21,7 m. H100 = Valor obtenido del diagrama K = 1 Factor por calidad de tubería

H 2,6m

Realizado esto podemos calcular ahora la altura manométrica

H H H

H 3 2,6 5,6m

Y por último calculamos la potencia de la bomba utilizando la siguiente formula:

NQH γ76ω

hp

donde

Q = 0,0027 m3/seg Caudal y = 1,025 Kg/m3 Peso específico del agua Hm = 5,6 m. Altura manométrica w = 0,55 Rendimiento de la bomba

N 0,37hp

Escogeremos una bomba con una potencia de 0,5 hp.

10.3 Sistema de incendio

Como se mencionó al principio Achique e incendio son circuitos que trabajan bajo el mismo

circuito y condición de bombeo. Cañerías de 1 ½” de diámetro y válvulas de paso de bola de

similar medida.

Por otro lado en la Parte 17, Capitulo 2 del reglamento LLoyds Register mencionado, se encuentra

otras especificaciones detalles respecto a sistema de incendio.


El sistema contra incendio contara de una partida ubicada en cubierta con manguera y boquilla de

medidas estándar y toma de mar a través de caja de mar de diámetro apropiado. Además de los

elementos necesarios para cumplir con la autoridad marítima.

10.4 Sistema de combustible

Estanques de capacidad determinada, con sus correspondientes tapas de registro, tubos de nivel,

tubos de llenado, desahogo, drenaje para agua.

El circuito de cañerías será de tuberías de acero de 3/4” de diámetro con válvulas de cierre rápido.

Además se debe adicionar una válvula de control remoto de seguridad para el sistema de petróleo.

También es recomendable una disposición de cañerías de retorno de combustible.

10.5 Sistema de agua dulce y sanitario

El circuito de agua dulce es en base a cañerías de PVC, para suministrar agua a el baño y cocina,

accionado por bomba eléctrica de 24 volts. El sistema de sanitario consta de W.C., ducha,

lavamanos, lavaplatos, evacuados por bomba instalada en un estanque formado por unidad con

procesador sanitario o dispositivo saniproceso de marca Vetus o similar.

10.5.1 Sistem a eléctrico y alumbrado

La generación de energía eléctrica será a través de alternadores acoplados a los motores

propulsores. Alternadores de 24V para alimentar 2 bancos de baterías para la partida de los

motores, constara con un banco de baterías para generar 12 y 24V para los circuitos de alumbrado

y equipos de navegación.

Se considera un generador auxiliar de 220V 5KVA diesel para luces de emergencia, equipos de

video y aire acondicionado.

Se dispondrá también de una conexión a tierra de 220 Volts.

Detalles entregados en plano Arreglo Eléctrico de este anteproyecto.

10.6 Sistema de timón y gobierno

Contempla un circuito de tipo hidráulico, Vetus o similar compuesto de dos timones de plancha

tipo espada accionados hidráulicamente. Comprende un mando en el puente de mando, bomba,

elementos de conexión y accionamientos. Detalles en capítulo 8, Maniobrabilidad.


10.7 Sistema de amarre y fondeo

En el capítulo 5, parte 3 de Rules and regulations for the classification of special service craft, Lloys

Register [15], encontramos las especificaciones que detallan este sistema.

La embarcación poseerá bitas dobles, soldadas a cubierta, para las faenas de amarre

‐ 1 Ancla tipo danforth de 30 kilos de peso

‐ Boza para fondeo de ancla de 70 m.

‐ 1 Equipo cabrestante para la faena de fondeo eléctrico adecuado marca Vetus o similar.

10.7.1 Número de equipo

Para el cálculo del número de equipo en el punto 2.1 del reglamento se propone la siguiente

fórmula para mono cascos:

EN ∆ / 2HB 0,1A

donde

∆ = 29 ton Desplazamiento H = 3,5 m Altura desde la línea de flotación hasta la altura más alta que forme la

superestructura B = 2,3 m Manga de trazado A = 30,3 m2 Área lateral del caco y la superestructura sobre la línea de flotación

EN 28,35

Con este valor se busca un peso de ancla recomendado como en la siguiente tabla del reglamento

en cuestión

Equipment number High holding power bower anchors

Exceedin Not exceeding Number of anchors Mass of anchor, in Kg

‐ 5 1 11 5 10 1 13 10 15 1 17 15 20 1 22 20 25 1 27 25 30 1 32 30 35 1 37

Tabla 10.2 Fuente Reglamento LR mencionado (pág. 476)


Capítulo 11 CÁLCULO DE PESOS Y CENTRO DE GRAVEDAD 11.1 Desplazamiento en rosca

El desplazamiento en rosca es el peso del buque completo y listo para navegar con aceites y

fluidos en niveles de trabajo en sus sistemas, sin combustible almacenado en los estanques, sin

provisiones ni agua a bordo. En resumen el desplazamiento en rosca representa la parte fija del

desplazamiento o peso total del buque, el cual se calcula mediante la siguiente expresión:

∆ P P P

11.1.1 Peso del acero del buque

El peso del acero neto del buque se puede estimar en las primeras etapas de un proyecto

mediante expresiones propuestas como Watson y Gilfilaan (1976‐1977), a partir de las

dimensiones de la embarcación.

Para el desarrollo de este ítem se incluyen todos los materiales de acero estructurales, refuerzos,

uniones, además de timón, soldadura y pintura. El acero a usar es acero naval A 37‐24 ES.

A partir del modelado en Rhino podemos obtener una aproximación del peso total del acero

considerando las áreas que desarrollan las estructuras como un mamparo (4 mm de espesor) o un

refuerzo longitudinal (pletina 50 x 5 mm). También se puede obtener el centro de gravedad y su

posición respecto al espejo (LCG) y respecto a la línea base (VCG).

Los elementos considerados fueron

‐ Mamparos

‐ Refuerzos longitudinales (espejo, cubierta, fondo, costado)

‐ Refuerzos del puente

‐ Planchaje (fondo, costado, puente, cubierta)

‐ Quilla, timones

La siguiente tabla muestra un resumen de los datos estimados

Item Peso (Kg)

Cuadernas 100 x 50 x 5 842,1

Baos 100 x 50 x5 400,0

Mamparos y espejo (4) 956,7

Quilla 115 x 12 364,5

Ref cubierta 50 x 5 246,0

Ref casco 50 x 5 451,0


Ref puente 50 x 5 196,9

Ref espejo 50 x 5 56,0

Casco (5) 3371,9

Pantoque (4) 394,0

Cubierta (4) 1825,0

Planchaje puente (3) 975,5

Total 10079,8

Tabla 11.1 Resumen peso aceros

Se considera que el peso de la soldadura y de la pintura como una porcentaje de este valor total

Item Peso (ton) LCG VCG Mto Long Mto Vert

Peso acero 10,1

Soldadura 3% 0,302

Pintura 2,5% 0,252

Peso total 10,63 6,81 1,74 72,418 18,503

Tabla 11.2 Resumen peso aceros más soldadura y pintura

11.1.2 Pesos y centro de gravedad de la sala de máquinas

Item Peso (ton) LCG (m) Mto Long VCG (m) Mto Trans

Motores + periféricos 2% 3,4 5,96 20,3 0,65 2,21

Reductores 0,41 5,2 2,1 0,64 0,26

Baterías 0,06 4,8 0,3 1,48 0,09

Bomba de achique 0,01 2,4 0,0 1,00 0,01

Manifould y válvulas 0,03 2,45 0,1 1,10 0,03

Total 3,91 22,78 2,60

Tabla 11.3 Resumen peso sala de maquinas

LCG = 5,83 m

VCG = 0,67 m

11.1.3 Peso de equipo e instalaciones

En este punto se resumen el peso de los cargos, equipos e instalaciones en las siguientes tablas. A

pesar de que existen formas de estimar el peso de equipos e instalaciones, como el propuesto por

D. Anderson, detallado en el apunte de Diseño y Proyecto de la Nave, dada la cantidad de

elementos y por tratarse de una embarcación menor los pesos se muestran como sigue.

Ítem Peso (ton) LCG (m) Mto Long VCG (m) Mto Trans

Cañerías 0,356 7 2,5 0,60 0,21

Bitas 0,07 6 0,4 2,20 0,15


Equipos de amarre y fondeo 0,8 14,1 11,3 1,48 1,18

Equipos de sobrevivencia 0,5 7,72 3,9 2,40 1,20

Balsa salvavidas 0,1 5,42 0,5 4,83 0,48

Extintores 0,045 5,3 0,2 2,20 0,10

Carpintería 1,5 9,4 14,1 2,10 3,15

Defensa 0,92 7,49 6,9 2,03 1,87

Barandas 0,16 4,55 0,7 2,99 0,48

Ventanas 0,095 8,37 0,8 3,80 0,36

Mástil e iluminación ext. 0,084 7 0,6 5,19 0,44

Habitabilidad puente 0,58 7,5 4,4 3,00 1,74

Tablero puente 0,095 9,28 0,9 2,90 0,28

Habitabilidad (cocina 0,805 10,3 8,3 1,20 0,97

sala, baño, camarotes)

Total 6,11 55,5 12,61

Tabla 11.4 Resumen peso cargos y equipos

LCG = 9,08 m

VCG = 2,06 m

11.1.4 Resumen

Ahora con las tablas de pesos anteriores podremos determinar el desplazamiento liviano además

del L.C.G. y V.C.G. de nuestra embarcación, es importante mencionar que estos valores son

estimativos ya que la única forma de encontrar el valor real es por medio del experimento de

inclinación.

Item Peso (ton) LCG (m) Mto Long VCG (m) Mto Trans

Acero 10,63 6,81 72,42 1,74 18,50

Cargos y equipos 6,11 9,08 55,46 2,06 12,61

Sala de maquinas 3,91 5,83 22,78 0,67 2,62

Total 20,65 150,66 33,73

Tabla 11.5 Resumen peso en rosca

Desplazamiento en rosca = 20,65 ton

LCG desde espejo = 7,29 m

VCG desde línea base = 1,63 m

11.2 Peso muerto

Es el peso variable de la embarcación, aquí se consideran los siguientes puntos:

a. Peso del combustible

b. Peso de agua potable


c. Peso de provisiones

d. Peso de la tripulación

e. Peso de los pasajeros

f. Peso de carga

11.2.1 Peso de tripulantes, efectos personales y provisiones

Estos pesos se calculan principalmente por el número de tripulantes y extensión del viaje. Se

consideró un total de 3 tripulantes y 6 pasajeros y el peso se estimó de la siguiente manera:

Peso tripulación

Peso promedio x persona = 80 kg

Efectos personales x trip. = 20 Kg

Efectos personales x psjro = 40 kg

Peso total dotación = 0,3 ton

Peso total pasajeros = 0,72 ton

Tabla 11.6 Resumen peso dotación y pasajeros

También hemos considerado 2 jornadas de trabajo, como una situación normal de labor, la ida y la

vuelta. La situación más completa, por decirlo de algún modo, seria transporte hacia un buque con

máximo de pasajeros y sus pertrechos y algo de carga, para luego un regreso a tierra con la misma

cantidad de pasajeros y efectos personales. Y esta estimación se muestra en la siguiente tabla:

Peso provisiones

Peso adicional x tripulación = 10 Kg

Numero jornadas = 2

Peso adicional x pasajero = 25 Kg

Peso provisiones tripulación = 0,03 ton

Peso provisiones pasajeros = 0,15 ton

Tabla 11.7

11.2.2 Peso combustible y agua potable

En el capítulo 4 se definió la cantidad de estos insumos, cuyos centros de gravedad serán

analizados a través de la herramienta Hydromax.


Capítulo 12

ANALISIS DE ESTABILIDAD PRELIMINAR

12.1 Consideraciones

En el caso de nuestra lancha, por ser una embarcación especial regida por la ya mencionada

directiva ordinaria/permanente O‐80/011, que fijan las Características Generales Mínimas que

deben cumplir las Embarcaciones que se destinan a la transferencia de Practico [18].

En la circular se indica “Si la embarcación tiene eslora mayor de 12 m se aplica criterio del Código

de estabilidad sin avería para todos los tipos de buques regidos por los instrumentos de la OMI.”

Por lo tanto presentare los criterios del reglamento “Criterios de estabilidad sin avería aplicable a

buques de pasaje y a los buques de carga” [19].

a. El área bajo la curva de brazos adrizantes (curva de brazos GZ) no será inferior a 0,055

metros‐rad hasta un ángulo de escora 30° ni inferior a 0,09 metros‐rad hasta un ángulo de

escora 40° o hasta el ángulo de inundación θ si éste es inferior a 40°. Además, el área

situada bajo la curva de brazos adrizantes entre los ángulos de escora de 30° y 40° o entre

30° y θ si este ángulo es inferior a 40°, no será inferior a 0,03 metros rad. que es el ángulo

de escora al que se sumergen las aberturas del casco, de las superestructuras o de las

casetas que no puedan cerrarse de modo estanco. Al aplicar este criterio no se

consideraran las pequeñas aberturas por la que no pueda producirse inundación

progresiva.

b. El valor del brazo adrizante GZ será como mínimo de 0,20 metros a un ángulo de escora

igual o superior a 30°.

c. El valor máximo del brazo adrizante corresponderá a un ángulo de escora preferiblemente

superior a 30° pero nunca inferior a 25°.

d. La altura metacéntrica inicial GMo no será inferior a 0,15 metros.

12.2 Condiciones de carga a examinarse

La directiva por la que se rige nuestra embarcación nos pide que en él cálculo de estabilidad

examinemos las cuatro condiciones a las que hace referencia la IMO, las que son las siguientes:

i. Buque en la condición de salida a plena carga, con total de provisiones, combustible y

tripulación y pasajeros completos.


ii. Buque en condición de llegada a plana carga, con el complemento de pasajeros y su

equipaje pero solo con el 10 % de provisiones y combustible.

iii. Buque sin carga, pero con el total de provisiones, combustible y el completo de

pasajeros con su equipaje.

iv. Buque en las mismas condiciones de c), pero solo con el 10 % de provisiones y

combustible.

Como nuestra embarcación no es una embarcación de carga y tampoco transporta una gran

número de pasajeros, estudiaremos otras condiciones similares a las anteriores pero que sean más

significativas para nuestra embarcación, que nombraremos a continuación:

i. Embarcación en la condición de salida a plena carga, con tripulación, combustibles,

agua, etc. O sea desplazamiento liviano más peso muerto.

ii. Embarcación en condición media de navegación, con 50% de combustible, agua dulce

y provisiones.

iii. Embarcación en condición de llegada, con 10% de combustible, 50% agua dulce, 10%

provisiones.

Las siguientes tablas y gráficos son capturas de los resultados obtenidos para las distintas

condiciones de servicio evaluadas mediante software Maxsurf Stability v20.

12.3 Condición i

Tabla 12.1


12.3.1 Curva de brazo adrizante

Tabla 12.2

Figura 12.1

12.3.2 Aplicación de criterio

Tabla 12.3


12.4 Condición ii

Tabla 12.4


Tabla 12.5

Figura 12.2



Tabla 12.6

12.5 Condición iii

Tabla 12.7


Tabla 12.8


Figura 12.3


Tabla 12.9

12.6 Evaluación de la estabilidad transversal Haciendo un resumen de los valores entregados por el cálculo de estabilidad transversal realizado

en el software, podremos ver si nuestra embarcación cumple con los requerimientos mínimos

impuestos por la IMO. Del análisis de los resultados podemos destacar que nuestra embarcación

cumple con todos los criterios establecidos por la directiva que la rige.


12.7 Análisis de flotabilidad

A continuación se presentan las condiciones de flotabilidad previstas en caso de compartimientos

dañados. La condición de carga estudiada es con toda la carga y consideraciones al 100% como si

fuera a zarpar.

Se aprecian trimados relativamente pequeños. Aun cuando en el caso de habitabilidad inundada el

trimado es negativo, el ángulo de trimado es pequeño se concluye que la embarcación se

mantendrá a flote.

12.7.1 Casos de inundación

a. Situación intacta

Figura 12.4

b. Rasel de popa inundado

Figura 12.5

c. Sala de máquinas inundado

Figura 12.6


d. Sala de habitabilidad inundado

Figura 12.7

e. Rasel de proa inundado

Figura 12.8


Capítulo 13

ESTIMACION DE COSTOS

13.1 Costo de materias primas

13.1.1 Costo de acero, soldadura y gases de corte

El costo del acero se estimó a partir de una plancha 1x1000x3000 mm cuyo valor comercial es de

31.000 pesos chilenos, de esta manera se puede determinar un valor aproximado por kilogramo

de acero.

El costo de gases e insumos de corte se establecen con una estimación del 6% del costo total del

acero neto, por otra parte la soldadura se aproximará a partir de su peso estimado respecto al

total del acero, que corresponde a un 3% definido en el capítulo de Cálculo de pesos y centro de

gravedad y el valor comercial de un kilogramo de soladura 7018 3/8” o 6011 3/8” que es de

$4.490.

Item Peso (Kg) Costo unitario Kg Costo total

Acero 10258 $ 878 $ 9.002.067

Soldadura 307,74 $ 4.490 $ 1.381.753

Gases e insumos de corte $ 567.130

Costo estimado $ 10.950.949

Margen error 5% $ 547.547

TOTAL $ 11.498.497

Tabla 13.1 Resumen costos acero, soldadura y gases de corte

13.1.2 Costos de arenado y pintura

La aplicación de arenado, pinturas anticorrosivas, antifoulling y de terminado fueron cotizadas por

superficie de trabajo, donde también se debe que considerar la aplicación de dos capas de pintura.

La superficie de trabajo para el arenado fue estimada a partir de las superficies desarrolladas

mediante la elaboración de la maqueta virtual. El mismo ejercicio se realiza para aproximar la

superficie pintada, se consideran dos manos de pintura anticorrosiva por ende dos veces la

superficie, dos manos de pintura de terminación. Para la aplicación de pintura antifoulling se

considera la mitad de superficie del casco. La tabla 14.2 muestra el resumen de este punto.


Item Superficie (m2) Costo unitario m2 Costo total

Arenado 224 $ 3.000 $ 672.000

Pintura anticorrosiva 448 $ 1.250 $ 1.120.000

Pintura antifoulling 62 $ 3.100 $ 384.400

Pintura terminaciones 448 $ 3.150 $ 2.822.400

Costo estimado $ 4.998.800


TOTAL $ 5.248.740

Tabla 13.2

13.1.3 Costos de aislación, forro interior y tabiquería

Este punto está referido al concepto de forro interior y aislación térmica para la habitabilidad y

puente de la embarcación. Es considerado costados, cielo y pisos de los espacios mencionados,

cotizados por metro cuadrado.

Los revestimientos interiores son en terciado marino, melanina. Una plancha de 15x1500x2440

mm tiene un costo comercial de $ 29.790, implicando un valor aproximado de $ 8.051 por m2.

La lana de vidrio se aplicara como aislante, un rollo de 50x1200x12000 mm tiene un valor

comercial de $ 27.000 implica un valor aproximado de $ 1.875 por m2.

Se consideró costos sobre tabiquería y mueblería con un porcentaje del 20% y 25%

respectivamente del costo total estimado de los revestimientos interiores.

Item Superficie (m2) Costo unitario m2 Costo total

Aislación térmica 57,8 $ 1.875 $ 108.375

Forro interior 57,8 $ 8.051 $ 465.368

Tabiquería $ 93.074

Mueblería $ 116.342

Costo estimado $ 783.159


TOTAL $ 822.317

Tabla 13.3


13.1.4 Resumen materias primas

Item Costo

Acero, soldadura e insumos de corte $ 11.498.497

Arenado y pinturas $ 5.248.740

Aislación, forro interior y tabiquería $ 822.317

TOTAL $ 17.569.553

Tabla 13.4

13.2 Horas hombres o mano de obra

Para el cálculo de este ítem hay métodos o recomendaciones a partir del peso del acero, que

permiten estimar las horas hombre a costear. Pero en nuestro caso el desarrollo de este punto se

basara en un astillero pequeño con personal de planta y contratistas, con técnica y experiencia en

este tipo de embarcaciones.

Entonces, se estima el gasto mensual en sueldos por funcionario durante 6 meses, que es un

tiempo prudente de construcción. La siguiente tabla resume la situación mencionada.

Cargo/labor Sueldo unit. Cantidad efectivos Total

Planta gerencia/gestión $ 1.700.000 2 $ 3.400.000

Planta diseño/proyecto $ 1.300.000 2 $ 2.600.000

Administrativo $ 750.000 1 $ 750.000

Maestro $ 550.000 4 $ 2.200.000

Ayud. Maestro $ 300.000 4 $ 1.200.000

Soldador $ 500.000 3 $ 1.500.000

Eléctrico $ 520.000 1 $ 520.000

Ayud. Eléctrico $ 450.000 1 $ 450.000

Bodeguero $ 515.000 1 $ 515.000

Pintor $ 600.000 1 $ 600.000

Nochero $ 260.000 1 $ 260.000

TOTAL MENSUAL $ 13.995.000

TOTAL A 6 meses $ 83.970.000

Carpintero $ 700.000

Hidráulico $ 800.000

TOTAL todos los cargos a 6 meses $ 85.470.000

Tabla 13.5


13.3 Costos de equipos e instalaciones

Item Cantidad Costo

Ancla 30 kg 1 $ 596.044

10 m cadena + 50 m cabo 1 $ 198.171

Bita acero 3 $ 158.384

Molinete 1 $ 3.671.907

Barandas acero inox. 1 $ 90.000

Escalera acero inox. 1 $ 40.000

Defensa verduguete $ 600.000

Implementación cocina/comedor $ 550.000

Implementación baño $ 150.000

Implementación camarotes $ 190.000

Implementación puente $ 200.000

Asiento piloto + pasajero 7 $ 1.124.756

Ventilador eléctrico 2 $ 102.529

Portillos de ventilación 2 $ 123.953

Procesador sanitario 1 $ 519.530

Equipo para procesador 1 $ 61.976

Aireadores hongo 2 $ 79.575

Escotilla de ventilación 2 $ 641.187

Tanque rígido para agua potable 100 l. 2 $ 264.738

Bomba y conexiones agua potable 1 $ 84.165

Inodoro marino c/pulsador 1 $ 420.062

Margen 5% $ 1.092.331

TOTAL $ 22.938.961

Tabla 13.6

13.4 Costos de maquinaria propulsora

Item Cantidad Costo

Motores propulsores 2 $ 50.000.000

Reductores 2 $ 3.600.000

Generador 1 $ 680.000

Hélice 4 palas (referencia) 2 $ 2.448.448

Línea de eje 2 $ 964.076

Cojinete para línea de eje 4 $ 459.084

Indicador alarma salida de escape 2 $ 91.817

Salida casco escape 2 $ 91.817

Tubo goma para escape 6,5 m 2 $ 58.151

Cargador de batería 12V o 24V 1 $ 817.935


Batería marina 12V 6 $ 454.493

Piso sala de maquinas $ 180.000

Implementación sist. eléctrico $ 810.000

Soportes motores flexibles 8 $ 416.236

Cañerías/válvulas/Manifold $ 800.000

Filtro para combustible 2 $ 252.496

Filtro anti olor 2 $ 26.015

Válvula de bola de corte elec. 1 $ 335.896

Bomba de dirección 1 $ 481.273

Adaptador para bomba 1 $ 35.962

Margen 5% $ 3.150.185

TOTAL $ 66.153.884

Tabla 13.7

13.5 Costos de equipos de navegación, puente de mando y elementos de seguridad

Item Cantidad Costo

Radar 1 $ 1.200.000

Radio VHF 1 $ 130.000

Teléfono satelital 1 $ 759.000

GPS 1 $ 310.000

Radiobalizas 1 $ 465.000

Instrumentación $ 428.000

Mandos a distancia para motores elec. 1 $ 803.397

Panel de motores 2 $ 1.130.877

Paneles interruptores 4 $ 587.628

Indicador nivel de sanitario 1 $ 45.143

Indicador ángulo de timón 1 $ 198.171

Indicador nivel de combustible 2 $ 90.287

Indicador nivel de agua 2 $ 90.287

Manómetro de presión 1 $ 45.143

Rueda de timón 60 cm de diámetro 1 $ 259.382

Motor limpiaparabrisas 3 $ 126.248

Brazo limpiaparabrisas 3 $ 162.975

Vista clara 1 $ 764.375

Unidad control para 3 limpiaparabrisas 1 $ 267.034

Bocina marina 1 $ 39.787

Busca boya 1 $ 366.502

Luces navegación 6 $ 293.814

Luces por banda cubierta 2 $ 76.514

Proyectores popa 2 $ 306.056


Indicador nivel de combustible 2 $ 90.287

Indicador nivel de agua 2 $ 90.287

Tabla de mareas/Lista de faros $ 35.000

Elementos de seguridad $ 2.200.000

Cartas de navegación $ 48.000

Margen 5% $ 570.460

TOTAL $ 11.979.652

Tabla 13.8

13.6 Resumen de costos

Item Costo

Materias primas $ 17.569.553

Capital humano $ 85.470.000

Equipos e instalaciones $ 22.938.961

Maquinaria propulsora $ 66.153.884

Equipos de naveg., puente de mando y seguridad $ 11.979.652

Otros, combustibles, luz eléctrica, agua $ 3.900.000

Utilidad (20%) $ 41.602.410

IVA (19%) $ 39.522.290

TOTAL $ 289.136.750

Tabla 13.9


CONCLUSIÓN

Finalizado el anteproyecto, se puede concluir que se ha logrado proyectar una embarcación que

cumple con los requerimientos propuestos y otras exigencias, para este tipo de nave, los cuales

son detallados en el perfil de misión.

Velocidad de operación, radio de acción, autonomía y habitabilidad fueron algunos de los

requisitos en donde más se procuró ser eficiente tomando en cuenta una de las tareas más

habituales de este tipo de embarcaciones, el transporte de personal.

Respecto a los cálculos podemos mencionar que existen los métodos para estimar parámetros con

un gran grado de exactitud a nivel de las distintas fases de un proyecto, en resistencia y potencia

por ejemplo, los cálculos no aseguran una elección del todo eficiente de la planta y línea de

propulsión, aun así los resultados obtenidos están en un rango más o menos esperado. A nivel de

proyecto toda estimación mediante tanque de prueba es la más confiable.

En cuanto a diseño siempre se tuvo en mente la eslora como parámetro fijo y partir de esto buscar

un equilibrio al determinar espacios de compartimientos, espacio de trabajo y dimensiones del

casco. Y la idea de llevar a cabo un casco redondo, siempre con el objetivo de comparar.

En cuanto al cálculo estructural a través del reglamento Lloys Register, en la mayoría de los

cálculos, el criterio fue escoger los valores que creí más desfavorables al igual que en otras etapas

de este trabajo, terminando en la selección de los elementos más típicos o usados en

construcción naval en acero.

Estimación de pesos y centro de gravedad se desarrolló de la manera más detallada posible,

considerando la mayor cantidad de elementos que componen una embarcación y fue necesario

considerar un margen de error. Esto dio paso a la obtención del desplazamiento total el cual fue

valor coherente incluso por debajo de lo esperado y observado en otras embarcaciones de

trabajo. La autoridad marítima exige que la embarcación cumpla con los criterios OMI, para el

análisis de estabilidad, donde se procedió a establecer condiciones de carga en distintos casos

hipotéticos de trabajo.

Ya en la etapa final se lleva a cabo una estimación de presupuesto donde el enfoque fue emular un

astillero mediano o artesanal que pueda llevar a cabo más de una actividad a la vez, en donde se

debe considerar el costo de materias primas y su transporte, recursos básicos, planta, gerencia,

modificaciones e imprevistos y por supuesto una utilidad. Dicho esto el presupuesto obtenido es

bastante aceptable.


ANEXOS

Los anexos presentados en este ante proyecto son 7 planos, de los cuales la mayoría son los que

exigen la autoridad marítima y dos imágenes que representan la maqueta de la embarcación.

La Autoridad Marítima en el documento público, NORMAS SOBRE CONSTRUCCIÓN,

EQUIPAMIENTO, INSPECCIONES Y OTRAS EXIGENCIAS DE SEGURIDAD QUE DEBEN CUMPLIR LAS

NAVES Y ARTEFACTOS NAVALES MENORES, 1999, circular O‐71/010, pág. 12, da un listado de

planos exigidos para matricular una Nave o Artefacto Naval de 12 o más mts. de eslora.

En este caso a modo de anteproyecto se anexó lo siguiente:

ANEXO I Plano de líneas.

ANEXO II Plano de arreglo general.

ANEXO III Plano eléctrico unilineal.

ANEXO IV Plano de circuito de combustible, achique e incendio.

ANEXO V Plano de seguridad.

ANEXO VI Plano de corte LC.

ANEXO VII Plano cuaderna maestra y de secciones típicas (cuadernas y mamparos).

ANEXO X Figura a, captura maqueta virtual.

ANEXO XI Figura b, captura maqueta virtual.

Se ha incluido el plano de corte LC para poder dar una buena referencia del diseño estructural de

la embarcación lo cual era uno de los puntos importantes a tratar. El plano de seguridad fue

confeccionado en base a lo que exige la autoridad marítima en su circular O‐71/013.

La maqueta virtual se ha confeccionado mediante el software de dibujo Rhinoceros versión 4.0, y

tiene por objeto entregar una representación más general y precisa de la embarcación diseñada.


Anexo X, Figura a


Anexo XI, Figura b


BIBLIOGRAFIA

[1] Armada de Chile, Dirección General del Territorio Marítimo y de Marina Mercante, CARACTERÍSTICAS DE CONSTRUCCIÓN, EQUIPAMIENTO, INSPECCIÓN Y PRUEBAS, QUE DEBEN CUMPLIR LAS EMBARCACIONES QUE SE DESTINAN A LA TRANSFERENCIA DE PRÁCTICOS, Circular Ordinaria N° O‐80/022, primera edición, 2014.

[2] Prasanta K. Sahoo, Heather Peng and Dileepan Sangarasigamany (2010), Resistance Prediction for High‐Speed Round Bilge Hull Forms, International Conference on Fast Sea Transportation.

[3] Armada de Chile, Dirección General del Territorio Marítimo y de Marina Mercante, REGLAMENTO NACIONAL DE ARQUEO DE NAVES, publicación TM‐026, primera edición, 2001.

[4] Oossanen P. Van (1980), Resistance prediction of small High‐Speed Displacement Vessels: State of the art. Pág. 212‐223.

[5] Mercier, J.A., Savitsky (1973), D., Resistance of Transom‐Stern Craft in the Pre‐planing Regime, Davidson Laboratory Report 1667, Stevens Institute of Technology. Forma de casco para las series sistematicas, pág. 69 y 74.

[6] Molland Anthony F. (2011), Ship Resistance and Propulsion, Cambridge University Press. Pág. 63.

[7] Pérez Nelson (2012), Resistencia al Avance y Potencia de Propulsión, Apuntes de apoyo al curso de Resistencia a la Propulsión, para la carrera de Ingeniería Naval, Universidad Austral De Chile.

[8] The Society of Naval Architects and Marine Engineers (1988), Principles of Naval Architecture, Vol. II, Cap. 5‐6.

[9] Schneekluth H., Bertram V. (1988), Ship Design for Efficiency and Economy, Segunda Edición. Pág. 184.

[10] Ghose J.P., Gokarn R.P. (2004), Basic Ship Propulsion, Department of Ocean Engineering and Naval Architecture, Indian Institute 'of Technology. Pág. 130.

[11] Balau J.A. (1976), Serie sistematica de Lemes – Projetos de Lemes e Determinacao de esforco, (Serie sistemáticas de timones, Proyectos de timones y determinación de esfuerzos, Documento facilitado por prof. N. Pérez)

[12] Pérez Nelson (2012), Elementos de Maniobrabilidad y Timones, Apuntes de apoyo al curso de Maniobrabilidad y timones, para la carrera de Ingeniería Naval, Universidad Austral De Chile.

[14] Germanischer Lloyd (2014), Rules for Classification and Construction Ship Technology, Parte 1, Capítulo 1, Sección 14 Rudder and Manoeuvring Arrangement.


[15] Lloyds Register (2011), Rules and Regulations for the Classification of Special Service Craft, Parte 3,4,5,6 y 15.

[16] Bureau Veritas (2004), Rules for the Classification of Steel Ships, Part B: Hull and Stability, Capítulo 9, version online.

[17] American Bureau of Shipping (1973), Reglas para la Construcción y Clasificación de Buques de Acero con Eslora menor a 61 m, Sección 27, pág. 113.

[18] Armada de Chile, Dirección General del Territorio Marítimo y de Marina Mercante, CARACTERISTÍCAS GENERALES MÍNIMAS QUE DEBEN CUMPLIR LAS EMBARCACIONES QUE SE DESTINAN A LA TRANSFERENCIA DE PRÁCTICOS, Circular Ordinaria N° O‐80/001, primera edición, 2003.

[19] Armada de Chile, Dirección General del Territorio Marítimo y de Marina Mercante, CODIGO DE ESTABILIDAD SIN AVERIA PARA TODOS LOS TIPOS DE BUQUES REGIDOS POR LOS INSTRUMENTOS DE LA O.M.I. (Organización Marítima Internacional), Publicación TM‐063, Segunda edición 1999.

[20] Scania Marine Engines, Technical specifications Scania DI16 077M, 2014. Catálogo de motores propulsores seleccionados.

[21] Twin Disc Marine Transmission, Características técnicas MG‐5114 Series, 2014. Catálogo de cajas de reducción seleccionadas.

universidad austr al chile

Documents