Anteproyecto de buque granelero de 45.000 toneladas de peso muerto

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Y OCEÁNICA

ANTEPROYECTO DE BUQUE GRANELERO DE 45000 TPM

PROYECTO FIN DE GRADO

ALUMNO:

Hamza MESSOUDI DIRECTOR:

Carlos MASCARAQUE RAMÍREZ

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ANTEPROYECTO DE BUQUE GRANELERO DE 45000 TPM

CUADERNILLO 0

MEMORIA EXPLICATIVA

ALUMNO:

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ÍNDICE:

1. INTRODUCCION: ... 4

1.1. CLASIFICACIÓN DE LOS BUQUES GRANELEROS. ... 4

1.1.1. Buques según su tonelaje. ... 4

1.1.2. Buques según su longitud. ... 7

1.1.3. Buques según su cargamento. ... 7

2. ANÁLISIS DE LOS FLETES EN EL TRANSPORTE MARÍTIMO INTERNACIONAL: ... 8

3. EL MERCADO DE FLETES DE GRANELES SÓLIDOS: ... 10

3.1. EVOLUCION DE LOS FLETES DE GRANELES SOLIDOS SEGÚN EL TAMAÑO DE LOS BUQUES. ... 10

3.2. EVOLUCION DE LOS FLETES DE GRANEL SOLIDO SEGÚN LAS DIFERENTES EUTAS Y LOS TAMAÑOS DE LOS BUQUES. ... 11

4. ETAPAS DEL PROYECTO: ... 13

4.1. DIMENSIONAMIENTO Y FORMAS. ... 13

4.2. CÁLCULO DE LA ARQUITECTURA NAVAL. ... 14

4.3. PREDICCIÉN DE LA POTENCIA A INSTALAR Y DISEÑO DE HÉLICE Y TIMÓN. ... 14

4.4. DISPOSICION GENERAL. ... 14

4.5. SITUACIONES DE CARGA Y RESISTENCIA LONGITUDINAL. ... 15

4.6. PRESUPUESTO. ... 15

5. BIBLIOGRAFIA:... 16

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1. INTRODUCCION:

Los buques graneleros o bulk Carrier son buques mercantes utilizados dentro del comercio internacional para el transporte de mercancía suelta o de granel. El transporte de dicha mercancía es realizado bajo un coste determinado por el peso total de la mercancía exportada. Los buque graneleros se caracterizan por ser uno de los buques mercantes más grandes dentro del comercio internacional. También se caracterizan por no transportar mercancía empacada. Esto quiere decir que la mercancía se encuentra suelta y ubicada en bodegas dispuestas para esta función en las escotilla.

La definición del buque granelero según la Regla IX 1.6 de SOLAS es la siguiente:

Buque que en general se construye con una sola cubierta, tanques en la parte superior de los costados y tanques laterales tipo tolva en los espacios de carga y destinado principalmente al transporte de carga seca a granel, incluso tipos como los mineraleros y los buques de carga combinados.

1.1. CLASIFICACIÓN DE LOS BUQUES GRANELEROS.

1.1.1. Buques según su tonelaje.

Este tipo de clasificación de buques graneleros es la más común debido que este tipo de buques trabajan en condición a su capacidad de almacenaje por peso. Según esta

clasificación se encuentran.

Handy-Sized: son el tipo de buque mercante más numeroso a nivel mundial. Su capacidad de almacenaje es de unas 40.000 toneladas de peso muerto (TPM), a menudo tiene equipos de carga y descarga. Cargas típicas: mineral, madera, chatarra, arcilla, granos de cereal y productos minerales.

Ilustración 1. Buque granelero Handy Sized.

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Supramax: son buques parecidos a los anteriores, tienen una capacidad entre 45.000 y 59.000 TPM. No suelen tener equipos de carga y descarga. Cargas típicas: cereales y mineral.

Ilustración 2. buque granelero Supramax.

Panamax: son iguales que los buques de la clase anterior, pero están diseñados para ajustarse a las dimensiones máximas del canal de Panamá. Tienen una manga máxima de 32,3 (m) y una capacidad de carga entre 60.000 y 80.000 TPM.

Ilustración 3. buque granelero Panamax.

Cape-sized: tienen la capacidad de almacenar más de 85.000 TPM. Suelen situarse en el rango de 100.000 a 200.000 TPM. Carga típicas: carbón y mineral de hierro.

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Ilustración 4. buque granelero Cape Sized.

VLBC (Very Large Bulk Carrier): estos buques cargan más de 200.000 TPM.

Son usualmente usados en rutas de comercio como Brasil-Europa y Australia- Japón.

Ilustración 5. buque granelero Very Large Bulk Carrier.

Mini bulkers: son buques graneleros con menor capacidad de almacenaje.

Tienen una capacidad máxima de 10.000 TPM. Suelen ser usados en rutas dentro de las aguas europeas.

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Ilustración 6. buque granelero mini bulker.

1.1.2. Buques según su longitud.

Algunos buques graneleros se dividen según su longitud máxima. Según esta clasificación se encuentran.

Kamsarmax: de 229 (m) de eslora y un peso muerto de hasta 82.000 TPM.

Dunkirkmax: tiene una eslora de hasta 289 (m) y un peso muerto de hasta 175.000 TPM.

Malaccamax: esta categoría de buques graneleros es capaz de transportar hasta 300.000 toneladas de peso muerto y su eslora puede llegar hasta 400 (m).

Setouchmax: tienen una capacidad máxima de 205.000 TPM y una eslora máxima de 299,9 (m).

Seawaymax: su capacidad esta entre 20.000 y 28.000 TPM y su eslora máxima es de 225,5 (m).

Woxmax: tiene una capacidad máxima de 250.000 TPM y una eslora máxima de 330 (m).

1.1.3. Buques según su cargamento.

Los buques graneleros se pueden dividir según la carga que llevan. Según esta clasificación se encuentran los siguientes.

Mineraleros: transportan todo tipo de mineral a granel.

De carga combinada: puede transportar carga liquida y seca.

Open Hatch bulk Carrier: transportan madera, cemento y granos. Estos buques no tienen tapas de escotillas.

Wood chip Carrier: transportan estillas de madera a granel.

Bulk Carrier BIBO: transportan azúcar blanco.

Bulk Carrier Log/Timber: transporta productos forestales.

Ore bulk oil (OBO): son buques graneleros que pueden funcionar como petroleros.

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2. ANÁLISIS DE LOS FLETES EN EL TRANSPORTE MARÍTIMO INTERNACIONAL:

La oferta y la demanda de transporte marítimo tienen un comportamiento característico.

Las variables que afectan a las cantidades ofrecidas y demandadas por unidad de tiempo son distintas y en el mercado se determinan de forma independiente, teniendo en cuenta diferentes parámetros. La flota mercante total y la flota en actividad son los flujos que impulsan el funcionamiento del tráfico marítimo. La interacción en el mercado de las decisiones de los oferentes y los demandantes determinan la cantidad de mercancías que se transportan en un momento dado, así como el precio al que se realiza la operación.

De este modo, los fletes que se determinan en el mercado pueden originar, en

determinadas circunstancias, un exceso de capacidad de la flota no utilizada que según las fases del ciclo marítimo puede originar una caída en los precios.

La demanda de transporte marítimo se calcula sobre la base de las mercancías cargadas.

Varia a lo largo del tiempo y depende de varios factores, entre los que se pueden señalar: el valor de flete en dólares/día o dólares/TEU, el crecimiento del comercio mundial, las relaciones de intercambio y el comportamiento de la economía a nivel mundial.

Ilustración 7. Flota mundial por tipo de buque. Fuente: Conferencia de las Naciones unidas sobre Comercio y Desarrollo (UNVTAD).

La ilustración 7 refleja la evolución de la flota mundial por tipo de buque entre 1980 y 2011. Durante este periodo, la flota mundial ha aumentado de 672.142 millones de TPM en 1980 a 1.395.743 millones de TPM en 2011, con una tasa de crecimiento anual promedio del 3,3%. Din embargo, existen diferencias significativas según el tipo de buque, que permiten comprobar los cambios tan importantes que se han producido durante esta etapa en el comercio marítimo. Con la información disponible, se observa como la oferta de portacontenedores aumento un 52,71% en promedio anual, mientras que en otro tipo de buques y en buques graneleros el incremento anual ha sido de 7,14%

y 6,07%, respectivamente. Por su parte, los petroleros se han incrementado un 1,27% y, por último, los buques de mercancía general han experimentado una reducción del 0,11%.

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Ilustración 8. Oferta, demanda e inactividad por tipo de buque. Fuente: Conferencia de las Naciones unidas sobre Comercio y Desarrollo (UNVTAD).

En la ilustración 8 se presenta la evolución de la oferta, la demanda y la flota inactiva entre 1995 y 2011. La tendencia para las dos primeras magnitudes ha sido creciente con una tasa anual promedio de 4,53% y 5,23%, respectivamente. Este mercado ha

disfrutado de una situación excepcional que ha provocado subidas den los fletes. En momentos puntuales, el mercado del transporte marítimo ha experimentado tensiones e inestabilidad, pero, en los años 2004 y 2005, la oferta y demanda logran casi converger.

No obstante, a partir de 2006 la demanda decrece, mientras que la oferta continúa creciendo y reacciona con mucho retraso ante los cambios de demanda. Como consecuencia, el excedente de flota crece y los fletes caen.

Ilustración 9. Porcentaje de la flota inactiva por tipo de buque.

En la ilustración 9 se muestra el porcentaje de la flota inactiva por tipo de buque, dicho porcentaje ha sufrido una reducción del 7,72% en 1995 hasta 0,88% en 2004, afectando positivamente al negocio marítimo. Sin embargo, a partir de esta fecha se incrementa ligeramente, mostrando volatilidad según el tipo de buque.

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3. EL MERCADO DE FLETES DE GRANELES SÓLIDOS:

El transporte marítimo para graneles solidos se proporciona a través de la modalidad contractual de por un tiempo determinado, un viaje o viajes estipulados en el contrato.

A lo largo de los años diversas causas han contribuido a aumentar el precio de este transporte. Entre las mas significativas se pueden mencionar: el incremento en el volumen de carga de los principales productos que se utilizan en el transporte marítimo (mineral de hierro, carbón y todo tipo de grano), la subida del precio del combustible, la puesta en común de posturas por parte de las compañías respecto al tonelaje y las demoras en algunos puestos, debido a congestiones en el tráfico.

La información disponible para analizar los fletes de graneles sólidos procede del Baltic Dry Index (en adelante, BDI) y comprende desde el segundo trimestre de 2006 hasta el tercer trimestre de 2011. Los datos corresponden al valor promedio por trimestre. El análisis se ha realizado atendiendo a dos criterios de clasificación relevantes. El primero hace referencia al tamaño de los buques utilizados para el transporte: handysize entre 15.000 y 35.000 Tn, supramax entre 45.000 y 59.000 Tn, panamax entre 60.000 y 80.000 Tn y capesize más de 100.000 Tn. El segundo criterio analiza las tres rutas mas importantes del comercio Este-Oeste, denominadas: Transatlántica, Transpacífica y Asia-Europa, asociadas a los distintos tamaños de buques.

3.1. EVOLUCION DE LOS FLETES DE GRANELES SOLIDOS SEGÚN EL TAMAÑO DE LOS BUQUES.

Ilustración 10. Fletes de graneles solidos por tamaño de buque. Fuente: Baltic Exchange Index.

La ilustración 10 presenta la evolución de los fletes de graneles solidos según el VDI para cuatro tipos de buques que operan habitualmente con cargas a granel. Para los buques supramax y handysize la información disponible va desde el segundo trimestre de 2006 hasta el tercer trimestre de 2011, no obstante, para los panamax y capesize la información es mucho mas amplia, data de 1999.

La evolución de los buques de mayor tamaña exhibe un comportamiento bastante estable entre 1999 y 2002. En este periodo, los fletes aumentan y disminuyen

suavemente, sobres todo en los buques capesize con un máximo de 23.340 dólares/día en el tercer trimestre de 2000, y un mínimo de 7.478 dólares/día Enel tercer trimestre de

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2001. Pero en el período transcurrido entre 2003 y 2006 se producen grandes

fluctuaciones con valores extremos provocados por el ciclo económico y acompasado con el ciclo marítimo, que se origina por secuencias de equilibrios y desequilibrios entre la oferta y la demanda de transporte marítimo. Esta gran volatilidad en los fletes

muestra valores máximos no conocidos hasta el momento de 81.394 y 81.060 dólares/día, durante 2004, para caer posteriormente hasta 31.859 dólares/día.

Entre 2006 y 2008, los fletes se incrementan para todos los buques, alcanzando

máximos históricos en dólares/día (en el tamaño capesize la cotización llega a 175.949, en panamax a 83.332, en supramax 66.582 y en handysize a 44.350). Si bien, la crisis económica y financiera iniciada en 2008 que afectó a todas las economías mundiales repercutió, lógicamente, en el comercio marítimo y en su actividad. En esta coyuntura, el transporte de graneles sólidos se vio afectado fuertemente por las reducciones en el producto interior bruto (PIB) y en el consumo de las economías desarrolladas. En definitiva, la crisis ha provocado un exceso de flota e importantes reducciones en los fletes para todo tipo de graneleros. A pesar de todo, las expectativas para el futuro en este mercado son bastante optimistas y desde el último trimestre de 2010 se observa una clara recuperación.

3.2. EVOLUCION DE LOS FLETES DE GRANEL SOLIDO SEGÚN LAS DIFERENTES EUTAS Y LOS TAMAÑOS DE LOS BUQUES.

Ilustración 11. Flete de granel solido por la ruta transatlántica por tamaño de buque. Fuente: Baltic Exchange Index.

En la ilustración 11 se muestran los fletes de graneles sólidos en la ruta Transatlántica, para cada tipo de buque. La evolución de los fletes en los barcos capesize con viajes de ida/retorno entre la Costa Este de Estados Unidos-Países Bajos-Costa Este de Estados Unidos presentan una gran volatilidad para todo el período analizado 2002-2011. En el período comprendido entre 2003 y 2006, los precios sufren importantes aumentos y disminuciones, con valores extremos sobre todo en el cuarto trimestre de 2003, que se alcanza un valor máximo de 85.591 dólares/ día. Posteriormente, los fletes caen y, en el segundo trimestre de 2006, se alcanza un mínimo con una cotización de 31.991

dólares/día. Entre 2006 y 2008 se experimenta un aumento de los fletes, aunque con importantes oscilaciones, que culmina con un máximo histórico de 183.934 dólares/día en 2008. A pesar de todo, la crisis económica se deja sentir de forma muy profunda y, a

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finales de 2008, se generan caídas espectaculares con fletes mínimos de 6.832 dólares/día. La situación de los buques panamax sigue la misma tendencia del ciclo económico-marítimo expuesto para los capesize, pero con precios lógicamente inferiores.

Ilustración 12. Flete de granel solido por la ruta transpacífica por tamaño de buque. Fuente: Baltic Exchange Index

En la ilustración 12 se muestran los fletes de graneles sólidos en la ruta Transpacífica, y para cada tipo de buque se especifica el origen/destino/origen de los mismos. La

evolución de los fletes en los barcos capesize con viajes de ida/retorno entre China/

Japón-Costa Oeste de Estados Unidos-China/Japón presentan una gran volatilidad en los períodos 2003-2005 y 2006-2008. Los mayores incrementos en los precios se producen en el segundo período, donde se alcanzan dos máximos históricos en el cuarto trimestre de 2007 y, en el segundo de 2008, con valores de 176.003 y 168.855

dólares/día, respectivamente. Las rutas de los otros buques panamax y supramax entre la Costa Oeste de Estados Unidos-Australia-Japón/Corea-Costa Oeste de Estados Unidos y los handysize entre Corea/Japón-Costa Noroeste de Estados Unidos Singapur/Japón, muestran una evolución similar a los grandes graneleros con una enorme volatilidad, aunque las oscilaciones son inferiores. Aun así, la crisis económica y financiera les afectó en gran medida, aunque posteriormente han mostrado signos de recuperación.

Ilustración 13. Flete de granel solido por las rutas Asia-Europa por tamaño de buque. Fuente: Baltic Exchange Index.

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En la ilustración 13 se muestran los fletes de graneles sólidos en la ruta Asia-Europa para cada tipo de buque y se especifica el origen-destino de los mismos. La evolución de estos precios presenta una gran similitud para todos los barcos considerados con una gran volatilidad en el período 2002-2011. A pesar de eso, es conveniente hacer algunas puntualizaciones en lo que respecta a determinadas rutas. En primer lugar, la dirección China/Japón-Ámsterdam/ Rotterdam-China/Japón, que realizan los buques capesize, durante el período 2003-2005 experimenta grandes oscilaciones con subidas en el flete muy significativas, alcanzando un valor máximo de 97.764 dólares/día, en el cuarto trimestre de 2003. A partir de este período las oscilaciones son continuas, pero alcanzan los valores más altos en el cuarto trimestre de 2007 y en el segundo de 2008, con

máximos históricos de 224.728 y 230.060 dólares/ día, respectivamente. Si bien, la crisis económica afectó a este mercado de forma muy profunda en el último trimestre de 2008, generando caídas espectaculares con fletes mínimos de 7.200 dólares/ día. En los siguientes trimestres de 2010 y 2011 se han producido tímidas recuperaciones. El resto de las rutas: Fachada atlántica europea-Taiwán/ Japón-Fachada atlántica europea y Fachada atlántica europea-Corea/Japón-Fachada atlántica europea, que realizan los buques panamax y supramax, siguen una tendencia muy similar a los grandes graneleros, pero con oscilaciones mucho más suaves y precios mucho más bajos.

4. ETAPAS DEL PROYECTO:

4.1.DIMENSIONAMIENTO Y FORMAS.

En esta primera etapa se ha realizado una base de datos con buques graneleros que se asemejan al buque proyecto en su característica mas relevante que es el peso muerto. De dicha base de datos se escoge el buque que más se asemeja al buque proyecto y se considera buque base. Las distintas dimensiones del buque proyecto se obtiene a través de dos métodos, el primero de ellos son las regresiones a partir de la base de datos, y el segundo método es a partir de relaciones dimensionales con el buque base, luego las dimensiones principales se escogen en función de una serie de criterios que se especifican en el Cuadernillo 1.

Seguidamente se calculan los coeficientes de forma, o bien sea a través de sus definiciones básicas o bien a través de fórmulas de autores.

Una vez obtenidos los coeficientes de forma se procede a calcular el desplazamiento, el cual consta de dos partidas, el peso en rosca y el peso muerto. Teniendo en cuenta que el peso muerto es el dato de partida del proyecto, se procede a calcular el peso en rosca del buque que a su vez se divide en tres partidas que son el peso de la estructura, el peso de la maquinaria y el peso del equipo, cada una de estas partidas se calcula mediante fórmulas de autores.

En este punto del proyecto se procede a generar las formas del buque a través de transformaciones paramétricas del buque base y mediante el empleo del programa informático Maxsurf Modeller, este procedimiento ofrece las dimensiones y coeficientes de forma finales del buque proyecto, los cuales serán empleados durante el resto del proyecto.

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Luego se realiza un estudio de las formas de proa y popa del buque proyecto justificando el uso del bulbo de proa y dimensionando el mismo.

Finalmente, se obtiene la curva de áreas y se realiza el plano de formas del buque proyecto.

4.2. CÁLCULO DE LA ARQUITECTURA NAVAL.

En este cuadernillo en primer lugar se calcularán las características hidrostáticas del buque proyecto mediante el programa informático Maxsurf Stability para distintos trimados y se realizara una representación gráfica de los mismos.

En segundo lugar, se obtendrán las curvas de Bonjean que sirven para calcular el semi- área de cada sección para los distintos calados.

Seguidamente, se calculan las curvas KN o curvas de brazos adrizantes para distintos ángulos de escora y distintos trimados.

Finalmente, se calcula el arqueo bruto y el arqueo neto a través de Convenio de Londres de 1969, además del cálculo del francobordo según el Convenio Internacional sobre Líneas de Carga de 1966.

4.3. PREDICCIÉN DE LA POTENCIA A INSTALAR Y DISEÑO DE HÉLICE Y TIMÓN.

Este cuadernillo se divide en tres partes principales que son, el calculo de la potencia propulsora, la selección del propulsor optimo y la potencia a instalar y finalmente, el proyecto del timón.

Para el calculo de la potencia propulsora primero se calcula la resistencia al avance mediante el método de Holtrop & Mennen y luego mediante el programa informático Maxsurf Resistence, luego con los datos obtenidos se calcula la potencia efectiva mediante método numérico y luego mediante Maxsurf Resistence.

Una vez obtenida la potencia efectiva se procede a la selección del propulsor optimo y a la elección del motor principal, para ello se utiliza la serie sistemática de Wageningen y el catalogo del fabricante de motores navales Man. Una vez obtenido el propulsor optimo se comprueba la cavitación mediante el método de Burrill y finalmente se representan las curvas de funcionamiento de la hélice.

Por último, se realiza el diseño del timón según la serie NACA y se calculan las fuerzas y momentos que actúan sobre el mismo, así como la potencia del servomotor.

4.4. DISPOSICION GENERAL.

En este cuadernillo se realiza según el reglamento de la Asociación Internacional de Sociedades de Clasificación IACS. en primer lugar, la configuración estructural dimensionando de la clara de cuadernas, mamparos transversales, puntales entre cubiertas y espacios de máquinas.

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Luego, se dimensionan y se distribuyen las bodegas, las escotillas y los tanques.

Seguidamente, se realiza un estudio de la habilitación, definiendo la tripulación, sus roles y finalmente los alojamientos.

Por último, se realiza y se adjunta un plano grafico de la disposición general del buque.

4.5. SITUACIONES DE CARGA Y RESISTENCIA LONGITUDINAL.

En este cuadernillo se calcula la resistencia longitudinal del buque mediante el

reglamento DNV “Hull Structural Design, Ships with Length 100 metres and above” de enero de 2013. Del cual se usará la sección 5 para calcular fuerzas cortantes y

momentos flectores en situaciones de arrufo y quebranto.

Luego, se comprueban los criterios de estabilidad mediante el programa informático Maxsurf Stability para todas las situaciones de carga del buque intacto y en avería, y que en ningún caso tenga un momento flector mayor al máximo calculado anteriormente.

4.6. PRESUPUESTO.

En este cuadernillo se tratará un tema fundamental en el proyecto del buque que es el presupuesto. Dicho presupuesto se calculará basándose en el libro Proyecto Básico del Buque Mercante. Se tratarán dos conceptos, el coste de adquisición y el coste de operación.

El coste de adquisición consta de un coste de construcción además del beneficio industrial, las primas y bonificaciones a la construcción naval y los gastos del armador, la suma de todo lo anterior corresponde a la inversión total realizada por parte del armador.

Los costes de operación constan de dos partidas, los costes financieros y los gastos de explotación anuales. Los costes financieros corresponden a la deuda y la amortización, mientras que los gastos de explotación corresponden a los gastos anuales de tripulación, consumo, gastos portuarios, gastos de mantenimiento y reparaciones, gastos del seguro y los gastos en pertrechos y varios.

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5. BIBLIOGRAFIA:

Página web para consultar la clasificación de los buques graneleros.

https://comercioexterior.la/tipos-de-buques/buques-graneleros/

Apuntes de la asignatura Fundamentos de Tráfico Marítimo, Tema 1: Buques y artefactos de la industria offshore.

Apuntes de la asignatura Fundamentos de Tráfico Marítimo, Tema 8: La Cuenta de Explotación del Buque.

Apuntes de la asignatura Fundamentos de Tráfico Marítimo, Tema 6: Tapas de Escotillas.

Libro Proyecto Básico del Buque Mercante

Apuntes de la asignatura Proyectos, Tema 2: Dimensionamiento del Buque.

Apuntes de la asignatura Proyectos, Tema 3: Formas.

Apuntes de la asignatura Proyectos, Tema 4: Disposición General.

Apuntes de la asignatura Proyectos, Tema 5: Cálculo del Desplazamiento.

Apuntes de la asignatura Proyectos, Tema 6: Francobordo

Apuntes de la asignatura Proyectos, Tema 7: Arqueo de Buques

Apuntes de la asignatura Proyectos, Tema 8: Presupuesto

Apuntes de la asignatura Proyectos, Tema 9: Proyecto del Timón

Convenio Internacional Sobre Líneas de Carga, 1966.

Convenio de Londres de 1969.

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Apuntes de la asignatura Hidrodinámica Resistencia y Propulsión, Tema 4:

Métodos de Correlación.

Métodos del Cálculo de la Potencia.

Resistencia por Formación de Olas.

Otras Componentes de la Resistencia.

Propulsores y Maquinaria Propulsora.

Interacción Casco Propulsor.

Ensayo de Autopropulsión.

Cavitación.

Proyecto de Hélices.

Apuntes de la asignatura Hidrodinámica Resistencia y Propulsión, Tema 16: La Hélice como Integrante de la Planta Propulsora.

Apuntes de la asignatura Hidrodinámica Resistencia y Propulsión, Series Sistemáticas de Wageningen.

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Apuntes de la asignatura Hidrodinámica Resistencia y Propulsión, Diagramas KQ; KT-J.

Reglamento de DNV “Hull Structural Design, Ships with Length 100 metres and above” de enero de 2013.

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Y OCEÁNICA

ANTEPROYECTO DE BUQUE GRANELERO DE 45000 TPM

PROYECTO FIN DE GRADO

ALUMNO:

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ANTEPROYECTO DE BUQUE GRANELERO DE 45000 TPM

CUADERNILLO 1

DIMENSIONAMIENTO Y ESTUDIO DE LAS FORMAS

ALUMNO:

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ÍNDICE:

1. INTRODUCCION: ... 7

2. CALCULO DE ESLORA TOTAL: ... 9

2.1. REGRESIONES: ... 9

2.2. BUQUE BASE: ... 10

3. CÁLCULO DE ESLORA DE FLOTACIÓN: ... 11

3.2. BUQUE BASE: ... 11

4. CÁLCULO DE MANGA: ... 12

4.2. BUQUE BASE: ... 14

5. CÁLCULO DE PUNTAL: ... 14

5.2. BUQUE BASE: ... 18

6. CÁLCULO DE CALADO: ... 18

6.2. BUQUE BASE: ... 23

7. RESUMEN DE LAS DIMENSIONES: ... 23

8. ELECCION DE LAS DIMENSIONES PRINCIPALES: ... 23

8.1. ESLORA TOTAL (LOA) Y ESLORA DE FLOTACIÓN (Lf): ... 23

8.2. MANGA (B): ... 24

8.3. PUNTAL (D) Y CALADO (T): ... 24

8.4. COMPROBACION DE LAS RELACIONES DIMENSIONALES: ... 25

8.5. DIMENSIONES PRINCIPALES FINALES: ... 25

9. CÁLCULO DE LOS COEFICIENTES DE FORMA: ... 26

9.1. COEFICIENTE DE BLOQUE: ... 26

9.1.1. Formula de Alexander: ... 27

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9.1.2. Formula de Townsin: ... 27 9.1.3. Fórmulas de Schneekluth: ... 28 9.1.4. Formula de Ayre: ... 28 9.1.5. Fórmula de Minorsky: ... 29 9.1.6. Fórmula de Katsoulis: ... 29 9.1.7. Definición: ... 30 9.1.8. Coeficiente de bloque final: ... 30 9.2. COEFICIENTE DE LA SECCION MEDIA O DE LA MAESTRA: ... 30

9.2.1. Formula de Kerlen: ... 31 9.2.2. Formula de HSVA:... 31 9.2.3. Fórmula de Torroja: ... 31 9.2.4. Coeficiente de la sección media final: ... 31 9.3. COEFICIENTE PRISMATICO LONGITUDINAL: ... 32

9.3.1. Formula de Troost: ... 33 9.3.2. Definición: ... 33 9.3.3. Coeficiente prismático longitudinal final: ... 33 9.4. COEFICIENTE DE FLOTACIÓN: ... 33

9.4.1. Definición: ... 34 9.4.2. Fórmula de Schneekluth: ... 34 9.4.3. Otros autores: ... 34 9.4.4. Coeficiente de flotación final: ... 34 9.5. POSICIÓN LONGITUDINAL DEL CENTRO DE CARENA: ... 35

9.5.1. Formula de Troost: ... 35 9.5.2. Método de Canal MARIN:... 36 9.5.3. Posición longitudinal final del centro de carena: ... 36 10. CALCULO DEL DESPLAZAMIENTO (Δ): ... 37

10.1. CÁLCULO DEL PESO EN ROSCA (PR): ... 37 10.1.1. Peso de la estructura de acero. ... 37

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10.1.1.1. Método de Hagen, Johnsen y Ovrebo: ... 38 10.1.1.2. Método de D.G.M. Watson y A. W. Gilfillan: ... 40 10.1.2. Peso de la maquinaria: ... 42 10.1.3. Peso del equipo y la habilitación: ... 47 10.1.4. Peso en rosca total: ... 47 10.2. DESPLAZAMIENTO TOTAL: ... 48 10.3. COMPROBACION DE LAS PARTIDAS DE PESOS: ... 48 11. SITUACIÓN DE LOS CENTROS DE GRAVEDAD: ... 48 11.1. CENTRO DE GRAVEDAD DE LA ESTRUCTURA DE ACERO: ... 49 12. GENERACION DE FORMAS: ... 50

12.1. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES ANTES DE LA

TRANSFORMACIÓN PARAMÉTRICA. ... 51 12.2. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DESPUÉS DE LA

TRANSFORMACIÓN PARAMÉTRICA. ... 51 12.2.1. Coeficiente de bloque. ... 51 12.2.2. Coeficiente de la maestra. ... 51 12.2.3. Coeficiente prismático. ... 52 12.2.4. Coeficiente de flotación. ... 52 12.2.5. Posición longitudinal del centro de carena. ... 52 12.2.6. Resumen de los coeficientes de forma. ... 53 12.2.7. Eslora total. ... 53 12.2.8. Eslora de flotación. ... 53 12.2.9. Manga. ... 53 12.2.10. Puntal y calado. ... 54 12.2.11. Desplazamiento. ... 54 12.3. RESUMEN DE LAS CARACTERISTICAS PRINCIPALES DESPUÉS DE LA TRANSFORMACIÓN PARAMÉTRICA. ... 54 12.4. FORMAS DE PROA. ... 55

(24)

Página 6 de 60

12.4.1. Forma en U o en V en proa. ... 55 12.4.2. Justificación del bulbo de proa. ... 55 12.4.3. Parámetros del bulbo de proa... 55 12.4.4. Altura del punto de máxima protuberancia (Hx). ... 57 12.4.5. Abscisa del punto de máxima protuberancia (Xx). ... 57 12.4.6. Área transversal del bulbo en la perpendicular de proa (S20). ... 57 12.5. SEMIANGULO DE ENTRADA EN LA FLOTACIÓN:... 58 12.6. CURVA DE ÁREAS. ... 60

(25)

1. INTRODUCCION:

En este cuadernillo se realizará el dimensionamiento del buque proyecto, para ello se elabora una base de

datos a través de la recopilación de información de buques similares en las distintas páginas web que están especificadas en la bibliografía, dicha base de datos es la siguiente.

LOA (m) Lf (m) B(m) D(m) T(m) DWT (T) GT NT Francobordo Potencia (KW) Revoluciones (rpm) 189,99 185,78 32,26 18 12,827 57819 32372 19449 5,225 8200 108

188,5 179,91 32,26 17,15 12,163 53020 29353 17595 5,226 8046 121 160 185,75 32,26 18 12,828 58701 32379 16353 5,226 8400 113

179,97 - 30,04 - 10,7 37430 23247 - - - -

209 - 32,24 - 7,1 46809 34353 - - - -

209,28 205,43 32,26 18,33 12,789 62915 35669 19136 5,593 8110 102 225 215,96 32,18 19,51 14,42 70034 41428 19161 5,132 10784 94 190 185,78 32,26 18 12,826 58106 32210 19405 5,225 8400 113 183 175,33 30,95 16,4 11,808 46570 25537 15927 4,627 7594 114 190 182,97 32,26 18 12,575 56011 31247 18504 5,37 9480 127 190 182,97 32,26 18 12,575 55970 31238 18504 5,37 9480 127 190 185,75 32,26 18 12,828 58798 32379 19353 5,226 8400 113 185,74 178,08 30,4 16,5 11,618 45406 25968 14918 4,917 7171 120 189,8 181,9 32,26 16,9 11,925 50316 27986 17077 5,018 8090 127 189,9 182,11 31 16,7 11,769 47301 27396 17268 4,97 7428 111 179,97 173,52 29,8 15 10,54 38060 23268 12101 4,5 6820 110 African Sanderling

Alby Story Alcyone I Amethyst Bolten Ithaki

Buque Bulk Carina Besiktas-M The Loving kmarin Jasmine

Pathfinder II

African Blue Crane Abdul Hamid

Abdul M Aetolia Algoma Victory Buena Ventura

Tabla 1. Base de datos

(26)

Página 8 de 60

Para el dimensionamiento se usarán dos métodos, el primero es a partir de la base de datos anterior, y el segundo método será el de buque base, independientemente del procedimiento, dichas dimensiones podrían modificarse a la hora de optimizar características como la estabilidad, resistencia o comportamiento en la mar.

De la base de datos anterior se escoge como buque base el que más se acerca en cuanto a la característica principal que es el peso muerto a la del buque proyecto, por tanto, el buque base es el Alby Story, y sus características son las siguientes.

LOA (m) Lf (m) B(m) D(m) T(m) DWT (T) GT NT Francobordo Potencia (KW) Revoluciones (rpm) 185,74 178,08 30,4 16,5 11,618 45406 25968 14918 4,917 7171 120 Buque

Alby Story

Tabla 2. Buque Base

(27)

Y OCEÁNICA

2. CALCULO DE ESLORA TOTAL:

2.1. REGRESIONES:

Se realizan las siguientes regresiones:

a) DWT frente a LOA.

b) DWT frente a LOA/DWT^ (1/3)

De estas regresiones se obtienen los siguientes gráficos.

y = 0,0014x + 124,63 R² = 0,948

150 160 170 180 190 200 210 220 230

37000 42000 47000 52000 57000 62000 67000 72000

LOA

DWT

DWT - LOA

DWT - LOA Lineal (DWT - LOA)

Gráfico 1. peso muerto frente a eslora total

(28)

Página 10 de 60

y = -8E-05x + 9,4976 R² = 0,9711

4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4 5,6 5,8 6

37000 42000 47000 52000 57000 62000

LOA/DWT^(1/3)

DWT

DWT - LOA/DWT^(1/3)

DWT - LOA/DWT^(1/3) Lineal (DWT - LOA/DWT^(1/3))

Gráfico 2. peso muerto frente a eslora total entre la raíz cubica del peso muerto

De estas dos regresiones la que tiene un valor de R² más alto es DWT – LOA / DWT^1/3, pero se ha tenido que descartar más buques que en la regresión de DWT – LOA por lo que esta arroja un valor más fiable al tener en cuenta más buques, por lo tanto, el valor de la eslora total obtenido a través del método de regresiones es:

LOA = 187,63 (m).

2.2.BUQUE BASE:

𝐿𝑂𝐴_𝐵𝑃

𝐷𝑊𝑇_𝐵𝑃^1/3 = 𝐿𝑂𝐴_𝐵𝐵

𝐷𝑊𝑇_𝐵𝐵^1/3 ⟹ 𝐿𝑂𝐴_𝐵𝑃 = 𝐿𝑂𝐴_𝐵𝐵∗ (𝐷𝑊𝑇_𝐵𝑃 𝐷𝑊𝑇_𝐵𝐵)

1/3

= 185.74 ∗ (45000 45406)

1/3

𝐿𝑂𝐴_𝐵𝑃= 185.18(𝑚)

(29)

Página 11 de 60

3. CÁLCULO DE ESLORA DE FLOTACIÓN:

3.1.REGRESIONES:

Se realiza la siguiente regresión:

a) DWT frente a LF / DWT^ (1/3)

y = -2E-05x + 5,8404 R² = 0,9364

4,7 4,75 4,8 4,85 4,9 4,95 5 5,05 5,1 5,15 5,2

37000 42000 47000 52000 57000 62000

LF/DWT^(1/3)

DWT

DWT - LF/DWT^(1/3)

DWT - LF/DWT^(1/3) Lineal (DWT - LF/DWT^(1/3))

Gráfico 3. peso muerto frente a eslora de flotación entre la raíz cubica del peso muerto

A través de esta regresión se obtiene un valor de eslora de flotación de:

Lf = 175,72 (m).

3.2.BUQUE BASE:

𝐿𝑓_𝐵𝑃

𝐷𝑊𝑇_𝐵𝑃^1/3 = 𝐿𝑓_𝐵𝐵

𝐷𝑊𝑇_𝐵𝐵^1/3 ⟹ 𝐿𝑓_𝐵𝑃 = 𝐿𝑓_𝐵𝐵∗ (𝐷𝑊𝑇_𝐵𝑃 𝐷𝑊𝑇_𝐵𝐵)

1/3

= 178,08 ∗ (45000 45406)

1/3

𝐿𝑓 = 177,55 (𝑚)

(30)

Página 12 de 60

4. CÁLCULO DE MANGA:

4.1. REGRESIONES:

a) DWT frente a B

b) DWT frente a B / DWT ^ (1/3) c) LOA frente a B

d) Lf frente a B

y = 0,0001x + 25,9 R² = 0,9526

29,5 30 30,5 31 31,5 32 32,5 33

37000 42000 47000 52000 57000 62000 67000

B

DWT

DWT - B

DWT - B Lineal (DWT - B)

Gráfico 4. peso muerto frente manga.

(31)

Página 13 de 60

y = -3E-06x + 1,0305 R² = 0,9557

0,76 0,78 0,8 0,82 0,84 0,86 0,88 0,9 0,92

37000 42000 47000 52000 57000 62000 67000 72000

B/DWT^(1/3)

DWT

DWT - B/DWT^(1/3)

DWT - B/DWT^(1/3) Lineal (DWT - B/DWT^(1/3))

Gráfico 5. peso muerto frente a manga entre la raíz cubica del peso muerto.

y = 0,079x + 15,766 R² = 0,9837

29,5 30 30,5 31 31,5 32 32,5

150 160 170 180 190 200 210 220

B

LOA

LOA - B

LOA - B Lineal (LOA - B)

Gráfico 6. eslora total frente manga.

(32)

Página 14 de 60

y = 0,0706x + 18,312 R² = 0,5683

29,5 30 30,5 31 31,5 32 32,5 33

170 175 180 185 190 195 200 205 210

B

LF

LF- B

LF- B Lineal (LF- B)

Gráfico 7. eslora de flotación frente manga.

De estas regresiones la que tiene un mayor R² es LOA – B pero se ha tenido que descartar varios buques para obtener dicho resultado, por lo que la regresión mas fiable es DWT – B ya que tiene un R² muy alto y no se ha tenido que descartar un gran

numero de buques, por lo tanto, el valor de la manga según el método de regresiones es:

B = 30,4 (m).

4.2. BUQUE BASE:

𝐵_𝐵𝑃

𝐷𝑊𝑇_𝐵𝑃^1/3 = 𝐵_𝐵𝐵

𝐷𝑊𝑇_𝐵𝐵^1/3 ⟹ 𝐵_𝐵𝑃 = 𝐵_𝐵𝐵∗ (𝐷𝑊𝑇_𝐵𝑃 𝐷𝑊𝑇_𝐵𝐵)

1/3

= 30,4 ∗ (45000 45406)

1/3

𝐵 = 30,31(𝑚)

5. CÁLCULO DE PUNTAL:

5.1. REGRESIONES:

a) DWT frente a D

(33)

Página 15 de 60 b) LOA frente a D

c) Lf frente a D d) B frente a D

y = 0,0001x + 10,24 R² = 0,9699

14 15 16 17 18 19 20

37000 42000 47000 52000 57000 62000 67000 72000

D

DWT

DWT - D

DWT - D Lineal (DWT - D)

Gráfico 8. peso muerto frente puntal.

(34)

Página 16 de 60

y = 0,0323x + 11,473 R² = 0,3326

14 15 16 17 18 19 20

150 160 170 180 190 200 210 220 230

D

LOA

LOA - D

LOA - D Lineal (LOA - D)

Gráfico 9. eslora total frente puntal.

(35)

Página 17 de 60

y = 0,2293x - 24,545 R² = 0,9402

14 14,5 15 15,5 16 16,5 17 17,5 18 18,5

170 172 174 176 178 180 182 184 186 188

D

LF

LF - D

LF - D Lineal (LF - D)

Gráfico 10. eslora de flotación frente puntal.

(36)

Página 18 de 60

y = 1,2179x - 21,233 R² = 0,987

14 14,5 15 15,5 16 16,5 17 17,5 18 18,5 19

29,5 30 30,5 31 31,5 32 32,5

D

B

B -D

B -D Lineal (B -D)

Gráfico 11. manga frente puntal.

De estas regresiones la más fiable y precisa es la B – D ya que tiene un R² de 0,987 y aunque parece que tiene solo 5 puntos en realidad está compuesta por 10 buques, por lo que según esta regresión el valor del puntal es:

D = 15,79 (m), 5.2. BUQUE BASE:

𝐷_𝐵𝑃

𝐷𝑊𝑇_𝐵𝑃^1/3 = 𝐷_𝐵𝐵

𝐷𝑊𝑇_𝐵𝐵^1/3 ⟹ 𝐷_𝐵𝑃 = 𝐷_𝐵𝐵∗ (𝐷𝑊𝑇_𝐵𝑃 𝐷𝑊𝑇_𝐵𝐵)

1/3

= 16,5 ∗ (45000 45406)

1/3

𝐷 = 16,45 (𝑚),

6. CÁLCULO DE CALADO:

6.1. REGRESIONES:

(37)

Página 19 de 60 a) DWT frente a T / DWT^ (1/3)

b) DWT frente a T c) LOA frente a LOA / T d) Lf frente a Lf / T e) B frente a T f) B frente a B / T g) D frente a D / T

y = 1E-06x + 0,2502 R² = 0,9562

0,3 0,31 0,32 0,33 0,34 0,35 0,36

37000 42000 47000 52000 57000 62000 67000 72000

T/DWT^(1/3)

DWT

DWT - T/DWT^(1/3)

DWT - T/DWT^(1/3) Lineal (DWT - T/DWT^(1/3))

Gráfico 12. peso muerto frente a calado entre la raíz cubica del peso muerto.

(38)

Página 20 de 60

y = 0,0001x + 6,497 R² = 0,9825

10 10,5 11 11,5 12 12,5 13 13,5 14 14,5 15

37000 42000 47000 52000 57000 62000 67000 72000

T

DWT DWT - T

DWT - T Lineal (DWT - T)

Gráfico 13. peso muerto frente calado.

y = 0,3023x - 39,214 R² = 0,6228

10 15 20 25 30 35

150 160 170 180 190 200 210 220

LOA/T

LOA

LOA - LOA/T

LOA - LOA/T Lineal (LOA - LOA/T)

Gráfico 14. eslora total frente a eslora total entre calado.

(39)

Página 21 de 60

y = -0,1436x + 41,085 R² = 0,8591

14 14,5 15 15,5 16 16,5 17

170 172 174 176 178 180 182 184 186 188

LF/T

LF

LF - LF/T

LF - LF/T Lineal (LF - LF/T)

Gráfico 15. eslora de flotación frente a eslora de flotación entre calado.

y = 0,8448x - 14,557 R² = 0,9366

9 9,5 10 10,5 11 11,5 12 12,5 13 13,5

29,5 30 30,5 31 31,5 32 32,5

T

B

B - T

B - T Lineal (B - T)

Gráfico 16. manga frente calado.

(40)

Página 22 de 60

y = -0,116x + 6,2882 R² = 0,8776

2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 2,7 2,75 2,8 2,85

29,5 30 30,5 31 31,5 32 32,5

B/T

B

B - B/T

B - B/T Lineal (B - B/T)

Gráfico 17. manga frente a manga entre calado.

y = -0,0203x + 1,7615 R² = 0,8711

1,34 1,35 1,36 1,37 1,38 1,39 1,4 1,41 1,42 1,43 1,44

16 16,5 17 17,5 18 18,5 19 19,5 20

D/T

D

D - D/T

D - D/T Lineal (D - D/T)

Gráfico 18. puntal frente a puntal entre calado.

De estas regresiones la más fiable es DWT – T ya que presenta un R² de 0,9825, dicha regresión da un valor de calado de:

T = 11 (m),

(41)

Página 23 de 60 6.2. BUQUE BASE:

𝑇_𝐵𝑃

𝐷𝑊𝑇_𝐵𝑃^1/3 = 𝑇_𝐵𝐵

𝐷𝑊𝑇_𝐵𝐵^1/3 ⟹ 𝑇_𝐵𝑃 = 𝑇_𝐵𝐵 ∗ (𝐷𝑊𝑇_𝐵𝑃 𝐷𝑊𝑇_𝐵𝐵)

1/3

= 11,618 ∗ (45000 45406)

1/3

𝑇 = 11,58 (𝑚)

7. RESUMEN DE LAS DIMENSIONES:

En este apartado se realiza un resumen de las dimensiones principales que han sido calculadas por los dos métodos empleados para el dimensionamiento del buque, que son regresiones a partir de la base de datos y el dimensionamiento a partir de un buque base.

Dimensión Regresiones Buque Base

Eslora total 187,63 185,18

Eslora de flotación 175,72 177,55

Manga 30,4 30,31

Puntal 15,79 16,45

calado 11 11,58

Tabla 3. resumen dimensiones.

8. ELECCION DE LAS DIMENSIONES PRINCIPALES:

En este punto se va a elegir las dimensiones principales del buque, teniendo en cuenta que estas pueden variar mas adelante en el proyecto en caso de necesidad de optimizar características del buque, ya sea estabilidad, resistencia o comportamiento en la mar.

8.1. ESLORA TOTAL (LOA) Y ESLORA DE FLOTACIÓN (Lf):

La eslora es la dimensión más relevante a la hora de dimensionar un buque, su aumento hace que aumente la resistencia de fricción, por otro lado, un aumento de la eslora hace que disminuya la resistencia de origen viscoso, si se considera el que el buque proyecto es lento, suponiendo una velocidad de servicio de 15 nudos ya que esta no se especifica en las especificaciones del proyecto, entonces será mas relevante la resistencia de fricción que la de origen viscoso, por tanto, para disminuir la resistencia total del buque se opta por la menor eslora.

(42)

Página 24 de 60 La eslora total y la de flotación del buque proyecto son:

Eslora total (LOA): 185,18 (m), Eslora de flotación (Lf): 175,72 (m).

8.2. MANGA (B):

Aumentar la manga hace que aumente tanto la resistencia viscosa y por formación de olas, pero considerando que el buque proyecto es relativamente lento, estas dos componentes de la resistencia son irrelevantes en comparación con la resistencia de fricción, y teniendo en cuenta que el aumento de la manga no altera tanto dicha resistencia, se opta por la manga más grande.

La manga del buque proyecto es:

Manga (B): 30,4 (m).

8.3. PUNTAL (D) Y CALADO (T):

El calado es la dimensión restrictiva por excelencia a la hora del dimensionamiento del buque, ya que se debe de tener en cuenta las vías y los puertos por los que navegara el buque, el procedimiento de dimensionamiento realizado arroja dos valores de calado bastante similares, el método de regresión a partir de base de datos da un valor de 11 (m) de calado, y el método de dimensionamiento a partir de un buque base da un valor de 11,58 (m) de calado, ambos valores están por debajo de los calados máximo de paso por canales como el de Panamá o el canal de Suez, por lo tanto, a la hora de elección del calado se elige el valor mas grande buscando así un mejor comportamiento en la mar.

En cuanto al puntal se elige el mayor de los dos valores esto para tener una mayor reserva de francobordo.

El calado (T) y el puntal (D) del buque proyecto son:

Calado (T): 11,58 (m), Puntal (D): 16,45 (m).

(43)

Página 25 de 60

8.4. COMPROBACION DE LAS RELACIONES DIMENSIONALES:

Tomando como referencia el libro PROYECTO BASICO DEL BUQUE MERCANTE, se evalúa que las relaciones dimensionales cumplen con los rangos especificados para buques graneleros en dicho libro.

Para la elaboración de dichos rangos se ha analizado una muestra de graneleros actuales, de casco sencillo, de peso muerto entre 20000 y 200000 (t), por regresión se ha la relación estadística entre la función objetivo peso muerto y las dimensiones principales.

Dichos rangos se especifican en la siguiente tabla.

Tabla 4. rangos de coeficientes dimensionales de buques graneleros según su peso muerto.

El buque proyecto tiene un peso muerto de 45000 (t), por lo que sus coeficientes dimensionales tienen que cumplir con los establecidos para pesos muertos inferiores a 50000 (t).

En la siguiente tabla se calculan dichos coeficientes para las dimensiones obtenidas para el buque proyecto.

L/B B/D B/T L/D T/D FN

6,09 1,848 2,626 11,257 0,704 0,1859

Tabla 5. coeficientes dimensionales del buque proyecto.

Como se puede observar el buque proyecto cumple con todos los rangos por lo que se considera que el dimensionamiento es correcto.

8.5. DIMENSIONES PRINCIPALES FINALES:

En este punto se resumen las dimensiones principales en una tabla:

Eslora total 185,18 (m)

(44)

Página 26 de 60

Eslora de flotación 175,72 (m)

Manga 30,4 (m)

Puntal 16,45 (m)

calado 11,58 (m)

Tabla 6. dimensiones principales.

9. CÁLCULO DE LOS COEFICIENTES DE FORMA:

Para poder hallar los coeficientes de formas se ha empleado tanto las distintas

expresiones dadas por los distintos autores, así como la propia definición del coeficiente de forma.

Nota: se han descartado aquellas fórmulas de autores que arrojaban valores de coeficientes de forma que estaban fuera de los rangos habituales de los mismos.

9.1. COEFICIENTE DE BLOQUE:

El coeficiente de bloque (CB) es la relación entre el volumen desplazado y el volumen del paralelepípedo cuyos lados son la eslora, la manga y el calado. Puede definirse tanto respecto a la eslora de flotación como a la eslora entre perpendiculares.

𝐶_𝐵 = 𝛻

𝐿𝐵𝑇, ⁽¹⁾

El coeficiente de bloque tiene gran incidencia sobre la resistencia al avance. Un coeficiente de bloque pequeño implica menor resistencia y, por lo tanto, la posibilidad de obtener mayores velocidades.

Debe elegirse un coeficiente de bloque adecuado al número de Froude y comprobar posteriormente como afecta a otras características del proyecto, como la estabilidad, capacidad de carga, etc.

El coeficiente de bloque según el libro PROYECTO BASICO DEL BUQUE MERCANTE para un buque granelero ha de estar entre 0,72 y 0,85.

Para el cálculo de dicho coeficiente se ha utilizado seis métodos diferentes.

(45)

Página 27 de 60 9.1.1. Formula de Alexander:

𝐶_𝐵 = 𝑘 − 𝑉

2√3,28𝐿𝑝𝑝 ⁽²⁾

El valor de k se puede obtener del siguiente gráfico.

Gráfico 19. gráfico para la obtención del valor de k para la fórmula de Alexander.

𝑉

√3,28𝐿𝑝𝑝 = 15

√3,28 ∗ 175,72 = 0,6248 Para este valor se obtiene un valor aproximado de k de 1,06.

Por lo tanto, el valor del coeficiente de bloque según la fórmula de Alexander es.

𝐶_𝐵 = 𝑘 − 𝑉

2√3,28𝐿𝑝𝑝 = 1,06 − 1

2 ∗ 0,6248 = 0,7476 9.1.2. Formula de Townsin:

𝐶_𝐵 = 0,7 + 0,125 𝑎𝑡𝑎𝑛(25(0,23 − 𝐹𝑁))

𝐹𝑁 = 𝑉

√𝑔 ∗ 𝐿𝑓 = 15 ∗ 0,5144

√9,81 ∗ 175,72 = 0,1859 Por lo tanto, el coeficiente de bloque según la Formula de Townsin es,

(46)

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𝐶_𝐵 = 0,7 + 0,125 𝑎𝑡𝑎𝑛(25(0,23 − 0,1859)) = 0,8043 9.1.3. Fórmulas de Schneekluth:

𝐶_𝐵 = 0,14(𝐿𝑝𝑝 𝐵 + 20) 26 𝐹𝑁

(3)

𝐶_𝐵 = 0,23(𝐿𝑝𝑝 𝐵 + 20) 26 𝐹𝑁^2/3

(4)

Estas dos fórmulas son válidas para los rangos:

0,48 < 𝐶B < 0,85.

0,14 < FN < 0,32.

Por lo tanto, el valor del coeficiente de bloque dado por estas fórmulas es:

𝐶_𝐵 =

0,14(175,72 30,4 + 20)

26 ∗ 0,1859 = 0,7467

𝐶_𝐵 =

0,23(175,72 30,4 + 20)

26 ∗ 0,1859^2/3 = 0,7

Ambas formulas cumplen con los rangos mencionados anteriormente, pero la segunda formula arroja un valor que esta fuera del rango de coeficiente de bloque para buques graneleros que es 0,72 – 0,85, por lo que ese valor no será tomado en cuenta.

Entonces el valor del coeficiente de bloque dado por la fórmula de Schneekluth es, 𝐶_𝐵 = 0,7467.

9.1.4. Formula de Ayre:

Ayre da cuatro fórmulas para el cálculo del coeficiente de bloque dependiendo de si la velocidad es de pruebas o de servicio y de si el buque lleva una o dos hélices, en el caso del buque proyecto no se conoce la velocidad de servicio ni el número de hélices que va a llevar el buque pero se ha supuesto una velocidad de servicio de 15 nudos y el buque

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llevara una sola hélice como es común en este tipo de buques, por lo tanto, la fórmula utilizada para el cálculo del coeficiente de bloque es la siguiente.

𝐶_𝐵 = 1,05 − 1,68 𝐹𝑁 = 1,05 − 1,68 ∗ 0,1859 = 0,7377 9.1.5. Fórmula de Minorsky:

La fórmula propuesta por este autor es la siguiente:

𝐶_𝐵 = 1,22 − 2,38 𝐹𝑁 = 1,22 − 2,38 ∗ 0,1859 = 0,7776 9.1.6. Fórmula de Katsoulis:

La fórmula propuesta por este autor depende de factores dimensionales, de la velocidad y de un factor f que depende del tipo de buque.

𝐶_𝐵 = 0,8217 ∗ 𝑓 ∗ 𝐿𝑝𝑝^0,42 ∗ 𝐵^−0,3072 ∗ 𝑇^0,1721 ∗ 𝑉^−0,6135 ⁽⁵⁾ El valor del factor f viene dado en la siguiente tabla.

Ilustración 1. valores del factor de corrección f según el tipo de buque.

Entonces, el coeficiente de bloque toma el siguiente valor,

𝐶_𝐵 = 0,8217 ∗ 1,03 ∗ 175,72^0,42 ∗ 30,4^−0,3072 ∗ 11,58^0,1721 ∗ 15^−0,6135 𝐶_𝐵 = 0,7523

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Página 30 de 60 9.1.7. Definición:

Para poder calcular el coeficiente de bloque mediante su definición hace falta conocer el volumen de carena para el cual hace falta saber el desplazamiento, como hasta ahora no se ha calculado el desplazamiento ya que se le dedicara un cuadernillo aparte no se puede utilizar la definición para el cálculo del coeficiente de bloque.

𝐶_𝐵 = 𝛻 𝐿𝐵𝑇 9.1.8. Coeficiente de bloque final:

El valor del coeficiente de bloque final que va a tener el buque proyecto va a ser la media de todos los obtenidos mediante las formulas de los distintos autores.

En la siguiente table se resume los valores de coeficiente de bloque calculados anteriormente.

Autor CB

Alexander 0,7476

Townsin 0,8043

Schneekluth 0,7467

Ayre 0,7377

Minorsky 0,7776

Katsoulis 0,7523

Tabla 7. resumen de coeficientes de bloque calculados mediante fórmulas de autores.

Ahora se procede a calcular la media de los coeficientes calculados anteriormente.

𝐶_𝐵 = 0,7476 + 0,8043 + 0,7467 + 0,7377 + 0,7776 + 0,7523

6 = 0,761

𝐶_𝐵 = 0,761.

9.2. COEFICIENTE DE LA SECCION MEDIA O DE LA MAESTRA:

El coeficiente de la sección media CM se define como la relación entre la sección sumergida de esa sección media y el producto de la manga en la flotación por el calado.

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Este coeficiente esta relacionado con la resistencia al avance. Una disminución del coeficiente de bloque implicara que también deba reducirse el coeficiente de la sección media. En caso de no realizarse esta modificación, se puede producir efectos no

deseables sobre las formas con tendencia a ocasionar desprendimientos de flujo y, consecuentemente, aumentos de la resistencia al avance.

El coeficiente de la sección media se puede calcular de distintas maneras, en este proyecto se va a calcular mediante fórmulas de autores que lo relacionan con el coeficiente de bloque (CB) o con el número de Froude (FN).

El coeficiente de la sección media debe encontrarse entre 0,99 y 0,997.

9.2.1. Formula de Kerlen:

Esta formula define el coeficiente de la maestra en función del coeficiente de bloque (CB) como,

𝐶_𝑀 = 1,006 − 0,0056 𝐶_𝐵^−3,56 = 0,991.

9.2.2. Formula de HSVA:

Esta fórmula define el coeficiente de la maestra en función del coeficiente de bloque (CB) como,

𝐶_𝑀 = 1

1 + (1 − 𝐶_𝐵)^3,5 = 0,993.

9.2.3. Fórmula de Torroja:

Esta formula define el coeficiente de la maestra en función del número de Froude (FN) como,

𝐹𝑁 < 0,5 → 𝐶_𝑀 = 1 − 2 𝐹𝑁⁴ = 0,998.

9.2.4. Coeficiente de la sección media final:

Para obtener un valor final del coeficiente de la sección media se va a calcular la media de todos los coeficientes de la sección media calculados anteriormente, y ese será el valor del coeficiente de la sección media del buque proyecto.

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En la siguiente table se resume los valores del coeficiente de la sección media calculados anteriormente.

Autor CM

Kerlen 0,991

HSVA 0,993

Torroja 0,998

Tabla 8. resumen de los coeficientes de la sección media calculados mediante fórmulas de autores.

Ahora se procede a calcular la media de los coeficientes calculados anteriormente.

𝐶_𝑀 = 0,991 + 0,993 + 0,998

3 = 0,994

𝐶_𝑀 = 0,994.

9.3. COEFICIENTE PRISMATICO LONGITUDINAL:

El coeficiente prismático longitudinal expresa la relación entre el volumen de carena y el producto del área en la sección media por la eslora, en la flotación o entre

perpendiculares.

El coeficiente prismático da una idea de la distribución, en sentido longitudinal, del desplazamiento del buque. Valores bajos de Cp, indican que el volumen de obra viva se concentra alrededor de la perpendicular media y sus extremos son afinados, mientras que un valor alto de Cp, indica una variación pequeña del área de cada sección respecto de la maestra.

El coeficiente prismático esta relacionado con la resistencia al avance del buque. Un aumento del coeficiente prismático supone llenar las formas del buque, y por lo tanto, aumentar la resistencia viscosa.

En cuanto a la resistencia por formación de olas, a igualdad de desplazamiento, u aumento del coeficiente prismático significa reducir desplazamiento en la zona central y llevarlo a los extremos, lo que implica que a velocidades moderadas y bajas se produce un aumento de la resistencia por formación de olas.

El coeficiente prismático puede calcularse fácilmente una vez calculados los coeficientes de bloque y de la maestra, de la siguiente manera,

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Página 33 de 60 𝐶_𝑝 = 𝐶_𝐵

𝐶_𝑀

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Para buques graneleros el coeficiente prismático ha de situarse entre 0,75 y 0,84 y será calculado mediante distintas fórmulas de autores y mediante la definición del

coeficiente prismático longitudinal.

9.3.1. Formula de Troost:

Esta fórmula es aplicable para buques con un numero de Froude inferior a 0,35, el buque proyecto cumple con esta condición.

Este autor ofrece dos fórmulas, una para buques de una sola hélice y otra para buques de dos hélices, el buque proyecto solo contara con una hélice por lo que se usara la formula correspondiente a una sola hélice.

𝐶_𝑝 = 1,20 − 2,12 𝐹𝑁 = 0,806 9.3.2. Definición:

𝐶_𝑝 = 𝐶_𝐵

𝐶_𝑀 = 0,761

0,994 = 0,766 9.3.3. Coeficiente prismático longitudinal final:

El coeficiente prismático longitudinal final será la media entra el calculado por formulas y el calculado mediante la definición.

𝐶_𝑝 = 0,806 + 0,766

2 = 0,786.

𝐶_𝑝 = 0,786.

9.4. COEFICIENTE DE FLOTACIÓN:

El coeficiente de flotación expresa la relación entre el área de la intersección de la carena con el plano horizontal al calado de proyecto, y el área del paralelogramo de lados eslora de flotación (Lf) y manga de flotación (Bf).

El coeficiente de flotación tiene gran influencia sobre la estabilidad y alguna influencia sobre la resistencia hidrodinámica.