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Ingeniería Técnica Naval Tel. 956016046. Fax. 956016045 [email protected]

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El único responsable del contenido de este proyecto es el alumno que lo ha realizado.

La Universidad de Cádiz, La Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Naval, los Departamentos a los que pertenecen el profesor tutor y los miembros del Tribunal de Proyectos Fin de Carrera así como el mismo profesor tutor NO SON RESPONSABLES DEL CONTENIDO DE ESTE PROYECTO.

Los proyectos fin de carrera pueden contener errores detectados por el Tribunal de Proyectos Fin de Carrera y que estos no hayan sido implementados o corregidos en la versión aquí expuesta.

La calificación de los proyectos fin de carrera puede variar desde el aprobado (5) hasta la matrícula de honor (10), por lo que el tipo y número de errores que contienen puede ser muy diferentes de un proyecto a otro.

Este proyecto fin de carrera está redactado y elaborado con una finalidad académica y nunca se deberá hacer uso profesional del mismo, ya que puede contener errores que podrían poner en peligro vidas humanas.

Fdo. La Comisión de Proyectos de Fin de Carrera Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Naval

Universidad de Cádiz

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ANTEPROYECTO DE GRANELERO DE 170.000 T. P. M. Página 1

1. ESPECIFICACIONES DEL PROYECTO 1.1 Datos Técnicos y Requerimientos:

- Tipo de buque: Granelero de 170.000 T. P. M - Número de buques a construir: uno

- Estimación de la vida útil del barco: 25 años, esta estimación se efectúa en base sobre todo a la fatiga a la que va estar sometido el buque durante su servicio.

- La velocidad de servicio oscila alrededor de 14 nudos aproximadamente.

- Para permitir dicha travesía deberá tener una autonomía de 9 días, con una velocidad de servicio de 14 nudos, recorriendo 3000 millas.

- Constará de una tripulación de 26 personas.

- Planta propulsora: Motor Diesel 2T Directamente acoplado (PMC 23240 BHP, N121)

- Los medios de carga y descarga y la rapidez con la que el buque pueda ser totalmente cargado y descargado dependerá de los medios de cada puerto, puesto que el buque no dispondrá de ningún tipo a bordo.

- Tendrá empujadores transversales en proa para facilitar las maniobras de atraque, o de entrada y salida de puertos.

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- El timón será de doble sustentación, aportando:

a) Mejora de todas las características de maniobrabilidad.

b) Reducción del consumo del buque

c) Ahorro por reducción del auxilio de remolcadores en puerto.

- La ruta contemplada será la comprendida por los puertos de Barcelona, Algeciras, Lisboa, Las Palmas de Gran Canarias.

*Mapa de las rutas del buque Granelero:

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1.2 Factores limitativos en la explotación del buque

Como condicionante físico para los medios de carga y descarga tendremos que tener en cuenta las alturas límites establecidas por las terminales de carga para Graneleros de cada puerto, así como las alturas de marea en todos los puertos de operación.

Otras limitaciones vendrán impuestas por las de arqueo, las reglas de francobordo, las sociedades de clasificación y reglamentos nacionales aplicables. Es decir:

- Convenio internacional para la seguridad de la vida en el mar, 1974 incluido el protocolo de 1978 y la enmienda, 1981/1983.

- Convenio internacional de las líneas de carga, 1966.

- Convenio internacional de arqueo, 1969.

- ISO 6954, Evaluación general de vibraciones en buques mercantes.

- IMO, Resolución A468 (XII), Código sobre niveles de ruido abordo.

- Convenio internacional para la prevención de la polución de los buques, 1973 y protocolo de 1978.

- Convenio sobre las regulaciones internacionales para prevenir colisiones en el mar, 1972 y la enmienda 1981.

- Regulaciones internacionales de telecomunicación y radio, 1974 y edición de 1982.

- U.S.C.G. Reglamento para buques extranjeros operando en aguas navegables de E.E.U.U.

- Recomendaciones para el amarre seguro de grandes buques 1978 (0.C.I.M.F.)

- Marpol 73/78, enmiendas de 1992.

- OPA-90

- Sociedades de clasificación: Lloyd´s Register of Shipping

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2. ESTUDIO ESTADÍSTICO ACTUALIZADO/FLOTA REAL

Primero vamos a proceder a realizar un estudio estadístico de buques similares a nuestro.

N O M B R E A Ñ O C . LO A ( m ) LP P ( m ) B ( m ) D ( m ) T . (m ) D W T G T N T ∆ ( T ) B H P V ( N ) N º B .

Caecilie Bulker 2009 281 280,5 45 25 18 179.362 93.216 60.032 196.130 14,5 9

Mineral Capeasia 2005 279 45 18 174.101 88.853 58.005 9

Gry Bulker 2009 279 279 45 25 18 174.000 91.508 57.746 195.696 14,5 9

Anangel Odyssey 2006 279 45 18 171.681 87.050 55.279 14,5 9

Nord Power 2005 279 45 18 176.000 14 9

Nord-Kraft 2000 278 45 18 176.000 14 9

NordTramp 2000 285 45 18 171.199 14 9

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Quorn 2001 280 46 25 18 179.869 92.194 59.690 190.045 14,5 9

Irongate 2003 278 45 25 18 179.618 92.614 58.024 190.525 14,5 9

Northgate 2004 278 45 25 18 179.422 93.049 57.631 191.002 14,5 9

Cape Heron 2005 279 45 25 18 177.656 88.494 58.950 189.007 14 9

Cape Harrier 2005 279 45 25 18 177.005 89.651 59.031 181.442 14 9

Cape Stork 2004 279 45 25 18 171.039 83.658 55.405 181.031 14 9

Snowdon 2005 272 46 25 18 170.079 85.848 55.402 188.911 14 9

Rutland 2000 271 46 25 18 170.013 85.848 55.402 188.991 14 9

Irfon 2004 278 45 25 18 165.729 85.364 53.664 178.156 13,5 9

HeyThrop 2006 278 45 25 18 165.729 85.721 55.032 178.158 13,5 9

Cape Kestrel 2004 270 45 25 18 161.475 81.589 52.487 171.049 13,5 9

Cape Falcon 2008 270 45 25 18 161.475 81.589 52.487 171.049 13,5 9

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Cape Eagle 2004 270 45 25 18 161.475 81.589 52.487 171.049 13,5 9

Cape Osprey 2002 270 45 25 18 161.448 81.589 52.487 171.049 13,5 9

Cape Hawk 2007 270 45 25 18 161.425 81.589 52.487 171.049 13,5 9

Bulk Africa 2002 279 258 44 25 18 175.458 87.590 56.834 174.991 21480 14 9

Bulk Australia 2003 279 258 44 25 18 173.326 87.059 56.834 174.882 22920 14 9

SUMA 6.641 1075,5 1081,098 475 431 4.114.584 1.825.662 1175396 3.589.624 321,5

MÁXIMA 291 282,5 47 25 18 179.869 93.216 60.032 260.130 14,5

MÍNIMA 280 258 44 23 13 161.425 81.589 52.487 181.049 13,5

MEDIA 276,69 268,88 45,046 25 17,959 171441 86936 55971 188928 13,978

NOMBRE AÑO C. LOA (m) LPP (m) B (m) D (m) T. (m) DWT GT NT ∆ (T) BHP V (N) Nº B.

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3. ESTUDIO ESTADÍSTICO DE FÓRMULAS EMPÍRICAS

Se ha analizado una muestra de Graneleros actuales, de peso muerto entre 165.000 y 175.000 T. P. M. La velocidad de estos buques suele aumentar con su tamaño, y el No. De Fraude varía entre los valores 0,21 a 0,26. De esta muestra de Graneleros se han deducido, las dimensiones eslora entre perpendiculares, manga, puntal y calado de francobordo, en función del peso muerto.

A continuación procederemos a recoger información siguiendo con las ecuaciones que se indican en el libro “Proyectos de estructuras marinas”.

Sabiendo que exp(a) = e^a, y que WPM está expresado en miles de toneladas:

* Eslora entre perpendiculares:

Lpp = exp (4,05-0,0003WPM+0,31 ln (WPM))

Lpp = 268,002 m.

* Manga:

B = exp (2,31+0,00069WPM +0,27 ln (WPM ))

B = 45,013 m.

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* Puntal:

D = exp (1,68-0,29/WPM+0,3 ln (WPM))

D = 25,067 m.

* Calado de francobordo:

T = exp (1,30+0,00032WPM+0,3 ln (WPM))

T = 18,001 m.

4. DIMENSIONAMIENTO PRINCIPAL

Una vez obtenido todos los datos necesarios del estudio estadístico personal y del estudio estadístico del libro “proyecto del Buque mercante”, decido las siguientes dimensiones principales:

Dimensiones Principales

Lpp 268m

B 45m

D 25m

T 18m

T. P. M. 170.000 T

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5. DISEÑO DE LAS FORMAS

5.1 RELACIONES DE DIMENSIONES PRINCIPALES

Comenzaremos realizando todas las relaciones de las dimensiones principales ya definidas.

* RELACIÓN L/B:

Según los datos obtenidos en el apartado anterior esta relación tiene un valor tal que:

L/B = 268/ 45 = 5,95

Este valor según los gráficos puede oscilar entre 5,8 – 6,2, por tanto es aceptable.

* RELACIÓN B / T :

La relación B / T tiene influencia en la estabilidad inicial y en la resistencia al avance, la cual podemos reducir al disminuir la manga. Sabemos que en buques de calado restringido, como en nuestro caso, esta relación se eleva desfavorablemente pues suele adjudicarse a la manga la responsabilidad mayor en la obtención del desplazamiento requerido.

B / T = 45 / 18 = 2,5 que consideramos como válida puesto que el rango en que oscilan la relación en que nos basamos es 2,4 – 2,6.

* RELACIÓN L / D:

Siguiendo los valores normales de la muestra de Graneleros según nuestro peso muerto esta relación debería oscilar entre 10,5 – 11,6, obteniendo una primera aproximación de la deflexión de la viga - buque sin considerar caso singular la estructura.

Así pues L / D = 268 / 25 = 10,72 lo cual se halla dentro de los límites.

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* RELACIÓN B/ D:

B/D = 45 / 25 = 1,8

Este nivel aunque está dentro del rango 1,8 – 1,9 nos convendría que fuera más alto para tener niveles de estabilidad más altos pero al ser más bien bajo nos permite tener superestructuras reducidas y ausencia de maquinaria de cubierta para carga y descarga lo cual es de nuestro interés.

* RELACIÓN T / D:

Esta relación nos proporciona una información preliminar del Francobordo.

Su valor será:

T / D = 18 / 25 = 0,72 el cual es aceptable aunque roce los Límites del rango en que nos basamos 0,72-0,74.

Podemos aplicar una reducción de francobordo puesto que un buque Tipo B, de más de 100 m de eslora, puede tener un francobordo reducido si cumple algunos requerimientos adicionales, permitiéndose una reducción del francobordo tabular o básico del 60 %, como máximo, de la diferencia entre el francobordo como Tipo A y como Tipo B, pasando a ser un buque denominado Tipo B-60.

Observamos que para el peso muerto de nuestro buque sus parámetros principales cumplen con las relaciones indicadas en la anterior tabla, siendo el número de Froude:

FN = V / (g*Lpp)^1/2= 0,27

La relación Peso Muerto / Desplazamiento de estos buques puede variar mucho dentro del mismo tamaño de buque, en función de la velocidad, medios de carga, estándar y tamaño de acomodaciones etc. por lo que no pueden darse una cifras concretas. Para una primera orientación puede considerarse un valor entre 0,86 y 0,88.

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* Elección de los coeficientes de carena:

5.2 COEFICIENTE DE BLOQUE (CB)

Tiene una incidencia muy grande sobre la resistencia a la marcha y sobre la capacidad de carga y, en menor medida, sobre la estabilidad, maniobrabilidad….

Para una elección adecuada del CB haremos una media de los distintos resultados obtenidos mediante varias fórmulas.

• FÓRMULA DE KATSOULIS:

CB= 0,8217*f * Lpp ^0,42* B ^-0,3072* T ^0,1721* V ^-0,6135 Siendo f = 1,03. ya que es un granelero

CB = 0,89

• FÓRMULA DE KERLEN:

CB = 1,179 – 2,026 * FN que tendremos que tener en cuenta si CB > 0,78 CB = 1,179 – 2,026* 0,27= 0,63

Como sale menor de 0,78 omitimos dicho resultado y tomamos 0,78.

MEDIA DEL CB: (0,89+ 0,78)/2 = 0,82 CB = 0,82

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5.3 COEFICIENTE DE LA SECCIÓN MEDIA:

Para una elección adecuada del CM nos basamos en la fórmula de HSVA teniendo en cuenta el resultado del CB = 0,67726

CM = 1/ (1+ (1 – CB) ^3,5)= 1/ (1 + (1 – 0,6843) ^3,5) = 0,98262 CM = 0,98262

5.4 COEFICIENTE DE LA FLOTACIÓN (CWP):

Para obtener este coeficiente nos basamos en la fórmula de J.Torroja CWP = A + B * CB

Siendo A y B coeficientes que están en función del grado U/V de las secciones transversales, grado que se representa por un parámetro G que vale 0,5 para un carguero (un 50 % de formas en U) Los valores de A y B son:

A = 0,248 + 0,049* 0,5 = 0,2725 B = 0,778 – 0,035 * 0,5 = 0,7605

Utilizaremos el coeficiente de bloque obtenido anteriormente CB = 0,67726 y los anteriores que serán constantes

CWP = 0,2725 + 0,7605 * 0,82 = 0,7929

CWP = 0,7929

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5.5 COEFICIENTE PRISMÁTICO LONGITUDINAL (CP):

Para una elección adecuada nos basamos en la fórmula de H.E. Saunders CP = c1 + c2* FN +c3* FN ²+ c4 * Ln (FN) + c5 * (Ln (FN))²

En el siguiente gráfico se relacionan el coeficiente prismático longitudinal con el número de Fraude:

Y el gráfico siendo los valores de los coeficientes, los siguientes para las dos curvas, superior e inferior del gráfico.

Coeficiente Curva Inferior Curva Superior

C1 - 36,60 - 34,60

C2 57,51 53,90

C3 - 22,20 - 20,30

C4 - 23,00 - 22,00

C5 - 3, 97 - 3,86

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Siendo FN = 0,27

CP superior = - 34,60 + 53,90 * 0,27 + (- 20,30)* 0,27 ²+ ( -22,00 ) Ln(0,27) + ( -3,86) *(Ln 0,27) ²= 0,661

CP inferior = - 36,60 + 57,51 * 0,27 + (- 22,20) (0,27)²+ (- 23,00) * Ln (0,27) + (-3,97)(Ln 0,27)²=0,618

Una fórmula de L.TROOST para estimar CP es:

CP = 1,2 – (2,12 x FN) = 0,6276 Y haciendo la media obtenemos:

CP (medio) = (0,661 + 0,618 + 0,6276)/ 3 = 0,63553

5.6 POSICIÓN LONGITUDINAL DEL CENTRO DE CARENA (XB):

La posición longitudinal del centro de carena XB debe determinarse en base a consideración hidrodinámicas y de trimados del buque en las distintas condiciones de carga. Teóricamente existe un valor óptimo de XB para el afinamiento y velocidad de cada buque, que se debería tratar de adoptar, intentando que la posición longitudinal coincida con este XB. Sin embargo, puede ser difícil que esta coincidencia se produzca en todas las condiciones de carga, por lo que frecuentemente se elige un XB de compromiso entre ambos condicionantes.

Por otra parte, existe un margen bastante amplio en el valor del XB, dentro del cual su repercusión sobre la resistencia al avance es pequeña, lo que facilita una elección del XB adecuada a los dos aspectos, trimado y propulsión.

A continuación, se indica una fórmula publicada por L: Troost, sobre la posición adecuada del XB para que la resistencia al avance sea mínima.

XB = (17, 5 x CP) – 12, 5

XB = (17, 5 x 0, 7185) – 12, 5 = -1,37 % Lpp XB = 3,69 m a popa de la sección media.

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Según el canal de experiencias hidrodinámicas holandés MARIN podemos aproximar el valor de la posición longitudinal del centro de carena mediante la siguiente fórmula:

XB = - 2,55 + 3,37 * CB ^{– 4,67}– 17667* FN ^5,36–0,29 * CB ^–13* FN ^0,32 Siendo CB = 0,82 FN = 0,27

XB = -24,99 % Lpp

Según Van Lammeren:

XB max = 1.8 % Lpp a Pr de (Lpp / 2) XB min = -0.2 % Lpp a Pr de (Lpp / 2)

Según SNAME:

XB = -0.8 % Lpp a Pr de la sección media

XB medio = (XB1 + XB Max + XB Min + XB²+ XB³)/5=-5,112% Lpp Por lo tanto la situación del centro de carena en sentido longitudinal sea de 13,7 m. a popa de la cuaderna maestra.

5.7 LONGITUD DEL CUERPO CILINDRICO (LP):

Una aproximación adecuada de la longitud del cuerpo cilíndrico o paralelo se puede dar por la siguiente fórmula:

LP = - 658 + 1607CB – 914 CB ²= -658 +1607* 0,82 – 914 * 0,82²= 45%

de LPP

LP = 45%LPP LP = 120,6 m.

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5.8 5.8

5.8 5.8 Análisis de formas. Extremos de proa y popa:

Durante el proceso de definición de las formas, cualquiera que sea el método utilizado, debe de prestarse especial atención a determinadas características, cuya influencia en la resistencia al avance y en el flujo al propulsor permiten mejorar en gran medida el comportamiento hidrodinámico del buque, sin afectar apenas a la estiba y manipulación de la carga. Normalmente la mayor influencia hidrodinámica de las formas se concentra en los extremos de popa y proa que, en términos generales, son zonas inútiles para la estiba y manejo de la carga.

Zona de popa

Esta zona es de máxima importancia. En ella se disponen el propulsor o propulsores y el timón o timones, y su diseño afecta, por tanto, conjuntamente a la propulsión –su influencia en el rendimiento propulsivo es muy conocida por todos los proyectistas- y a la maniobrabilidad del buque.

Las formas de la popa deben proyectarse para conseguir un flujo estable de entrada de agua a la hélice, que logre una correcta distribución de la estela en el disco de la hélice. Además han de eliminarse los problemas de cavitación, y de vibraciones en el casco o en la línea de ejes.

El primer condicionante de las formas de esta zona puede ser el dar cabida a la hélice de mayor diámetro, compatible con el logro de conseguir una inmersión adecuada en todas las situaciones de navegación o situaciones de carga previstas para el buque; en concreto la más adversa suele ser la situación de llegada en lastre con 10% de consumos. Como inmersión adecuada mínima se considera un margen de 1/10 del diámetro de la hélice sobre su punto más alto.

A partir de esta condición se construye el codaste que garantice los huelgos mínimos entre hélice, codaste y timón, que recomiendan distintas entidades: Sociedades de Clasificación, Canales, etc.

Se dispondrá espejo de popa, lo que se traduce en una menor resistencia y mayor facilidad constructiva.

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Bulbo de popa

No consideramos conveniente disponer bulbo de popa, debido a que se produce un aumento del coeficiente de succión, empeorando el rendimiento de la carena. Aumenta la resistencia a la marcha. No se consigue regular la uniformidad del flujo de agua a la entrada de la hélice, aumentando el riesgo de cavitación y vibraciones inducidas hélice – caso. Por lo general el bulbo de popa, origina variaciones bruscas en la curvatura de las terminaciones de las líneas de agua próximas a la bocina, y por tanto es causa de un aumento de la resistencia al avance.

Zona de proa

Un bulbo apropiado debe disminuir la resistencia por formación de olas, la resistencia de las olas rompientes y la resistencia residual de origen viscoso y a la vez aumentar la resistencia friccional, por lo que dispondremos de él para conseguir las características y prestaciones necesarias en nuestro buque. En el análisis de la proa deberá prestarse atención en primer lugar al ángulo de entrada, ENTA, en la línea de agua de la flotación al calado de proyecto, que depende del coeficiente prismático, CP, (o del bloque, CP si suponemos fijado el coeficiente de la maestra, CM) y de la relación LPP/B. También se estudian el abanico de la parte alta que mide el gradiente de las líneas de agua más altas a fin de prevenir a un lado el incremento de resistencias por olas rompientes, y embarques de agua en la zona de maniobra de proa, molinetes, estopores, etc.

La decisión sobre la utilización o no del bulbo de proa y, en caso afirmativo la selección del más idóneo, se hace, por consideraciones de mejoras propulsivas en las distintas situaciones de carga; aunque no deben de olvidarse otros aspectos, tales como:

La posible mejora del comportamiento en la mar (reducción de pantocazos, potencia requeridas con olas, etc.), el incremento de coste estructural e incluso la operación con hielo, cuando este prevista.

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Un bulbo apropiado, propulsivamente hablando, actúa de la siguiente forma:

- Reduce la resistencia de formación de olas, al disminuir el tren de olas generado por el buque.

- Reduce la resistencia por olas rompientes, al conseguir menos olas y más amortiguadas.

- Reduce la resistencia residual de carácter viscoso al disminuir los torbellinos de proa.

- Aumenta la resistencia friccional por aumentar la superficie mojada.

Si el balance en la resistencia total al avance del buque de los 4 incrementos anteriores es negativo, el bulbo es conveniente, y no lo es si es nulo o positivo.

Es importante tener en cuenta que la disposición de un bulbo en proa incrementa los costes de construcción y en determinados casos su disposición disminuye significativamente loa potencia requerida.

La experiencia indica que su disposición es ventajosa para buques rápidos con coeficientes de bloque menores de 0,626 y el nº de Froude mayores de 0,26. No parece que su disposición minimice la resistencia en buques con valores 0,625<Cb<0,725 y Cb>0,825.

En general, no existen criterios seguros para conocer si es apropiado o no disponer un bulbo en proa y qué tipo de bulbo podría ser el más indicado.

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Bulbo de proa

Se ha optado por un bulbo del tipo ovalado (con concentración de volumen en su parte central) dada su idoneidad para buques de formas llenas como es nuestro caso, con este tipo de bulbo se garantiza la seguridad del buque en condiciones adversas.

Este tipo de bulbo es apropiado para nuestro buque que tiene que operar en mala mar.

• Parámetros principales de la forma del bulbo

- Altura del punto de máxima protuberancia, Hx, es la altura sobre la línea de base del punto más a proa del bulbo. Se suele

adimensionalizar dividiendo por el calado, Hx/T.

- Abscisa del punto de máxima protuberancia, Xx, se suele definir referido a la perpendicular de proa. Se adimensionaliza con la eslora, Xx/LPP.

- Manga del bulbo, Yx20, es la manga máxima del bulbo en la sección transversal de la perpendicular de proa, sección 20. Se adimensionaliza con la manga del buque, Yx20/B.

- Altura máxima del bulbo en la sección 20, Zx20.

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- Área transversal del bulbo en la perpendicular de proa, S20, se adimensionaliza dividiendo por área hasta el calado de proyecto de la sección maestra, S10, S20/S10.

- Área lateral del bulbo, SI, es el área del bulbo en el plano de crujía a proa de la perpendicular de proa, su expresión adimensional es:

SI/S10.

- Coeficiente de afinamiento de la sección del bulbo, C20, que es igual a S20/Yx20*Zx20.

- Coeficiente t de Taylor, utilizado para buques rápidos, que se define por la expresión:

Lpp * tan (cas) T = ---

2*(S10-S20)

Donde cas, es el ángulo que forma la tangente a la curva estándar de áreas seccionales en la perpendicular de proa con la horizontal; tg (cas) se toma siempre positiva.

• Campo de aplicación del bulbo de proa

- 0,65 < CB < 0,835, como veremos a continuación el valor de nuestro coeficiente de bloque es de 0,82 por lo que observamos que queda dentro del intervalo de valores.

- 5,5 < L/B < 7,0, el resultado de dicha relación es L/B = 5,95 por lo que observamos que coincide con el intervalo de valores anteriores.

- CB* B/L < 0,135, el resultado de esa operación es CB* B/L = 0,1149 por lo que vemos que cumple con la anterior desigualdad.

- Sin embargo, no se disponen de correlaciones fiables que liguen el FN y la idoneidad del bulbo.

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Nuestro buque está dentro del campo de aplicación del bulbo de proa ya que, según nuestras dimensiones y parámetros principales cumple con las anteriores condiciones numéricas.

• Valores preliminares de los parámetros principales:

La altura del punto de máxima protuberancia, Hx

Es aconsejable definir la altura Hx para la situación de lastre. Esta altura se puede estimar a partir de un buque de referencia o buque base, o bien utilizar su valor adimensionalizado dentro del rango siguiente:

0,35< Hx/T < 0,55 Estimaremos un valor medio de 0,45, por lo tanto:

Hx/T = 0,45 Hx es igual a 18* 0,45 = 8,1 m.

La abscisa del punto de máxima protuberancia adimensionalizada, X = Xx/Lpp

- Bulbo para la condición de lastre:

X = Xx/Lpp = 0, 1811 * CB * B / Lpp +0, 0074 X = 0, 1811 * 0, 82 * 45/268 + 0, 0074 = 0,031 m.

- Bulbo para plena carga y lastre

X = Xx/Lpp = 0, 2642 * CB * B/Lpp – 0, 0046 X = 0, 2642 * 0, 82 * 45/268 – 0, 0046 = 0,03 m.

Xx = 6.9 m.

(25)

El área transversal adimensionalizada, S20/S10 en tanto por ciento, Sa20

Se indica en una tabla, para distintos valores del coeficiente de bloque y de relaciones eslora-manga.

En general los valores de Sa20 se encuentran dentro de los rangos siguientes, según el tipo de buque:

- Cargueros: 7 -10 % - Graneleros: 9 -12 % - Petroleros: 10 – 14 %

ÁREA TRANSVERSAL, Sa20 = 100 x S20/S10

LPP/B

CB

0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85

4,80 5,6 6,2 6,6 7,2 7,9 8,6 9,3

5,00 5,8 6,4 6,9 7,4 8,2 8,8 9,3

5,20 6,1 6,7 7,3 7,8 8,4 9,0 9,8

5,40 6,3 6,9 7,6 8,1 8,6 9,3 10,1

5,60 6,5 7,2 7,8 8,4 8,9 9,6 10,4

5,80 6,7 7,4 8,0 8,6 9,2 9,9 10,7

6,00 6,9 7,6 8,2 8,8 9,5 10,2 11,0

6,20 7,2 7,9 8,5 9,1 9,7 10,5 11,3

6,40 7,5 8,1 8,7 9,3 10,0 10,8 11,6

6,60 7,8 8,4 9,0 9,6 10,3 11,1 11,9

6,80 8,0 8,6 9,2 9,8 10,5 11,4 12,2

7,00 8,2 8,8 9,4 10,0 10,7 11,6 12,5

7,20 8,4 8,9 9,6 10,2 11,0 11,8 12,8

CB = 0,82 LPP/B = 5.95 Sa20 = 8,45 m²

(26)

5.9 DEFINICIÓN DE LAS FORMAS

Una vez definidas las formas de nuestro granelero realizamos nuestro plano de formas con el software Maxsurf.

(27)

6. DISEÑO ESTRUCTURAL

La estructura de nuestro granelero debe ser lo más lisa posible para favorecer la limpieza y vaciado de los tanques y reducir las averías provocadas por las cucharas.

La sección transversal de nuestro granelero será la de doble fondo, y dos tolvas laterales una baja y otra alta

Nuestro buque tendrá las siguientes características estructurales:

Manga de la escotilla = 0,5B

Sombra lateral bajo escotilla = 1,5-1,7m Brusca de la cubierta = 0,02B

Inclinación tolva alta = 30º Inclinación tolva baja = 45º

El fondo y doble fondo se dispondrá de estructura longitudinal al igual que las tolvas altas y bajas.

El costado entre tolvas se reforzará de forma transversal (cuadernas).

Los refuerzos de las tolvas altas y bajas se situarán en las zonas internas.

El espaciado de cuadernas se adoptará en función de la zona de carga, teniendo que estar siempre entre 905 mm y 1020 mm, en nuestro caso tomaremos como espaciado de cuadernas 1000 mm de forma que los cálculos salgan lo más cuadrado posible.

El espaciado entre bulárcamas será de 4000 mm ya que es una magnitud que mantienen todos los buques anteriormente clasificados.

Los espaciados de longitudinales de fondo y doble fondo serán de 855mm de forma que simplifiquemos el cálculo, al igual que los espaciados longitudinales de las tolvas que serán de 885mm.

El momento flector de aguas tranquilas (290000Tm) estipulado por los artículos de las sociedades de clasificación.

Los espaciados de varengas serán de 1770mm y los de vagras de 1710mm basados en buques reales.

Nuestro buque dispondrá de mamparos transversales corrugados. Uno de ellos será destinado a bodega inundable, el cual estará compuesto de acero de alto límite elástico.

(28)

7. DISPOSICIÓN GENERAL

En este apartado se exponen métodos aplicables en las primeras fases del proyecto conceptual y preliminar, y métodos más exactos, que requieren el conocimiento de datos aproximados del buque, para aproximar más la cifra a medida que avanza el proyecto.

7 . 1 7 . 1 7 . 1

7 . 1 Z O N A D E C A R G A :

La estimación del volumen de los espacios de carga es una de las tareas más importantes del proyecto preliminar del buque mercante, ya que se debe alcanzar el valor fijado en las bases del proyecto, y este volumen está directamente relacionado con las dimensiones principales del buque.

El granelero dispondrá de 9 tanques de carga distribuidas de proa a popa abarcando toda la manga. Cada tanque tendrá 23,8 metros de eslora y dispondrá de 6 tolvas, 2 altas, 2 bajas a cada costado y 2 bajas en cada mamparo divisorio de tanques. Los tanques de la zona central del buque tendrán un volumen de 22618 m3.

7 . 2 7 . 2 7 . 2

7 . 2 PIQUE DE PROA:

Las sociedades de Clasificación requieren que el mamparo del pique de proa se sitúe una distancia mínima y otra máxima a la perpendicular de proa que en nuestro caso un buque con bulbo de proa y mayor 200m de eslora sería:

- Distancia mínima = 10- f2 = 8 m Donde f2 = LBU = 2

- Distancia máxima = 0,08 * Lpp – f2 = 19,44m

Se considera un valor del 40% mayor que el mínimo reglamentario.

Lpique proa = 11,2 m.

(29)

7 . 3 7 . 3 7 . 3

7 . 3 PIQUE DE POPA:

Como indicamos anteriormente una longitud apropiada sería el 4% de Lpp, que nos coincide con la longitud de la línea de ejes fuera de la cámara de máquinas, siendo esta distancia

Lpique popa = 10,72 m

7.4 CÁMARA DE MÁQUINAS:

Una estimación para buques propulsados por un motor diesel de 2 tiempos directamente acoplado a la hélice para cargueros sería:

Lcm = 2,53 * Lpp ^0,34+ 3,87 *10 ^–6* MCO ^1,50=2,53 * 268 ^0,34+ 3,87 *10 ^–

6 * 23240 ^1,50

= 30,642m 7 . 5

7 . 5 7 . 5

7 . 5 DOBLE FONDO:

Ha de tener una altura mínima para que cumpla con los requisitos estructurales que establecen las sociedades de clasificación. Según Det Norske Veritas:

DDF = 250 + 20 * B + 50 * Te Siendo Te el calado de escantillonado

DDF = 2050 mm DDF = 2,05 m

(30)

8. ESCANTILLONADO DE C. MAESTRA

8.1 CARACTERÍSTICAS DEL BUQUE:

Se trata de un bulk Carrier para transporte de grano. El buque tiene 9 bodegas, las 2, 4, 6 y 8 pueden ir vacías, La bodega 8 está prevista como bodega inundable, hay que reforzar sus escantillones.

La maquinaria va situada en popa.

Las características son las siguientes:

-Eslora en la flotación (m): L=275

-Eslora entre perpendiculares (m): Lpp=268

-Eslora de escantillonado (m): Le = 268

-Manga (m): B = 45

-Puntal (m): D = 25

-Calado (m): d = 18,5

-Desplazamiento (ton): ∆= 188043,8

-Espaciado de cuadernas (mm): = 1000

-Espaciado de bulárcamas (mm): = 4000

-Espaciado de varengas (mm): = 1.770

-Espaciado de vagras (mm): = 1.710

-Espaciado de longitudinales de fondo y doble fondo (mm) : = 855 -Espaciado de longitudinales de tolva alta y baja (mm): = 885 -Espaciado de longitudinales de cubierta (mm): = 750

-Factor de estiba (m³/tons) : = 0.65

-Velocidad (nudos) : = 14

-Momento flector en aguas tranquilas (ton*m): Ms= 290.000

Se ha adaptado estructura longitudinal en la cubierta principal y en el fondo y doble fondo y en las tolvas bajas, debido a los requerimientos de la sociedad de clasificación.

En las tolvas bajas está previsto llevar lastre. En las tolvas altas es posible llevar lastre o grano. Para lo cual en el costado se ha previsto estructura transversal.

En la bodega la estructura adoptada es también transversal, debido a que el almacenamiento de agua tiene una serie de interferencias en su almacenamiento y descarga en zonas con estructura longitudinal.

(31)

8.2 REQUERIMIENTO DEL REGLAMENTO DEL LLOYD'S REGISTER OF SHIPPING:

Los requerimientos por el buque que estamos proyectando se concretan en los siguientes artículos:

101- este capítulo se aplica a los buques de altura de formas y proporciones normales y una eslora de 90 mts. y más.

Los buques de formas o proporciones anormales destinados al transporte de cargas especiales o para servicio especial o restringido. Recibirán una consideración individual a base de las normas generales de estas Reglas.

104- Eslora L es la distancia, en metros, en la flotación de verano desde la cara de proa de la roda a la cara de popa del codaste o al eje de la mecha del timón, si aquel no existe. L no debe ser menor de 96 % y no precisa ser mayor de 97 % de la eslora extrema en la flotación de verano.

La maestra debe tomarse a la mitad de la longitud L, medida desde la cara de proa de la roda.

En buques con disposiciones anormales de la popa la longitud L se considerara especialmente.

105- La manga B es la manga máxima fuera de miembros, en metros.

106- El puntal D se mide, en metros, al centro de la eslora L desde la cara alta de la quilla al canto alto del bao de la cubierta continua más alta, o como se define en la sección apropiada.

Cuando se trata de un trancanil curvado, el puntal D se medirá hasta la continuación de la linea de cubierta fuera de miembros.

107- El calado d es el calado de verano, en metros, medido desde la cara alta de la quilla.

(32)

112- Los escantillones de los elementos estructurales pueden determinarse por cálculo directo. En tales casos, las hipótesis hechas y los cálculos deben remitirse para su aprobación.

116- Los escantillones de aquellos elementos para los cuales se emplee acero de alta tensión podrán reducirse como lo permiten otras secciones de este capítulo.

Con este objeto se deducirá un factor k de acero de alta tensión, como sigue:

k = 25/Y (k = 15.8/Y .u.ingl)

ó k = 0,725

Tomándose el mayor de los valores deducidos, donde Y= Limite fluencia Se considerarán especialmente los aceros en los que Y sea mayor de 36 kg/mm2

Para el acero dulce k debe tomarse igual a 1,0.

124- Los escantillones en la maestra se extenderán sobre 0,4L al centro y pueden irse reduciendo gradualmente hasta los permitidos en los extremos, excepto donde se requiera de otro modo por estas Reglas.

125- Para longitudinales, cuadernas y refuerzos de mamparos el módulo de la sección requerido por las reglas, según la fórmula apropiada, es el del perfil en asociación con una banda de chapa de 610 mm.(24 pulgs) del mismo espesor que los forros del casco, cubiertas o mamparos, según el casco cuando la chapa asociada sea de espesor variable, se tomará el espesor medio sobre el panel.

Los módulos efectivos de las secciones de perfiles laminados y su área sin chapa asociada figuran la publicación “Geometric Propreties of Rolled Sections and Built Girders”.

Los módulos efectivos de las secciones de barras planas y secciones armadas pueden obtenerse de curvas que figuran en la misma publicación.

(33)

8.3 CALCULO DE LA RESISTENCIA LONGITUDINAL:

301- Símbolos

L = Eslora del buque, en metros (pies).

Lpp = Distancia, en metros (pies), desde la cara de proa de la roda hasta la cara de popa del codaste o hasta el eje de la mecha del timón, caso de no existir aquél. En buques con disposiciones anormales la eslora Lpp se considerará especialmente.

B = Manga del buque, en metros (pies).

D = Puntal de buque, en metros (pies).

Cb = Coeficiente de bloque fuera de miembros, que no debe tomarse menor de 0,50.

El coeficiente de bloque se determinará empleando la eslora L.

I = Momento de inercia, en cm4 (pulg2 pies2 ) de la cuaderna maestra respecto al eje neutro horizontal.

y = Distancia vertical, en metros (pies), desde el eje neutro hasta el canto del bao al costado o hasta la cara alta de la quilla, según sea apropiado.

(I/y)m = Módulo resistente mínimo de la sección de la maestra,cm3 (pulg2 pies ).

I/y = Módulo resistente proyectado a la maestra, en cm3 (pulg2 pies),a la cubierta o al fondo, según sea apropiado.

k = Factor del acero de alta tensión.

Mw = Momento flector sobre la ola reglamentaria, en tonelámetros (ton/pies).

Ms = Momento flector proyectado en aguas tranquilas, en tonelámetros (ton/pies).

Fw = Esfuerzo cortante sobre la ola reglamentaria, en tonelámetros (ton/pies) Fs = Esfuerzo cortante proyectado en aguas tranquilas, en toneladas (tons).

V = Velocidad máxima de servicio en nudos, con el buque en la condición de carga.

σs = La resistencia a la flexión reglamentaria en aguas tranquilas, en kg/mm2(ton/pulg2).

σw = La resistencia a la flexión sobre la ola reglamentaria, en kg/mm2 (ton/pulg2)

σc = La resistencia reglamentaria combinada (σs + σw ) , en kg/mm2 (ton/pulg2 ).

302- Los cálculos de resistencia longitudinal deben hacerse teniendo en cuenta el margen de las condiciones en carga y en lastre propuestas para el buque, con objeto de determinar el módulo de resistencia mínimo de la

(34)

ESLORA C VELOCIDAD

V 200mts o menos >0,80

=0,65

<0,50

17 20 25

Mas de 200 mts >0,80

=0,65

<0,50

18 23 28

maestra y , cuando sea aplicable, los esfuerzos cortantes que pueden ser impuestos a la estructura del casco.

303- Los requisitos de esta sección se aplican a los buques de altura de formas, proporciones y velocidad normales menos que se empleen procedimientos de cálculo directo, en cuya caso se remitirán para su aprobación las hipótesis hechas y los cálculos realizados, para los buques con notaciones de servicios restringidos se consideraran las propuestas para una reducción convenientes del módulo resistente de la sección del casco.

304-Se requerirá, en general, una consideración individual basada en procedimientos de cálculo directo para buques que tengan una o más de las siguientes características:

(a) Eslora L mayor de 400 mts.

(b) Velocidad V mayor que la definida en la tabla D 3.1 en relación con el coeficiente de bloque asociado.

(c) Proyecto fuera de lo normal.

(d) Distribución anormal del peso del casco.

(e) L/D mayor de 17, L/B mayor que 5 o B/D mayor de 2,5.

(f) Aberturas largas en cubierta o cuando puedan presentarse tensiones de (g) Aberturas para carga por el costado en las tracas de cinta y trancanil.

TABLA D 3.1

(35)

Lloyd`s register of shipping. Capítulo D.

NOTA: Las velocidades para valores intermedios de Cb se obtendrán por interpolación.

L/D = 268/25 = 10,72 L/B = 268/45 = 5,95 B/D = 45/25 = 1,8

Entonces nuestro buque no tiene las características que implique cálculos directos.

(36)

8.4 CONDICIONES DE CARGA CONSIDERADAS:

310- Las condiciones principales de carga a examinar deben incluir lo siguiente:

b- Para otros tipos de buques.

(i)- Condiciones de plena carga homogénea y, si es aplicable, no homogénea, de carga parcial, incluso cubertada y en lastre. Los cálculos comprenderán las condiciones de salida y arribada.

(ii)- Detalles de la estiba especificada cuando se desee una notación de clase, permitiendo llevar vacías ciertas bodegas.

(iii)- Detalles de las propuestas alturas de líquido cuando se proponga llevar agua de lastre o cargas liquidas en bodegas.

(iv)- Condiciones de carga para viajes cortos o en aguas abrigadas, cuando se pretende un mayor momento flector en aguas tranquilas.

(v)- Detalles del lastrado a medio viaje u otros cambios propuestos en las condiciones de carga

(37)

ESLORA L FACTOR C

Mts.

90 100 125 150

Pies

295 328 410 492

7,840 8,040 8,473 8,913

Más de 150 sin exceder

de 300

C1 = 10,75 – ( 300-L/100)^1,5

(C₁= 10,75 – (984-L/328)^1,5)

Más de 300 sin exceder

de 350

Más de 984 Sin exceder De 1148

375 400

1230 1312

10,69 10,63

8.5 MOMENTO FLECTOR EN AGUAS TRANQUILAS:

313- El modulo reglamentario de la cuaderna maestra se determinara en función del momento flector del proyecto en asociación con la resistencia máxima admisible, dependiente del tipo del buque.

El momento flector del proyecto se tomara como la suma de los momentos flectores componentes en aguas tranquilas y en la ola, que se deducirán como sigue.

314- El momento flector del proyecto en aguas tranquilas Ms es el máximo momento

En el buque de proyecto el máximo momento flector en aguas tranquilas, deducido de tomar momentos de pesos y empujes es de 290.000 Tn.x m.

315- El momento flector reglamentario en la ola Mw se calculara en la maestra y está dado por la siguiente expresión:

Mw = σw C1 L2 B(Cb + 0,7) x 10-3 tonelametros.

[ Mw = 14.4 σw C1 L2 B(Cb + 0,7) x 10-5 tons pie]

Donde C1 tiene los valores de la tabla D 3.2 y σw los de la tabla D 3.4.

(38)

Fn< 0,20 Fn = 0,30

Lloyd`s register of shipping, Capitulo D

NOTA: Los valores intermedios de C1 se obtendrán por interpolación.

Mw = σw C1 L2 B (Cb + 0,7) x 10-3 tonelametros.

σw = Tabla D 3.4 es de tipo 1 según 318 luego σw = 10 kg/mm2. C1 = según tabla D.3.2 C1 = 10,75 – (300-L/100)1,5

= 10,75- (300-268/100)1,5

= 10,5689 Cb = 0,82

Mw = 10 x 10,5689 x 2682 x 45 x (0,82 +0,7) x 10-3 Ton.m Mw = 519224,8607 tons.m

316- cuando se requiere conocer el momento flector en otras cuadernas a lo largo de la eslora del buque, los valores en la maestra deben ser multiplicados por los factores dados en la tabla D3.3. Estos valores están basados en el número de froude, Fn, definido

por Fn= V/√Lpp = 0,27

(39)

SITUACION FACTOR

Cuaderna 0 (Pp.Pr) 2

4 6 8

10 (Mitad de Lpp) 12

14 16 18

20 (Pp.Pr)

0,00 0,14 0,30 0,58 0,87 1,00 0,90 0,68 0,41 0,20 0,00

0,00 0,14 0,30 0,58 0,87 1,00 0,95 0,80 0,62 0,33 0,00

Lloyd`s register of shipping. Capitulo D

Para valores intermedios de Fn el factor puede determinarse por interpolación lineal y para valores mayores de 0,3 puede hacerse una extrapolación lineal.

(40)

8.6 MOMENTO FLECTOR TOTAL:

La suma de los momentos flectores en agua tranquila más en ola:

Mw + Ms = 290.000 + 519224,8607

Mw + Ms = 809224,8607 tnxm