UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CARTAGENA
GRADO EN ARQUITECTURA NAVAL E
INGENIERÍA DE SISTEMAS MARINOS
Trabajo Fin de Grado:
TRANSFORMACIÓN DE UN PESQUERO EN UN BUQUE “OFFSHORE”
Pablo Romero Tello
Tutor: Dr. José Enrique Gutiérrez Romero
2017
En primer lugar querría agradecer al Dr. José Enrique Gutiérrez Romero, tutor de este proyecto, todo el tiempo, conocimientos y dedicación ya que sin su ayuda no habría sido posible la realización del mismo.
Tambien este proyecto ha sido posible por todos aquellos que han participado en todas mis etapas académicas, en especial a los profesores de la Escuela de Navales de la Universidad Politécnica de Cartagena, por todo lo que me han enseñado tanto académicamente como personalmente.
A mis padres y mi hermano por todo el apoyo y consejos recibidos, así como por todo el esfuerzo que han realizado en esta fase de mi vida.
A todos mis amigos que han sabido hacerme desconectar en esas ocasiones en las que era imprescindible para poder continuar.
ÍNDICE GENERAL 2
Índice general
I Introducción. 8
II Pesquero Inicial. 10
III Elección del tipo de buque offshore. 13
IV Dimensionamiento. 19
V Validación del alargamiento. 25
VI Generación de formas. 27
VII Hidrostáticas, francobordo y arqueo. 35
VIII Estimación de la velocidad. 46
IX Disposición general. 54
X Peso en Rosca. 60
XI Cálculos de arquitectura naval. 74
XII Elección del bulbo. 117
XIII Comprobación de la resistencia de la cubierta. 128
XIV Conclusiones. 140
XV Bibliografía. 141
Índice de Tablas
1. Dimensiones principales del pesquero. . . 10
2. Coeficientes reales del pesquero. . . 11
3. Resumen de las dimensiones de los buques “offshore”. . . 17
4. Base de datos (1). . . 19
5. Base de datos (2). . . 20
6. Datos del pesquero. . . 20
7. Estimación de las dimensiones del MPSV. . . 21
8. Valores para la estimación del peso muerto. . . 21
9. Primera estimación del volumen de tanques. . . 22
10. Volúmenes y pesos de las cargas del buque. . . 22
11. Resumen de las dimensiones del buque objetivo. . . 24
12. Características básicas del pesquero en función del pesquero. . . 28
13. Características hidrostáticas del MPSV. . . 35
14. Reducción por superestructura. . . 41
15. Ordenadas de la línea reglamentaria de arrufo. . . 41
16. Francobordo tabular. . . 42
17. Francobordos y calados máximos. . . 42
18. Volúmenes de locales. . . 43
19. Resistencia calculada mediante Holtrop y Mennen (1). . . 47
20. Resistencia calculada mediante Holtrop y Mennen (2). . . 47
21. Tabla resumen de potencias del MPSV para distintas velocidades . . . 50
22. Tabla resumen de potencias del pesquero para distintas velocidades . . . 51
23. Peso longitudinal contínuo. . . 60
24. Tabla resumen del peso longitudinal contínuo. . . 61
25. Resto de peso continuo. . . 61
26. Tabla resumen del resto de peso continuo. . . 61
27. Tabla resumen del peso de la superestructura de la cubierta puente. . . 61
28. Tabla resumen del peso de la superestructura de la cubierta castillo. . . 62
29. Mamparos transversales (1). . . 62
30. Mamparos transversales (2). . . 63
31. Resumen de los mamparos transversales . . . 63
32. Reforzado de los mamparos transversales (1). . . 64
33. Reforzado de los mamparos transversales (2). . . 65
34. Resumen del reforzado de los mamparos transversales. . . 65
35. Mamparos longitudinales (1). . . 65
36. Mamparos longitudinales (2). . . 66
37. Resumen de los mamparos longitudinales. . . 66
38. Reforzado de los mamparos longitudinales (1). . . 67
39. Refuerzos de los mamparos longitudinales (2). . . 68
40. Resumen del reforzado de los mamparos longitudinales. . . 68
41. Peso de locales. . . 68
42. Resumen del peso de los locales. . . 68
43. Reforzado para el hielo. . . 69
44. Resumen del reforzado para el hielo. . . 69
ÍNDICE DE TABLAS 4
45. Resumen del peso de acero y posición del centro de gravedad. . . 69
46. Peso de la maquinaria (1). . . 69
47. Peso de la maquinaria (2). . . 70
48. Resumen del peso de la maquinaria. . . 70
49. Peso del equipo propupolsor y de gobierno. . . 70
50. Resumen del equipo propulsor y de gobierno. . . 70
51. Equipo de fondeo y amarre. . . 71
52. Resumen del equipo de fondeo y amarre. . . 71
53. Equipos varios del buque. . . 71
54. Resumen de los equipos varios del buque. . . 71
55. Accesorios del casco. . . 72
56. Resumen de los accesorios del casco. . . 72
57. Resumen de la habilitación. . . 72
58. Resumen del aire acondicionado. . . 72
59. Lastre sólido. . . 72
60. Peso en rosca. . . 73
61. Características Hidrostáticas para un trimado de -0,5 m. . . 75
62. Características Hidrostáticas para el buque sin trimado. . . 75
63. Características Hidrostáticas para un trimado de 0,5 m. . . 76
64. Características Hidrostáticas para un trimado de 1 m. . . 76
65. Características Hidrostáticas para un trimado de 1,5 m.. . . 77
66. Características Hidrostáticas para un trimado de 2 m. . . 77
67. Valores KN para distintos ángulos y desplazamientos para un trimado de -0,5 m. . . 78
68. Valores KN para distintos ángulos y desplazamientos para el buque sin trimado. . . 79
69. Valores KN para distintos ángulos y desplazamientos para un trimado de 0,5 m. . . 80
70. Valores KN para distintos ángulos y desplazamientos para un trimado de 1 m. . . . 81
71. Valores KN para distintos ángulos y desplazamientos para un trimado de 1,5 m. . . 82
72. Valores KN para distintos ángulos y desplazamientos para un trimado de 2 m. . . . 83
73. Capacidad y localización de los distintos tanques del buque (1). . . 85
74. Capacidad y localización de los distintos tanques del buque (2). . . 86
75. Condición de carga 1 (1). . . 88
76. Condición de carga 1 (2). . . 89
77. Condición de carga 2 (1). . . 90
78. Condición de carga 2 (2). . . 91
79. Condición de carga 3 (1) . . . 92
80. Condición de carga 3 (2). . . 93
81. Condición de carga 4 (1). . . 94
82. Condición de carga 4 (2). . . 95
83. peor condición de carga (1). . . 96
84. Condición de carga 5 (2). . . 97
85. Condiciones de equilibrio. . . 98
86. Situación de los puntos de inundación. . . 100
87. Estudio de la estabilidad en la condición de carga 1. . . 101
88. Criterios de estabilidad para la condición de carga 1. . . 102
89. Estudio de la estabilidad en la condición de carga 2. . . 103
90. Criterios de estabilidad para la condición de carga 2. . . 104
91. Estudio de la estabilidad en la condición de carga 3. . . 105
92. Criterios de estabilidad para la condición de carga 3. . . 106
93. Estudio de la estabilidad en la condición de carga 4. . . 107
94. Criterios de estabilidad para la condición de carga 4. . . 108
95. Estudio de la estabilidad en la peor condición de carga. . . 109
96. Criterios de estabilidad para la peor condición de carga. . . 110
97. Dimensiones del volumen de control. . . 119
98. Tamaño de malla. . . 121
99. Resistencia obtenida mediante CFD para los distintos bulbos. . . 122
100. Resistencia del buque para los distintos bulbos y el porcentaje de separación con respecto a Holtrop. . . 123
101. comparación de resultados entre las distintas soluciones. . . 138
ÍNDICE DE FIGURAS 6
Índice de figuras
1. Situación de las estaciones petroliferas en Noruega. . . 8
2. Platform Supply Vessels, PSV. . . 14
3. Anchor Handling Tug, AHT. . . 14
4. Diving Support Vesel, DSV. . . 15
5. Multi-Purpose Support Vessel, MPSV. . . 16
6. Oil Spill Response Vessels, OSRV. . . 16
7. Fast Support Intervention Vessels, FSIV. . . 17
8. Catálogo gruas “Small AHC cranes”, Macgregor. . . 23
9. Remotey Operate Vehicle, ROV. . . 24
10. Curva de áreas del pesquero. . . 29
11. Pesquero en perspectiva. . . 30
12. Bulbo base. . . 31
13. Bulbo base alargado. . . 31
14. Bulbo peonza. . . 32
15. Bulbo recto 1 . . . 32
16. Bulbo recto 2 . . . 33
17. Sin bulbo . . . 33
18. Curva desplazamiento - calado . . . 36
19. Curvas de coeficicentes - calado . . . 37
20. Curva de superficie mojada - calado . . . 37
21. Curva KB - calado . . . 38
22. Curva LCB - calado . . . 38
23. Curva LCF - calado . . . 39
24. Comparación de Holtrop y Van Oortmerssen . . . 48
25. Gráfica serie Ka 5:75, A19. . . 50
26. BHP - Velocidad . . . 51
27. BHP - Velocidad Pesquero . . . 52
28. Curvas KN para un trimado de -0,5 m. . . 79
29. Curvas KN estando el buque sin trimado. . . 80
30. Curvas KN para un trimado de 0,5 m. . . 81
31. Curvas KN para un trimado de 1 m. . . 82
32. Curvas KN para un trimado de 1,5 m. . . 83
33. Curvas KN para un trimado de 2 m. . . 84
34. Curva GZ para la condición de carga 1. . . 101
35. Curva GZ para la condición de carga 2. . . 103
36. Curva GZ para la condición de carga 3. . . 105
37. Curva GZ para la condición de carga 4. . . 107
38. Curva GZ para la peor condición de carga. . . 109
39. Leyes de carga, momento y empuje para la condición de carga 1 en aguas tranquilas. 111 40. Leyes de carga, momento y empuje para la condición de carga 1 en ola trocoidal. . . 112
41. Leyes de carga, momento y empuje para la condición de carga 2 en aguas tranquilas. 112 42. Leyes de carga, momento y empuje para la condición de carga 2 en ola trocoidal. . . 113
43. Leyes de carga, momento y empuje para la condición de carga 3 en aguas tranquilas. 113 44. Leyes de carga, momento y empuje para la condición de carga 3 en ola trocoidal. . . 114
45. Leyes de carga, momento y empuje para la condición de carga 4 en aguas tranquilas. 114
46. Leyes de carga, momento y empuje para la condición de carga 4 en ola trocoidal. . . 115
47. Leyes de carga, momento y empuje para la peor condición de carga en aguas tranquilas.115 48. Leyes de carga, momento y empuje para la peor condición de carga en ola trocoidal. 116 49. Modelización de la ola generada en popa “Cuchara”. . . 119
50. Condiciones de contorno. . . 120
51. MPSV con bulbo Recto 2 y la malla C. . . 121
52. Convergencia de malla. . . 122
53. Bulbo elegido por ofrecer una menor resistencia al avance, Bulbo recto 2. . . 123
54. Perfil de olas. . . 124
55. Campo de presiones. . . 125
56. Variaciones de la velocidad en el eje longitudinal. . . 126
57. Módulo 3D a ensayar. . . 129
58. Módulo mallado. . . 131
59. Deformaciones de la primera solución. . . 132
60. Tensiones de la primera solución. . . 132
61. Deformaciones de la segunda solución. . . 134
62. Tensiones de la segunda solución. . . 134
63. Deformaciones de la tercera solución. . . 135
64. Tensiones de la tercera solución. . . 135
65. Deformaciones de la cuarta solución. . . 137
66. Tensiones de la cuarta solución. . . 137
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Capítulo I
Introducción.
El objetivo de este trabajo, consiste en el anteproyecto de la transformación de un pesquero arrastrero en un buque “offshore”. Durante el proyecto se decidirá en que tipo de buque se convier- te, esta decisión se tomará en función de las distintas caracteristicas del pesquero y los distintos requisitos básicos que han de cumplir cada tipo de buque.
El puerto base para el buque “offshore” decidido a lo largo de la realización del proyecto es el puerto de Mongstad, situado en Noruega, se ha elegido este puerto como puerto base ya que es el mayor puerto petrolífero del norte de Europa, se estima que operará con un radio de acción de 200 Km, ya que como se observa en la figura 1 las distintas plataformas petrolíferas ubicadas en el Mar del Norte se encuentran muy cerca de la costa.
Figura 1: Situación de las estaciones petroliferas en Noruega.
Una vez decidido el tipo de buque que se va a realizar, se procederá a hacer una base de datos para saber como se encuentra el estado del arte. Se dimensionarán y transformarán los espacios de carga de tal modo que sea un buque totalmente competitivo ante los de nueva construcción.
Se comprobaran los criterios de estabilidad, la resistencia longitudinal y el francobordo entre otros criterios de la arquitectura naval que serán requisitos imprescindibles para que este antepro- yecto sea viable.
Puesto que se va a remodelar el buque base, se probarán distintos bulbos usando el programa Tdyn para calculo de CFDs, escogiendo así el bulbo que ofrezca una menor resistencia al avance.
Este proyecto tiene la peculiaridad de que se trata de una transformación, y por lo tanto con los medios disponibles de un buque base se ha de llegar a un buque que debe realizar unas tareas que distan mucho de las que originalmente se pensaron para ese buque, por este motivo el buque
al que se llegará no será ni por asomo similar a los de nueva construcción, pese a ello cumplirá con todo lo esperado.
10
Capítulo II
Pesquero Inicial.
En este capitulo se tratará de indicar en un breve resumen las características básicas del pesquero a transformar. Dentro de este capítulo se indicarán y corregiran algunos fallos encontrados en el proyecto del que se partió.
El buque base se trata de un pesquero arrastrero congelador factoría de arrastre de fondo y pelágico de 1744 toneladas de desplazamiento. Con las siguientes dimensiones:
LTotal 57,5 m LPP 50,5 m B 12,0 m
T 4,8 m
Cb 0,574 Cp 0,622
Cm 0,928
Cf 0,757
Tabla 1: Dimensiones principales del pesquero.
Con un motor principal de 3000 KW a 750 rpm, una hélicie en tobera de la serie Kaplan (Ka 5:75) de 3,3 m de diámetro, siendo la tobera 19A, que le proporciona una velocidad en nave- gación libre de 14 nudos. Dispone de dos diesel generadores para el suministro électrico del buque de 534 KW a 1500 rpm cada uno, así como uno de emergencia de las mismas caracteristicas que los dos anteriores.
Tiene un volumen de bodegas de 940 m3, en su interior posee una fábrica de harina de pescado de 163 m3y una habilitación para alojar una tripulación de 45 tripulantes. Contiene enfermería, lavandería y la habilitación necesaría para estos tripulantes. Para mover la carga lleva en cubierta dos grúas. Y para la maniobrabilidad del buque lleva una hélice de proa.
Dentro de los errores de los que se habló al principio cabe destacar que al levantar el plano de formas, que se proporcionaba en el proyecto del buque base, se detecta que los coeficientes no estan relacionados como deberían, por lo tanto los coeficientes del buque base reales son:
Cb 0,461 Cp 0,585 Cm 0,905 Cf 0,752
Tabla 2: Coeficientes reales del pesquero.
Otro de los errores detectados es la velocidad en navegación libre, que con el motor y la hélice seleccionados y la resistencia al avance estimada da una velocidad de 15,19 nudos. Este error debe haber sido producido a raiz del anterior, ya que la resistencia al avance depende directamente de las formas del buque, siendo estas representadas por los coeficientes de formas.
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Distribución general.
Capítulo III
Elección del tipo de buque offshore.
Los buques offshore son todos aquellos buques utilizados en el ámbito offshore, van desde los empleados en las labores constructivas, hasta los que se encargan de dar apoyo logístico a las plataformas.
Las funciones que realizan los buques de apoyo son varias y se utilizan para el suministro de combustible, lodos de perforación, agua dulce, equipos y tubos hacia plataformas offshore u otros buques. Durante estas operaciones de suministro a menudo se utiliza posicionamiento dinámico para permanecer fijos durante las funciones de trasiego o carga y descarga. Otra función, además del suministro, es la lucha contra incendios y antipolución.
La familia de los buques de apoyo se compone por varios subgrupos entre todos ellos destacan:
Multipropósito: tienen la capacidad de asistir a diferentes actividades de la industria offs- hore.
Remolque:su principal actividad radica en asistir a operaciones de remolque, aunque pueden atender otras necesidades de las operaciones offshore.
Seguridad y antipolución:su cometido principal es el de acometer funciones de seguridad contra emergencias y antipolucion. Estas necesidades pueden ser atendidas por otros buques sin estar diseñados para ello.
Suministro:su función principal es el suministro a plataformas offshore y otros buques que desarrollan actividades de instalación, explotación o mantenimiento offshore.
Para examinar la posibilidad de transformación del pesquero en un buque de apoyo a platafoma vamos a ver las características de los buques más representativos de los subgrupos arriba expuestos.
Buques de apoyo a plataformas.
Los buques de apoyo a plataformas (Platform Supply Vessels, PSV). Son buques monocasco que combinan varias funciones y se utilizan para el suministro de combustible, lodos de perforación, agua dulce, equipos de perforación, tubos y personas hacia y desde plataformas marítimas u otros buques (por ejemplo pueden suministrar tubos a un buque de tendido de tuberías). Disponen de posicionamiento dinámico para permanecer en posición durante las acciones acometidas en mar adentro. Además de las funciones anteriormente expuestas también pueden llevar a cabo tareas en la lucha contra incendios y contra la contaminación.
Los buques de suministro se caracterizan por una superestructura y puente hacia proa y una amplia cubierta corrida hasta popa para carga de contenedores modulares y otras cargas sólidas.
No disponen de helipuerto, ni grúas. La plataforma o buque al que suministran utiliza sus porpios medios para elevar las cargas desde la cubierta del buque de suministro.
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Figura 2: Platform Supply Vessels, PSV.
Remolcadores para maniobras con anclas.
Los remolcadores para maniobras con anclas ( Anchor Handling Tug, AHT), se utilizan para fijar y recuperar las anclas de plataformas offshore fondeadas, así como, para el remolque de estas unidades.
Los AHT a menudo tienen una disposición general similar a un PSV, pero tienen una cubierta de popa más corta y además abierta, con un carretel y molinetes de gran tamaño para poder estibar las anclas en cubierta. Son buques de tipo monocasco. Si el AHT puede operar también como buque de apoyo a plataformas recibe el nombre de remolcador para suministro y maniobra con anclas, Anchor Handling Tug Supplier (AHTS).
Figura 3: Anchor Handling Tug, AHT.
Buques de apoyo a buzos.
Los buques de apoyo a buzos (Diving Support Vesel, DSV), se utilizan para dar asistencia a los buzos que realizan inspecciones, construcciones o trabajos de reparación de las estructuras subma- rinas. Para facilitar las operaciones de buceo estos buques tienen campanas de buceo y camaras de descompresión para los buzos. Un pozo central que se utiliza para descender a los buceadores o herramientas submarinas.
A modo de herramienta submarina se utiliza un vehículo operado a distancia (Remotey Operate Vehicle, ROV), se trata de un robot submarino auto-propulsado operado por control remoto para tareas de inspección o trabajos de construcción y reparación. Por lo general el ROV está conectado por un cordón umbilical (un cable para alimentación y control) con el buque de apoyo.
Los buques de apoyo a buzos cuando se encuentran en la zona de operaciones permanecen en su posición mediante un sistema de fondeo o por medio de posicionamiento dinámico. Cuando están
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trabajando con buzos, los requisitos que aplican al sistema de fondeo o de posicionamiento dinámico son muy estrictos, ya que la deriva del buque puede poner a los buzos en peligro.
Figura 4: Diving Support Vesel, DSV.
Buques de apoyo multipropósito.
Un buque de apoyo multipropósito (Multi-Purpose Support Vessel, MPSV), es similar a un buque de apoyo a buzos, pero no cuenta con instalaciones para los buceadores. Si no teniene operaciones con buzos los requisitos de posicionamiento dinámico son menos estrictos.
Los MPSV se pueden realizar una gran variedad de tareas, como son:
- Trabajos de inspección, por ejemplo, de fondos marinos, tuberías, estructuras submarinas.
- Operaciones de construcción, instalación y mantenimiento o reparación.
- Construcción de zanjas para cables o tuberías.
- Instalacion de pequeñas tuberías.
- Trabajos en pozos y servicios de reacondicionamiento.
- Dar apoyo logístico a plataformas y a buques dentro del ámbito offshore.
- Tareas de contraincendios y lucha contra la contaminación.
Los MPSV típicamente tienen una habilitación relativamente grande, helipuerto, una cubierta de trabajo en popa, una o varías grúas y/o un pórtico en popa y un pozo para controlar la bajada del ROV. Este tipo de buques también puede ser de tipo semi-sumergible. Es muy común que estos buques cuenten con instalaciones para buceadores y puede funcionar como un DSV. Cabe destacar la versatilidad de este tipo de buques, dentro de todas las características expuestas anteriormente cada buque MPSV contara con las estrictamente necesarias para cumplir con los requisitos de diseño.
Figura 5: Multi-Purpose Support Vessel, MPSV.
Buques de actuación contra manchas de crudo.
Un buque de actuación contra manchas de crudo, (Oil Spill Response Vessels, OSRV), es un buque monocasco para el suministro a plataformas de perforación y producción. La función principal de estos buques es el transporte de mercancías y personas a/y desde plataformas y otras estructu- ras offshore. Incluyen tanques de fangos para perforación, cemento, salmuera, aceite, combustible, agua potable, agua de servicio, metanol y químicos. Dispone de una cubierta amplia para carga de contenedores modulares. Suele disponer de instalaciones contraincendios para la protección de plataformas, equipos de recuperación de derrames y lucha contra la contaminación.
Figura 6: Oil Spill Response Vessels, OSRV.
Buques de soporte e intervención rápida.
Los buques de soporte e intervención rápida (Fast Support Intervention Vessels, FSIV), son aquellos buques de tipo monocasco para el transporte de pesonas y suministros a plataformas donde se requiere el suministro en emergencia. Son buques de alta velocidad, superior a 25 nudos, con sistema de posicionamiento dinámico y con capacidad de transporte sobre cubierta de hasta 300 toneladas.
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Figura 7: Fast Support Intervention Vessels, FSIV.
Decisión del buque final.
A continuación, se muestra una tabla con los valores entorno a los que se encuentran las dimen- siones de los buques anteriormente expuestos, para así hacer una vista general de a que buque será más viable transformar el pesquero del cual se parte en este proyecto.
Tipo de Buque Eslora (m) Manga (m) Puntal (m) Velocidad máx (nudos)
MPSV 80 18 6,5 13,5
AHT 90 22 9 16
OSRV 75 14 6 13
PSV 80 18 8 15
FSIV 55 10 4,5 30
DSV 60 16 6 13
Tabla 3: Resumen de las dimensiones de los buques “offshore”.
Mediante los valores dimensionales y distintas actividades anteriormente expuestas se estudiará la posibilidad de transformar el pesquero de partida en alguno de los buques offshore que han sido recogidos en la tabla.
Primero se descartaran los que la transformación se hace imposible por distintos motivos. Dentro de este grupo se encuentran los remolcadores para maniobras con anclas y los buques de soporte e intervención rápida. Se pasa a describir de manera breve el por qué se hace imposible la transfor- mación.
El pesquero de partida no se podrá transformar en un remolcador para maniobras con anclas ya que este tipo de buques tienen como dimensión mas restrictiva la manga, puesto que necesitan un área de cubierta con una manga amplia para poder realizar los trabajos con los equipos de fondeo de las plataformas y buques offshore, esta transformación se hace impracticable ya que modificar la manga del buque supone cambiar totalmente el casco y la estructura del buque base.
Tampoco se podrá transformar en un buque de soporte e intervención rápida, debido a que se necesitaría duplicar la velocidad en navegación libre del buque de partida, cosa que se hace imposible
pues no bastaría solo con aumentar la potencia del motor y con ello perder la capacidad de carga del buque objetivo, sino que habría que modificar las formas del buque base por unas mucho más hidrodinámicas, lo cual supondría cambiar completamente el casco del buque y con ello todo lo que este contiene.
Se pasará ahora a ver la viabilidad de transformación en uno de los cuatro restantes, las veloci- dades máximas entorno a las que se dotan los buques pertenecientes a estos cuatro tipos son muy próximas, por lo que no supondrán un criterio de elección, al igual que la manga y el puntal, en el caso de la manga se puede observar que en todos ellos es superior a la del buque base, pero en ningún caso es un criterio excesivamente restrictivo.
Las diferencias más significativas aparecen en la eslora, por lo que se puede tomar esta dimensión como criterio decisivo. Los cuatro buques restantes se pueden dividir en dos grupos, por un lado los que su eslora difiere mucho de la del buque base, buques de apoyo multipropósito y buques de apoyo a plataformas. Y por otro lado los que su eslora se aproxima a la del pesquero de partida, estando claramente en este grupo los buques de apoyo a buzos, y a caballo entre los dos grupos los buques de actuación contra manchas de crudo. Sin embargo, la eslora no supone ningún problema modificarla en una transformación, ya que se puede realizar una ampliación del cuerpo cilíndrico.
Por lo que el pesquero de partida se podría transformar en cualquiera de estos cuatro tipos de buques.
Centrando ahora la atención en las tareas que han de llevar a cabo cada uno de estos cuatro buques, es fácilmente apreciable que los buques de apoyo multipropósito son los más versátiles, realizando tareas que engloban las funciones de los otros tres buques restantes, ya que entre sus acciones destacan:
- La de apoyo logístico a plataformas y buques “offshore” (buques de apoyo a plataforma).
- La lucha contra incendios y tareas contra la contaminación (buques de actuación contra man- chas de crudo).
- Los trabajos de inspección submarina, mediante un vehículo operado a distancia que entre otras tareas es una de las principales acometida por los buques de apoyo a buzos.
Por todos estos motivos se decide transformar el pesquero arrastrero congelador factoría, del que se partía en este proyecto, en un buque de apoyo multipropósito.
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Capítulo IV
Dimensionamiento.
Una vez decidido que el buque en el que se transformará el pesquero de partida será un buque de apoyo multipropósito, se procederá a estudiar el estado del arte de este tipo de buques. Para ello se recopilará información sobre las últimas construcciones. La información se obtiene de páginas Web de astilleros constructores de buques de apoyo a plataformas. En concreto, y por ser los dos astilleros que más información mostraban, se acumula información sobre buques construidos por los astilleros Damen y Bourbon. A partir de esta información recopilada se genera la base de datos, que se muestra en la siguiente página.
El dimensionamiento que se realizará, no será un dimensionamiento típico sobre las dimensiones principales del buque, ya que como se expone en el capítulo anterior, al tratarse de una transfor- mación éstas vienen impuestas:
La manga, se tomará el mismo valor que tenia el pesquero, es decir, 12 m.
El calado, pese a ser variable hasta que se definan los espacios de carga, será similar al del pesquero, 4,8 m, y para los cálculos de resistencia y velocidad de proyecto se tomará un valor superior a éste para tener un margen de seguridad, se tomará 5 m.
La eslora, puesto que los 57,5 m que tiene el pesquero de eslora total es menor que los buques de apoyo multipropósito y que además la manga del buque objetivo será menor que las de los buques con los que tendrá que competir, se decide hacer una ampliación del cuerpo cilíndrico ampliando el buque hasta los 75 m de eslora total, se decide este valor de eslora puesto que es un valor que se encuentra en la parte alta de las esloras de los buques incluidos en la base de datos, no se selecciona un valor mayor puesto que al tener poca manga se teme por la estabilidad.
Por lo tanto el dimensionamiento que se llevará a cabo será de los espacios de carga, por este motivo en la tabla (4) toman tanta importancia las materias y volúmenes de éstas, que carga cada buque expuesto en la tabla.
Nombre L (m) B (m) T (m) PM (t) V (nudos) Grúas
nº Capacidad
Emeral 78,8 18,8 6,22 3660 11 2 110 a 12 / 24 a 6
Jade 78,8 18,8 6,22 3660 11 1 110 a 12
Altair 58,7 15,6 5 1400 10 1 24 a 10,5
Arethuse 58,7 15,6 5 1413 10 1 24 a 10,6
Trieste 79,02 18 5,75 3210 10 2 110 a 14,5 / 24 a 10,5
Vissolela 69,4 18 6,1 3350 10 2 40 a 9 / 54 a 8
8316 83 16 4,25 1162 15,2 2 25 a 17 / 14 a 15
8116 70,6 16 6,5 2170 16 2 24 a 11 / 3,5 a 17
6014 55 14 4,5 1100 14 1 25 a 7
Tabla 4: Base de datos (1).
Nombre Capacidad de Tanques (m3 )
Espuma Aceite Carga Seca Metanol Salmuera Agua Dulce Diesel Oil Lastre Antiheeling Lodos Perforación
Emeral 4,5 1061 384 161 761 744 1283 1241 724 600
Jade 4,5 No 384 161 750 744 1288 2658 540 600
Altair 22 No No No No 434 643 191 226 No
Arethuse 20 No No No No 427 612 151 226 No
Trieste 25 280 No No No 372 852 1840 456 No
Vissolela 24 324 No No No 495 1105 1350 250 No
8316 No No No No No 221 571 710 No No
8116 No 800 No No No 120 475 - No No
6014 No No No No No 480 890 580 No No
Tabla 5: Base de datos (2).
En primer lugar se decide que carga va a llevar. Llevará:
- Espuma.
- Aceite.
- Metanol.
- Agua dulce.
- Diesel oil.
Se observa que la mejor forma de dimensionar los espacios de carga es mediante el peso muerto, al no saber el valor del peso muerto del buque objetivo ya que es lo que se quiere hallar con esta base de datos se iniciará un proceso iterativo.
Se muestran a continuación los datos necesarios para este proceso iterativo del pesquero inicial:
Lpp 50,5 m
L 57,5 m
T 4,8 m
B 12,0 m
Cb 0,574
Cm 0,928
∇ 1669,6 m3
Am 53,4 m2
P. Rosca 1072,5 t Tabla 6: Datos del pesquero.
Mediante estos datos y sabiendo que se va a realizar una ampliación del cuerpo cilíndrico de 17,5 m para conseguir así una eslora total de 75 m, se estiman los valores dimensionales del MPSV.
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L 75,0 m
B 12,0 m
T 4,8 m
Cb’ 0,603
∇’ 2605,07 m3
∆’ 2672,81 t
Tabla 7: Estimación de las dimensiones del MPSV.
Al conservarse tanto el calado como la manga y ser el área de la maestra constante en la transformación el coeficiente de bloque, Cb’, del nuevo buque es fácilmente calculable, quedando así:
Cb0 =(L0− L)Am + ∇
L0BT (1)
Una vez se ha calculado el coeficiente de bloque del nuevo buque, es fácil calcular el desplaza- miento o el volumen de carena de éste.
∇’ = Cb0L0BT (2)
∆’=Cb’L’BTρ (3)
El siguiente paso que habrá que acometer en este dimensionamiento, como ya se dijo anterior- mente, será la estimación del peso muerto del nuevo buque para poder así dimensionar los espacios de carga. El peso muerto se estimará a partir de la estimación del peso en rosca del nuevo buque. Se decide que el aumento del peso en rosca debido a la transformación será igual al aumento del peso de acero debido a esta. Para ello se tomará del proyecto del pesquero de partida el peso por metro de la cuaderna maestra, siendo por tanto el incremento del peso de acero estimado el producto del incremento de eslora por el peso por metro. Para ser más conservadores en los cálculos y puesto que el peso en rosca no sólo depende del peso de acero, se decide aumentar este incremento del peso de acero en un 5 %. Siendo por tanto el peso en rosca del nuevo buque la suma del peso en rosca del pesquero más el incremento del peso de acero corregido. Por tanto, la diferencia entre el despla- zamiento del MPSV y el peso en rosca estimado será el peso muerto con el que se empezará este proceso iterativo que es el dimensionamiento. En la siguiente tabla se recogen los valores obtenidos en la estimación del peso muerto:
P. maestra 7,34 t/m Incremento P. acero 128,48 t
P. acero corregido 134,91 t P. Rosca’ 1207,43 t P. Muerto’ 1465,37 t
Tabla 8: Valores para la estimación del peso muerto.
Tras estudiar el método de cálculo para estimar la cantidad de las distintas cargas que va a llevar el buque, se decide que el mejor método para estimarlo es calcular la media del porcentaje
que ocupa cada una de las cargas en cada barco, a partir de este porcentaje y con el peso muerto estimado anteriormente, se calculará el volumen de las distintas cargas que llevará el buque. Para que este proceso se entienda mejor se pondrán los calculos de una de las cargas del buque, por ejemplo espuma. En primer lugar se hará la media de la división del volumen de espuma de cada buque entre su peso muerto, puesto que se quiere en porcentaje esta media se multiplicará por cien.
Una vez obtenido este porcentaje se multiplicará por el peso muerto estimado para el MPSV y se dividirá por cien. En la siguiente tabla se muestran los valores obtenidos tanto de los porcentajes como del volumen de tanques estimado en esta primera iteración.
%∇tanq.
P M ∇tanq (m3)
Espuma 0,79 11,55
Aceite 21,06 308,64
Metanol 4,40 64,46
Agua dulce 21,83 319,82 Diesel Oil 41,22 603,98
Tabla 9: Primera estimación del volumen de tanques.
Para realizar la segunda iteración en este proceso de dimensionamiento, se partirá de los volúme- nes estimados en la tabla anterior para el cálculo del nuevo peso muerto, por tanto se hace necesario conocer el peso de estos volúmenes, para conseguir esto basta con multiplicar cada volumen por la densidad de cada materia, quedando asi los pesos de los distintas cargas:
∇tanq (m3) Peso (t)
Espuma 11,55 11,84
Aceite 308,64 302,47
Metanol 64,46 51,05
Agua dulce 319,82 319,82 Diesel Oil 603,98 591,90
Tabla 10: Volúmenes y pesos de las cargas del buque.
Manteniendo el peso en rosca, estimado anteriormente y aproximando el nuevo peso muerto a la suma de los pesos de la carga, se observa que la suma de estos dos pesos, o lo que es lo mismo, que el desplazamiento estimado para el nuevo buque toma un valor de 2484,524 t. Al compararlo con el desplazamiento obtenido para un calado de 4,8 m (Δ=2672,807 t) se ve que la diferencia no es excesivamente grande, y se decide no aumentar más el volumen de los tanques en esta fase del proyecto, manteniendo así un margen relativamente amplio de seguridad. Al tomar esta decisión se acaba el proceso de dimensionamiento con una sola iteración. Aún así, el proceso de dimensionamiento de los tanques seguirá abierto durante casi la totalidad del proyecto.
Se decide tomar un calado de 5 m para tener un mayor margen de actuación sobre los pesos, hasta que se pueda calcular de manera más exacta el peso en rosca. Al tomar un calado mayor que el calculado se tendrán unos calculos más conservadores, que en aspectos como los cálculos hidrodinámicos será favorable, ya que al finalizar si se tiene un calado menor lo único que esto acarreará será un menor consumo y una mayor velocidad.
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Para terminar este apartado del proyecto se dimensionarán la grúa, las bombas de trasiego y el ROV.Se decide posicionar una grúa en la sección media y en crujía. Para seleccionar las caracteristicas de la grúa se toman valores intermedios a lo puesto en la base de datos. Para la elección se decide ir a la marca comercial Macgregor, dentro de todas las gamas de grúas que ofrece esta empresa se selecciona la 2806 dentro de la sección “Small AHC cranes”. A continuación, se muestra la página del catálogo donde aparecen recogidas todas las características de esta grúa.
Figura 8: Catálogo gruas “Small AHC cranes”, Macgregor.
Para el dimensionamiento de las bombas de trasiego, se decide tomar como referencia el buque MPSV Bourbon Emerald. Se decide elegir las bombas de la empresa Unitecno, bombas Azcue. Se elegirán las bombas en función del tipo de fluido a trasegar:
- Diesel Oil: el buque llevará dos bombas para el trasiego de Diesel Oil. Para esta función se ha elegido la bomba CA50/5A con un caudal de 300 m3/h y una presión de 10 bar, una potencia de 4 KW y un peso de 105 Kg.
- Agua dulce: el buque llevará dos bombas para el trasiego de agua dulce. Para esta función se ha elegido la bomba CA50/5A con un caudal de 300 m3/h y una presión de 10 bar, una potencia de 4 KW y un peso de 105 Kg.
- Metanol: el buque llevará dos bombas para el trasiego de metanol. Las bombas serán las CA50/3A con un caudal de 100 m3/h y una presión de 8 bar, una potencia de 2,2 KW y un peso de 43 Kg.
L 75 m
B 12 m
T 4,8 m
Δ 2672,807 t
Grúa 25 t a 15 m Capacidades de los tanques
Espuma 11,55 m3 Aceite 308,64 m3 Metanol 64,46 m3 Agua dulce 319,82 m3
Diesel oil 603,98 m3
Tabla 11: Resumen de las dimensiones del buque objetivo.
Se decide llevar un ROV a bordo para así aumentar las distintas funciones del buque, el ROV elegido pertenece a la empresa Bourbon Offshore. Las dimensiones son 3x1,9x2 m (LxBxD), con un peso de 5 toneladas. tiene una potencia de 200 HP, y se puede desplazar con una velocidad de 3 nudos, es capaz de grabar en 1080p HD debajo del agua. Este ROV está pensado para labores de control y revisión de las plataformas.
Figura 9: Remotey Operate Vehicle, ROV.
A continuación, se muestra en forma de tabla un resumen de las dimensiones elegidas para el buque objetivo, algunas de estas dimensiones podrán variar hasta llegar al buque final.
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Capítulo V
Validación del alargamiento.
En este apartado se pretende comprobar que el alargamiento se puede realizar, ya que al tratarse de un alargamiento relativamente grande puede ser que estructuralmente no sea posible realizarlo, por no cumplir con lo requerido por la sociedad de clasificación. Puesto que el pesquero se ha hecho siguiendo lo requerido por la sociedad de clasificación “Det Norske Veritas, DNV”.
Es muy importante esta validación ya que, como se sabe, la estructura del buque es la que tiene que soportar todas las cargas a las que estará sometido el buque durante su vida y la que proporcionará la resistencia y rigidez necesarias. Esta validación se hará a través del estudio del momento flector en aguas tranquilas del buque viga, siguiendo lo dispuesto en la norma DNV.
Puesto que la estructura ya esta definida en el pesquero se añadirá al final de esta parte el plano de la cuaderna maestra. Se calculará el modulo mínimo de la cuaderna maestra requerido por la sociedad de clasificación, que posteriormente se comparará con el módulo de la maestra calculado en el proyecto del buque pesquero, siendo el criterio de aceptación del alargamiento que el módulo de la maestra sea mayor al requerido por la sociedad de clasificación.
La sociedad de clasificación, DNV, exige un módulo mínimo de los elementos longitudinales continuos, en cada sección transversal, con el fin de que pueda hacer frente a los momentos flectores.
El momento flector máximo normalmente se encontrará dentro del cuerpo cilíndrico, por esto es por lo que se decide como criterio de validación el módulo de la cuaderna maestra. Este módulo es el cociente entre el momento flector máximo y la tensión del material que da la sociedad de clasificación.
El momento flector de aguas tranquilas de diseño normalmente no debe ser tomado, en el centro del buque, como menos de:
MSO= 0, 0052 ∗ L3∗ B ∗ (Cb + 0, 7) = 36565, 43 KN·m (4) En los extremos del buque el momento en aguas tranquilas será gradualmente disminuido hasta llegar a cero en las perpendiculares de proa y popa.
En la situación de arrufo se emplea el momento de ola:
MW O= 0, 11 ∗ Cw ∗ L2∗ B ∗ (Cb + 0, 7) = 61261, 15 KN·m (5) En la situación de quebranto sin embargo es:
MW O= 0, 19 ∗ Cw ∗ L2∗ B ∗ Cb = 52488, 36 KN·m (6) Donde Cw es el coeficiente de ola:
Cw = 0, 0792 ∗ L = 5, 94 (7)
Una vez se tienen estos valores ya se esta en disposición de calcular el módulo de la cuaderna maestra, aplicando:
Z = MS+ MW
175 ∗ 103(cm3) (8)
Z = 36565, 43 + 61261, 15
175 ∗ 103= 559009 cm3 (9)
Por otro lado, según el reglamento de Det Norske Veritas, el módulo resistente de la maestra con respecto al fondo y a la cubierta superior no deberá ser inferior a:
Z0= CW 0∗ L2∗ B ∗ (Cb + 0, 7) (10)
Donde CW0 es un coeficiente cuyo valor es:
CW 0= m´ax[5, 7 + 0, 022L; 7] (11)
CW 0= m´ax[7, 35; 7] = 7, 35 (12)
Tomando el módulo mínimo resistente de la maestra un valor de Z0=689117,60 cm3.
El módulo de la cuaderna maestra toma su valor mínimo en cubierta, con un valor de 1363053,072 cm3, calculado en el proyecto del pesquero de partida, por lo tanto se puede concluir que, en primera instancia, el alargamiento se puede llevar a cabo sin inclumplir lo requerido estructuralmente por la sociedad de clasificación Det Norske Veritas. Dentro del proyecto se volverá a comprobar este resultado con los momentos flectores reales a los que se verá sometido el “buque viga” por los distintos casos de carga y olas para los que se estudiará el buque objetivo.
27
Capítulo VI
Generación de formas.
Partiendo del plano de formas del pesquero inicial se levantará este plano, obteniendo el modelo del casco del pesquero en 3D, y este casco se modificará hasta conseguir el casco del buque buscado.
Para modelar tanto el pesquero como el MPSV ha sido utilizado el programa “Maxsurf Modeler Advanced”, con ayuda para ciertas partes del programa “Rhinoceros” en su quinta versión. En esta parte del proyecto no solo se verán las formas y pesquero y su posterior transformación, sino que esta parte tambien incluye la generación de distintos bulbos para su posterior estudio hidrodinámico. En primer lugar se mostrará la modelización del pesquero, a continuación su transformación al casco del MPSV, seguido de las distintas soluciones que se estudiarán para la proa y para finalizar se mostrarán todos los planos de formas.
El proceso de obtener el casco del pesquero en 3D comienza obteniendo del proyecto del pesquero los planos de formas de éste, una vez obtenidos se insertan en el entorno de “Maxsurf” y se escalan, poniendo el punto de origen en la intersección de la perpendicular de popa con la línea base. Para obtener las superficies de partida, las últimas versiones de “Maxsurf” tienen unos buques tipo en los cuales se pueden decidir la eslora, la manga y el puntal. En este caso se han seleccionado como superficies de partida las de un carguero, ya que son similares a las del pesquero en cuestión. A partir de estas superficies y moviendo los puntos de control de las mismas se adapta el buque de
“Maxsurf” a los planos de formas del pesquero. En esta parte se encontraron ciertas dificultades, ya que las secciones no estaban equidistantes en el plano de fomas que se ofrecía en el proyecto.
Una vez obtenido el buque en 3D, se pasa a verificar que tenga las mismas características que las definidas en el pesquero inicial, todo esto procurando que el buque generado esté lo mejor alisado posible. En la comparativa entre los desplazamientos se observa que se aproxima bastante, al igual que con los coeficientes de formas, salvo en el coeficiente de bloque que se queda muy por debajo.
Como se sabe, que los coeficientes de formas estan interrelacionados se observa que el proyecto de partida tiene mal definido este coeficiente, puesto que todos salvo éste se aproximan con un grado aceptable, por este motivo no se tiene en cuenta el coeficiente ofrecido por el proyecto base y en todos los cálculos sucesivos se tomará este nuevo coeficiente. A continuación, se muestran las características básicas del pesquero que se usarán de aquí en adelante, estas características se dan en función del calado.
Calado (m)
3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0 5,2 5,4
Desplazamiento (t) 1121,00 1205,00 1291,00 1380,00 1471,00 1564,00 1659,00 1756,00 1854,00 1955,00 2056,00
Escora (º) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Trimado (m) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Eslora de
52,94 53,34 53,13 53,12 53,20 53,29 53,38 53,48 53,58 53,69 53,80
la flotación (m) Manga máx.
11,86 11,87 11,87 11,87 11,86 11,86 11,86 11,86 11,86 11,87 11,87
flotación (m) Superficie mojada (m2
) 604,86 634,21 660,96 687,08 712,86 738,45 763,94 786,01 810,83 835,65 860,46 Área de la
400,73 415,06 426,93 438,04 448,53 458,50 468,05 476,93 484,97 492,68 500,01 flotación (m2)
Cp 0,541 0,543 0,552 0,559 0,566 0,572 0,578 0,585 0,591 0,597 0,602
Cb 0,391 0,399 0,412 0,423 0,433 0,443 0,452 0,461 0,470 0,479 0,487
Cm 0,868 0,874 0,880 0,886 0,891 0,896 0,901 0,905 0,909 0,912 0,915
Cf 0,638 0,656 0,677 0,695 0,711 0,725 0,739 0,752 0,763 0,773 0,783
LCB (m) 24,24 24,16 24,06 23,96 23,85 23,73 23,62 23,51 23,40 23,29 23,19
LCF (m) 23,44 22,89 22,54 22,27 22,03 21,83 21,65 21,50 21,38 21,28 21,20
KB (m) 1,84 1,95 2,07 2,19 2,30 2,42 2,54 2,66 2,78 2,90 3,02
BMt (m) 2,93 2,83 2,75 2,67 2,60 2,54 2,49 2,44 2,38 2,33 2,28
BMl (m) 47,89 49,29 49,27 48,92 48,37 47,71 47,00 46,22 45,35 44,50 43,65
KMt (m) 4,76 4,78 4,81 4,86 4,91 4,97 5,03 5,10 5,16 5,23 5,30
KMl (m) 49,73 51,24 51,34 51,10 50,68 50,14 49,54 48,88 48,13 47,40 46,67
Inmersión (t/cm) 4,11 4,25 4,38 4,49 4,60 4,70 4,80 4,89 4,97 5,05 5,13
MTc (T·m) 9,98 11,08 11,90 12,65 13,36 14,04 14,70 15,33 15,91 16,49 17,05
Tabla 12: Características básicas del pesquero en función del pesquero.
El grado de alisado se regirá por la homogeneidad de la curva de áreas seccionales, siendo este criterio bastante subjetivo pero muy útil, pues es el único que se adoptará. La curva de áreas del pesquero modelado se muestra a continuación:
29
Figura 10: Curva de áreas del pesquero.
Observando la curva de áreas se puede apreciar un grado de alisamiento bastante aceptable, ya que es una curva sin irregularidades ni picos ni discontinuidades, también se pueden llegar a apreciar los hombros levemente, ya que este buque se afina rápidamente en proa.
A continuación se muestra una imagen extraida del entorno de “Maxsurf” en la que se puede apreciar el pesquero en perspectiva:
Figura 11: Pesquero en perspectiva.
Una vez obtenido el pesquero en 3D es fácil transformarlo al MPSV, puesto que al tratarse de una ampliación del cuerpo cilíndrico bastará con mover los puntos de control situados a proa de la sección media la distancia que a la que se quiera ampliar, en el caso de este proyecto esta distancia serán 17,5 m.
Tras haber modelado el casco en 3D, se decide estudiar la posibilidad de modificar el bulbo para así conseguir una mayor eficiencia hidrodinámica. En esta parte del proyecto solo se mostrará la modelización de los distintos bulbos. Se estudiarán un total de seis bulbos:
31
Base:este bulbo será a consecuencia de conservar el bulbo que ya tiene el pesquero inicial.
Figura 12: Bulbo base.
Base alargado:como ya se sabe, las dimensiones del bulbo dependen de las dimensiones del buque asociado, por ello se decide alargar el bulbo lo que marcan las ecuaciones recomendadas:
Xx = 0,2642 ∗ Cb ∗ B
Lpp + 0,0046
∗ Lpp = 2,047 m. (13)
Se alarga 1 m con respecto al bulbo base para alcanzar el valor obtenido con la anterior ecuación.
Este mismo valor de eslora se usará para los sucesivos bulbos.
Figura 13: Bulbo base alargado.
Peonza: se modela dandole la eslora obtenida anteriormente e intentando que se asemeje a los bulbos de este tipo.
Figura 14: Bulbo peonza.
Recto 1:consiste en un bulbo fabricado en su mayoria mediante placas planas, por lo que engloba un coste constructivo bastante menor que los anteriores, tiene formas rectas y se afina en la proa.
Figura 15: Bulbo recto 1
33
Recto 2:es similar al bulbo anterior salvo por su proa elevada.
Figura 16: Bulbo recto 2
Sin bulbo: este caso solo se estudiará por interes académico, así se podrá observar cuanto disminuye la resistencia al avance el bulbo de proa.
Figura 17: Sin bulbo
A continuación, se muestra el plano de formas del pesquero alargado conservando aún el bulbo base, en el capítulo en el que se elige el bulbo, se incluirá el plano de formas del MPSV.
Plano de formas.
Long. 1 Long. 2 Long. 3 Long. 4 Long. 5 Long. 6 Long. 7 Long. 8 Long. 9
Long. 1 Long. 2 Long. 3 Long. 4 Long. 5 Long. 6 Long. 7 Long. 8 Long. 9
Línea de agua 5 Línea de agua 6 Línea de agua 8 Línea de agua 7
Línea de agua 4 Línea de agua 3 Línea de agua 2 Línea de agua 1
Línea Base L. A. 8
L. A. 7 L. A. 6 L. A. 5 L. A. 4
L. A. 2 L. A. 3
L. A. 1 L. Base
L. 1 L. 2
L. 3
L. 4 L. 6 L. 5 L. 7
L. 8 L. 9 L. 6
L. 5
L. 2 L. 9
L. 8 L. 7
L. 4
L. 3 L. 1 L. 2
L. 9 L. 8 L. 6
L. 5 L. 4
L. 3
L. 7
Ppr Ppp secc. 1 secc. 2 secc. 3 secc. 4 secc. 5 secc. 6 secc. 7 secc. 8 secc. 9 secc. 10 secc. 11 secc. 12 secc. 13 secc. 14 secc. 15 secc. 16 secc. 17 secc. 18 secc. 19
secc. 19 secc. 18
secc. 17 secc. 16
secc. 15 secc. 14
secc. 13 secc. 12
secc. 11 secc. 10
secc. 9 secc. 8
secc. 7 secc. 6
secc. 5 secc. 4
secc. 3 secc. 2
secc. 1
Ppp Ppr
secc. 19 secc. 18
secc. 17 secc. 16
secc. 15 secc. 14
secc. 13 secc. 12
secc. 11 secc. 10
secc. 9 secc. 8
secc. 7 secc. 6
secc. 5 secc. 4
secc. 3 secc. 2
secc. 1
Ppp Ppr
secc. 19 secc. 18
secc. 17 secc. 16
secc. 15 secc. 14
secc. 13 secc. 12
secc. 11 secc. 10
secc. 9 secc. 8
secc. 7 secc. 6
secc. 5 secc. 4
secc. 3 secc. 2
secc. 1
Ppp Ppr
S. 6 S. 7
S.8
S. 9 S. 10
S. 11 S. 12
S S . . 1 4 1 3 S . 1 5 S . 1 6 S . 1 7 S . 1 8 S . 1 9 S. 20
S . 5
S . 4 S . 3
S. 2 S. 1 S. 0
L. A. 0
L. A. 1 L. A. 2 L. A. 3L. A. 4 L. A. 5 L. A. 6 L. A . 7
L. A . 8
2017 ETSINO ESCALA:
1:75
Plano de formas
FDO. Pablo Romero Tello
Universidad Politécnica de Cartagena
Características Principales
Eslora Total... 75 m Eslora entre perpendiculares... 67,5 m Manga de trazado... 12 m Calado de proyecto... 5 m Características de Trazado
Separación entre líneas de agua... 1,075 m Separación entre secciones... 3,37 m Separación entre longitudinales... 0,59 m
Pesquero alargado
L . 1
Capítulo VII
Hidrostáticas, francobordo y arqueo.
Características hidrostáticas.
Para el cálculo de las características hidrostáticas bastará con introducir el modelo 3D del MPSV que se realizó con el programa “Maxsurf Modeler” en el programa “Maxsurf Stability”, en versiones anteriores era conocido como “Hidromax”. Con este programa es muy sencillo calcular tanto las características hidrostáticas como las gráficas asociadas a éstas. Se calcularán las hidrostáticas para distintos calados en este buque esta variación será entre un calado mínimo de 3 m y uno máximo de 5 m, en saltos de 0,2 m, sin escora y sin trimado. Las características hidrostáticas se reflejan en la siguiente tabla:
Calado (m)
3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0
Desplazamiento (t) 1547,00 1668,00 1791,00 1916,00 2045,00 2175,00 2309,00 2444,00 2581,00 2720,00 2861,00 Eslora de
67,13 67,61 70,44 70,84 70,63 70,62 70,70 70,79 70,88 70,98 71,08
la flotación (m) Manga máx.
11,85 11,87 11,88 11,88 11,89 11,88 11,88 11,88 11,88 11,87 11,87
flotación (m) Superficie mojada (m2
) 823,15 854,43 888,96 924,95 958,66 991,82 1024,69 1057,37 1089,95 1119,08 1150,98 Área de la
584,09 593,26 605,84 620,13 632,24 643,59 654,30 664,47 674,19 683,18 691,33 flotación (m2)
Cp 0,668 0,668 0,646 0,647 0,655 0,660 0,665 0,670 0,675 0,680 0,684
Cb 0,467 0,476 0,468 0,477 0,489 0,500 0,510 0,519 0,529 0,537 0,546
Cm 0,860 0,867 0,873 0,879 0,885 0,891 0,896 0,901 0,905 0,909 0,913
Cf 0,734 0,739 0,724 0,737 0,753 0,767 0,779 0,790 0,801 0,811 0,819
LCB (m) 32,801 32,798 32,771 32,713 32,636 32,548 32,454 32,357 32,258 32,160 32,062
LCF (m) 32,90 32,61 32,16 31,66 31,32 31,05 30,81 30,59 30,40 30,24 30,12
KB (m) 1,59 1,70 1,81 1,92 2,03 2,14 2,25 2,37 2,48 2,59 2,71
BMt (m) 3,51 3,33 3,18 3,05 2,92 2,82 2,72 2,63 2,55 2,47 2,40
BMl (m) 93,41 89,76 88,67 88,74 87,56 86,15 84,60 83,01 81,40 79,74 78,00
KMt (m) 5,09 5,03 4,99 4,96 4,95 4,96 4,97 5,00 5,03 5,07 5,11
KMl (m) 95,00 91,45 90,47 90,66 89,59 88,29 86,86 85,37 83,88 82,33 80,70
Inmersión (t/cm) 5,99 6,08 6,21 6,36 6,48 6,60 6,71 6,81 6,91 7,00 7,09
MTc (T·m) 20,52 21,25 22,56 24,20 25,50 26,71 27,86 28,96 30,02 31,02 31,94
Tabla 13: Características hidrostáticas del MPSV.
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A continuación se muestran las gráficas de las características hidrostáticas en función del calado.
Figura 18: Curva desplazamiento - calado
Figura 19: Curvas de coeficicentes - calado
Figura 20: Curva de superficie mojada - calado
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Figura 21: Curva KB - calado
Figura 22: Curva LCB - calado
Figura 23: Curva LCF - calado
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Cálculo del Francobordo.
El francobordo es uno de los elementos de más importancia en el diseño de un buque y se calcula mediante lo establecido por el “Convenio Internacional de Líneas de Máxima Carga de 1966”, redactado por la “Organización Marítima Internacional” (OMI).
Se pueden establecer tres funciones fundamentales del francobordo:
1. Como reserva de flotabilidad para que, cuando el buque navegue entre olas, el agua embarcada resultante de los movimientos de éste sea mínima.
2. En el caso de que se produzca una inundación en el buque, exista una reserva de flotabilidad que evite el hundimiento del mismo.
3. El francobordo aumenta el ángulo de estabilidad nula, referido a la estabilidad transversal del buque.
La dimensión fundamental para determinar el cálculo del francobordo es la eslora de francobordo (L), que se define como el máximo de los siguientes valores, medidos al 85 % del mínimo puntal de trazado:
a) El 96 % de la eslora desde el extremo de la roda hasta el extremo del codaste:
96 %L = 67, 91 m
b) La eslora desde el extremo de la roda hasta el eje de la mecha del timón:
L = 67, 75 m Por lo tanto la eslora de francobordo será igual a 67,91 m.
La manga (B) será igual a la máxima medida en el centro del buque, que se encuentra en el medio de la eslora. En este caso es igual a 12 m.
El puntal de francobordo (D) es el de trazado o construcción aumentado por el espesor de la chapa del trancanil que, en este caso, mide 9 mm, por tanto el puntal de francobordo es 5,009 m.
El coeficiente de bloque obtenido a un calado del 85 % del puntal de trazado, es:
Cb = Δ
1, 025 ∗ L ∗ B ∗ D (14)
El desplazamiento para este calado se obtiene de la tabla (12) representada en el capítulo anterior para un calado igual a 4,25 m. Dando un valor del coeficiente de bloque de 0,512.
A continuación, se calcularán las distintas correcciones que hay que hacerle a este valor ini- cial para obtener el francobordo de verano, que son: la corrección por puntal, la reducción por superestructuras y la corrección por arrufo.
Corrección por puntal.
Puesto que D es mayor que L dividido entre quince se aplica la siguiente ecuación:
Correcci´on =
D − L
15
R (15)
Siendo R igual a la eslora partido entre 0,48 por ser un buque menor de 100 m de eslora. Sabiendo esto, la corrección por puntal toma el valor de 68,15 mm.
Reducción por superestructura.
En los barcos con eslora igual o inferior a 75 m, la altura reglamentaria de cualquier superestructura, que no sea saltillo, es de 1,8 m. La altura de las super estructura del buque proyecto es de 2,3 m.
La longitud media de cubierta de la superestructura es, S= 67,91 m, que coincide con su longitud efectiva (E) puesto que es totalmente cerrada.
Teniendo por tanto las siguientes relaciones:
S E = L
E = 1 (16)
La corrección se obtiene mediante interpolación lineal entre los valores de E= 24 m y E=85 m;
Eslora E Corrección
24 m 350 mm
85 m 860 mm
67,9 m 717,12 mm
Tabla 14: Reducción por superestructura.
La corrección a aplicar será de signo negativo puesto que se trata de una reducción.
Corrección por arrufo.
Las siguientes fórmulas proporcionan las ordenadas de la línea reglamentaria de arrufo en cada punto de la eslora:
Posición Ordenada Reglamentaria Factor Valor final Ppp 25 L3 + 10 = 575, 91 mm 1 575,91 mm L/6 de Ppp 11, 1 L3 + 10 = 261, 27 mm 3 783,80 mm L/3 de Ppp 2, 8 L3 + 10 = 71, 38 mm 3 220,15 mm
sección media 0 mm 1 0 mm
L/3 de Ppr 5, 6 L3 + 10 = 136, 76 mm 3 410,30 mm L/6 de Ppr 22, 2 L3 + 10 = 512, 53 mm 3 1537,60 mm
Ppr 50 L3 + 10 = 1141, 83 mm 1 1141,83 mm Tabla 15: Ordenadas de la línea reglamentaria de arrufo.
Siendo la Suma Total de los valores finales igual a 5237,19 mm.
Quedando la corrección lista para calcular a falta solo de aplicar la siguiente ecuación:
Correcci´on = SumaT otal 16
0, 75 − S 2L
= 81, 83 mm (17)
Una vez calculadas las correcciones se hace el sumatorio de estas para hallar el valor total de las correcciones, siendo este valor igual a -567,14 mm.
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Francobordo Tabular.
El buque sobre el que se centra el proyecto es un buque tipo A, para obtener el francobordo tabular se entra en la tabla para buques tipo A con la eslora de francobordo obtenida, y de no ser una de las esloras que aparecen se interpolará linealmente, de tal modo se muestra a continuación:
Eslora Francobordo
67 m 666 mm
68 m 680 mm
67,91 m 678,74 mm Tabla 16: Francobordo tabular.
Calculo de los distintos francobordos.
Se calcularán el francobordo de verano (V), el tropical (T), el de invierno (I) y el de invierno en el Atlántico Norte (ANI). Todos estos francobordos se muestran resumidos en una tabla, junto al calado máximo que se puede alcanzar sin sobrepasar el francobordo exigido para cada situación.
Situación Francobordo Calado máximo
V 109 mm 4,90 m
T 50 mm 4,95 m
I 115 mm 4,89 m
ANI 165 mm 4,85 m
Tabla 17: Francobordos y calados máximos.