SUPERFICIE VERTICAL SUPERFICIE HORIZONTAL
4.5 PARÁMETROS DE FORMA
Para el diseño correcto de unas formas redondeadas es necesario que sus parámetros de forma estén próximos a unos valores de referencia. Los parámetros de forma estudiados serán los siguientes:
1.- Relación de esbeltez. 2.- Coeficiente de bloque. 3.- Coeficiente prismático.
4.- Coeficiente de la maestra.
5.- Relación de áreas de espejo.
6.- Posición longitudinal del centro de carena.
4.5.1 RELACIÓN DE ESBELTEZ
Entendemos por relación de esbeltez el coeficiente: Relación de esbeltez = L / (VOL)1/3
La relación de esbeltez incide de manera importante en el comportamiento en el mar de las embarcaciones rápidas. De este parámetro depende principalmente la resistencia por formación de olas. A partir de valores de Fn de 0,5 la resistencia por formación de olas va perdiendo importancia frente a la de fricción.. Considerando los valores de Fn de nuestra embarcación para velocidad de crucero (0,6) y máxima (0,771), pensamos que el valor de la relación de esbeltez no es un parámetro limitador en nuestro caso y diseñaremos en función de nuestras necesidades sin preocuparnos por este coeficiente. Además debemos decir que para valores de Fn mayores de 1 la resistencia de fricción es la componente mayor.
4.5.2 COEFICIENTE DE BLOQUE (CB)
Es un coeficiente geométrico y adimensional, es el resultado del producto de otros dos coeficientes de carácter hidrodinámico y también adimensional: el prismático y el de la maestra. Generalmente las embarcaciones rápidas tienen un CB inferior a 0,5. Una vez terminado el diseño el CB del diseño se ha fijado en 0,235 cumpliendo con lo esperado en este tipo de barcos. En el siguiente cuadro vemos un resumen:
Capítulo 4 Diseño de las formas
Juan Manuel Díaz Alcedo, E.U.I.T. Naval Página 56 PARÁMETRO ESTUDIADO:
COEFICIENTE DE BLOQUE (CB)
VALOR RECOMENDADO VALOR DE DISEÑO
CB < 0,5 0,235
4.5.3 COEFICIENTE PRISMÁTICO (CP)
Este coeficiente controla la distribución longitudinal del desplazamiento de la embarcación. En ensayos realizados en canales de experiencia muestran que el valor de CP aumenta con la velocidad, siendo para las embarcaciones rápidas de velocidades más bajas entorno a 0.58 y para las más veloces de 0.7. El incremento del valor es mayor en la zona de bajas velocidades. Para hacer una estimación de valores adecuados de CP, con los que reduciremos la resistencia al avance, utilizaremos la siguiente ecuación, publicada por S. C. Fung en “Resistance Predictions and Parametric Studies for High-Speed Displacement Hulls. ‹‹ Naval Engineers Journal›› de marzo de 1987:
CP = 0,5687 + 0,1538 x Fn – 0,0701 x (Fn)2
Entraremos en la fórmula con el valor de Fn correspondiente a la velocidad más alta (0,711), por ser donde la resistencia al avance es mayor. Calculando:
CP = 0,5687 + 0,1538 x 0,771 – 0,0701 x (0,771)2 = 0,6456
La embarcación diseñada tiene un valor de CP de 0,727, los valores son muy próximos y por lo tanto consideramos nuestro valor válido. En el siguiente cuadro resumimos los valores:
PARÁMETRO ESTUDIADO: COEFICIENTE PRISMÁTICO (CP)
VALOR RECOMENDADO VALOR DE DISEÑO VARIACIÓN
0,6456 0,727 +11,2%
4.5.4 COEFICIENTE DE LA MAESTRA (CM)
Un valor excesivo incrementará la resistencia de formas de la embarcación y al mismo tiempo no permitirán longitudinales rectos que faciliten la salida del agua. A pesar de que en nuestro proyecto ya tenemos una manga y puntal determinado, intentaremos reducir en lo posible este valor, manteniendo una distribución adecuada de espacios en la embarcación. Una vez finalizado el diseño el valor de CM
Capítulo 4 Diseño de las formas
Juan Manuel Díaz Alcedo, E.U.I.T. Naval Página 57 conseguido ha sido de 0,432, valor nada elevado que ha permitido diseñar una carena con longitudinales rectos y una astilla muerta adecuada.
4.5.5 RELACIÓN DE ÁREAS DE ESPEJO
A velocidades bajas (Fn<0,4), los espejos de popa permanecen mojados, generando turbulencias que incrementan la resistencia al avance. A altas velocidades el régimen del flujo en la popa cambia. Aguas abajo del espejo se crea una región de bajas presiones produciéndose un seno en el sistema de olas transversal, esto deja el espejo seco y ocasiona un efecto positivo sobre la resistencia al avance.
Para conseguir un flujo correcto en el cuerpo de salida de la flotación debemos controlar la relación entre el área de la maestra (AM) y el área del espejo de popa (AE), los cambios bruscos en el cuerpo de salida afectan negativamente a la resistencia al avance. Podemos estimar el valor de AE / AM para nuestra embarcación mediante la siguiente ecuación:
AE / AM = -0,0857 + 0,3967 x Fn + 0,1061 x (Fn) 2 Sustituyendo el nº de Froude a su velocidad máxima (0,771):
AE / AM = -0,0857 + 0,3967 x (0,771) + 0,1061 x (0,771) 2 = 0,283
El valores de AE y AM en nuestro proyecto son 1,169m2 y 1,525 m2 respectivamente. Calculando el valor de AE / AM:
AE / AM = 1,169 / 1,525 = 0,766
Podemos ver que este valor es demasiado alto, la razón se explicará más adelante en el apartado 4.6.
4.5.6 POSICIÓN LONGITUDINAL DEL CENTRO DE CARENA (LCB)
En este tipo de embarcaciones la posición longitudinal del centro de carena debe estar colocado a popa de la cuaderna media. Mediante la siguiente ecuación podemos calcular la posición del LCB como un porcentaje de la eslora entre perpendiculares, el valor será medido a popa de la cuaderna media:
PLCDC = -2,2189 + 12,3505 x Fn – 5,4048 x (Fn) 2
Sustituyendo el valor de Fn correspondiente a la velocidad más alta, y por lo tanto el caso más desfavorable, obtenemos:
Capítulo 4 Diseño de las formas
Juan Manuel Díaz Alcedo, E.U.I.T. Naval Página 58 PLCDC = -2,2189 + 12,3505 x (0,771) – 5,4048 x (0,771) 2 = 4,09%
En esta etapa del proyecto ya se ha definido la posición del timón, y por tanto, conocemos el valor de la eslora entre perpendiculares (LPP), con un valor de 14,223m.. La distancia del LCB a la cuaderna central sera:
LCB = LPP x 4,09 = 0,582m.
En nuestra embarcación el valor de LCB es de -1,050m. a popa de la cuaderna central. Para establecer una comparación homogénea expresaremos este valor como porcentaje de LPP:
PLCDC = (1,050 / 14,223) x 100 = 7,38%
Comparando los valores pensamos que la diferencia entre ellos no es excesiva, y consideramos el proyectado un valor válido. Resumimos la información en la siguiente tabla:
PARÁMETRO ESTUDIADO:
POSICIÓN LONG. DEL CENTRO DE CARENA (LCB)
VALOR RECOMENDADO VALOR DE DISEÑO VARIACIÓN 4,09% LPP A PP. CNA. CENTRO 7,38% LPP A PP. CNA. CENTRO 3,29% LPP A PP. CNA. CENTRO
4.6 QUILLA
Las embarcaciones de formas redondeadas tienen poca área de deriva, esto es porque sus formas son muy llenas y el calado se ve reducido. Una escasa área de deriva penaliza la estabilidad y la estabilidad de rumbo. Gran cantidad de embarcaciones con formas en U recurren a quillas para compensar estos problemas, además añade reforzado longitudinal extra. También ofrece un reforzado adicional en el diqueado. Este elemento constituye un elemento de seguridad en caso de varada accidental.
Analizando las quillas de las embarcaciones similares a la que estamos proyectando hemos extraído unas dimensiones que consideramos apropiadas y cuyas medidas representamos en la siguiente ilustración:
Capítulo 4 Diseño de las formas
Juan Manuel Díaz Alcedo, E.U.I.T. Naval Página 59 CALADO SECCIÓN MEDIA A A' B B' C C' VISTA TIPO: ANCHO ALTO
En la ilustración hemos realizado tres vistas de sección de la quilla proyectada en tres puntos de la eslora: extremo de popa, sección media y extremo de proa. En la siguiente gráfica mostramos las dimensiones de cada vista de sección:
SECCIÓN ANCHO (mm.) ALTO (mm.)
A – A’ 140 272
B – B’ 140 247
C – C’ 140 88
Recordemos que en el apartado 4.5.5 RELACIÓN DE ÁREAS DE ESPEJO, el valor obtenido fue elevado, la razón es que la escasez del área de deriva penalizó la estabilidad no cumpliendo con los requerimientos. Para aumentar al área de deriva se extendió la quilla hasta el extremo de popa, con esto se aumentó el área del espejo de popa. Este tipo de formas no suele ser muy habitual, por lo general la quilla se interrumpe para dejar hueco para los timones. Ante esto se consultó a técnicos de la firma de embarcaciones Rodman y nos comunicaron que no se puede fijar una norma concreta y que sólo se sabría el resultado en ensayos en canal de experiencia. Aún así nos comentó que un valor muy significativo es comprobar que la resistencia no se haya incrementado de forma alarmante, si esto pasara deberíamos cambiar el diseño. Otro de sus comentarios fue que podría tener efectos beneficiosos: como la de evitar interferencias entre las dos hélices, mejora del flujo hacia los timones y mayor protección ante impactos de timones, hélices y arbotantes. Con todo esto hemos decidido extender la quilla hasta el espejo de popa y esperar los resultados en el cálculo de la resistencia.
Capítulo 4 Diseño de las formas
Juan Manuel Díaz Alcedo, E.U.I.T. Naval Página 60