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9. ESTIMACIÓN DEL PESO EN ROSCA
El desplazamiento del buque se puede dividir en peso en rosca y peso muerto. El peso muerto es el peso máximo que puede transportarse en el buque, en este caso, 45.000 toneladas. Incluye tanto la carga como las personas, el combustible, etcétera. En cambio, el peso en rosca es el peso del buque, de su estructura, que incluye todos los sistemas de contraincendios, auxiliares… en pocas palabras es lo que pesa el buque.
∆= 𝑃𝑀 + 𝑃𝑅
Para calcularlo, se dividirá el peso en rosca en tres pesos;
- Cálculo del peso de la estructura de acero (casco, superestructuras, casetas…).
- Cálculo del peso del equipo y habilitación.
- Cálculo del peso de la maquinaria.
Calcular tan pronto el peso de todos los elementos que componen el rosca es muy difícil, pues las dimensiones del buque pueden variar y todavía se desconocen muchos datos como, por ejemplo, qué planta propulsora habrá que instalar, para así saber cuál será su peso, o cuál será la disposición de las superestructuras del buque.
Sin embargo, se pueden hacer aproximaciones bastante reales que más adelante serán posiblemente modificadas, ya que el proceso de diseño de un buque es un proceso iterativo.
En el libro “El proyecto básico del buque mercante” (ALVARIÑO CASTRO, AZPÍROZ AZÍROZ, & MEIZOSO FERNÁNDEZ, 1997), podemos encontrar un apartado destinado al cálculo del peso en rosca para buques graneleros. Todas las fórmulas utilizadas para estos cálculos serán obtenidas de ese libro, aunque lamentablemente, las fórmulas específicas aplicables para buques graneleros están definidas por muchos datos que aún se desconocen, así que tendrán que calcularse empleando ecuaciones un poco más generales.
9.1. Peso de la estructura de acero
9.1.1. Método de D.G.M. Watson y A.W. Gilfillan
El peso en rosca en esta fórmula varía en función de un coeficiente K, dependiente del tipo de buque, y de algunas dimensiones del buque, así como del coeficiente de bloque de este.
𝑊𝑆𝑇 (𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜) = 𝐾 ∗ 𝐸1.36(1 + 0.5(𝐶𝐵80𝐷 − 0.7))
Siendo
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𝐸 = 𝐿𝑝𝑝 ∗ (𝐵 + 𝐷) + 0.85 ∗ 𝐿𝑝𝑝(𝐷 − 𝑇) + 0.85 ∑ 𝑙1ℎ1+ 0.75 ∑ 𝑙2ℎ2
Los valores de ‘l’ y ‘h’ son referidos a la eslora y altura de las superestructuras (1) y de las casetas (2). Como se dijo anteriormente, estos valores son desconocidos, luego habrá que estimar un valor medio:
∑ 𝑙1ℎ1+ ∑ 𝑙2ℎ2= 1.45𝐿𝑝𝑝 − 11 = 𝟐𝟓𝟓. 𝟖𝟓𝟖
El coeficiente CB80D se puede calcular como:
𝐶𝐵80𝐷 = 𝐶𝑏 +(1 − 𝐶𝑏)(0.8𝐷 − 𝑇)
3𝑇 = 𝟎. 𝟖𝟏𝟑
Los valores de K y E se extraen de la tabla 3.7.1 del libro de “El proyecto básico del buque mercante”, página 614:
𝐾 = [0.029 − 0.032]
𝐸 = [3000 − 15000]
“Para cada tipo de buque, K varía según la disposición del mismo, con una tendencia hacia los valores más bajos en los buques actuales” (ALVARIÑO CASTRO, AZPÍROZ AZÍROZ, & MEIZOSO FERNÁNDEZ, 1997), luego operaré con el valor de K=0.030.
Una vez definidas todas las variables, podemos calcular el peso del acero del buque:
𝐸 = 𝟏𝟎𝟏𝟐𝟒. 𝟗𝟎
El valor de E se encuentra entre los límites generales. Sustituyendo se obtiene el valor del peso de acero:
𝑊𝑆𝑇 = 0.030 ∗ 10124.91.36∗ (1 + 0.5(0.813 − 0.7)) = 𝟖𝟖𝟕𝟖. 𝟏𝟒𝟒 𝒕
9.1.2. Fórmulas de J.L. García Garcés
José Luis García Garcés estableció unas fórmulas aproximadas para el cálculo del peso del acero en buques graneleros de entre 75 y 280 metros de eslora entre perpendiculares:
𝑊𝑆𝑇 = 0.02432 ∗ 𝐿𝑝𝑝1.5∗ 𝐵 ∗ 𝐷 = 𝟖𝟎𝟔𝟒. 𝟕𝟗𝟏 𝒕
Se puede observar que no difiere mucho el valor al calculado mediante el método de Watson y Gilfillan.
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24 9.2. Peso del equipo y habilitación
Al igual que con el peso del acero, pero con menor interés, podemos aproximar el peso de los equipos en función de las dimensiones del buque. Para buques graneleros, podemos estimarlo mediante:
𝑊𝑂𝐴 (𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 𝑦 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛) = 𝐾𝑒 ∗ 𝐿𝑝𝑝 ∗ 𝐵 18
El coeficiente ‘Ke’, para un buque granelero, es igual a:
𝐾𝑒 = 0.39 − 0.001 ∗ 𝐿𝑝𝑝 = 𝟎. 𝟐𝟎𝟓𝟗𝟔
𝑊𝑂𝐴 = 0.20596 ∗ 184.04 ∗ 31.57 = 𝟏𝟏𝟗𝟔. 𝟔𝟓𝟕 𝒕
Este peso incluye desde las escalas verticales hasta el equipo de salvamento, sistema de contraincendios o incluso los equipos de navegación.
9.3. Peso de la maquinaria propulsora y auxiliar
El peso de la maquinaria depende de varios factores, que son el tamaño del motor, de la línea de ejes, etcétera. Podemos dividirlo en cuatro grupos:
- Peso del motor.
- Peso del resto de la maquinaria propulsora.
- Peso de otros elementos en cámara de máquinas.
- Peso de la línea de ejes.
Como no se dispone todavía de información del tipo de motor que hay que instalar, y porque se necesita hacer, al menos, una aproximación para poder seguir operando, debemos estimar la potencia del motor a través de buques similares. De nuevo, podemos observar que el proceso constructivo de un buque es un proceso iterativo en el que se depende de lo siguiente que se vaya a calcular.
Estos datos se calcularán a través de las fórmulas ofrecidas por el libro “El proyecto básico del buque mercante” (ALVARIÑO CASTRO, AZPÍROZ AZÍROZ, & MEIZOSO FERNÁNDEZ, 1997), encontradas en las páginas 621 y 622 del libro.
9.4. Peso del motor
El peso del motor propulsor (WME) se puede estimar con fórmulas dependientes de la potencia de este. Para este buque, se va a considerar un motor de dos tiempos con revoluciones bajas.
18 ALVARIÑO CASTRO, R., AZPÍROZ AZÍROZ, J., & MEIZOSO FERNÁNDEZ, M. (1997). El proyecto básico del buque mercante. Madrid: Fondo editorial de Ingeniería Naval. Colegio Oficial de Ingenieros Navales.
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Para poder hacer una aproximación de la potencia que necesitará el buque, se revisarán los motores que llevan los buques que no se alejan más de un 25% del valor del peso muerto del buque proyecto, tanto en alza como mínimos, de la base de datos utilizada para establecer las principales dimensiones del buque.
Tabla 12. Base de datos de buques 33750< PM< 56250.
BUQUE DW (t) Motores principales Potencia (kW) Rev/min
DRAGONERA 34613 MAN|| 5S50MC-C7 7500 124
ARRILAH I 36490 MAN- B&W || 6S46MC-C7 8280 129
HALKI 36850
MAN Diesel & Turbo ||
6S46MC-C8.1 7800 129
VENTURE GOAL 43500
MAN B&W || 5S50ME-B9.3
(Tier II) 8900 117
E.R. BERGAMO 55500 Hyundai- B&W || 6S50MC-C7 8820 119
Para un buque de 45.000 toneladas de peso muerto, se puede afirmar que se tratará de un motor de 2 tiempos, de potencia aproximada de unos 8800 kW, como mínimo, que son 11.801 BHP, suponiendo que 1 kW =1,34102 BHP, aproximadamente, y 120 revoluciones por minuto.
Para hacer el proceso más sencillo, se va a seleccionar un primer motor para el buque, que será el diseñado por MAN B&W, modelo 5S50ME-B9.3 (Tier II), de 8900kW (11935,1 BHP) y 117 revoluciones por minuto.
Una vez obtenidas las características principales del motor, se puede calcular el peso aproximado del mismo:
𝑊𝑀𝐸 = 5 + 4 ∗ (𝑀𝐶𝑂 𝑁 )
0.925
Siendo MCO la potencia máxima continua y N el número de revoluciones por minuto del motor:
𝑊𝑀𝐸 = 5 + 4 ∗ (11935.1 117 )
0.925
= 𝟐𝟗𝟔. 𝟒𝟑𝟖 𝒕
9.4.1. Peso del resto de la maquinaria
El peso de la maquinaria restante (WRP) se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
𝑊𝑅𝑃 = 𝐾𝑚 ∗ 𝑀𝐶𝑂0.7
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Km es un coeficiente que depende del tipo de buque. Para graneleros, adquiere un valor de 0.56.
𝑊𝑅𝑀 = 0.56 ∗ 11935.10.7= 𝟑𝟗𝟗. 𝟗𝟏𝟒 𝒕 9.4.2. Peso de otros elementos
El peso de otros elementos de la cámara de máquinas (WQR) puede estimarse como:
𝑊𝑄𝑅 = 0.03 ∗ 𝑉𝑀𝑄
VMQ son siglas referidas al volumen de la cámara de máquinas, en metros cúbicos, situada a popa. Este volumen puede aproximarse por la siguiente fórmula para buques graneleros, obtenida del mismo libro, “El proyecto del buque mercante”, página 631:
𝑉𝑀𝑄 = 𝐿𝑝𝑝 ∗ 𝐵 ∗ 𝐷 ∗ (0.042 ∗𝐷
𝑇− 0.04 ∗ 𝐶𝑏 + (𝐿𝑐𝑚 + 𝐿𝑎𝑝) ∗(𝐶𝑏 − 0.02)
𝐿𝑝𝑝 − 0.08)
‘Lcm’ está referido a la longitud de la cámara de máquinas, mientras que ‘Lap’
denomina la longitud de los apéndices. Este último puede determinarse como un 4% de la eslora entre perpendiculares para buques de más de 100 metros de eslora.19 Para buques graneleros, la longitud de la cámara de máquinas se aproxima con la fórmula:
𝐿𝑐𝑚 = 2.53 ∗ 𝐿𝑝𝑝0.34+ 3.87 ∗ 10−6∗ 𝑀𝐶𝑂1.5= 𝟏𝟗. 𝟕𝟐𝟒 𝒎
𝐿𝑎𝑝 = 0.04 ∗ 184.04 = 𝟕. 𝟑𝟔𝟐 𝒎
𝑽𝑸𝑴 = 𝟔𝟓𝟔𝟏. 𝟓𝟎𝟖 𝒎𝟑
Finalmente, el peso obtiene un valor de:
𝐖𝐐𝐑 = 𝟏𝟗𝟔. 𝟖𝟒𝟓 𝐭 9.4.3. Peso de la línea de ejes
El peso de la línea de ejes (WQE), fuera de la cámara de máquinas, puede aproximarse como:
𝑊𝑄𝐸 = 𝐾𝑛𝑒 ∗ 𝐿𝑒𝑗𝑒 ∗ (5 + 0.0164 ∗ 𝐿𝑝𝑝)
El valor de Kne es 1 en buques con 1 línea de eje (mi buque) y se va a aproximar el valor de la línea de ejes a unos 12 metros.
𝑾𝑸𝑬 = 𝟗𝟔. 𝟐𝟏𝟗 𝒕
19 ALVARIÑO CASTRO, R., AZPÍROZ AZÍROZ, J., & MEIZOSO FERNÁNDEZ, M. (1997). El proyecto básico del buque mercante. Madrid: Fondo editorial de Ingeniería Naval. Colegio Oficial de Ingenieros Navales.
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Haciendo el sumatorio obtenemos el peso total:
𝑊𝑄 = 𝑊𝑀𝐸 + 𝑊𝑅𝑃 + 𝑊𝑄𝑅 + 𝑊𝑄𝐸 = 𝟗𝟖𝟗. 𝟒𝟏𝟔 𝒕𝒐𝒏𝒆𝒍𝒂𝒅𝒂𝒔
Haciendo el sumatorio de pesos, y seleccionando el valor de peso de acero más elevado, se obtiene un valor de peso en rosca de:
𝑃𝑅 = 𝑊𝑆𝑇 + 𝑊𝑄 + 𝑊𝑂𝐴 = 8878.144 + 989.416 + 1196.657
𝑷𝑹 = 𝟏𝟏𝟎𝟔𝟒. 𝟐𝟏𝟕 𝒕𝒐𝒏𝒆𝒍𝒂𝒅𝒂𝒔
Con este valor, el buque proyectotendría un desplazamiento aproximado de 56064.217 toneladas. Este valor se aproxima bastante al calculado mediante la fórmula de ∆= 𝐿𝐵𝑇𝜌 = 58639 𝑡. No obstante, estos no serán, con bastante probabilidad, los valores exactos de desplazamiento del buque.