SEPTIEMBRE DE 2022
2. MODIFICACIÓN DE LAS ZONAS
En la modificación del buque granelero habrá que tener en cuenta cada una de las zonas del buque, de proa, popa y cuerpo central.
En general, las características normales para un buque granelero, de alto coeficiente de bloque, incluyen cuerpo cilíndrico largo, número de Froude menor a 0.2, coeficiente de la maestra próximo a 1. En cuanto a las zonas de proa y popa, las vamos a estudiar por partes.
2.1. Zona de proa
La zona de proa debe diseñarse teniendo en cuenta varios aspectos, los cuales son las formas del buque, el semiángulo de entrada a la flotación, el diseño de la roda y el bulbo de proa.
2.1.1. Formas del buque.
Para el diseño de las formas de proa debe decidirse si se van a usar secciones en U o en V. Las secciones en V, aunque presentan mejor estabilidad y comportamiento en la mar, también inducen a una mayor resistencia por formación de olas. Las formas en V son recomendables para buques con Froude inferiores a 0.18 o superiores a 0.25, siendo las formas en U las mejores para los valores de Froude intermedios. Para el caso de mi buque granelero, como Froude está en torno al 0.18, adoptará una disposición de forma en U.
2.1.2. El semiángulo de entrada a la flotación
Es aquel que forma la zona de proa del buque con la superficie del mar. Para entenderlo mejor podemos visualizarlo en la siguiente foto:
Ilustración 1. Semiángulo de entrada a la flotación. Fuente: [3]
El valor del semiángulo lo aproximamos en el cuadernillo 2 de dimensionamiento con una fórmula que nos arrojó un valor igual a 43.58°, si bien indicamos que lo
CUADERNILLO 3. FORMAS. PLANO DE FORMAS
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recomendable para un valor de coeficiente prismático en torno a 0.80 es de 33° el máximo recomendado.
2.1.3. Abanico y lanzamiento
El diseño de la roda del buque es en base a si nuestro buque tiene formas llenas (alto coeficiente prismático) o finas (bajo coeficiente prismático). La modificación de la proa permite que disminuya el embarque de agua en la cubierta, además de disminuir el posible cabeceo. El valor recomendado de β, ángulo que forma la roda intersecando con el plano de flotación, es de entre 15 y 30 grados.
Ilustración 2. Ángulo de la roda con el plano de flotación. Fuente: [3]
2.1.4. Bulbo de proa
La colocación del bulbo de proa debe estudiarla el proyectista, ya que su puesta depende de varios factores, por lo que no siempre es recomendable incorporarlo.
Aquellos buques que sí disponen de bulbo de proa adquieren una mejora hidrodinámica. En caso de buques lentos como el que estamos estudiando, supondrá una disminución de resistencia viscosa y de formación de olas.
No existe un único tipo de bulbo de proa, sino que, dependiendo de las características y formas del buque, adoptará una u otra forma.
Los criterios para la utilización o no del bulbo de proa son los siguientes:
- Si el buque tiene un coeficiente de bloque cuyo rango se encuentra entre 0.65 y 0.82, es normal que lleve bulbo de proa.
- La relación L/B no debe ser superior a 7.0 ni inferior a 5.5 para que el buque disponga de bulbo de proa.
- Si Cb*B/L es superior a 0.135, no se recomienda su utilización.
Como podemos observar, los criterios expuestos obtenidos del libro “El proyecto del buque mercante” no son criterios 100% seguros o fiables, sino que el proyectista deberá, en base al estudio de otros buques, decidir si instala o no el bulbo.
CUADERNILLO 3. FORMAS. PLANO DE FORMAS
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En nuestro caso, obtenemos una tabla con los siguientes valores:
Tabla 1. Valores para la instalación del bulbo de proa.
Característica Valor recomendado Valor obtenido
Cb 0,65- 0,82 0,803
L/B 5,50-7,00 6,029
Cb*(B/L) < 0,135 0,137
El último valor es el único que no encaja. Sin embargo, el valor no difiere mucho del límite, por lo que sí instalaremos un bulbo de proa. Además, con las posibles modificaciones de coeficientes y dimensiones que pueda sufrir el buque al diseñarlo en Maxsurf, puede que el valor de 0.137 descienda hasta que sea inferior al valor límite.
En cuanto al tipo de bulbo que instalaré, será un bulbo tipo ∆ o gota de agua, ideales para buques con secciones de proa tipo U y variaciones de calado grandes, como es el caso de este buque granelero. Dependiendo de cuál sea la altura del punto de máxima protuberancia, será un bulbo alto, medio o bajo. Estas características del bulbo las voy a calcular a continuación, atendiendo a las recomendaciones que se han obtenido de [ ]:
- Altura del punto de máxima protuberancia o Hx. Este valor, si bien se adimensionaliza con el calado y se aconseja definirlo para la situación de lastre, lo calcularemos para un calado algo inferior a nuestro calado que es 12.25 metros.
Se recomienda que se encuentre en un rango de 0.35< Hx/T< 0.55. Para un calado de 7.25 metros podemos establecer una altura de:
𝐻𝑥
7.25= 0.45 → 𝐻𝑥 = 3.263 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠
Esta altura abarcaría los posibles calados del buque en lastre y en plena carga.
- Abscisa del punto de máxima protuberancia o Xb. Referido a la perpendicular de popa, depende de la eslora del buque. Es un parámetro menos critico que Hx y lo calcularemos para la condición más desfavorable, que sería la condición de lastre:
𝑋𝑏
𝐿𝑝𝑝 = 0.1811 ∗ 𝐶𝑏 ∗ 𝐵
𝐿𝑝𝑝+ 0.0074
Para los valores iniciales de las dimensiones y formas, esta arroja un valor de Xb igual a 5.953 metros.
- Área transversal del bulbo S20/S10. Para valores de coeficiente de bloque en torno a 0.80 y relación de Lpp/B de 5.80, aproximadamente, un valor adecuado de área transversal sería 9.90, para una altura media de Hx/T = 0.45. para un valor de 36.82 m2 de S20 y un valor de 382.86 m2 de S10, el valor, en tanto por ciento, del área transversal:
CUADERNILLO 3. FORMAS. PLANO DE FORMAS
6 𝑆𝑎20 = 100 ∗𝑆20
𝑆10 = 9.62%
Para buques graneleros, los valores se encuentran entre un 9 y un 12%.
2.2. Zona central
En el cuadernillo 2 determinamos la longitud del cuerpo cilíndrico, referida al porcentaje de eslora entre perpendiculares que se expande la forma de la sección maestra.
Para nuestro buque, el valor suponía un 43.07% de la eslora entre perpendiculares, que viene a ser unos 79.258 metros. Si observamos los resultados de la curva de áreas, el valor arrojado por Maxsurf es ligeramente superior, de unos 84 metros aproximadamente.
Además, el fondo del buque es un fondo plano, el cual presenta una gran estabilidad en aguas tranquilas y es apto para la velocidad a la que operará el buque. No dispone de astilla muerta al ser plano, lo cual es recomendable en buques con alto coeficiente de bloque.
2.3. Zona de popa
La forma de la popa será en U ya que es un buque lento y dispone solo de una hélice.
Para la popa se ha optado por una popa de espejo vertical, que reducirá la resistencia al avance y la resistencia por formación de olas, sin que se generen demasiadas turbulencias.
Además, para Froude inferiores a 0.30, el espejo de popa deberá comenzar en la línea de flotación, permitiendo así que se sumerja mientras navegue el buque.
Se mantiene el bulbo de popa del buque base para nuestro buque, pues es recomendable para aquellos que tengan un alto coeficiente de bloque, ya que permite que el flujo sea más uniforme.
Debemos tener en cuenta al realizar el diseño de la zona de popa que esta debe permitir alojar la hélice y el timón, por lo que debe haber suficiente espacio entre la perpendicular de popa y el bulbo de popa, además de una suficiente altura que permita alojar la hélice de mayor diámetro posible. Entre la zona más a popa del bulbo de popa y la perpendicular de popa hay una distancia de 6 metros, y entre el bulbo de popa y el extremo de popa de la eslora total, 12 metros.
2.4. Curva de áreas
La curva de áreas para buques lentos debe presentar un aspecto continuo, con una parte central recta, perteneciente al cuerpo cilíndrico del buque.
Se observa que en la curva de áreas obtenida no aparecen discontinuidades y que en proa y popa no hay mucha diferencia en cuanto a la forma de las curvas. La curva de áreas se encuentra en el Anexo I.
CUADERNILLO 3. FORMAS. PLANO DE FORMAS
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