anteproyecto de yate a vela de madera y quilla corrida

Escuela de Ingeniería Naval

“ANTEPROYECTO DE YATE A VELA DE

MADERA Y QUILLA CORRIDA”

Proyecto para optar al título de:

Ingeniero Naval Mención: Arquitectura Naval

y Máquinas Marinas

Profesor Patrocinante:

Sr. Richard Luco Salman.

Ingeniero Naval.

Licenciado en Ingeniería Naval.

Doctor en Ingeniería Naval.

EDUARDO NICOLÁS CHI DEL RIO

VALDIVIA – CHILE

2014

Anteproyecto de yate a vela de madera con quilla corrida Eduardo Nicolás Chi Del Rio

1

AGRADECIMIENTOS

A Dios, mi familia y amigos…


2

INDICE

RESUMEN 4

ABSTRACT 4

INTRODUCCION 5

Capítulo 1 DISEÑO PRELIMINAR 6

1.1 Introducción 6

1.2 Objetivos 6

1.3 Especificaciones generales 7

1.4 Normativa y reglamentos aplicables en el diseño 7

Capítulo 2 ANALISIS DE MATERIALIDAD 8

2.1 Introducción y objetivos 8

2.2 Características generales de la madera 8

2.3 Definición de las maderas 9

Capítulo 3 ESTUDIO ESTADISTICO 10

3.1 Introducción 10

3.2 Base de datos 10

3.3 Definición dimensiones de la base de datos 10

3.4 Parámetros comparativos 12

3.5 Definición de las relaciones dimensionales 12

3.6 Dimensionamiento preliminar 14

Capítulo 4 DISEÑO DE LA CARENA 15


4.2 Definición de dimensiones 15

4.3 Dimensiones principales 22

4.4 Diseño de la carena en Freeship 23

4.5 Comprobación de las dimensiones 25

Capítulo 5 DISEÑO DE APENDICES 26


5.2 Dinámica de los perfiles alares 26

5.3 Diseño quilla corrida 28

5.4 Diseño del timón 29

Capítulo 6 DISEÑO PLANO VELICO, BALANCE Y APAREJOS 32


6.2 Tipo de aparejo 33

6.3 Características del aparejo tipo Sloop 34

6.4 Diseño de la superficie velica 35

6.5 Equilibrio velico 37

6.6 Estimación del CPV 38

6.7 Estimación del CRL 38

6.8 Estimación del abatimiento 39

6.9 Diseño y funcionamiento del aparejo Sloop a tope 40


3

Capítulo 7 PESOS Y CENTRO DE GRAVEDAD 47


7.2 Peso liviano o en rosca 47

7.3 Peso del casco 50

7.4 Peso muerto 51

7.5 Resumen desplazamiento total y centro de gravedad 51

Capítulo 8 ESTUDIO DE ESTABILIDAD 52


8.2 Hidrostáticas de la carena 52

8.3 Análisis de estabilidad para distintas condiciones de carga 54

8.4 Análisis calibración de los estanques 64

Capítulo 9 ESCANTILLONADO 67


9.2 Uso del reglamento DNV 71 67

9.3 Calculo de la cuaderna maestra 72

Capítulo 10 DISPOSICIONES GENERALES 74


10.2 Diseño de interiores 74

10.3 Diseño de exteriores 75

10.4 Maniobrabilidad y arboladura 76

10.5 Sistema de achique y contra incendios 76

10.6 Sistema eléctrico 77

Capítulo 11 RESISTENCIA A LA PROPULSION 78


11.2 Obtención de la velocidad de operación por motor propulsor 78

11.3 Calculo de la potencia efectiva en condición de casco desnudo 78

11.4 Criterios previos a la elección de la hélice optima 81

11.5 Calculo de la hélice optima 81

11.6 Selección del motor 85

Capítulo 12 PREDICCION DE LA VELOCIDAD 87


12.2 Curvas polares 87

Capítulo 13 DATOS ECONOMICOS 91


13.2 Definición de los costos 91

13.3 Presupuesto 93

CONCLUSIONES 94

BIBLIOGRAFIA 95

REFERENCIAS 95


4

RESUMEN

El siguiente trabajo describe el desarrollo del anteproyecto de un yate a vela de madera con

quilla corrida, buscando formas y soluciones estructurales clásicas y sencillas.

Describe la metodología que se utiliza, para el cálculo de las dimensiones principales y diseño

de la carena, también se presentan las características que posee este tipo de embarcaciones.

Se propone soluciones prácticas para una fácil maniobrabilidad, una amplia disposición y fácil

acceso a los espacios dentro y fuera de la embarcación. Se realizan los estudios

correspondientes a una óptima estabilidad y navegabilidad, en función de los reglamentos y

normativas avalados por la Autoridad Marítima.

ABSTRACT

The following paper describes the development of the draft of a wooden sailing yacht with

long keel, looking for classic and simple shapes and structural solutions.

It describes the methodology used for the calculation of the main dimensions and hull design,

as well as the features such craft has are also presented.

Practical solutions for easy maneuverability, a spacious layout and easy access to the spaces

inside and outside the vessel are proposed. The studies for optimum stability and

seaworthiness, according to the rules and regulations endorsed by the Maritime Authority are

performed.


5

INTRODUCCION

Los primeros indicios de una embarcación a vela se han encontrado en Egipto alrededor del

año 1300 a.C. descrita como una embarcación dotada de una vela cuadrada sostenida por dos

palos de madera, la que solo podía navegar a favor del viento. Durante muchos siglos

después, la navegación a vela ha sido el principal medio de comunicación entre civilizaciones

lejanas. Por esta razón existe una gran variedad de embarcaciones a vela, cada una diseñada

para alguna condición en particular.

Las diferencias más amplias se refieren a los materiales de construcción; pasando de

embarcaciones de madera, metal, plásticos reforzados y otros materiales como el

ferrocemento y maderas contrachapada. Según su actividad o perfil de misión, podemos

mencionar a las embarcaciones de trabajo, las de paseo y de regatas. Además, se pueden

clasificar según las formas de la carena, la velocidad de operación o condiciones de

navegabilidad.

Estructurado en doce capítulos, se busca obtener el diseño de un velero con formas clásicas,

de quilla corrida y de construcción con madera; se utilizan métodos estadísticos para

establecer, definir y condicionar las dimensiones principales del velero. También se

especifican las características principales de una embarcación a vela, que son la flotabilidad y

la gobernabilidad, además de la estabilidad, la solidez, la estanqueidad, la resistencia al avance

y la existencia de un espacio útil para la navegación.

Se busca un velero para el esparcimiento, o paseo de un grupo no superior a seis personas,

que sea de fácil y cómoda navegabilidad, al igual que óptimos niveles de confort en la

habitabilidad.


6

Capítulo 1

GENERALIDADES

1.1 Introducción

Se diseña un velero, considerando los principios básicos de la navegación a vela, también se

contemplan las fuerzas a las que está inmerso este tipo de embarcaciones; debido a las formas de

la carena y el tipo de aparejo. Estas características relacionan dos fluidos (agua y aire) los que

influyen en la estabilidad, navegación y operación.

El presente trabajo corresponde al anteproyecto de una embarcación a vela; estableciendo el

diseño de un velero con formas clásicas, de construcción de madera.

1.2 Objetivos

Diseñar un velero clásico de 15,5 metros de eslora; que cumpla con:

Fácil maniobrabilidad para una mínima dotación.

Poseer una buena estabilidad.

Diseño de la quilla corrida que contrarreste la escora.

Un motor de propulsión auxiliar para maniobras de zarpe.

Una superficie velica suficiente para una óptima velocidad de operación.

Aparejos sencillos y de fácil manejo para una mínima dotación.

Distribución de espacios amplios y de fácil acceso.

Óptimas condiciones de confort durante la navegación.

Bajos costos de construcción e implementación.

El cliente al que va dirigido esta embarcación corresponde a una persona que tenga la valoración

por los conocimientos ancestrales, del uso y recolección de la madera natural. Que pudiera

construir de forma asesorada este tipo diseño de velero clásico, con apéndices, aparejos, y

soluciones estructurales sencillas.

Que pertenezca a una familia ligada al mar, teniendo amplios conocimientos de la navegación a

vela, y formas de mantenimiento o reparación de la embarcación.


7

1.3 Perfil de misión

La embarcación es un crucero, por lo que se demanda un compromiso entre la velocidad

requerida, condiciones marineras, facilidad de manejo, confort, espacios amplios y un buen

aprovechamiento de los espacios. Ha de tratarse de una embarcación sencilla, sin grandes lujos,

pero amplios lugares de esparcimiento tanto dentro como fuera de la embarcación.

Se han fijado los siguientes datos:

Eslora máxima 15,5 metros.

Condición de desplazamiento.

Velocidad de operación 8 nudos.

Autonomía 5 días.

Dotación, 5 tripulantes.

Zona de navegación, zona Sur de Chile.

Diseño clásico con quilla corrida.

Construcción y terminaciones de madera.

Corresponde al diseño de un velero que navegará en aguas costeras, de grandes bahías y ríos de

no menor a dos metros de profundidad. Donde puedan encontrarse vientos de 20 nudos y alturas

de ola de 2 metros.

1.4 Normativa y reglamentos aplicables en el diseño

ISO 12217-2 Small craft - Stability and buoyancy assessment and categorization.

Part 2: Sailing boats of hull length greater than or equal to 6 m.

Este reglamento combina los factores relacionados con la estabilidad dinámica, recuperación de la

inmersión, la recuperación de derribo, momentos generados por el viento y la inundación. Aun

cuando cada embarcación tendrá una estabilidad propia en función de las formas de la carena, se

podrá utilizar esta normativa correspondiente a embarcaciones propulsadas principalmente con

velas. Se evalúa el STIX (stability index), índice o numeral que representa la percepción de

navegabilidad del diseño. Evalúa distintas cualidades marineras de una embarcación y su

seguridad, las que se identifican en forma de una serie de factores que se multiplican para obtener

el numeral STIX; cuanto mayor sea el STIX, más seguro es la embarcación (desde el punto de vista

de la estabilidad).

Det Norske Veritas

Para el escatillonado, se utiliza el reglamento de construcción y clasificación de embarcaciones de

madera Det Norske Veritas del año 1971, debido a la poca información referida a la construcción y

clasificación de embarcaciones de madera. Este reglamento cuenta con soluciones estructurales y

define cada uno delos elementos longitudinales y transversales de una embarcación. [2]


8

Capítulo 2

ANALISIS DE MATERIALIDAD

2.1 Introducción y objetivos

Se define que la embarcación sea diseñada estructuralmente de madera, preferentemente la

usada por los constructores de riberas del Sur de Chile. La construcción de embarcaciones de

madera, propone diversas formas de obtener el material, desde la búsqueda en zonas boscosas,

hasta la opción de maderas contrachapadas o de fabricación industrial. La madera seca se

compra en aserraderos con formas prefabricadas y dimensiones exactas, sin tener la necesidad de

intervención más que el ensamblaje, en cambio la madera natural es la que se corta en verde en

zonas boscosas; donde son seleccionadas de forma visual, buscando los árboles que contengan las

formas adecuadas para recortar la pieza que se requiere. Esta última forma de selección requiere

un trabajo más acabado antes de la construcción de la embarcación y posee una riqueza que

refleja el paso de manos artesanales sobre el material.

La construcción con madera es una técnica ancestral, que conjuga un saber de destrezas

suficientes para poder doblegar la madera, transformando duras fibras en delicadas formas

curvas.

2.2 Características generales de la madera

En el sur de Chile se utilizan principalmente tres tipos de maderas para la confección de

embarcaciones: roble, lenga y ciprés. Estas maderas se destacan por su alta resistencia a la

humedad; condición determinante para una construcción que estará en contacto permanente con

el agua. Como preferencia en la construcción de embarcaciones, podemos destacar la madera de

lenga, debido a su abundancia en la zona, aun cuando el ciprés es mejor evaluado por sus

características de poca absorbencia de humedad (impermeabilidad), facilidad para el trabajo y

comportamiento estructural. Además, de la utilización del alerce, mañio, coihue, entre otras

maderas.

La diversidad de formas, que puede tener una carena son innumerables y se condicionan en

función del perfil de misión de la embarcación, la moda y las restricciones del material con que se

construye.

Las piezas estructurales que componen una embarcación se alejan de la ortogonalidad y se

trabajan de tal manera que generan curvas prodigiosas. [4]


9

La elección de la madera está en función de los distintos requerimientos estructurales. Para esta

embarcación se utilizaran las siguientes:

Madera Peso específico (ton/m3) Elementos estructurales

Roble 0,73

- Roda - Quilla - Sobrequilla - Codaste

Ciprés 0,53 - Forro de cubierta - Forro de superestructura - Casco

Lenga 0,58 - Estructuras longitudinales - Estructuras transversales

2.3 Definición de las maderas de acuerdo [5]

Lenga Roble Ciprés

Árbol de tronco recto y cilíndrico que alcanza hasta los 30 metros de altura con diámetro de más de 1 metro. Forma bosques puros, pero también se asocia con araucarias, raulíes, coihues, alerces, cipreses y canelos. Color café claro con tintes amarillentos ha rozado. El veteado de estas maderas es liso y su textura fina y homogénea. La lenga posee una madera de peso mediano cuya densidad es de 580 kgf/m3 al 12 % de humedad. Su dureza es de 360 kg de resistencias mecánicas medianas. La resistencia a la flexión estática es de 80 MPa a la compresión de 50 MPa y al cizalle 10 MPa Tiene una durabilidad natural entre 5 a 15 años. Es una madera de fácil manejo para trabajar y que se deja encolar, y pintar fácilmente.

Se distribuye tanto en las cordilleras como el llano central, utiliza suelos húmedos y profundos. Es un árbol de tronco cilíndrico y recto que puede alcanzar hasta 40 metros de altura y 2 metros de diámetro, forma bosques puros. Posee un color homogéneo rojizo café oscura. Se considera una madera semipesado cuya densidad es de 700 kgf/m3 al 12 % de humedad. Su dureza es de 450 kg y de resistencias mecánicas medianas. La resistencia a la flexión estática es de 85 MPa a la compresión 47 MPa y al cizalle de 12 MPa. Tiene una durabilidad natural de 15 años. La penetración de preservantes es irregular, pero es fácil de encolar, pintar.

Crece en zonas bajas y pantanosas, húmedas. El tronco es muy similar al del alerce, pudiendo alcanzar alturas de 40 metros y diámetros de hasta 1 metro. Un árbol desprovisto de ramas en su parte baja. Posee un olor único, característico y persistente. Tiene un color café pálido con tinte blanco amarillento. El veteado es suave y la textura fina y homogénea. La madera es de peso moderado que tiene una densidad de unos 530 kgf/m3 además presenta una contracción volumétrica de un 9 % y no presenta colapso. Tiene una dureza de 120 kg y resistencias mecánicas medianas. La resistencia a la flexión estática es de 60 MPa a la compresión 40 MPa y al cizalle de 7 MPa. El secado es fácil, quedando dimensionalmente muy estable Tiene una durabilidad superior a 15 años. La penetración de preservante es irregular. Madera de fácil manejo de trabajar.


10

Capítulo 3

ESTUDIO ESTADISTICO

3.1 Introducción.

Para la realización de este proyecto primeramente se lleva a cabo un estudio estadístico con

embarcaciones similares. Esto busca tener una orientación y referencia del dimensionamiento del

velero. El objetivo de realizar un estudio estadístico no es definir las dimensiones de la

embarcación sino que proporcionar una idea de cuáles son las características generales que deben

poseer las embarcaciones de este tipo.

3.2 Base de datos.

Se emplea como dato principal que la construcción de los veleros sea de madera y de quilla

corrida. Se utilizan siete veleros que cumplen dichas consideraciones. Esta búsqueda de

información se realizó mediante la página web www.yachtsnet.co.uk.

Tabla 1. Dimensiones de la base de datos

Modelo unidades

Loa Lwl B T ∆ Lastre SV

mts mts mts mts ton ton m2

Holman 26 7,98 6,10 2,29 1,27 2,88 1,4 27,9

Robb Lion 35 10,72 7,32 2,67 1,52 6,44 2,5 44,6

Lymington 7,16 5,92 2,06 1,22 2,74 1,1 26,0

Peter duck 8,69 7,62 2,74 1,14 5,75 2,0 30,2

Raymond wall 28 8,53 6,71 2,54 1,68 4,00 1,5 51,1

Tamarisk 24 9,17 6,45 2,44 0,89 2,84 1,1 33,8

Buchanan spartan 7,47 5,99 1,98 1,22 3,00 1,7 24,0

3.3 Definición dimensiones de la base de datos.

Eslora total (Loa)

Distancia horizontal medida desde los extremos de popa y proa de la embarcación. Este valor es

un dato de partida en el diseño. Tiene influencia en las dimensiones de los espacios interiores y

sus distribuciones, en el plano de la cubierta, en el tipo de lanzamiento de la embarcación, el tipo

de navegación que se desea tener y su manejabilidad (maniobrabilidad y estabilidad direccional).


11

Eslora de flotación (Lwl)

Distancia horizontal medida en la línea de flotación entre los puntos más extremos de popa y proa.

Este valor influye con la velocidad máxima que puede alcanzar la embarcación, en función a la vez

del tipo de régimen de navegación, también en la resistencia al avance y el cabeceo de la

embarcación.

Manga (B)

Distancia horizontal medida entre los extremos en sentido transversal de la embarcación, de

babor a estribor. Este valor influye en la estabilidad transversal o por formas, resistencia al

avance y la distribución de los espacios interiores de la embarcación. La estabilidad transversal

aumentaría, al haber un aumento de la manga, no así la estabilidad por formas ya que la

embarcación seria menos estilizada. El aumento de la manga conllevaría un aumento de la

resistencia por fricción, dado a una mayor superficie mojada, por ende aumentaría la resistencia

de origen viscoso, dado al aumento del gradiente de presiones del cuerpo de salida de la

embarcación y la resistencia por formación de olas, dado a las formas más llenas en proa.

Calado (T)

Es la distancia vertical desde la línea de flotación al extremo más bajo de la quilla. Este valor es

determinante al diseñar la amplitud de los interiores, disposición de los estanques, espacios para

los equipos auxiliares, elementos de sistemas eléctricos, hidráulicos, de achique, etc. Influye en la

capacidad de navegar en ceñida, la superficie mojada, el desplazamiento de la embarcación, en el

cálculo de la hélice y diseño del timón. También condiciona las zonas en las que podrá navegar, y

los puertos en los que pueda atracar.

Desplazamiento (∆)

Es el peso de la embarcación y equivale al volumen sumergido por el peso específico del agua que

desplaza (o en el que flota). Influye en la estabilidad, velocidad requerida, tipo o diseño de la

habitabilidad y en la cantidad de lastre. Para embarcaciones regateras el desplazamiento es ligero

y se dispone de gran cantidad de lastre para que sea más estable, no así en una embarcación de

crucero con desplazamiento moderado o pesado, en que la mayoría del peso lo suple el

equipamiento, el casco y en esta embarcación la quilla corrida, no siendo necesaria un alta carga

de lastre. Con mayor desplazamiento, tenemos una mayor estabilidad por formas y una más

amplia distribución de interiores, pero a costas de una menor velocidad.

Lastre

Es el peso adicional que poseen las embarcaciones para mejorar la estabilidad y depende del tipo

de embarcación, el perfil de misión y los espacios disponibles. También posee una relación

directa con el desplazamiento y la superficie velica de una embarcación.


12

Superficie velica (SV)

Es la suma de la vela mayor y génova. Para los cálculos se consideran en ceñida, siendo una

superficie menor a la superficie velica real. Esta superficie velica en ceñida influirá en la

estabilidad transversal de la embarcación, en el calado necesario y también está condicionada por

el tipo de zona en la que navegara y las disposiciones del diseño de la cubierta de la embarcación.

3.4 Parámetros comparativos.

Para determinar el comportamiento de una embarcación, se emplean parámetros comparativos

que relacionan distintas dimensiones de la base de datos.

Tabla 2. Relaciones dimensiones de la base de datos

Modelo Loa/Lwl Loa/B Lwl/T 1/3/Llw Lastre/∆ SV/2/3

Holman 26 1,31 3,49 4,8 0,269 0,49 10,37

Robb Lion 35 1,47 4,02 4,8 0,287 0,39 10,15

Lymington 1,21 3,48 4,85 0,268 0,41 10,37

Peter duck 1,14 3,17 6,67 0,262 0,35 7,58

Raymond wall 28 1,27 3,36 4 0,265 0,38 16,13

Tamarisk 24 1,42 3,76 7,26 0,247 0,39 13,29

Buchanan spartan 1,25 3,77 4,92 0,282 0,57 8,41

3.5 Definición de las relaciones dimensionales.

Relación Loa/Lwl

Este parámetro muestra el lanzamiento que poseerá la embarcación, el que depende del tipo de

diseño que se espera obtener. Dado que la embarcación es un velero con formas clásicas se

busca un alto valor de relación Loa/Lwl generando extremos en popa y proa. También se debe

considerar que es una embarcación de crucero y por ende más pesada que una de regata, es así

que se dotará de ciertos lanzamientos en los extremos de la embarcación para reducir el cabeceo

y mejorar la navegación con mar de popa.

Relación Loa/B

Esta relación podría determinar la estabilidad por formas de la embarcación, al igual que el

desplazamiento o superficie mojada. El valor de la relación Loa/B va aumentado en función

disminuya la manga, es decir, la embarcación se vuelve más estilizada.


13

Relación Lwl/T

Esta relación determina el valor del calado, el que va disminuyendo al aumento de la eslora de

flotación. El valor del calado está entrelazado con la relación de aspecto de la quilla, y las zonas

en las que navegara (profundidad).

Relación 1/3/Lwl

Esta relación determina el régimen de navegación que poseerá la embarcación, siendo necesario

un valor alto para conseguir a un número de Froude mayor a 0,45. Para valores bajos, resultan

pesos ligeros y por ende líneas de aguas estrechas los que se asocian con rendimientos altos. Una

consecuencia negativa es que la embarcación mostrará más movimiento en mar agitado, lo que

requerirá una atención constante en el gobierno de la embarcación.

Relación lastre / desplazamiento

Para embarcaciones con un bajo desplazamiento requieren bajar el centro de gravedad vertical de

la embarcación para mejorar la estabilidad, por lo que tienen relaciones de lastre mayor, que

embarcaciones más pesadas no requieren de tan altas relaciones de lastre/desplazamiento. Se

tiene de la tabla de parámetros comparativos un rango de 35 al 57 %.

Relación superficie velica / 2/3

Esta relación puede determinar la capacidad propulsiva, y condicionar la velocidad máxima de la

embarcación.

Gráficos relaciones dimensionales

y = 0,4098x + 3,091 5,5

6

6,5

7

7,5

8

7 8 9 10 11

L wl

[m

ts]

Loa [mts]

Loa/Lwl

y = 0,1925x + 0,7462

1,8

2,1

2,4

2,7

3

7 8 9 10 11

B [

mts

]

Loa [mts]

Loa/B


14

3.6 Dimensionamiento preliminar

Una vez definida las dimensiones de la base de datos y las relaciones entre estas; se puede tener

una aproximación de los intervalos de las dimensiones del velero. Estos intervalos nos darán una

idea de las dimensiones que tendrá el modelo.

Tabla 3. Resumen de los intervalos de las medidas preliminares para Loa de 15,5 m.

Dimensiones Símbolo Intervalos Unidades

Eslora de flotación Lwl 10.58 – 13.60 mts

Manga B 3.857 – 4.895 mts

Calado T 1.87 – 2.64 mts

Desplazamiento liviano ∆liv 4.66 – 11.97 ton

Lastre Lastre 1.62 – 6.78 ton

Superficie velica SV 24.49 – 152.93 m2

y = 0,0802x + 0,7489 0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

5,8 6,3 6,8 7,3 7,8

T [

mts

]

Lwl [mts]

Lwl/T

y = 3,22x + 1,5224 5,8

6,3

6,8

7,3

7,8

1,30 1,50 1,70 1,90

L wl

[mts

]

2/3 [mts]

1/3/Lwl

y = 2,7706x - 0,5225

2,6

3,6

4,6

5,6

6,6

7,6

1 1,5 2 2,5

∆ [

ton

]

Lastre [ton]

Lastre/∆

y = 0,0317x + 1,43 1,80

2,30

2,80

3,30

3,80

23,6 33,6 43,6 53,6

2

/3 [

m2]

SV [m2]

SV/2/3


15

Capítulo 4

DISEÑO DE LA CARENA

4.1 Introducción

Este capítulo describe los parámetros restantes para el diseño de la carena, que corresponden a; la

superficie mojada, el número de Froude, la posición del centro de carena, la velocidad de diseño,

coeficiente prismático, el desplazamiento de diseño y el tipo o formas de la carena que tendrá la

embarcación.

Una vez obtenido los intervalos de las dimensiones preliminares, y comprobadas mediante el uso

de las relaciones dispuestas en el libro “Principles of Yacht Design” y la serie sistemática Delft para

yates a vela; se utilizará el diseño asistido por ordenador (Freeship) para obtener formas visibles

de la carena, y se concluirá con un cuadro de resumen de los parámetros, sintetizando las

dimensiones de nuestro velero.

4.2 Definición de dimensiones

4.2.1 Número de Froude

Ya teniendo la velocidad de operación (requerido por el armador) y un intervalo de los valores que

fluctúa la eslora de flotación, podemos condicionar el régimen de navegación que debe cumplir la

embarcación, y así poder tener más certeza de la longitud de la eslora en la línea de flotación.

√ [

]

[

]

En este caso la velocidad de operación son de 4.12 m/seg (8 nudos) y se requiere un régimen de

desplazamiento, es decir, Fn ≤ 0,4 (aproximadamente). Esto nos muestra que la eslora de

flotación debe ser mayor a 10,8 metros. El valor del número de Froude, no es el definitivo, ya que

aún no definimos la eslora de flotación, pero aun así es lo bastante cercano como para poder

estimar otros valores que influyen directamente como; la velocidad de operación, el coeficiente

prismático y la posición del centro longitudinal de boyantez.

Al navegar en el agua, la carena de una embarcación produce un reparto discontinuo de presiones

que provocan un tren de olas, y la longitud de estas olas dependerán de la velocidad. Un número

de Froude cercano a 0,4 aproxima que la longitud de la línea de flotación sea igual a un largo de

una ola, este valor no es exacto y varía según en el tipo de embarcación como en su diseño

(formas de la carena) y la zona de navegación, entre otras.


16

Que una embarcación sea de desplazamiento significa que en todo su rango de velocidades su

eslora de flotación es similar ya que flota solo por el empuje hidrostático. Por lo mismo, no

condiciona un valor exacto para el número de Froude, clasificando a la embarcación en una

categoría de desplazamiento. Aun así, existen rangos de valores típicos en los que fluctuaría el

número de Froude en función a la condición de navegabilidad. Por ejemplo, para valores del

número de Froude superiores a 0,45 la embarcación estaría en regímenes de semiplaneo y

superior a 0,7 planeo, para lo cual, se requeriría una velocidad mucho mayor, y en definitiva un

diseño de embarcación distinta [3].

Figura 1. Interferencia del largo de ola entre la popa y proa [1]


17

4.2.2 Coeficiente prismático (Cp)

Este coeficiente adimensional compara el volumen de la carena con el volumen de un prisma;

donde la base del prisma es el área de la sección media de la embarcación y su longitud es la

eslora de flotación. Este coeficiente nos muestra la distribución del volumen de la carena a lo

largo de la carena.

A velocidades bajas, un volumen de carena centrado, esto es coeficientes prismáticos bajos,

producen menor resistencia al avance, mientras que a medida que la velocidad aumenta, se

muestra en la figura 2, valores más altos para un coeficiente prismático óptimo, es decir, extremos

voluminosos.

Para un valor aproximado del número de Froude igual a 0,4 se estima un intervalo de los valores

óptimo para el coeficiente prismático entre 0,57 y 0,6.

4.2.3 LCB posición longitudinal del centro de carena

Es el punto donde se aplica el empuje creado por las fuerzas hidrodinámicas al tener sumergido la

carena. Este punto es de gran importancia dado que si se encuentra a proa generara un encauce

y si está a popa un asiento en la embarcación.

Figura 2. Coeficiente prismático óptimo en función del número de Froude, según [1]


18

Esta posición podría influir en la resistencia al avance, disminuyendo el valor de la resistencia de

presión de origen viscoso si se posiciona más a proa pero aumentaría los valores de la resistencia

por formación de olas. Considerando relativamente baja velocidad de operación de la

embarcación, se deduce como más crítica a la resistencia de presión de origen viscoso, de tal

modo posicionar el centro de la carena lo más aproa posible, siempre considerando las otras

resistencias.

Para un Fn 0,4 obtenemos un LCB optimo que fluctúa en valores cercanos al (-3.5%) desde la mitad

de la línea de la eslora de flotación hacia proa.

4.2.4 Superficie mojada (Sm)

La superficie mojada corresponde a la parte sumergida o a la obra viva de la embarcación. Tiene

relación directa las formas de la carena, y los coeficientes de la embarcación (Cb, Cp, entre otros)

también, influyen con otras variantes como la resistencia al avance y diseño velico. Cuanto mayor

sean las dimensiones como la eslora, manga y el calado de la embarcación, y también si la carena

tiene formas llenas, mayor será la superficie mojada. Un aumento significa, más área estructural,

más superficie bajo el agua, y por ende tener que mover una mayor área sumergida, lo que se

traduce en una mayor resistencia al avance.

Se debe encontrar un valor lo más apropiado para reducir las pérdidas por la resistencia al avance,

pero que a la vez sea lo suficiente, para una óptima distribución de los espacios interiores y una

aceptable estabilidad por formas.

Figura 3. Posición longitudinal del centro de boyantez óptimo, según[1]


19

4.2.5 Calado de la carena (Tc)

Es la medida vertical desde la línea de flotación al fondo del casco, sin contar con la quilla corrida

(el límite entre el casco y la quilla corrida es netamente para fines de cálculo ya que la

particularidad de la quilla corrida es que pertenece al casco, aun así, se define que comenzará

aproximadamente cuando la forma del casco cambia de cóncavo a convexo; a 1,4 metros de la

base de la quilla). Para poder obtener un valor o un rango del calado de la carena, se relaciona

con la eslora de flotación, siendo un valor medio de esta relación 18 (para embarcaciones a vela) y

para el velero se tiene un rango que varía entre 16 y 20. Este valor de la relación Lwl/Tc puede ser

26 para embarcaciones ultraligeras, y para una embarcación crucero de un alto desplazamiento

puede llegar a ser 12 [1].

4.2.6 Francobordo en proa (Ff)

Es la distancia vertical que hay entre la línea de flotación hasta la parte más alta del casco en proa.

Este valor se relaciona nuevamente con la eslora de flotación, donde el Francobordo en proa de la

embarcación es inversamente proporcional al aumento de la eslora de flotación.

Dentro de los efectos que puede producir el Francobordo son un mayor abatimiento de la

embarcación, un aumento de la estabilidad por formas positivas a grandes ángulos de escora y el

riesgo de elevación del centro de gravedad de la embarcación. En función con los valores de la

eslora de flotación, se obtiene un rango que varía ente 0.12 y 0.14 para la relación francobordo en

proa entre la eslora de flotación.

Figura 4. Relación entre el francobordo en proa óptimo, según [1]


20

4.2.7 Pesos y desplazamiento de diseño

Se utiliza para conceptos de cálculos preliminares un desplazamiento de diseño conseguido de la

base de datos. Donde se utiliza la siguiente gráfica; obteniendo para una Loa de 15,5 mts un

desplazamiento de 10 ton, pero se considerará un 20 % adicional, teniendo un ∆diseño de 12 ton.

4.2.8 Tipo de forma de la carena

El tipo de carena, se definirá de acuerdo al perfil de misión de la embarcación, se considera las

características estructurales que debe poseer una embarcación con quilla corrida y se reflejará la

evolución de las formas. Hemos dicho que la embarcación es de tipo crucero, además, que debe

poseer una buena estabilidad, manteniendo un compromiso con la estilización de las formas, que

permita velocidades aceptables.

Las embarcaciones de crucero son más lentas sobre todo en navegaciones con rumbos abiertos al

viento, pero a su vez permite (considerando que se persigue un estilo clásico), menos manga de

flotación siendo navegaciones más suaves, reduciendo el impacto de los pantocazos y los periodos

de balance, debido a su mayor superficie lateral sumergida puede reducir, sin afectar a la

estabilidad de formas.

Las funciones principales que ha de cubrir la carena son:

Poseer suficiente estabilidad de formas, de manera que la embarcación pueda soportar los

efectos de la fuerza aerodinámica transversal.

Permitir el avance del barco con el consumo mínimo de energía (ofrecer la menor

resistencia al avance posible).

Poseer una buena resistencia a los movimientos dinámicos derivados de la navegación,

como lo son el balance, el cabeceo, las guiñadas, etc.

y = 0,9707x - 4,3311 R² = 0,5668

2,5

3,5

4,5

5,5

6,5

7 8 9 10 11

De

spla

zam

ien

to [

ton

]

Loa [mts]

Desplazamiento / Loa


21

El espejo en el sector de popa estará por sobre la línea de flotación. En la sección media de la

embarcación la forma de la carena es de tipo S-shapes conservando el suficiente espacio para una

óptima distribución de los interiores y a su vez considerando no sobrepasar los valores fijados para

la superficie mojada. En la parte de proa se hará una terminación en V y se condicionara con los

valores del francobordo, eslora de flotación y coeficiente prismático.

Figura 6.

La embarcación que se diseña, es un velero con formas

clásicas; de las que existen diversos modelos. [6]

Figura 5. Influencia del tipo de casco y su desplazamiento [1]


22

4.3 Dimensiones principales

Ya definidos las dimensiones que faltaban para el diseño de la carena, se acotarán estos rangos en

función a una Lwl que ronden los 12 metros.

Tabla 4. Relaciones en función de una Lwl igual a 12 m.

Relaciones Simbología Intervalo

Eslora/ Manga Loa/B 3.5 - 3.8

Eslora de flotación/Calado Lwl/T 5 - 6

Eslora de flotación/Calado de la carena Lwl/Tc 16 - 20

Eslora de flotación/Volumen de la carena Lwl/ 5.3 – 5.6

Francobordo proa/Eslora de flotación Ff/Lwl 0.12 – 0.14

Lastre/Desplazamiento Lastre/∆ 0.35 – 0.55

Ya corroborados los rangos del diseño de la base de datos, se dará a conocer el resumen de la

información en la siguiente tabla las dimensiones previas que debe tener el diseño.

Figura 7.

Pueden tener distintas soluciones con la orza, pudiendo ser retráctil, poseer

dos, o ser una prolongación del casco, tanto en un solo sector (fin keel),

como a lo largo de la carena de la embarcación (full keel).[7]


23

Tabla 5. Resumen dimensiones previas al diseño en Freeship

Dimensiones Símbolo Intervalo Unidades

Eslora Loa 15.5 mts

Eslora de flotación Lwl 10.58 – 13.60 mts

Manga B 4.079 – 4.429 mts

Manga de flotación Bwl 2.34 – 4.24 mts

Calado T 2.3 – 2.4 mts

Calado carena Tc 0.705 – 0.881 mts

Desplazamiento liviano ∆liv 4.66 – 11.97 ton

Lastre Lastre 1.62 – 6.78 ton

Superficie velica SV 24.49 – 152.93 m2

Francobordo proa Ff 1.69 – 1.97 mts

Volumen de la carena 15.94 – 18.81 m3

LCB LCB -3.5 –(-3.8) %

Cp Cp 0.58 – 0.59 -

4.4 Diseño de la carena en Freeship

Es aquí donde se unen todos los cálculos y decisiones tomadas anteriormente sobre las

dimensiones y parámetros del diseño.

Al momento de empezar a utilizar el software Freeship, se ingresan las dimensiones de eslora,

manga y calado, del nuevo modelo. Además de los puntos de control tanto longitudinal como

vertical.

Figura 8. Modelo inicio sin modificaciones, mediante Freeship


24

Se delimita la sección media de la embarcación, generando las formas del casco, con quilla corrida,

luego se definen los extremos de popa y proa, teniendo especial cuidado, con las medidas del

intervalo de la eslora de flotación y de los rangos de las otras dimensiones previas (Ver tabla 5).

Figura 10. Vista del modelo final, mediante Freeship

Figura 9. Modelo con modificaciones, mediante Freeship


25

Tabla 6. Dimensiones principales del velero

Dimensiones Símbolo Valores Unidades

Eslora Loa 15.5 mts

Eslora de flotación Lwl 11.7 mts

Manga B 4.3 mts

Manga de flotación Bwl 3.6 mts

Calado T 2 mts

Calado carena Tc 0.6 mts

Volumen de la carena 14.7 m3

Desplazamiento ∆ 15.064 ton

Francobordo en proa Ff 1.7 mts

Coeficiente Prismático Cp 0.58 -

Coeficiente de Block Cb 0.17 -

Área superficie mojada Sm 48.55 m2

Posición longitudinal centro de flotación LCB -5.816 %

4.5 Comprobación de las dimensiones

Las dimensiones obtenidas del modelo en Freeship, se verificarán mediante las relaciones de la

serie sistemática Delft para yates a vela.

Tabla 7. Comprobación de las dimensiones

Relaciones Simbología Intervalo Modelo

Eslora de flotación/Manga de flotación Lwl/Bwl 2.76 – 5.00 3.25

Manga de flotación/Calado de la carena Bwl/Tc 2.46 – 19.32 6

Eslora de flotación/Volumen de la carena Lwl/ 4.34 – 8.50 4.77

Posición longitudinal centro de carena LCB 0.0 – ( -6.0) -5.8

Coeficiente prismático Cp 0.52 – 0.6 0.58

Junto con poder tener el modelo del casco de la embarcacion, se adjuntan los siguientes planos:

PL_001 PLANO DE LINEAS

PL_002 PLANO DE ARREGLO GENERAL

Con estos planos puede tener una vision mas amplia de las disposiciones dentro y fuera de la

embarcación y poder apreciar las formas de la carena.


26

Capítulo 5

DISEÑO DE APENDICES

5.1 Introducción

Se describe la generación de las fuerzas de sustentación hidrodinámica, en forma teórica.

Además, el proceso de diseño y cálculo de la quilla corrida y el timón, también se definirán sus

características y los objetivos que posee en una embarcación.

5.1.1 Las funciones principales de la quilla corrida

Función hidrodinámica. Esta debe generar una fuerza de sustentación que contrarreste el

esfuerzo lateral de las velas, con el menor ángulo de abatimiento posible de modo que la

embarcación tenga buen rendimiento en ángulos cerrados de viento.

Función adrizante. Se utiliza un lastre fijo, que busca conseguir la estabilidad necesaria

para soportar la superficie velica en ángulos de escora considerables. Lo que hace es

bajar el centro de gravedad de la embarcación, asegurando así, la estabilidad.

5.1.2 Las funciones del timón

Maniobrabilidad. Dotar a la embarcación con la maniobrabilidad suficiente en el

momento que realice alguna maniobra brusca o de improviso.

Estabilidad direccional. Que no cambie el rumbo con tanta facilidad.

Hidrodinámica. Apoya a la quilla en la función de generar una fuerza de sustentación

lateral.

5.2 Dinámica de los perfiles alares

Los perfiles alares son perfiles hidrodinámicos o aerodinámicos, dependiendo del área de

aplicación. Pero la dinámica en ambos casos es similar, siendo la densidad del fluido en que se

envuelven lo único que cambia. Dado que el agua es unas 840 veces más densa que el aire, las

fuerzas que generan en el agua son de magnitudes mucho mayores que en el aire.

Un perfil alar es diseñada para que cuando un fluido pase por su contorno, se produzca el máximo

de diferencia de presiones entre la cara de alta y baja presión del perfil.


27

Primeramente, analizar las presiones sobre los perfiles alares mediante el principio de Bernoulli,

que si la velocidad de un flujo en una zona es alta, entonces la presión en esa zona disminuye, o

viceversa. Sin olvidar que este principio de Bernoulli es para flujos sin viscosidad; esto significa

que no reconoce los problemas de separación del flujo, vorticidad en la zona de salida del perfil y

pérdida de la sustentación (fenómeno de stall).

Así cada punto del contorno del perfil generará una fuerza, dirigida desde la cara de alta presión a

la de baja. Por lo que tenemos dos formas generales de producir esta diferencia de velocidades:

Diseñando un perfil alar asimétrico,

donde una cara del perfil tiene

mayor curvatura que la otra,

acelerando el flujo en la curvatura.

Exponiendo el perfil simétrico a un

flujo con un cierto ángulo de ataque,

logrando un recorrido asimétrico del

flujo sobre el perfil.

Figura 11. Disposición de las fuerzas en perfil alar [3]

Figura 12. Generación del fenómeno de stall [3]


28

La fuerza resultante se descompone en un componente perpendicular al flujo incidente llamada

sustentación (Lift), y en un componente paralela al flujo incidente llamada arrastre (Drag). Tanto

la quilla corrida como el timón generarán esta fuerza de sustentación lateral.

5.3 Diseño de la quilla corrida

Los veleros clásicos poseen quillas corridas, las que van a los largo de la eslora de flotación,

prácticamente desde la perpendicular de proa hasta el timón, este tipo de estructura favorece la

disposición del lastre a lo largo de la quilla corrida, y posicionarlo donde sea más favorable para la

estabilidad de la embarcación.

A continuación se definirán ciertas características que posee la quilla corrida, condicionando el

diseño de la carena:

5.3.1 Angulo de caída de la quilla (Ʌ) Este Angulo dispuesto en el diseño de la carena,

contribuye a la disminución de la resistencia al avance de la embarcación. Para quillas

con baja relación de aspecto Ar este ángulo se propone que no sea mayor a 20 grados

pues de lo contrario la fuerza lateral disminuirá.

5.3.2 Relación de estrechamiento o afinamiento (RE) Es la relación entre la cuerda superior

y la inferior de la quilla; es habitual una relación de 0,4 a 0,6 lo que asegura un

volumen suficiente por razones de estabilidad, una relación de convergencia mayor

puede hacer que la resistencia al avance aumente. Dado las características de la

quilla corrida este valor es menor a 0,4.

5.3.3 Relación de aspecto geométrico (Ar) Este valor relaciona el calado sobre la cuerda

media. Nuestra relación de aspecto nos da 0,2 dado que la cuerda correspondería casi

la eslora de flotación, en comparación al calado que es mucho menor.

Tabla 8. Dimensiones de la quilla corrida

Dimensiones de la quilla corrida Simb. Valor Unid.

área de la quilla AQ 11.4 m2

calado quilla Tq 2 m

cuerda superior Csup 11.7 m

cuerda inferior Cinf 1.6 m

cuerda media Cm 9 m

relación de estrechamiento RE 0,137 -

relación de aspecto Ar 0,2 -

ángulo de barrido Ʌ 18 grados

Un dato final hace referencia al espesor de la quilla. Este valor está condicionado por los

elementos estructurales que componen la quilla corrida (quilla, varengas, sobrequilla, etc).


29

5.4 Diseño del timón

Se comienza definiendo el tipo de timón que se utilizará, esto se logra mediante un registro de

distintos timones, para embarcaciones a vela con quilla corrida. Las formas son variadas, al igual

que sus dimensiones, y soluciones estructurales.

Que el timón se coloque detrás de la hélice, suena lo más común, pero como el perfil de la

embarcación es una propulsión a vela, el posicionamiento de la hélice puede ser indiferente, ya es

un elemento auxiliar a la navegación a vela. Para nuestro caso la disposición será la habitual

tratando que el diseño de la hélice sea lo más funcional y económico posible.

5.4.1 Procedimiento de diseño

En el diseño del timón, se requiere tener información de las formas de la carena y del propulsor,

con esto se desdice que el timón será apoyado (en tintero) de área irregular, luego se estima el

área apropiada, para esto, se utilizaron relaciones [1] que estima ente un 1 – 2 % de la superficie

velica, también según PNA-89 que relaciona el producto entre un 2 – 3 % de la eslora y el calado,

por último se estimó un área aproximada según DNV; como resultado entrega un área para el

timón (AT) de 0,94 metros cuadrados. Considerando una altura disponible de 2 metros, se puede

calcular la cuerda media en 0,64 metros.

Tabla 9. Resumen de los datos del timón

Área del timón 0.94 m2

Envergadura 1.7 mts

Cuerda media 0.64 mts

Cuerda superior 0.3 mts

Cuerda inferior 0.2 mts

RA 2.7 -

RAe 2.18 -

Angulo de caída 25 grados

Figura 13. Ilustración de la quilla corrida


30

Una vez evaluada las dimensiones que constituyen el diseño y cálculo del timón, se procede a

calcular la fuerza normal que generará el timón, su momento torsor y al final la potencia necesaria

del mecanismo del servomotor. Es por eso que se deben estimar los coeficientes de Lift y Drag

según los siguientes autores y para distintos ángulos de ataque del timón.

Tabla 10 Estimación de los coeficientes del timón

Angulo de ataque

Harrington Thieme Molland y Turnnick

CL Cd CL Cd CL Cd

5 0,22 0,023 0,266 0,009 0,257 0,021

10 0,44 0,046 0,544 0,040 0,526 0,050

20 0,93 0,166 1,122 0,190 1,096 0,179

30 1,4 0,37 1,696 0,468 1,712 0,418

Con los valores de los coeficientes se podrá despejar el valor de la fuerza normal (FN) que generará

el timón, despejándola de la siguiente expresión:

[( ) ( )

]

( )

( )

Se ha considerado un valor mayor al promedio de los coeficientes de lift (CL) y drag (Cd); ya que

corresponden a propuestas para timones de perfil alar, y el diseñado corresponde a un timón de

perfil plano.

Figura 14.

Ilustración del timón,

indica las principales

medidas del timón y el CP

(centro de presión lateral)


31

Para obtener la potencia necesaria del accionamiento del timón, se calculó el valor de la fuerza

normal que generará el torsor necesario.

Ρ 104,6 Kgf*seg2/m4

AT 0,940 m2

Vf 4,3 m/seg

CL 1.6 -

Cd 0.42 -

Fza Lift 1471.2 kgf

Fza Drag 384.5 kgf

Fza Normal 1521 kgf

Mto Torsor

403 kgf*m

3950 Nt*m

5.4.3 Accionamiento del timón

Se usará como accionamiento del timón, una bomba hidráulica manual (pump – helm). Este

sistema consiste en una pequeña bomba hidráulica que se instala en el eje de la rueda del timón.

Para poder calcular el momento

torsor del timón, se considera la

condición de más esfuerzo; para un

ángulo de ataque de 30 grados del

timón.

Figura 15. Ilustración accionamiento del timón [3]


32

Capítulo 6

DISEÑO PLANO VELICO, BALANCE Y APAREJOS

6.1 Introducción

Este capítulo detallará el diseño de la superficie vélica, el tipo de aparejo utilizado y su

dimensionamiento. También se detallará lo que es el centro de presión vélica, el centro de

resistencia lateral y su influencia en la estabilidad de la embarcación.

Para poder determinar una óptima configuración de plano vélico, hay que tener presente los

siguientes factores:

Estabilidad de la embarcación

Este factor nos limitará la altura del centro de presión vélica.

Resistencia de la embarcación

Este factor nos marcará la fuerza propulsora aerodinámica necesaria para navegar a un determinado número de Froude.

Zona de navegación

Características especiales de los vientos, que condicionan el aumento o disminución de la superficie vélica.

Dado que el rumbo más crítico para el diseño del plano vélico es el de ceñida, se usará el concepto

de superficie velica en ceñida, la que corresponde a la superficie vélica proyectada; la que a su vez

es la proyección de la vela mayor y la vela de proa (génova).

Estas velas funcionan de manera similar que un perfil aerodinámico, las que generan una fuerza

aerodinámica que se descompone en una fuerza lateral y otra propulsora, de modo que la

capacidad de generar energía de sustentación de un perfil dependerá de la relación entre la fuerza

de sustentación y la resistencia.

La que resulte de estas dos fuerzas va a definir la fuerza propulsora que se puede obtener, así

como la fuerza lateral, que será responsable de la deriva o abatimiento y de la escora de la

embarcación.


33

6.2 Tipo de aparejo

Hay diferentes tipos de aparejos, pero que se deben ajustar al tipo de embarcación y al nivel de

dificultad en el manejo de la superficie velica, complejidad del trimado, en maniobras y al efecto

en la estabilidad. Los más usados son los aparejos tipo Sloop (un solo palo) y Ketch (dos palos, la

mayor y la mesana).

El aparejo tipo Ketch tiene como objetivo poder repartir la superficie velica en tres superficies más

pequeñas, consiguiendo así una mayor variedad de configuraciones. Este aparejo es usado más

comúnmente en embarcaciones de crucero.

Dado que nuestra embarcación es de una eslora reducida, de uso familiar, y además busca tener

un estilo clásico, hemos considerado un aparejo moderno de palo simple; se elegirá un aparejo

tipo Sloop del que existen dos tipos, a tope y fraccionado.

Figura 16. Fuerzas en un velero, según [1]


34

6.3 Características del aparejo tipo Sloop

A tope Fraccionado

Def

inic

ión

Se trata de una configuración común y sencilla, donde el stay de proa llega al tope con el mástil Se emplea fundamentalmente en embarcaciones de crucero, donde los cambios de bordos no son tan frecuentes y es más conveniente el uso de una mayor reducida, de manera que en caso de trasluchados improvistos, el efecto sea menor.

El stay de proa termina a una distancia por debajo del tope del mástil. Este aparejo tiene como objetivo reducir el tamaño de la vela de proa, aumentando la vela mayor y permitiendo así una mayor rigidez en los bordos, al facilitar el paso de la vela de proa de una banda a otra. Al aumentar el área de la mayor se obtiene más superficie efectiva cuando se navega en rumbos abiertos. Disminuye las dimensiones del mástil reduciendo el efecto escorante del mismo.

Ven

taja

s

Simple trimado del palo, que al estar soportado por el stay de proa, obenques y stay firmes cerca de la galleta, se curve por compresión; ello facilita en ceñida el relingado del gratil del génova. Posibilidad de largar un spinaker de grandes dimensiones que en condiciones de poco viento, suministra a la embarcación una gran potencia.

Al disponer de velas de proa de inferior superficie que las empleadas con aparejo a tope, se facilita el laboreo de las mismas, requiriendo un menor espacio de estiba y trabajo. Por la mayor facilidad en la manipulación de las velas permite navegar con una tripulación menor que la requerida en un aparejo a tope. El spinaker es menor que el aparejo a tope y por lo tanto, es de más fácil manejo con vientos duros.

Des

ven

taja

s

Una gran superficie de velas de proa. No obstante está hecho y a pesar del peor corte que adquiere el génova se ha solucionado en gran parte gracias al auxilio de los enrolladores. Difícil manipulación del trapo de proa, sobre todo con vientos duros. El tamaño del spinnaker dificulta su empleo en condiciones de fuerte ciento y mar.

La dificultad de mantener el stay de proa tenso requiere una jarcia firme más complicada y por esta razón un trimado más arduo, de otro modo la capacidad de ceñida se ve disminuida. Debido a la gran superficie de la mayor esta se debe rizar, en igualdad de circunstancia, antes en el fraccionado que en el aparejo a tope. Ello comporta una pérdida de prestaciones al modificar su corte

Ilust

raci

ón


35

6.4 Diseño de la superficie velica

Como dato del estudio estadístico se tiene un rango de la superficie velica que varía entre 25 a 150

m2, además se tiene como consideración la relación entre superficie velica y el desplazamiento

que es igual a 9.14, siendo el desplazamiento de diseño 12 toneladas, usaremos una superficie

velica de 130 m2.Se usara un aparejo tipo Sloop a tope.

Empezando por la posición del mástil, donde se utiliza la regla general sugerida por Stephen

Ditmore situándolo al 40% de la eslora de flotación; la posición de la botavara también limita la

longitud máxima del pujamen de la mayor, puesto que afecta directamente a la bañera y la

posición del timonel, influirá en la dimensiones de las velas.

Figura 17. Dimensiones del plano velico [1]


36

La superficie velica es igual a la suma de la superficie de la vela mayor y la vela de proa, que

tendrán un 55% y un 45% respectivamente de la superficie velica total, esto nos dan superficies

de77m2 para la mayor y 63m2 para la vela de proa.

Para definir la superficie velica se tienen que calcular una serie de dimensiones que definirán las

velas mayor y de proa.

J Distancia horizontal de la vela de proa, medido desde la cara exterior del mástil hasta la parte media del anclaje del forestay.

I Distancia vertical de la vela de proa, medido por la cara exterior del mástil desde la intersección del pujamen de la vela de proa con el mástil hasta la mitad del anclaje del forestay.

P Distancia vertical de la vela mayor, medida desde la botavara hasta el tope de la vela mayor.

E Distancia horizontal de la vela mayor, medida sobre la botavara desde la intersección de este con el mástil hasta el tope del puño de escota.

Una vez definida las dimensiones I, J, P y E tenemos que conocer a que altura queremos que se

encuentre el centro de presión velica CPV, para ello usamos la gráfica del ángulo de Dellenbaugh;

la que nos sirve para calcular el brazo escorante (HA) máximo que puede tener nuestra

embarcación, y en relación a este situamos la altura del CPV.

Siendo nuestra eslora de flotación de 11,7 metros obtenemos un ángulo de Dellenbaugh que va

entre 11 (stiff) y 17 (tender) grados por lo que nuestro brazo escorante variara entre 9 a 14

metros. (Ver Figura 18)

Tabla 11. Dimensiones del plano velico

Con estos datos se comprobará, si la altura del CPV está dentro del rango estimado, por lo que se

requiere de los cálculos de hidrostática el valor del brazo escorante (HA), el que es de 9,9 metros,

pudiendo concluir que para nuestra embarcación el ángulo de Dellenbaugh es 12 grados. Por lo

tanto el velero tiene un comportamiento dentro del rango.

I 22.5

J 5.2

P 22

E 6.5

Am 71.5

Ap 58.5

SV 130


37

6.5 Equilibrio velico

Un velero está en equilibrio cuando su centro de presión velica (CPV) se encuentra en la misma

vertical que su centro de deriva o resistencia lateral (CRL). Cuando esto no ocurre la embarcación

tiene una tendencia a variar su rumbo, produciéndose la necesidad de utilizar el timón para

corregirlo, aumentando así la resistencia de la embarcación y reduciendo su velocidad.

Tendencia a orzar; girar hacia la dirección del viento, ocurre cuando el CPV se encuentra a

popa del CRL.

Tendencia a arribar; girar hacia sotavento abriéndose al viento ocurre cuando el CPV se

encuentra a proa del CRL.

Las tendencias a orzar y a arribar dependen fundamentalmente de dos factores, la distancia

longitudinal entre los dos centros de presiones y la intensidad de la fuerza lateral aerodinámica.

Dado que dicha fuerza es mayor cuanto más cerrado al viento naveguemos, por lo que

normalmente se intenta diseñar la embarcación para que este en equilibrio vélico en dichos

rumbo. Para lo cual es necesario estimar la posición del CPV y del CRL en ceñida.

Figura 18. Gráfica del ángulo de Dellenbaugh en función de la eslora [1]


38

6.6 Estimación del CPV

Dado que el rumbo a la que se debe equilibrar la embarcación es el rumbo de ceñida, empleamos

la superficie velica proyectada para determinar la posición de su centro geométrico. Por supuesto

la posición de dicho centro no es contante y varia con los rumbos de navegación, el trimado de las

velas y el trimado de la jarcia.

6.7 Estimación del CRL

Este valor igual varía su posición en función de la efectividad de la obra viva, y más concretamente

de su plano anti deriva. Así en embarcaciones clásicas sonde el casco es que produce la fuerza

hidrodinámica lateral tendrá su CRL en una posición diferente a embarcaciones con otro tipo de

casco. El método que se utilizó para obtener el CRL fue mediante el método geométrico, que

corresponde al centroide del área lateral de la carena u obra viva incluyendo el área del timón.

Figura 19. Posición del CPV, CLR y LEAD [1]


39

A la hora de equilibrar la posición del plano velico es necesario predecir cuál será el avance hacia

proa del CRL. Normalmente se estima la posición del CLR en situación de escora cero, ubicándolo a

popa del CPV a una distancia conocida como LEAD o avance, de manera que cuando la

embarcación navegue en ceñida, escore y trime hacia proa, el CRL avance también hacia proa y se

situé lo más cercano posible de la vertical del CPV.

LEAD OPTIMO, una vez ubicados los CPV y CRL, en función del tipo de aparejo que utiliza la

embarcación, debemos tener como referencia, que para embarcaciones clásica el lead optime se

encuentra a un 12 – 16 % de la eslora de flotación.

6.8 Estimación del abatimiento

Es la quilla corrida que crea la fuerza hidrodinámica lateral que hará que el velero no abata o que

la deriva sea la menor posible. Sabemos que la fuerza hidrodinámica lateral que tiene que crear

el barco tiene que ser igual a la fuerza aerodinámica lateral. Para estimar la fuerza aerodinámica

lateral se define con la siguiente expresión:

( )

Es así que tenemos una fuerza aerodinámica lateral de 7640 Nt por lo que la fuerza hidrodinámica

lateral que debe crear la embarcación es 7640 Nt de la cual se estima que un 65% de esta fuerza es

aportada por la quilla corrida y un 35 % es generada por el casco y el timón. La quilla corrida

deberá generar una fuerza no menor a 4970 Nt.

Primero, se estima el coeficiente de lift de la

quilla corrida con la siguiente ecuación:

De esta expresión (con L ≥ 4970Nt) se obtendrá

el coeficiente de lift de la quilla corrida (CL ≤

0,041). Para luego estimar el ángulo de

abatimiento, en función de la relación de

aspecto de la quilla corrida que corresponde

ARe ≈ 0,44, lo que significa que estaría por

debajo de la relación de aspecto mínima (ARe <

1) mostrada en la figura siguiente. Nos entrega

un ángulo de abatimiento cercano a los 3

grados (α ≈ 3 grados), dado que el CL necesario

es muy bajo.

Figura 20. Influencia del RAe sobre el CL [1]


40

6.9 Diseño y funcionamiento del aparejo Sloop a tope

La estabilidad de un velero depende en parte de las cargas aplicadas a la jarcia, donde se deben

aplicar los principios de física y resistencia de materiales.

Para estos cálculos se empleará la normativa de la una sociedad de clasificación (Nordic Boat

Estandar); para utilizar estos estándares deben cumplir los siguientes requisitos:

6.9.1 Verificar requisitos del Nordic Boat Estandar

Primeramente se considera el momento adrizante, correspondiente a una escora de 30 grados.

Este corresponderá a un ángulo de diseño y a la escora para una condición de viento fuerte, con

las velas generando grandes cargas estáticas sobre el aparejo y trasmitiendo buenas velocidades al

velero a través del agua. Puesto que estas cargas son estáticas se deberán tomar ciertas

precauciones para no despreciar las acciones dinámicas, las cuales pueden dar picos importantes

de tensiones y compresiones de la estructura. Para el inicio de los cálculos se debe tener a mano

algunos datos de la embarcación:

Tabla 12. Datos iniciales para el cálculo de los aparejos

Datos Simbología Valores Unidades

Superficie velica total SV 130 m2

Área de la mayor Am 71,5 m2

Dimensiones de las velas

I 22,5 mts

J 5,2 mts

E 6,5 Kgf

P 22,0 Kgf

Numero de tripulantes nt 5 Trip

Manga B 4,33 mts

Francobordo al mástil Fm 1,48 mts

GZ (30grados) GZ30 0,572 mts

Peso en rosca Prosca 8500 Kgf

Desplazamiento con carga ∆ 15200 Kgf

Brazo escorante HA 9,9 mts

[

( )]

1. El área del triángulo de proa no

sea mayor que 1,6 veces el área

de la mayor.

[

]

2. El área velica en ceñida total As,

debe ser mayor que el

momento adrizante dividido

128 veces el brazo escorante.


41

La condición 1, nos pide que el área del triángulo de proa no sea mayor que 1,6 veces el área de la

mayor.

[

( )]

Con los datos y las siguientes expresiones anteriores, podemos obtener el valor del momento

adrizante:

( )

[

]

Pero lo que necesitamos saber es si cumple la condición 2; que área velica en ceñida total As, debe

ser mayor que el momento adrizante dividido 128 veces el brazo escorante.

[

]

Una vez comprobada que cumplen las condiciones, dispuestas por la NBS, procederemos a calcular

las fuerzas en el mástil, las crucetas, en los obenques, en los stays; y poder dimensionar nuestros

aparejos.

6.9.2 Calculo de los aparejos

a) Cargas transversales

Estas son generadas por la presión del viento sobre las velas y la acción del mar.

Para calcular debemos tener definidas las siguientes distancias verticales (en metros):

Desde la línea de flotación al anclaje más alto del aparejo a1 24,7

Desde la línea de flotación hasta el centro de la vela mayor a2 10,0

Desde la primera cruceta hasta el punto de aplicación de Thead d1 6,6

Desde la fuerza Thead al anclaje más alto del aparejo d2 8,8

Punto de aplicación de Tboom desde la cubierta BD 0,834

Desde la cubierta hasta la primera cruceta l1 7,43

Entre la primera y segunda cruceta l2 7,7

Desde la segunda cruceta hasta el punto más alto del aparejo l3 7,7


42

Con las distancias anteriores se calculan las siguientes fuerzas que afectan transversalmente:

⁄ 3.564 Nt ⁄ 8.773 Nt

3.509 Nt 2.895 Nt

[ ⁄ ] 1.505 Nt [ ⁄ ] 2.005 Nt [ ⁄ ] 325 Nt

Para calcular las fuerzas F1, F2 y F3, se utilizara la siguiente tabla, donde ocuparemos el caso 2 del

tipo de aparejo M-2/F-2. Esto se explica con la siguiente expresión:

)

Las mayores fuerzas que afectan transversalmente sobre el mástil son las siguientes:

A l1 desde la cubierta del velero F1 2.330 Nt

Sobre la fuerza F1 a una distancia l2 F2 1.505 Nt

En el anclaje más alto de los aparejos F3 3.564 Nt

Figura 21. Dimensión de las fuerzas según el tipo de aparejo [1]


43

b) Fuerzas en los obenques

c) Carga en los Stays

Lo datos que ser requieren son los siguientes:

Angulo entre el mástil y el backstay αa 20 grados

Angulo entre el mástil y el stay αf 13 grados

Distancia desde la línea de flotación al extremo más alto del mástil la 24,7 mts

Por lo que tenemos las siguientes fuerzas:

Fuerza producida por foremostsail [ ⁄ ] 53.461 Nt

Innerforestay [ ⁄ ] 42.769 Nt

Aft stay [ ( ) ( )⁄ ] 35.162 Nt

d) Dimensiones del mástil

Datos que se necesitan:

factor k3 1 Ya que el mástil se apoya en la quilla

factor m 1 Mástil de aluminio

b 2 Distancia transversal ancho mástil y cables

PT 66.070 1,5 * RM/b

β3 24,7 grados

β2 10,0 grados

β1 6,6 grados

ϒ2 0,834 grados

ϒ1 7,43 grados

D3 22.783 Nt

V2 22.558 Nt

C2 1.991 Nt

D2 18.317 Nt

V1 40.590 Nt

C1 3.652 Nt

D1 24.726 Nt

PD1 69.233 Nt

PD2 42.129 Nt

PD3 68.350 Nt

PV1 129.889 Nt

PV2 67.673 Nt

Figura 22.

Definición de los cables y sus ángulos [1]


44

d.1) Cálculo de rigidez transversal

d.2) Cálculo de rigidez longitudinal

panel factor k1 Piso entre crucetas

Inercia mínimo transversal

1 2,7 7,43 985

2 3,8 7,7 1.486

3 3,8 7,7 1.484

Unidades - mts cm4

factor k2 0,9 Al tipo de aparejo (M-2)

factor k3 1 Ya que el mástil se apoya en la quilla

factor m 1 Mástil de aluminio

h 22,8 Longitud de la superestructura de cubierta al tope de la vela mayor

PT 66.070 Es la misma usada en el cálculo de rigidez transversal

Iy 3.100 Inercia mínimo longitudinal

Figura 23.

Dimensionamiento transversal del mástil [1]

Figura 24.

Dimensionamiento longitudinal del mástil [1]


45

e) Sección superior del mástil

f) Dimensionamiento de la botavara

d1 0,97

d2 0,64

σ0,2 210

Ha 9,9

RM 88.093

SMv 141

SMh 0,07

Fv 29.814

Fh 44.906

L 22,8

Ox 1,37

P 22

Smx 44

Figura 25.

Fracción superior del mástil [1]

Figura 26.

Dimensionamiento de la botavara [1]


46

g) Dimensionamiento crucetas

Emat 7000

k 0,00076

δ 2

cruceta 1 cruceta 2

S1 1.452 S2 1.183

C1 3.652 C2 1.991

V1 40.590 V2 22.558

l 0,0607 l 0,0269

SM 45 SM 20

Ms 9.430 Ms 4.270

6.9.3 Datos finales del cálculo de aparejos

Tabla 13. Resumen de las dimensiones óptimas de las secciones y cables

Localización Diámetro (mm)

Carga de rotura (Nt)

Kgf/m Longitud (mts)

Peso cable (kgf)

PD1 11 83.500 0,65 8,09 5,24

PD2 8 53.500 0,33 7,84 2,56

PD3 10 69.100 0,48 7,79 3,70

PV1 14 160.100 1,00 7,86 7,86

PV2 10 69.100 0,48 7,70 3,66

Pa 8 53.500 0,33 24,8 8,12

Pfo 7 40.900 0,23 24,0 5,40

Cables de acero inoxidable AISI – 316 de 1 x19 Para los obenques se utilizarán el máximo diámetro óptimo de 14 mm y los stay de 8 mm.

Tabla 14 Dimensiones de los aparejos óptimas

Aparejo Dimensión (mm)

Iy (cm4)

Ix (cm4)

Smy (cm3)

Smx (cm3)

Kgf/m Longitud (mts)

Peso (kgf)

Mástil (base) 274/185 3.650 1.650 232 178 10,3 8,50 87,55

Mástil (sup) 177/124 725 345 74,7 55,6 4,75 17,5 83,12

Botavara 250/140 2.410 640 185 91,4 6,96 6,65 46,28

Cruceta 1 146/112 508 310 61,9 55,3 5,05 0.06 0,303

Cruceta 2 121/92 205 122 28,9 26,5 3,20 0.03 0,096

Se adjunta; PL_003 PLANO VELICO

Figura 27.

Vista superior de cruceta [1]


47

Capítulo 7

PESOS Y CENTRO DE GRAVEDAD

7.1 Introducción

Este capítulo mostrará la metodología que se usó para definir los pesos que integran la

embarcación y sus coordenadas tridimensionales de sus centros de gravedad. Cabe mencionar

que estos cálculos son para una etapa preliminar, donde no hay una precisión del cien por ciento;

aunque se consideran la mayoría de los pesos y sus distribuciones.

El peso (o desplazamiento) total del buque es la suma de los denominados Peso en Rosca y Peso

Muerto; expresada en la siguiente relación:

El Peso en Rosca corresponde al peso del casco completamente equipado, la maquinaria

propulsora y el peso de la sala de máquinas; es decir, sin tripulación, combustibles, agua, ni

provisiones, también es llamado como Desplazamiento Liviano. El Peso Muerto corresponde al

peso de los componentes que varían, se expresa como DWT (Dead Weight Tonnage).

7.2 Peso liviano o en rosca

Este peso es la suma de todos los pesos del buque listo para navegar, dividiéndose en los

siguientes:

Peso estructural del casco completo.

Cámara de maquinas

Acomodaciones

Equipos e instalaciones

Velas y aparejos


48

Tabla 15. Peso de la madera del casco y superestructura

Elemento Peso X Y Z Mot X Mot Y Mot Z

kgf mm mm mm kg*mm kg*mm kg*mm

casco 1290,6 7280 0 2400 9395204 0 3097320

cubierta 1004,5 7765 0 3434 7799604 0 3449303

quilla 406,3 10472 0 1054 4255286 0 428292

sobrequilla 262,2 6464,4 0 1140,94 1694659 0 299102

codastes 113,7 1539,1 0 1741,82 174920 0 197962

refuerzos longitudinales 597,4 7720 0 2372 4612271 0 1417138

refuerzos transversales 780,7 6980 0 2566 5449446 0 2003335

mas 35% 1559,4

Suma peso estructura madera 6014,7 6888,6 0 2101,25 33381390 0 10892452

Tabla 16. Pesos de la cámara de maquinas



motor 170 2600 0 2100 442000 0 357000

generador 250 2500 890 2680 625000 222500 670000

baterías 450 2500 -500 2480 1125000 -225000 1116000

mas 20% 174

Suma peso de cámara de maquinas 1044 2533,3 130 2420 2192000 -2500 2143000

Tabla 17. Peso de los equipos e instalaciones



equipos e instalaciones 600 4310 -73,3 1450 2586000 -43980 870000

mas 20% 120

suma equipo e instalaciones 720 8467,4 -73,3 1450 2586000 -43980 870000

Tabla 18. Peso de las velas y aparejos



velas y aparejos 315 9200 0 4500 2898000 0 1417500

mas 20% 63

Suma pesos de velas y aparejos 378 9200 0 4500 2898000 0 1417500


49

Tabla 19. Pesos de las acomodaciones

Sector Elemento Peso X Y Z Mot X Mot Y Mot Z


do

rmit

ori

o

pri

nci

pal

cama 2 plaza 20 11033 0 2309 220660 0 46180

estantería bb 10 11500 1000 3300 115000 10000 33000

estantería eb 10 11500 -1000 3300 115000 -10000 33000

cómoda y respaldo cama 11 10150 -700 2400 111650 -7700 26400

bañ

o 1

tasa de baño 10 8330 1100 2000 83300 11000 20000

lava manos 5 8810 1700 2700 44050 8500 13500

mueble de baño 5 8220 1460 2000 41100 7300 10000

estantería bb 5 9000 1700 3150 45000 8500 15750

cam

aro

te

do

ble

litera 20 9000 -1093 2700 180000 -21860 54000

velador camarote 5 8200 -220 2400 41000 -1100 12000

estantería 10 9000 -1700 3150 90000 -17000 31500

com

edo

r

mesa 16 7000 -957 2500 112000 -15312 40000

estructura asientos 5 7000 -1300 2350 35000 -6500 11750

living 25 6700 1000 2300 167500 25000 57500

estantería living 10 7600 1800 3110 76000 18000 31100

estanterías comedor 10 7600 -1800 3110 76000 -18000 31100

coci

na

horno 10 5400 1240 2500 54000 12400 25000

nevera 15 5750 1240 2850 86250 18600 42750

lava platos 5 5800 600 2500 29000 3000 12500

estanterías cocina 10 5300 1600 3100 53000 16000 31000

mueble cocina 10 5600 1100 2500 56000 11000 25000

estructura escalera 10 4700 0 2070 47000 0 20700

mes

a d

e ca

rtas

mesa 10 -5650 -1300 2500 -56500 -13000 25000

sillón de estudio 3 5300 -1250 2300 15900 -3750 6900

estanterías mesa de catas 5 5300 -1600 3100 26500 -8000 15500

bañ

o 2

tasa de baño 10 3500 875 2000 35000 8750 20000

lava manos 5 4250 1250 2700 21250 6250 13500

regadera 5 4060 875 1800 20300 4375 9000

mas 25% 68,75

suma pesos habitabilidad 343,75 6784 201 2596,39 1940960 46453 713630


50

7.3 Peso del casco

El peso de la estructura de madera de una embarcación puede hacerse mediante fórmulas

empíricas en función de sus características principales, como también utilizando una embarcación

patrón de similares formas, pero lo que se utiliza en este caso, es el cálculo del volumen de las

estructuras, multiplicadas por su peso específico, dependiendo del tipo de madera y su uso en la

estructura del velero.

Tabla 20. Peso de los elementos estructurales de madera

Elemento

área largo volumen peso especifico peso

transversal longitudinal

mm2 mm2 mm m3 kgf/m3 kgf

Quilla

2929696 190 0,557 730 406,35

Sobrequilla

1751771 205 0,359 730 262,15

codaste

759453 205 0,156 730 113,65

cubierta

47380021 40 1,895 530 1004,46

casco

48700000 50 2,435 530 1290,55

estructuras longitudinales

durmiente 13536,57

15799 0,214 580 124,04

sotadurmiente 16668,07

15799 0,263 580 152,74

eslora 12861,29

12250 0,158 580 91,38

trancanil 16355,87

12249 0,200 580 116,20

palmejar 11180,00

9064 0,101 580 58,77

suma + 10%

597,444

estructuras transversales

bao superestructura 7650

34228 0,262 580 151,87

bao cubierta 7650

37899 0,290 580 168,159

bao habitabilidad 7650

22393 0,171 580 99,3577

cuadernas 7200

69531 0,501 580 290,361

suma + 10%

780,723


51

7.4 Peso Muerto

También conocido como DEADWEIGHT, corresponde a los pesos que son variables en el buque,

como; el combustible, el agua potable, el peso de las aguas grises, las provisiones, los tripulantes,

pertrechos y el lastre.

Tabla 21. Pesos que constituyen el peso muerto



tanque de combustible 527 5347 0 1456 2817869 0 767312

tanque de agua dulce 567 7100 0 1457 4025700 0 826119

tanque de aguas grises 324 9383 0 1455 3040092 0 471420

personas 450 5000 0 2300 2250000 0 1035000

provisiones 600 5000 0 2000 3000000 0 1200000

pertrechos 400 4000 0 2000 1600000 0 800000

Lastre 1 2000 8600 0 700 17200000 0 1400000

Lastre 2 1650 7600 0 400 12540000 660000

Suma peso muerto 6520 46473661 0 7159851

7.5 resumen desplazamiento total y centro de gravedad

Tabla 22. Desplazamiento total y centros de gravedad

Elemento Peso X Y Z

Peso rosca 8500 6600 0 2461

Peso muerto 6520 7130 0 1098

Desplazamiento total 15020 6830 0 1870

Las coordenadas de los centros de gravedad, se referencian, considerando el origen sobre la línea

base en el extremo de popa del modelo de la embarcación, considerando valores positivos desde

el espejo hacia proa. También desde la línea de crujía hacia babor y estribor de la embarcación se

consideran valores negativos y positivos respectivamente.

Es así, que el centro de gravedad de la embarcación se encuentra a 6037 milímetros desde el

espejo de la embarcación y a una altura de 1760 milímetros desde la línea base.


52

Capítulo 8

ESTUDIO DE ESTABILIDAD

8.1 Introducción

El estudio de la estabilidad determina el rango de navegación, en función de las diversas

condiciones de carga, que pudiera tener la embarcación, considerando condiciones de máxima y

mínima carga. Para esto se utilizó el software Hydromax donde se evaluará la estabilidad de la

embarcación, acorde de la norma ISO 12217-2. La que especifica los métodos de verificación de la

estabilidad y flotabilidad de las embarcaciones sin averías.

8.2 Hidrostática de la carena

Lo primero que se hará es obtener las curvas hidrostáticas y curvas de los coeficientes de la embarcación; en función de un rango desde cero a dos metros del calado (draft).

Calado medio(m) 0,5 1 1,5 2

1 Desplazamiento (ton) 0,4328 1,419 4,58 15,02

2 Escora a estribor (grados) 0 0 0 0

3 Calado a FP (m) 0,500 1,000 1,500 2,000

4 Calado a AP (m) 0,500 1,000 1,500 2,000

5 Calado a LCF (m) 0,500 1,000 1,500 2,000

6 Trimado (+vo por stern) (m) 0,000 0,000 0,000 0,000

7 Eslora en línea de agua(m) 6,810 8,884 10,486 11,707

8 Manga en línea de agua(m) 0,213 0,466 2,003 3,605

9 Superficie mojada(m2) 6,140 14,336 28,409 47,917

10 Área en línea de flotación(m2) 1,271 2,941 11,937 27,209

11 Coeficiente prismático 0,746 0,676 0,597 0,565

12 Coeficiente de block 0,583 0,335 0,142 0,174

13 Coeficiente de la maestra 0,824 0,539 0,263 0,329

14 Coeficiente de la línea de agua 0,878 0,711 0,568 0,645

15 LCB desde la mitad (+ve fwd) m 5,073 5,787 6,602 7,076

16 LCF desde la mitad de (+ve fwd) m 5,624 6,441 7,195 7,288

17 KB m 0,294 0,634 1,099 1,573

18 KG m 1,000 1,000 1,000 1,000

19 BMt m 0,009 0,026 0,554 1,387

20 BML m 10,437 9,861 12,601 11,983

21 GMt m -0,697 -0,340 0,653 1,960

22 GML m 9,731 9,495 12,700 12,556

23 KMt m 0,303 0,660 1,653 2,960

24 KML m 10,731 10,495 13,700 13,556

25 Inmersión (TPc) (ton/cm) 0,013 0,030 0,122 0,279

26 Momento cambio de asiento (ton.m) 0,000 0,000 0,000 0,000

27 RM at 1deg = GMt.Disp.sin(1) tonne.m -0,005 -0,008 0,052 0,514


53

8.2.1 Curvas hidrostáticas

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0,4 0,8 1,2 1,6 2 2,4 2,8 3,2 3,6 4 4,4

9,5 10 10,5 11 11,5 12 12,5 13 13,5 14 14,5

0 0,04 0,08 0,12 0,16 0,2 0,24 0,28 0,32 0,36 0,4

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

Disp.

Wet. Area

WPA

LCB

LCF

KB

KMt

KML

Immersion (TPc)

MTc

Displacement tonne

Dra

ft

m

Area m^2

LCB, LCF, KB m

KMt m

KML m

Immersion tonne/cm

Moment to Trim tonne.m

Figura 28. Curvas hidrostáticas del velero, mediante Hydromax


54

8.2.2 Curvas de coeficientes

8.3 Análisis de estabilidad para distintas condiciones de carga

Se evalúa la estabilidad en distintas condiciones o situación de carga, simulando las combinaciones

más extremas en las que pudiera navegar la embarcación, también una condición con media

carga. Se considerará una estabilidad aceptable para valores sobre a los 100 grados de escora.

Tabla 23. Resumen de las condiciones y sus porcentajes de carga

Caso Condiciones Provisiones Combustible Agua potable Aguas grises

8.3.1 Máxima carga 100% 100% 100% 100%

8.3.2 Media carga 50% 50% 50% 50%

8.3.3 Carga mínima 10% 10% 10% 10%

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Prismatic

Block

Midship Area

Waterplane Area

Coefficients

Dra

ft

m

Figura 29. Curvas de los coeficientes del velero, mediante Hydromax


55

8.3.1 Carga máxima

Esta situación simula una condición en que la embarcación estaría soportando el máximo de los

pesos. Con todos los estanques llenos, y las demás cargar correspondientes a la tripulación,

provisiones y pertrechos.

8.3.1.1 Cálculo de estabilidad a máxima carga

Ítem Cantidad Peso (ton) Coordenada longitudinal(m)

Coordenada vertical(m)

1 Peso liviano 1 8,50 6,600 2,461

2 personas 1 0,4500 5,000 2,300

3 provisiones 1 0,600 5,000 2,000

4 pertrechos 1 0,4000 4,000 2,000

5 lastre 1 1 2,000 8,600 0,700

6 lastre 2 1 1,650 7,600 0,400

7 diesel 100% 0,527 5,347 1,456

8 agua potable 100% 0,567 7,100 1,457

9 aguas grises 100% 0,3243 9,383 1,455

10 Total Peso= 15,02 LCG=6,830 m VCG=1,870 m

11 FS corr.=0 m

12 VCG fluid=1,87 m

8.3.1.2 Curva del GZ, para máxima carga

-0,5

-0,25

0

0,25

0,5

0,75

1

1,25

0 25 50 75 100 125 150 175

Max GZ = 1,022 m at 73,2 deg.

3.1.2.4: Initial GMt GM at 0,0 deg = 1,106 m

Heel to Starboard deg.

GZ

m

Figura 30. Curva del GZ para máxima carga, mediante Hydromax


56

8.3.1.3 Dimensiones del velero en función de los ángulos de escora, en condición de máxima carga

Escora a estribor (grados) 0 5 10 15 20 25

1 Desplazamiento (ton) 15,02 15,02 15,02 15,02 15,02 15,02

2 Calado a FP (m) 2,151 2,145 2,128 2,098 2,055 1,999

3 Calado a AP (m) 2,151 2,145 2,128 2,098 2,055 1,999

4 Eslora línea de agua(m) 11,553 11,546 11,520 11,472 11,399 11,299

5 Inmersión del puntal (m) 2,092 2,085 2,052 1,992 1,906 1,796

6 Manga de línea de agua (m) 3,613 3,595 3,540 3,449 3,352 3,285

7 Superficie mojada(m^2) 47,940 47,874 47,684 47,363 47,034 46,816

8 Área de línea de agua(m^2) 27,307 27,211 26,931 26,516 26,139 25,980

9 Coeficiente prismático 0,565 0,565 0,566 0,567 0,568 0,569

10 Coeficiente de block 0,168 0,169 0,175 0,186 0,201 0,220

11 LCB from Amidsh. (+vefwd) m 6,824 6,824 6,824 6,824 6,824 6,824

12 VCB from DWL m 0,432 0,431 0,427 0,420 0,410 0,396

13 GZ m 0,000 0,096 0,188 0,272 0,349 0,418

14 LCF from Amidsh. (+vefwd) m 7,090 7,088 7,083 7,076 7,069 7,058

15 TCF to zero pt. m 0,000 0,284 0,569 0,853 1,127 1,382

16 Inclinación la cubierta (grados) 1,2 5,1 10,1 15,0 20,0 25,0

30 40 50 60 70 80 90 100

1 15,02 15,02 15,02 15,02 15,02 15,02 15,02 15,02

2 1,927 1,731 1,459 1,106 0,606 -1,203 N/A -6,424

3 1,927 1,731 1,459 1,106 0,606 -1,203 N/A -6,424

4 11,166 10,735 10,133 10,393 11,150 12,007 13,003 13,560

5 1,664 1,341 0,973 1,051 1,151 1,218 1,344 1,463

6 3,268 3,407 3,150 3,153 3,545 2,131 2,007 1,972

7 46,736 46,861 47,098 46,120 39,436 34,665 35,090 35,706

8 26,120 27,401 27,664 27,970 25,365 20,281 19,515 19,410

9 0,569 0,575 0,602 0,595 0,584 0,559 0,531 0,525

10 0,241 0,299 0,472 0,425 0,371 0,470 0,417 0,375

11 6,824 6,824 6,824 6,822 6,814 6,806 6,803 6,800

12 0,379 0,342 0,321 0,342 0,411 0,454 0,473 0,481

13 0,483 0,619 0,760 0,883 1,007 0,966 0,828 0,659

14 7,047 7,025 6,964 6,909 6,724 6,908 6,904 6,930

15 1,615 2,025 2,206 2,237 2,333 2,667 2,619 2,481

16 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0

110 120 130 140 150 160 170 180

1 15,02 15,02 15,02 15,02 15,02 15,02 15,02 15,02

2 -4,470 -3,796 -3,444 -3,224 -3,081 -2,998 -2,969 -2,973

3 -4,470 -3,796 -3,444 -3,224 -3,081 -2,998 -2,969 -2,973

4 14,042 14,523 15,016 15,472 15,253 15,112 15,048 15,050

5 1,530 1,542 1,496 1,390 1,221 0,983 0,675 0,467

6 1,995 2,065 2,170 2,311 2,526 2,902 3,873 4,274

7 36,436 37,375 38,655 40,526 43,312 47,747 55,213 56,853

8 19,806 20,726 22,234 24,567 28,084 33,526 42,103 43,503

9 0,525 0,528 0,536 0,552 0,604 0,672 0,743 0,743

10 0,342 0,317 0,300 0,295 0,311 0,340 0,372 0,487

11 6,797 6,795 6,793 6,791 6,790 6,792 6,794 6,794

12 0,479 0,467 0,443 0,406 0,356 0,291 0,214 0,168

13 0,469 0,270 0,074 -0,108 -0,255 -0,337 -0,270 0,000

14 6,966 7,005 7,046 7,098 7,099 7,077 7,124 7,134

15 2,268 1,994 1,680 1,345 1,011 0,711 0,511 0,000

16 110,0 120,0 130,0 140,0 150,0 159,9 169,9 178,6


57

8.3.1.4 Criterios para carga máxima

Code Criteria Value Units Actual Status

1 A.749(18) Ch3 - Design criteria applicable to all ships

3.1.2.4: Initial GMt Pass

2 spec. Heel angle 0,0 deg

3 shall not be less than (>=) 0,150 m 1,106 Pass

5 ISO/FDIS 12217-2:2001(E) 6.2.3 Downflooding angle NotAnalysed

6 shall be greaterthan (>) 40,0 deg NotAnalysed

8 ISO/FDIS 12217-2:2001(E) 6.3 Angle of vanishing stability Pass

9 shall be greater than (>) 100,0 deg 133,9 Pass

11 ISO/FDIS 12217-2:2001(E) 6.4 STIX Pass

12 delta 0 See ISO 12217-2

13 AS, sail area ISO 8666 72,000 m^2

14 height of centroid of AS 9,180 m

15 LH, Hydromax calculated 15,500 m

16 BH, Hydromax calculated 4,336 m

17 LWL, Hydromax calculated 11,553 m

18 BWL, Hydromax calculated 3,613 m

19 height of immersed profile area centroid, Hydromax calculated

1,247 m

20 STIX value shall be greater than (>) 32,0 See ISO 12217-2 60,1 Pass

21 Intermediate values

22 m, mass of boat in current loading condition

tonne 15,018

23 height of waterline in current loading condition

m 2,151

24 phiD, actual downflooding angle deg 180,0

25 PhiV, actual angle of vanishing stability deg 133,9

26 AGZ, area under righting lever curve, from 0,0 to 133,9 deg.

m.deg 75,655

27 GZ90, righting lever at 90 deg m 0,828

28 GZD, righting lever at downflooding angle

m 0,000

29 FR See ISO 12217-2 12,286

30 LBS, weighted average length See ISO 12217-2 12,869

31 FL, length factor See ISO 12217-2 1,032

32 FB, beam factor See ISO 12217-2 1,867

33 VAW, steady apparent wind speed m/s n/a

34 FDS, dynamic stability factor See ISO 12217-2 1,215

35 FIR, inversión recovery factor See ISO 12217-2 1,158

36 FKR, knockdown recovery factor See ISO 12217-2 1,500

37 FDL, displacement-lenght factor See ISO 12217-2 1,036

38 FBD, beam-displacement factor See ISO 12217-2 1,021

39 FWM, wind moment factor See ISO 12217-2 1,000

40 FDF, downflooding factor See ISO 12217-2 1,250

42 ISO/FDIS 12217-2:2001(E) 6.5 Knockdown-recovery test (angle of vanishing stability in flooded condition)

Pass

43 shall be greaterthan (>) 90,0 deg 133,9 Pass


58

8.3.2 Estabilidad a grandes ángulos y equilibrio -mínima carga operativa

Esta condición simula cuando la embarcación se encuentre con la mínima carga posible.

8.3.2.1 Cálculos de estabilidad mínima carga

Ítem Cantidad Peso (ton)

Coordenada longitudinal (m)

Coordenada vertical (m)

1 Lightship 1 8,50 6,600 2,461

2 personas 1 0,4500 5,000 2,300

3 provisiones 1 0,600 5,000 2,000

4 pertrechos 1 0,4000 4,000 2,000

5 lastre 1 1 2,000 8,600 0,700

6 lastre 2 1 1,650 7,600 0,400

7 diesel 10% 0,0527 5,341 1,279

8 agua potable 10% 0,0567 7,099 1,280

9 aguas grises 10% 0,0324 9,384 1,279

10 Total Weight= 13,74 LCG=6,817 m VCG=1,906 m

11 FS corr.=0,191 m

12 VCG fluid=2,097 m

8.3.2.2 Curva del GZ para mínima carga

-0,5

-0,25

0

0,25

0,5

0,75

1

0 25 50 75 100 125 150 175

Max GZ = 0,831 m at 71,4 deg.3.1.2.4: Initial GMt GM at 0,0 deg = 0,850 m


GZ

m

Figura 31. Curva del GZ para mínima carga, mediante Hydromax


59

8.3.2.3 Dimensiones del velero en función de los ángulos de escora, en condición de mínima carga.



2 Calado a FP (m) 2,102 2,096 2,078 2,046 2,001 1,942

3 Calado a AP (m) 2,102 2,096 2,078 2,046 2,001 1,942

4 Eslora línea de agua (m) 11,455 11,447 11,418 11,366 11,287 11,180



7 Superficie mojada (m^2) 46,405 46,322 46,079 45,722 45,381 45,142

8 Área de línea de agua (m^2) 26,212 26,101 25,789 25,359 25,004 24,872



11 LCB from Amidsh. (+ve fwd) m 6,805 6,806 6,806 6,806 6,806 6,807

12 VCB from DWL m 0,423 0,422 0,417 0,409 0,397 0,381

13 GZ m 0,000 0,073 0,143 0,204 0,258 0,305

14 LCF from Amidsh. (+ve fwd) m 7,096 7,094 7,087 7,079 7,072 7,067

15 TCF to zero pt. m 0,000 0,288 0,577 0,862 1,133 1,382


30 40 50 60 70 80 90 100

1 13,74 13,74 13,74 13,74 13,74 13,74 13,74 13,74

2 1,868 1,669 1,388 1,027 0,497 -1,533 N/A -6,784

3 1,868 1,669 1,388 1,027 0,497 -1,533 N/A -6,784

4 11,043 10,566 9,970 10,130 10,845 11,612 12,612 13,359

5 1,613 1,294 0,928 1,006 1,099 1,155 1,280 1,398

6 3,195 3,350 3,205 3,235 3,629 2,097 1,985 1,951

7 45,087 45,192 45,291 43,864 35,506 32,579 33,103 33,730

8 25,087 26,435 27,218 27,483 23,288 19,401 18,814 18,748

9 0,565 0,572 0,595 0,594 0,587 0,563 0,534 0,520

10 0,235 0,293 0,452 0,406 0,401 0,477 0,418 0,368

11 6,807 6,809 6,810 6,807 6,797 6,791 6,788 6,786

12 0,363 0,326 0,303 0,327 0,395 0,431 0,449 0,458

13 0,351 0,455 0,585 0,711 0,828 0,754 0,608 0,437

14 7,051 7,020 6,995 6,865 6,680 6,859 6,880 6,890

15 1,609 2,006 2,204 2,234 2,408 2,683 2,626 2,478

16 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0

110 120 130 140 150 160 170 180

1 13,74 13,74 13,74 13,74 13,74 13,74 13,74 13,74

2 -4,656 -3,922 -3,538 -3,298 -3,138 -3,042 -3,003 -3,005

3 -4,656 -3,922 -3,538 -3,298 -3,138 -3,042 -3,003 -3,005

4 13,850 14,343 14,854 15,413 15,309 15,156 15,079 15,079

5 1,466 1,481 1,440 1,338 1,175 0,946 0,645 0,435

6 1,971 2,031 2,121 2,246 2,444 2,795 3,698 4,281

7 34,460 35,384 36,632 38,442 41,191 45,623 53,367 55,930

8 19,125 19,972 21,364 23,543 26,945 32,349 41,248 43,726

9 0,520 0,523 0,531 0,545 0,593 0,663 0,744 0,746

10 0,335 0,311 0,296 0,289 0,305 0,335 0,373 0,478

11 6,785 6,784 6,783 6,783 6,782 6,784 6,786 6,787

12 0,457 0,446 0,424 0,389 0,341 0,278 0,203 0,154

13 0,252 0,065 -0,115 -0,275 -0,398 -0,450 -0,350 0,000

14 6,923 6,960 7,002 7,055 7,086 7,064 7,110 7,130

15 2,256 1,975 1,653 1,311 0,971 0,666 0,469 0,000

16 110,0 120,0 130,0 140,0 150,0 160,0 169,9 178,6


60

8.3.2.4 Criterios de estabilidad para condición de mínima carga.

código criterio valor unidades Actual Status





5 ISO/FDIS 12217-2:2001(E) 6.2.3 Downflooding angle NotAnalysed

6 shall be greater than (>) 40,0 deg NotAnalysed





13 AS, sail area ISO 8666 72,000 m^2







1,219 m



22 m, mass of boat in current loading condition

tonne 13,742


m 2,102

24 phiD, actual downflooding angle deg 180,0



m.deg 54,520


28 GZD, righting lever at downflooding angle

m 0,000

29 FR See ISO 12217-2 8,193













Pass



61

8.3.3 Estabilidad para condición de media carga

Esta condición simula cuando la embarcación se encuentre con cargas al 50% de su capacidad.

Ítem Cantidad Peso (ton)

Coordenada longitudinal (m)

Coordenada vertical (m)

1 Lightship 1 8,50 6,600 2,461

2 personas 1 0,4500 5,000 2,300

3 provisiones 1 0,600 5,000 2,000

4 pertrechos 1 0,4000 4,000 2,000

5 lastre 1 1 2,000 8,600 0,700

6 lastre 2 1 1,650 7,600 0,400

7 diesel 50% 0,2635 5,347 1,373

8 agua potable 50% 0,2834 7,100 1,374

9 aguas grises 50% 0,1621 9,384 1,372

10 Total Weight= 14,31 LCG=6,823 m VCG=1,886 m

11 FS corr.=0,183 m

12 VCG fluid=2,069 m

8.3.3.1 Curva del GZ, en media carga

-0,5

-0,25

0

0,25

0,5

0,75

1

0 25 50 75 100 125 150 175

Max GZ = 0,845 m at 71,8 deg.3.1.2.4: Initial GMt GM at 0,0 deg = 0,891 m


GZ

m

Figura 32. Curva del GZ en media carga, mediante Hydromax


62

8.3.3.2 Dimensiones del velero en función de los ángulos de escora, en condición de carga media.



2 Calado a FP (m) 2,125 2,119 2,101 2,071 2,027 1,968

3 Calado a AP (m) 2,125 2,119 2,101 2,071 2,027 1,968

4 Eslora línea de agua(m) 11,498 11,491 11,463 11,413 11,337 11,233



7 Superficie mojada(m^2) 47,102 47,030 46,805 46,465 46,129 45,886

8 Área de línea de agua(m^2) 26,707 26,609 26,310 25,886 25,518 25,358



11 LCB from Amidsh. (+ve fwd) m 6,812 6,812 6,812 6,813 6,813 6,813

12 VCB from DWL m 0,427 0,426 0,421 0,414 0,402 0,388

13 GZ m 0,000 0,077 0,150 0,216 0,273 0,325

14 LCF from Amidsh. (+ve fwd) m 7,092 7,090 7,085 7,077 7,069 7,064

15 TCF to zero pt. m 0,000 0,286 0,573 0,858 1,130 1,382


30 40 50 60 70 80 90 100

1 14,31 14,31 14,31 14,31 14,31 14,31 14,31 14,31

2 1,895 1,697 1,420 1,062 0,546 -1,385 N/A -6,625

3 1,895 1,697 1,420 1,062 0,546 -1,385 N/A -6,625

4 11,098 10,641 10,042 10,249 10,984 11,790 12,788 13,452

5 1,636 1,315 0,948 1,026 1,123 1,183 1,309 1,427

6 3,228 3,375 3,180 3,198 3,598 2,112 1,995 1,960

7 45,760 45,940 46,331 44,838 37,181 33,532 33,990 34,615

8 25,487 26,869 27,648 27,690 24,149 19,816 19,129 19,049

9 0,567 0,574 0,599 0,594 0,586 0,561 0,533 0,522

10 0,238 0,296 0,461 0,415 0,387 0,474 0,418 0,371

11 6,814 6,815 6,816 6,814 6,805 6,798 6,795 6,793

12 0,370 0,333 0,311 0,333 0,402 0,441 0,460 0,468

13 0,373 0,481 0,607 0,724 0,839 0,776 0,632 0,463

14 7,061 7,029 7,025 6,870 6,699 6,885 6,891 6,908

15 1,613 2,014 2,201 2,234 2,374 2,677 2,623 2,480

16 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0

110 120 130 140 150 160 170 180

1 14,31 14,31 14,31 14,31 14,31 14,31 14,31 14,31

2 -4,574 -3,867 -3,497 -3,266 -3,113 -3,023 -2,988 -2,991

3 -4,574 -3,867 -3,497 -3,266 -3,113 -3,023 -2,988 -2,991

4 13,938 14,426 14,930 15,489 15,283 15,135 15,065 15,066

5 1,494 1,508 1,465 1,362 1,196 0,963 0,658 0,449

6 1,982 2,047 2,143 2,276 2,481 2,843 3,776 4,278

7 35,346 36,276 37,540 39,380 42,146 46,587 54,215 56,339

8 19,435 20,316 21,760 24,009 27,460 32,895 41,661 43,629

9 0,522 0,525 0,533 0,546 0,598 0,667 0,744 0,745

10 0,338 0,313 0,298 0,291 0,308 0,337 0,373 0,483

11 6,791 6,790 6,789 6,788 6,788 6,789 6,792 6,792

12 0,467 0,455 0,432 0,397 0,347 0,284 0,208 0,160

13 0,280 0,093 -0,087 -0,248 -0,371 -0,425 -0,327 0,000

14 6,943 6,981 7,023 7,076 7,093 7,071 7,116 7,131

15 2,261 1,983 1,665 1,326 0,989 0,687 0,488 0,000

16 110,0 120,0 130,0 140,0 150,0 160,0 169,9 178,6


63

8.3.3.3 Criterios de estabilidad, para condición de media carga

código criterio valor unidades Actual Status





5 ISO/FDIS 12217-2:2001(E) 6.2.3 Downfloodingangle NotAnalysed

6 shall be greater than (>) 40,0 deg NotAnalysed





13 AS, sail area ISO 8666 72,000 m^2







1,232 m



22 m, mass of boat in current loading condition tonne 14,309


m 2,125

24 phiD, actual downfloodingangle deg 180,0



m.deg 56,968


28 GZD, righting lever at downflooding angle m 0,000

29 FR See ISO 12217-2 8,906













Pass



64

8.4 Análisis calibración de los estanques

8.4.1 Calibración estanque de Diesel

Sounding m Ullage m % Full Capacity m^3 Capacity tonne LCG m TCG m VCG m FSMtonne.m

1 0,350 0,000 100,0 0,627 0,527 5,347 0,000 1,456 0,000

2 0,346 0,004 98,0 0,615 0,516 5,347 0,000 1,453 0,856

3 0,340 0,010 95,5 0,599 0,503 5,347 0,000 1,449 0,822

4 0,320 0,030 86,7 0,544 0,457 5,348 0,000 1,436 0,708

5 0,300 0,050 78,4 0,492 0,413 5,348 0,000 1,423 0,602

6 0,280 0,070 70,6 0,443 0,372 5,348 0,000 1,410 0,506

7 0,260 0,090 63,2 0,397 0,333 5,347 0,000 1,397 0,421

8 0,240 0,110 56,3 0,353 0,297 5,347 0,000 1,385 0,348

9 0,220 0,130 49,8 0,313 0,263 5,347 0,000 1,372 0,287

10 0,200 0,150 43,7 0,274 0,230 5,346 0,000 1,360 0,235

11 0,180 0,170 38,0 0,239 0,200 5,345 0,000 1,348 0,193

12 0,160 0,190 32,7 0,205 0,172 5,345 0,000 1,336 0,158

13 0,140 0,210 27,7 0,174 0,146 5,344 0,000 1,325 0,131

14 0,120 0,230 23,0 0,144 0,121 5,343 0,000 1,313 0,108

15 0,100 0,250 18,6 0,117 0,098 5,343 0,000 1,302 0,090

16 0,080 0,270 14,4 0,091 0,076 5,342 0,000 1,291 0,075

17 0,060 0,290 10,5 0,066 0,055 5,341 0,000 1,281 0,063

18 0,040 0,310 6,8 0,043 0,036 5,341 0,000 1,270 0,053

19 0,020 0,330 3,3 0,021 0,017 5,340 0,000 1,260 0,045

20 0,006 0,344 1,0 0,006 0,005 5,340 0,000 1,253 0,040

0

20

40

60

80

100

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Sounding

Ullage

Capacity

LCG

TCG

VCG

FSM

Soundings & Ullage m

%

Full

Capacity tonne

Centre of Gravity m

Free Surface Moment tonne.m

Figura 33. Curvas de calibración tanque con diesel, mediante Hydromax


65

8.4.2 Calibración estanque de agua potable


21 0,350 0,000 100,0 0,567 0,567 7,100 0,000 1,457 0,000

22 0,346 0,004 98,0 0,556 0,556 7,100 0,000 1,454 1,362

23 0,340 0,010 95,5 0,542 0,542 7,100 0,000 1,450 1,318

24 0,320 0,030 86,9 0,492 0,492 7,100 0,000 1,437 1,159

25 0,300 0,050 78,6 0,445 0,445 7,100 0,000 1,424 1,004

26 0,280 0,070 70,7 0,401 0,401 7,100 0,000 1,411 0,857

27 0,260 0,090 63,2 0,359 0,359 7,100 0,000 1,398 0,721

28 0,240 0,110 56,2 0,319 0,319 7,100 0,000 1,386 0,599

29 0,220 0,130 49,6 0,281 0,281 7,100 0,000 1,373 0,492

30 0,200 0,150 43,5 0,246 0,246 7,100 0,000 1,361 0,402

31 0,180 0,170 37,7 0,214 0,214 7,099 0,000 1,349 0,327

32 0,160 0,190 32,3 0,183 0,183 7,099 0,000 1,337 0,266

33 0,140 0,210 27,3 0,155 0,155 7,099 0,000 1,325 0,217

34 0,120 0,230 22,6 0,128 0,128 7,099 0,000 1,314 0,177

35 0,100 0,250 18,2 0,103 0,103 7,099 0,000 1,303 0,146

36 0,080 0,270 14,1 0,080 0,080 7,099 0,000 1,292 0,120

37 0,060 0,290 10,2 0,058 0,058 7,099 0,000 1,281 0,099

38 0,040 0,310 6,6 0,038 0,038 7,099 0,000 1,270 0,082

39 0,020 0,330 3,2 0,018 0,018 7,099 0,000 1,260 0,069

40 0,006 0,344 1,0 0,006 0,006 7,099 0,000 1,253 0,061

0

20

40

60

80

100

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25

Sounding

Ullage

Capacity

LCG

TCG

VCG

FSM


%

Full

Capacity tonne

Centre of Gravity m


Figura 34. Curva de calibración tanque con agua potable, mediante Hydromax


66

8.4.3Calibración estanque de aguas grises


41 0,350 0,000 100,0 0,316 0,324 9,383 0,000 1,455 0,000

42 0,346 0,004 98,0 0,310 0,318 9,383 0,000 1,453 0,403

43 0,340 0,010 95,5 0,302 0,310 9,383 0,000 1,449 0,385

44 0,320 0,030 86,8 0,274 0,281 9,383 0,000 1,436 0,327

45 0,300 0,050 78,5 0,248 0,255 9,383 0,000 1,423 0,275

46 0,280 0,070 70,8 0,224 0,229 9,384 0,000 1,410 0,230

47 0,260 0,090 63,5 0,201 0,206 9,384 0,000 1,397 0,191

48 0,240 0,110 56,6 0,179 0,184 9,384 0,000 1,385 0,159

49 0,220 0,130 50,1 0,159 0,163 9,384 0,000 1,372 0,132

50 0,200 0,150 44,1 0,139 0,143 9,384 0,000 1,360 0,109

51 0,180 0,170 38,3 0,121 0,124 9,384 0,000 1,348 0,091

52 0,160 0,190 33,0 0,104 0,107 9,384 0,000 1,336 0,076

53 0,140 0,210 27,9 0,088 0,091 9,384 0,000 1,325 0,063

54 0,120 0,230 23,2 0,073 0,075 9,384 0,000 1,314 0,052

55 0,100 0,250 18,7 0,059 0,061 9,384 0,000 1,303 0,044

56 0,080 0,270 14,5 0,046 0,047 9,384 0,000 1,292 0,036

57 0,060 0,290 10,5 0,033 0,034 9,384 0,000 1,281 0,030

58 0,040 0,310 6,8 0,022 0,022 9,384 0,000 1,270 0,025

59 0,020 0,330 3,3 0,010 0,011 9,384 0,000 1,260 0,021

60 0,006 0,344 1,0 0,003 0,003 9,384 0,000 1,253 0,019

0

20

40

60

80

100

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55

Sounding

Ullage

Capacity

LCG

TCG

VCG

FSM


%

Full

Capacity tonne

Centre of Gravity m


Figura 35. Curvas de calibración tanque con aguas grises, mediante Hydromax


67

Capítulo 9

ESCANTILLONADO

9.1 Introducción

Para el cálculo y diseño del escantillonado, se utiliza el reglamento de la casa clasificadora Det

Norske Veritas año 1971 (para la construcción y clasificación de embarcaciones de madera).

La embarcación debe tener firmeza estructural, pero sin caer en el sobredimensionamiento o

sobrepeso. Se deben considerar la solidez y continuidad estructural

9.2 Uso del reglamento DNV 71

Se establecen las dimensiones de la embarcación:

Eslora total L 15,5

Manga B 4,33

Puntal D 3,8

Tabla 24. Estructuras longitudinales del escantillonado [2]

El producto de las dimensiones principales de la

embarcación calcula el numeral N que es 180. Así

podemos obtener las dimensiones de las estructuras

longitudinales mediante la siguiente tabla:


68

Secciones y cuaderna - Frames and floors, bulwark stanchions

Clara entre cuadernas (s)

( )

Para un cambio en la clara entre cuadernas, se usa el criterio de resistencia a la flexión, la

que debe ser menor o igual a lo estipulado por el reglamento.

[

]

En caso contrario; si la resistencia a la flexión es mayor que lo estipulado en el reglamento, se

deberá aumentar el forro exterior.

Dado que se usarán cuadernas simples se usara una distancia entre cuaderna menor al

calculado. Siendo s igual a 4 cm.

Para construcciones de cuadernas dobles, el espaciado debe ser mayor a 5 cm.

Las piezas deberán obtenerse de forma que sigan la fibra de la madera. Por lo que la

búsqueda de árboles con las formas adecuadas u óptimas será una tarea primordial.

Las diversas piezas del mismo plano podrán estar en contacto por topes planos o

empalmes; pudiendo tener una longitud de la pieza mayor a 5 veces la altura de los

ligazones.

Modulo resistente mínimo de la cuaderna maestra.

( )

[

]

( )

Módulo de sección de la varenga.

( )

Para varengas simples, el brazo o largo de la estructura deberá ser mayor o igual a 0,15

veces la manga, en la zona de la maestra.

La longitud del genol deberá ser mayor o igual a 0,4 veces la manga.

Las varengas se deben encastrarse sobre la parte alta de la quilla.


69

Mamparos (bulkhead)

Cada mamparo se montara sobre un contorno completo, constituido por una cuaderna (o

pie de mamparo) y por un bao situado en el mismo plano transversal, completado por

una varenga alta, refuerzos verticales situados bajo los baos y piezas de apoyo sobre los

palmejares del forro interior.

El espesor de la varenga alta, de los refuerzos verticales y de las piezas de apoyo serán

igual al ancho de las ligazones de cuaderna a que cada una de estas piezas vaya

escabillada.

Si el forro del mamparo es sencillo (sin refuerzos verticales) y está constituido por

tablones verticales machihembrados, tendrá un espesor mínimo de 2,4 cm para una altura

del mamparo inferior a 1,6 m o sino, 1,5% la altura del mamparo si este es mayor a 1,6 m.

La separación de los refuerzos horizontales deberá ser menor a 30 veces el espesor del

forro.

Quilla y Sobrequilla (Keel and Keelson)

Módulo de sección de la quilla: El módulo de sección de la quilla y sobre quilla viene expresada

en la siguiente expresión:

( )

Dado que D/D1 es 0,66; y es menor a 0,8 no es necesario multiplicarlo por un factor.

L/C debe ser menor a 7,35.

Ancho de la quilla debe ser mayor o igual a cuatro veces el forro exterior.

La altura de la quilla deberá ser mayor a su ancho.

Para quillas construidas por dos piezas; estas no deben ser superior a 11 metros cada una.

Los escarpes deben estar a menos a una clara de un mamparo o a menos dos claras de los

polines del motor, además deberán llevar cabillas corta aguas.

Para embarcaciones que varen frecuentemente o un tiempo prolongado se podrá

aumentar la sección total de la quilla un tercio más.

Para un numeral N mayor a 300 es posible suprimir la sobre quilla, pero se deben

aumentar las secciones de las varengas. Dado que el numeral N da 180, no es necesario

suprimir la sobre quilla ni utilizar grandes secciones para las varengas.


70

Popa, codastes y roda (stem, sternpost and sole piece)

Roda (breadth of keel).

El ancho de la roda debe ser mayor a cuatro veces el espesor del forro exterior.

La altura en la zona del pie de roda deberá ser mayor a 1,5 veces el ancho (en la misma

zona, bajo la albitana) y su sección puede ir disminuyendo.

Se recomienda que la roda no sea demasiado pronunciado por delante del alefriz, a fin

que no sea tan vulnerable a los choques laterales.

Codaste.

Se recomienda perfilar el codaste por la popa del

alefriz.

La unión con la quilla será mediante un sobre

codaste o contra codaste; el que se unirá por caja

y espiga más una abrazadera metálica.

Palmejares, tracantil, largeros - stringers

En esta clasificación podemos encontrar los palmejares, durmientes, contra durmientes, esloras y

trancanil.

- Palmejar

Según el reglamento se debe utilizar dos palmejares (en función de la longitud l), pero dado que la

disposición del primer palmejar se encuentra muy cercano a la sobrequilla se anulara. La

distancia a la que se encuentre el palmejar será a 1,6 m.

Figura 36. Unión del codaste [2]

Figura 37.

Forma de la cuaderna tipo S [2]


71

- Durmientes y contra durmientes

Estas piezas no deberán ser menores a 7 metros de longitud, exceptuando en los extremos

de la embarcación.

Se deben unir por medio de escarpes cuya longitud sea tal que se apoyen sobre dos

cuadernas o por lo menos a 3,5 veces su ancho. Estos escarpes deberán disponerse

convenientemente separados, por lo menos a 3 claras de cuadernas.

A proa y a popa estas piezas podrán reducir progresivamente su sección pudiendo llegar a

un 25%. Estas piezas se unirán por medio de buzardas a las piezas principales.

Bao

El módulo de sección de un bao

( )

( )

La altura de los baos deberán ser mayores a 2,2 cm por cada metro de manga.

El ancho del bao no debe reducirse a menos de dos veces el espesor del forro exterior.

La reducción de la altura debiera ser menor a un 20%.

Forro

La longitud de los tablones deberán ser de 4 metros como mínimo, exceptuando aquellos

que se sitúen en los extremos y en las aberturas de la embarcación.

Los topes de dos tablones consecutivos deberán estar separados por dos intervalos de

baos como mínimo. Entre dos topes situados en el mismo bao deberá existir como

mínimo tres tablones.


72

Tabla 25.Dimensiones de las estructuras (cálculos según el reglamento DNV [2])

Ítem Ancho (cm) Atura (cm) Área (cm2) W (cm

3)

Quilla 21 19

Sobrequilla 21 20,5

Durmiente 11,5 11,5

Contradurmiente 7,5 20,5

Trancanil 18 9

Eslora cubierta 11,5 11,5

Palmejar 107

casco 5

Forro exterior 5

Varenga 236

Genol 236

Bao cubierta 114

Bao superestructura 114

9.3 Calculo de la cuaderna maestra

Tabla 26. Calculo del módulo resistente de la cuaderna maestra

CALCULO DEL MODULO RESISTENTE DE LA CUADERNA MAESTRA

Elemento

Cant dimensiones área centroide Mto. Estático

d (EN) Inercia propia Inercia total

b h a = b*h d (LB) M = a*d r=|Y-d| Io = (1/12)b*h3

It=(Io+a*r2)*n

n (mm) (mm) (mm2) (mm) (mm3) (mm) (mm4) (mm4)

Quilla 1 190 210 39900 260,9 1,04E+07 2147,310 1,47E+08 1,84E+11

Sobrequilla 1 205 210 43050 1139,4 4,91E+07 1268,785 1,58E+08 6,95E+10

palmejar 2 11180 1951,3 2,18E+07 456,866 4,51E+07 4,76E+09

Sotadurmiente 2 16668 3099,9 5,17E+07 -691,674 5,83E+07 1,61E+10

Durmiente 2 13537 3257,9 4,41E+07 -849,733 1,58E+07 1,96E+10

Trancanil 2 16356 3407,0 5,57E+07 -998,847 4,51E+07 3,27E+10

Eslora 2 12861 3284,0 4,22E+07 -875,816 1,43E+07 1,98E+10

casco 2 203542 1819,7 3,70E+08 588,531 2,39E+11 6,20E+11

cubierta habitabilidad 1 109219 1780,2 1,94E+08 627,999 6,79E+10 1,11E+11

cubierta principal 2 22841 3443,6 7,87E+07 -1035,439 3,97E+08 4,98E+10

forro costado exterior superestructura

2 23714 3669,0 8,70E+07 -1260,788 4,45E+08 7,63E+10

forro cubierta superestructura

1 147153 3968,5 5,84E+08 -1560,316 1,06E+11 4,64E+11

660021 1,59E+09 1,67E+12

Tabla 27. Resumen módulo resistente y peso de la cuaderna maestra

Centroide desde LB 2408,18 mm

módulo resistente de la cub 6,93E+08 mm3

puntal 3800 mm

centroide desde cubierta 1,39E+03 mm

modulo resistente del fondo 1,20E+09 mm3

Peso cuaderna 83,16 kg

mas 30% 108,11 kg


73

En este capítulo se adjuntan los siguientes planos correspondientes al escantillonado:

PL_004 PLANO DE LA CUADERNA MAESTRA

PL_005 PLANO CORTE LC Y CUBIERTA

PL_006 PLANO DE SECCIONES

PL_007 PLANO DE MAMPAROS

Figura 38.

Ilustración de la cuaderna maestra


74

Capítulo 10

DISPOSICIONES GENERALES

10.1 Introducción

Al momento de proyectar tanto el diseño de interiores como de la cubierta, se ha buscado

conseguir una disposición práctica, con un alto grado de confort, con amplios espacios y facilidad

de manejo. Por lo que se siguieron formas clásicas y sencillas.

10.2 Diseño de interiores

Para poder diseñar el interior la embarcación se tuvo en cuenta el perfil de misión y el número de

tripulantes que contendrá, también las travesías y los tiempos de navegación. Esto es con el fin

de disponer de habitaciones y zonas de esparcimiento lo más espaciosas posibles, para una

estancia confortable. El interior de la embarcación está compuesto por las siguientes secciones:

Sección de popa

Lo compone el pique de popa; compartimiento que posee una sola entrada por cubierta mediante

una escotilla 60 x 63 cm. El espacio interior del pique de popa es de 75 x 160 x 50 cm, y cumple

los objetivos de un compartimiento de colisión y estanqueidad. La sala de máquinas está

comprendida entre mamparos desde la tercera y onceava cuaderna. Posee una entrada desde el

interior de la habitabilidad a estribor hacia popa. En su interior se encuentran las maquinarias y

equipos que auxilian la navegación (mediante motor-hélice), la suplencia de energía eléctrica y

otros sistemas de achique, etc. Además, de estantes para provisiones y pertrechos.

Sección central

Se encuentra la mesa de cartas; espacio destinado a los equipos auxiliares de navegación tales

como radios VHF, radar, GPS etc; además cuenta con un punto de luz natural en el costado de la

superestructura. La cocina que se encuentra a babor de la habitabilidad, está compuesta por los

equipos básicos que son: Una superficie de mesa de cocina con forma de L de 880 cm2, en la que

se encuentra una cocina, un fregadero, y una nevera. Un baño que posee una entrada hacia popa

de la cuaderna 11 en el lado de babor de la embarcación, pose un bidé, un sanitario y una

regadera. El espacio de esparcimiento que dispone de 2,2 m2 entre la cuaderna 14 y el mamparo

en la cuaderna 19. A estribor se encuentra una mesa y asientos que componen el comedor 2,4 m2

de superficie, que posee la tecnología (es subida y bajada hidráulicamente) para que pueda ser

utilizada como cama para casos excepcionales de falta de camas, esta habitación posee una alta

luminosidad ya que contiene dos ventanas en la superestructura y en el costado de la misma.


75

Sección de proa

Esta sección consiste en la habitación principal y el camarote doble. El primero contiene una sala

de baño con un bidé y un sanitario, también se tiene un espacio para un armario, cajones y una

cama principal de 2,4 m2 de forma triangular. Con estanterías en las bandas de la embarcación,

por ultimo un punto de luz natural en la cubierta. El camarote doble cuenta con camas de 80 cm

de ancho por 2 m de largo, además de un armario con cajoneras y una estructura que contiene el

mástil.

10.3 Diseño de exteriores

Se refiere a las características propias de la cubierta, y va en función de las necesidades que

requiera el armador. Dado que el diseño busca formas clásicas y de fácil navegabilidad, la

cubierta debe ser sencilla y despejada. Permitiendo accesos fáciles, pudiendo desarrollar otras

actividades en la cubierta.

Cubierta

Cuenta en proa con la escotilla del pique de proa; el que podría ser usado como pañol de velas y

equipo de fondeo y una lumbrera que ilumina la habitación principal. Este espacio en proa es

amplio, de fácil movilidad y acceso. En la sección central de la cubierta existen dos lumbreras que

iluminan la zona de esparcimiento en el interior de la embarcación, además de los portillos

encontrados en los costados de la superestructura.

Bañera

Esta se encuentra centrada y a popa de la embarcación. Tiene una zona de protección de la

tripulación de los rociones típicos de la navegación en ceñida, en cuanto a las olas rompientes por

popa o por los costados, los respaldos propios de la bañera protegerán de estas condiciones.

Posee gran espaciado para el óptimo manejo delas maniobras. Se ha dispuesto un sistema de

gobierno hidráulico.

Pasillos

Son los corredores que permiten una libre circulación. Esta movilidad sobre la cubierta debe ser

lo más segura posible, estando libre de obstáculos o peligros. La anchura de los pasillos es en

promedio de 40 cm y distancia entre la superestructura (o cabina) hasta el trancanil o costado de

la embarcación es mayor a 50 cm.


76

10.4 Maniobrabilidad y arboladura

Jarcia de vela mayor

El winche de escotero de mayor se sitúa en las cercanías del punto de navegación. Para facilitar la

maniobra y evitar enredos de cabos, dicha escota se envía al carril del escotero situado en la

banda de babor. Las maniobras de izado y bajada de la vela mayor se realiza con dos winches

ubicados en la cubierta cerca de la caña de mando y sobre la superestructura a estribor en la

sección media respectivamente.

Jarcia de vela proa

El carril de la vela de proa se encuentra a proa del mástil en la parte superior de la

superestructura. Este posee un sistema autovirante, pudiendo virar de forma casi automática y

sin la necesidad de amollar la escota. Además, este sistema mantendrá la cubierta despejada. Se

alzara la vela de proa con un winche en las cercanías del punto de navegación y se maniobrara con

el mismo winche.

Se adjunta; PL_008 PLANO DE MANIOBRABILIDAD Y ARBOLADURA

10.5 Sistema de achique

Se muestra los distintos elementos que constituyen el sistema de achique de la embarcación. El

agua que ingresa en el interior de la embarcación debido a los golpes de mar debe ser extraída y

devuelta. Esta se puede presentar a bordo en los siguientes espacios.

- Piques de proa y popa.

- Quilla corrida.

- Espacios entre mamparos.

- Sala de máquinas.

Tiene como objetivo poder extraer líquidos de cualquier sección estanco u compartimiento. Para

esto consta de un colector principal, el que es un ramal de tuberías situado en la sala de máquinas

a través de la cual aspiran las bombas de achique. El diámetro del colector corresponde a 2,5

pulgadas, del que se despliegan ramales a los espacios con un diámetro de 2 pulgadas. Se

montara dos bombas de achique (cumpliendo con lo recomendado por la DNV) las que deberán

suministrar el agua a una velocidad no menor de 2 m/seg. Siendo de 100 W de potencia y un

caudal de 23 lt/min.

Aun cuando es necesario poder compensar las diferencias de pesos a lo largo de la navegación,

debido al consumo de combustible, agua, provisiones, etc, es necesario contar con cierta cantidad

de lastre.

Se adjunta; PL_009 PLANO DE ACHIQUE Y CONTRAINCENDIO


77

10.6 Sistema eléctrico

Consiste en los consumos eléctricos, tales como, iluminación, enchufes, maquinarias, etc. Y

condicionara la capacidad de la planta eléctrica necesaria; optimizando espacio, peso y facilidad

de manejo que tenga dentro de la embarcación.

Se calcula la potencia necesaria; por lo que se elabora un estudio de todos los consumos que se

requieren para la óptima navegación y confort.

Planta eléctrica

Está constituida principalmente por:

- Planta generadora: que transforma la energía mecánica en eléctrica. Está compuesta

por un generador eléctrico y banco de baterías (planta transitoria).

- Tableros de alta y baja potencia: son los puntos de enlazamiento y distribución de la

energía entregada por el generador a los distintos elementos consumidores.

- Consumidores: elementos que consumen la energía eléctrica.

Tabla 27. Balance eléctrico

Tablero de Alta Potencia

Ítem Potencia (Watts)

Bomba de achique 100

Cargador baterías 1500

Molinete 1200

Ventiladores 600

Total TAP 3400

Tablero de Baja Potencia

Ítem Potencia (Watts)

Iluminación habitabilidad 520

Tomacorrientes habitabilidad 2100

Luces de navegación 200

Instrumentos de mesa de carta 650

Total TBP 3470

Con un subtotal de 6870 Watts de consumo, se ha elegido un Cummins Onan Marino QD, con una

potencia que varía entre los 7 KW a los 9 KW, por lo que es satisfactorio para nuestros propósitos.

Se adjunta; PL_010 PLANO UNILINEAL ELECTRICO


78

Capítulo 11

RESISTENCIA A LA PROPULSIÓN

11.1 Introducción

En este capítulo se desarrollaran los procedimientos y consideraciones para abordar el sistema

propulsivo auxiliar de un velero, se mostrarán desde los cálculos de resistencia al avance de la

carena, hasta la decisión de un motor y las características de la hélice apropiada.

Los objetivos de este capítulo, son poder entregar una hélice optima, un motor y reductor

apropiado, que se ajusten a nuestra embarcación, teniendo como consideración que la propulsión

principal de la embarcación es por medio de la vela.

11.2 Obtención de la velocidad de operación por motor propulsor

Hemos dicho que la embarcación tiene un número de Froude de 0,38, lo que equivale a un largo

de ola igual a la eslora de flotación, esta relación nos entrega una velocidad de 8 nudos; lo que es

excesivo para la elección de un motor-hélice de uso auxiliar. Es por esto que se decide dividir la

eslora de flotación entre tres largos de olas, entregándonos un número de Froude de 0,24 para

una velocidad de 5 nudos.

11.3 Cálculo de la potencia efectiva en condición de casco desnudo a. Cálculo de la resistencia total al avance

Primero se estimó el coeficiente por fricción de forma empírica, propuesto por la ITTC-57.

( ( ) )

Para obtener la resistencia por fricción, se le sumó una corrección por efecto de rugosidad y

curvaturas. (δCf = 0,00043)

Tabla 28. Resistencia por fricción y presión viscosa

Coeficiente de fricción Cf 0,002594 -

Resistencia por fricción Rf 50,81 Kgf

0,498 KNt

Coeficiente de presión viscosa Cpv 0,000778 -

Resistencia por presión viscosa Rpv 13.075 Kgf

0,128 KNt

Estos valores (Rf y Rpv) en los dos métodos siguientes son calculados de igual manera.


79

Método 1:

Mediante la estimación del coeficiente por formación de olas según grafico en función del número de Froude. Se observa que para valores de Froude bajos (o velocidades de operación bajos) la resistencia por formación de olas es cada vez menor.

Tabla 29. Resistencia viscosa, por formación de olas, residual y total

Resistencia viscosa Rv 66,053 Kgf

0,6479 KNt

Coeficiente de formación de olas Cw 0,00013 -

Resistencia por formación de olas Rw 21,839 Kgf

0,2142 KNt

Resistencia residual Rr 34,915 Kgf

0,3425 KNt

Resistencia total Rt 85,725 Kgf

0,8409 KNt

Figura 39.

Valores típicos del Cw aproximado, en función

del número de Froude [3]


80

Método 2:

Mediante estimación de la Resistencia residual según serie de Delft.

Como se observa en la tabla 7, (en capítulo 4); las dimensiones de la carena de la embarcación cumplen las condiciones iniciales, de la serie sistemática Delft para yates a vela, y posterior cálculo de la resistencia residual.

Tabla 30. Valores de las constantes para cálculo de resistencia por residual

Cp 0,583 Fn 0,25

LCB -5,8% a0 25,90867 a5 24,12137

Bwl 3.6 a1 -74,75668 a6 10,48516

Lwl 11.7 a2 0,153521 a7 0,025348

Tc 0,6 a3 0,188568 a8 -0,85494

c 11,71 a4 -0,889467 a9 0,048449

Resistencia por fricción Rf 50,81 Kgf

0,498 KNt

Resistencia residual Rr 30,02 Kgf

0,294 KNt

Resistencia total Rt 80,83 Kgf

0,793 KNt

Figura 40.

Valores de las constantes para cálculo de la resistencia

residual, mediante serie sistemática Delft [1]


81

b. Calculo de la potencia efectiva

Para calcular los EHP se necesitó calcular la resistencia total al avance en Bare Hull (o casco

desnudo), por lo que se utilizó el promedio de los dos métodos expuesto anteriormente.

Tabla 31. Resumen de resistencia total al avance en casco desnudo

método 1 0,841 KNt

método 2 0,793 KNt

Rt (casco desnudo) utilizado 0,824 KNt

Velocidad operación (Vb) 5 Nudos

2,572 m/s

EHP casco desnudo (EHPbh) 2,119 KW

Factor por apéndices, viento, fouling. 1,25 -

Factor por servicio 1,30 -

EHP condición de servicio (EHPcs) 3,443 KW

4,617 HP

11.4 Criterios previos a la elección de la hélice óptima

Se requiere de una hélice FPP convencional de tres palas, en función de la velocidad operacional de 5 nudos.

El porcentaje aceptable de cavitación será de cero porcientos, según diagramas (Ver Figura 43). Aun cuando el sistema propulsor, se utilizará de forma ocasional, sin ser este, el mecanismo de propulsión principal de la embarcación.

11.5 Calculo de la hélice óptima

Se requiere una hélice para satisfacer una velocidad de operación de 5 nudos. Para lo cual,

tenemos los siguientes datos:

El diámetro máximo y la inmersión al eje de la hélice, fueron estimadas, comparando con las

dimensiones de las embarcaciones de la base de datos. Además se tomaron las siguientes

consideraciones:

Centrar nuestro eje de la hélice en la mitad del calado.

Que el diámetro de la hélice sea menor o igual a 2/3 partes de la mitad del calado, para evitar problemas de succión de aire del exterior por un poco inmersión.


82

Tabla 32.Resumen de los datos del velero para cálculo de hélice

Lwl 11,7 m

Bwl 4,33 m

Tm 2 m

Cb 0,17 -

Velocidad de operación (Vb) 5 kn

2,572 m/s

Diámetro máximo 0,5 m

Inmersión al eje 1 m

Inmersión a 0,7R 0,86 m

EHPcs (5 kn) 3,443 KW

4,617 HP

Velocidad de avance

Va 2,16 m/s

Resistencia total al avance (cs)

Rt 1,339 KNt

Empuje

T 1,463 KNt

Para el cálculo de la velocidad de avance se utilizó la siguiente expresión:

( )

Para el cálculo del empuje (T) se utilizó la siguiente expresión:

( )⁄

Donde (w) corresponde al coeficiente de estela y el (t) al coeficiente de succión.

Ahora, para poder encontrar la hélice optima, se debe tener una noción del mínimo valor de la

relación de áreas, además del número de palas que se utilizará. Es así que se eligió una hélice de

la serie B de Wageningen. (Ver Figura 42)

Tabla 33.Estimación de la relación de área

Número de palas (Z) 3 palas

Presión atmosférica 10330 kgf/m2

Inmersión a 0,7R 0,86 m

Presión (Po) 11.139,75 kgf/m2

Presión de vaporización (Pv) 175 kgf/m2

Ae/Ao > 0,1697


83

Una vez estimado la relación de áreas, se debe decidir qué valor utilizar, considerando los criterios

de cavitación adoptados, dado que al aumentar la relación de áreas, el rendimiento disminuye, y

el porcentaje de cavitación aumenta, por lo que se debió verificar varias veces este valor.

Para poder ir eligiendo la hélice apropiada se graficó la siguiente ecuación Kt = cte * J2; donde la

cte. corresponde a T/ (⍴*(D2)*(Va2)), utilizando las siguientes variables:

Tabla 34. Datos de entrada para obtención de hélice óptima

⍴ 104,6 Kgf*s2/m4

Diámetro hélice (D) 0,5 m

Empuje (T) 149,18 kgf

1,4634 KNt

Velocidad de avance (Va) 2,16 m/s

Kt = cte *J2 cte 1,22

La elección de la hélice apropiada, en primera instancia nos entrega los valores de la relación de

paso sobre el diámetro (P/D), el grado de avance (J), los coeficientes de empuje (Kt) y de torque

(Kq), como también del rendimiento del propulsor aislado (ηo); el que se puede estimación, para

así, comprobar la exactitud o precisión al momento de obtener los valores de los diagramas.

Tabla 35. Resultado obtenidos de Graficas Wageningen

Ae/Ao 0,30

Se elige…

P/D 0,7

J 0,384

Kt 0,150

Kq 0,017

ηo (Ver Figura 42) 0,530

ηo calculado 0,539

Se puede evaluar, cambiar los datos obtenidos (modificando la relación de áreas a una mayor) si

es que el criterio de cavitación utilizado no es aceptable). Para comprobar el porcentaje de

cavitación se debió obtener las siguientes áreas, al igual que la velocidad relativa (Vr) a 0,7 del

radio de la hélice.

Tabla 36.Relación de áreas de la hélice

área disco (Ao) 0,1963 m2

área expandida (Ae) 0,0589 m2

área proyectada (Ap) 0,0534 m2

Vr 12,561 m/s


84

Con los siguientes valores se verifica el porcentaje de cavitación, los cuales son aceptables para la

condición de diseño de nuestra embarcación. [3]

Tabla 37. Comprobación de cavitación de la hélice (Ver Figura 43)

Número de cavitación (0,7R) σ 1,33

Coeficiente de carga ζ 0,28

Tabla 38. Resumen de los datos del sistema propulsivo óptimo

Número de palas Z 3

Diámetro D 0,50 m

Paso P 0,35 m

Relación de paso/diámetro (P/D) 0,7

Relación de área (Ae/Ao) 0,30

Grado de avance J 0,384

Constante de empuje Kt 0,150

Constante de torque Kq 0,017

Rendimiento aislado ηo 0,539

Rendimiento rotativo relativo ηrr 0,988

Rendimiento behind ηb 0,532

Revoluciones de la hélice n 11,253 rps

Empuje T 1,2182 KNt

Torque Q 0,0690 KNt*m

DHP cs 6,18 KW

8,41 HP

BHP cs 6,51 KW

8,85 HP

Para la elección del motor se utilizará un 85% de los BHPcs; de esta forma se aliviará el motor

elegido, es decir, no tendrá que funcionar de forma continua a su máxima potencia, sino, que a un

85% de esta.

BHP (85%) cs 7,66 KW

10,4 HP


85

11.6 Selección del motor

El motor que se requiere debe tener por lo menos 10, 27 hp de potencia, para unas revoluciones

de la hélice de 11,25 rps, a una velocidad de 5 nudos.

Tabla 39.Elección del motor propulsor auxiliar

Motor Alpha Marine 20

BHP (hp) 11,4

rpm motor 1,800

rps hélice 11,253

reductor 2,7

Este motor posee una caja reductora integrada que se regula en un intervalo de revoluciones

requeridas por la hélice.

Junto con saber utilizar las formulas, gráficos o diagramas, criterios de diseño, hay que tener especial cuidado con la sobre capacidad en el motor o sobre dimensión de las características de la hélice.

Este análisis es parte de muchos procesos del diseño (o anteproyecto de una embarcación), tales como, la estimación de pesos, circuitos de achique, combustible, incendio etc… estudio de balance y estabilidad, entre otros. Los que se deben entrelazar y correlacionar entre estos, sin que el diseño de uno afecte en el diseño de otro sistema.

Figura 41.

Ilustración del motor

propulsor auxiliar


86

Por último se muestran, la gráfica de Wageningen serie B para hélices de tres palas y una relación

de área expandida igual a 0,3. Además del criterio utilizado para estimar la cavitación.

Figura 42. Grafica Wageningen serie B para hélices [2]

Figura 43. Criterio de cavitación [2]


87

Capítulo 12

PREDICCION DE LA VELOCIDAD

12.1 Introducción

Para poder tener una predicción de la velocidad del velero se debe tener presente distintas

variantes. La carena ofrece distintas resistencias, cuando esta adrizada que estando escorada,

esta última varía en función de la estabilidad del velero y por las inclemencias del ambiente, las

que generan fuerzas aerodinámicas que a su vez cambian con respecto al rumbo de navegación.

La velocidad de la embarcación será determinada en función del rumbo e intensidad del viento.

Para realizar la predicción, se utilizó el software SPAN, el que requiere como datos de entrada;

información referente al casco o carena del velero, datos de aparejo que se diseñó, del mástil y las

condiciones del viento en las que navegara la embarcación.

12.2 Curvas polares

Para distintas velocidades del viento la

velocidad de la embarcación (en función

del ángulo de ataque del viento) son:

ángulo velocidad del velero

35 3,61

39 4,15

42 4,49

45 4,77

50 5,17

60 5,83

75 6,63

80 6,82

90 7,09

100 7,20

110 6,04

Podemos notar que para valores del

ángulo de ataque del viento, las

velocidades de la embarcación son más

distantes.

Figura 44.

Ilustración curvas polares, mediante SPAN


88

12.2 Resultados software SPAN

Vel

oci

dad

de

l vie

nto

An

gulo

bet

a V

r

Spin

nak

er

Vie

nto

ap

aren

te

An

gulo

bet

a V

a

Vel

oci

dad

de

l cas

co

Vel

oci

ty

and

mak

ego

od

An

gulo

de

esco

ra

Fuer

za

pro

pu

lso

ra

(KN

t)

Fuer

za la

tera

l (K

Nt)

Riz

o m

ayo

r

flat

Res

iste

nci

a p

or

form

as

Res

iste

nci

a in

du

cid

a

Par

es

cora

nte

aero

din

ámic

o

Par

es

cora

nte

hid

rod

inám

ico

Par

esc

ora

nte

cas

co

Par

es

cora

nte

tr

ipu

laci

ón

6 35 down 8,98 22,65 3,33 2,73 5,22 0,48 2,25 1 0,9 0,3 0,18 2,48 0,2 1,31 1,36

6 39 down 9,35 23,89 3,85 2,99 6,05 0,58 2,47 1 0,91 0,42 0,16 2,72 0,22 1,52 1,42

6 42 down 9,54 24,92 4,16 3,09 6,79 0,66 2,62 1 0,93 0,51 0,16 2,89 0,23 1,7 1,42

6 45 down 9,68 25,99 4,42 3,13 7,35 0,74 2,74 1 0,94 0,59 0,15 3,01 0,24 1,84 1,42

6 50 down 9,82 27,86 4,79 3,08 7,99 0,87 2,87 1 0,97 0,73 0,14 3,16 0,25 1,99 1,41

6 60 down 9,84 31,77 5,34 2,67 8,31 1,09 2,93 1 1 0,97 0,12 3,23 0,26 2,07 1,41

6 75 down 9,45 37,89 5,89 1,53 6,65 1,23 2,6 1 1 1,16 0,08 2,86 0,23 1,67 1,42

6 90 down 8,52 45,08 6,02 0 4,47 1,17 1,97 1 1 1,13 0,04 2,16 0,17 1,13 1,21

6 100 down 7,59 51,67 5,76 -1 3,34 1,01 1,42 1 1 0,99 0,02 1,56 0,12 0,84 0,84

6 110 down 6,51 60,89 5,24 -1,79 2,31 0,77 0,87 1 1 0,77 0,01 0,96 0,08 0,58 0,46

6 80 up 9,22 40,03 6,01 1,04 5,83 1,24 2,43 1 1 1,18 0,07 2,67 0,21 1,46 1,42

6 90 up 8,52 45,07 6,02 0 4,48 1,17 1,97 1 1 1,13 0,04 2,16 0,17 1,13 1,21

6 100 up 7,59 51,66 5,76 -1 3,34 1,01 1,42 1 1 0,99 0,02 1,56 0,12 0,84 0,84

6 110 up 6,51 60,88 5,24 -1,79 2,31 0,77 0,88 1 1 0,77 0,01 0,96 0,08 0,58 0,46

6 120 up 5,44 74,37 4,49 -2,25 1,46 0,53 0,47 1 1 0,53 0 0,53 0,04 0,37 0,2

6 130 up 4,64 91,95 3,73 -2,4 0,95 0,35 0,27 1 1 0,35 0 0,3 0,02 0,24 0,09

6 140 up 4,13 109,53 3,26 -2,5 0,74 0,26 0,2 1 1 0,26 0 0,22 0,02 0,19 0,05

6 150 up 3,72 125,52 3,08 -2,67 0,62 0,24 0,16 1 1 0,23 0 0,18 0,01 0,16 0,04

6 165 up 3,21 150,77 3,05 -2,94 0,39 0,23 0,1 1 1 0,23 0 0,11 0,01 0,1 0,01

6 175 up 3,05 170,04 3,03 -3,01 0,19 0,22 0,04 1 1 0,22 0 0,05 0 0,05 0

6 180 up 3,03 180 3,02 -3,02 -0,09 0,22 -0,02 1 1 0,22 0 -0,02 0 0,02 0

8 35 down 11,38 23,76 3,81 3,12 7,71 0,65 2,81 1 0,7 0,44 0,22 3,09 0,25 1,92 1,41

8 39 down 11,7 25,36 4,31 3,35 8,8 0,79 3,03 1 0,71 0,6 0,2 3,34 0,27 2,19 1,41

8 42 down 11,86 26,66 4,61 3,42 9,31 0,89 3,13 1 0,72 0,71 0,18 3,45 0,27 2,31 1,41

8 45 down 11,96 28,01 4,86 3,44 9,66 0,99 3,2 1 0,73 0,82 0,17 3,52 0,28 2,4 1,41

8 50 down 12,04 30,32 5,21 3,35 10,06 1,14 3,28 1 0,74 0,99 0,16 3,61 0,29 2,49 1,41

8 60 down 11,97 34,98 5,78 2,89 10,45 1,44 3,36 1 0,79 1,3 0,13 3,7 0,29 2,59 1,4

8 75 down 11,48 41,78 6,48 1,68 10,56 1,83 3,39 1 0,92 1,72 0,11 3,72 0,3 2,61 1,4

8 90 down 10,57 49,05 6,93 0 7,96 1,91 2,87 1 1 1,84 0,07 3,15 0,25 1,99 1,41

8 100 down 9,65 55,16 6,91 -1,2 4,93 1,67 2,15 1 1 1,64 0,04 2,37 0,19 1,24 1,31

8 110 down 8,41 64,22 6,42 -2,2 3,26 1,29 1,37 1 1 1,28 0,02 1,51 0,12 0,82 0,81

8 80 up 11,22 44,03 6,67 1,16 10,5 1,95 3,37 1 0,98 1,85 0,1 3,71 0,3 2,6 1,4

8 90 up 10,57 49,05 6,93 0 7,97 1,91 2,87 1 1 1,84 0,07 3,15 0,25 1,99 1,41

8 100 up 9,65 55,15 6,92 -1,2 4,93 1,67 2,15 1 1 1,64 0,04 2,37 0,19 1,24 1,31

8 110 up 8,41 64,21 6,42 -2,2 3,26 1,29 1,37 1 1 1,28 0,02 1,51 0,12 0,82 0,81

8 120 up 7,16 77,36 5,6 -2,8 2,13 0,91 0,78 1 1 0,91 0,01 0,87 0,07 0,54 0,4

8 130 up 6,19 93,2 4,84 -3,11 1,47 0,63 0,47 1 1 0,63 0 0,53 0,04 0,37 0,2

8 140 up 5,52 110,06 4,29 -3,29 1,18 0,47 0,35 1 1 0,47 0 0,4 0,03 0,3 0,13

8 150 up 4,98 125,88 4,07 -3,53 1 0,42 0,29 1 1 0,42 0 0,32 0,03 0,25 0,1

8 165 up 4,31 150,99 4,03 -3,89 0,65 0,41 0,17 1 1 0,41 0 0,19 0,01 0,16 0,04

8 175 up 4,1 170,12 4 -3,99 0,33 0,41 0,08 1 1 0,41 0 0,09 0,01 0,08 0,01

8 180 up 4,08 180 4 -4 -0,16 0,4 -0,03 1 1 0,41 0 -0,04 0 0,04 0

10 35 down 13,5 24,95 3,99 3,27 9,74 0,78 3,22 1 0,57 0,53 0,26 3,54 0,28 2,42 1,41

10 39 down 13,81 26,81 4,5 3,5 10,62 0,94 3,39 1 0,57 0,72 0,23 3,73 0,3 2,62 1,4

10 42 down 13,95 28,3 4,8 3,57 10,99 1,05 3,46 1 0,58 0,85 0,21 3,81 0,3 2,71 1,4

10 45 down 14,03 29,85 5,05 3,57 11,25 1,16 3,51 1 0,58 0,97 0,19 3,86 0,31 2,77 1,4

10 50 down 14,07 32,47 5,4 3,47 11,52 1,34 3,57 1 0,59 1,17 0,17 3,92 0,31 2,84 1,4

10 60 down 13,94 37,72 6 3 11,78 1,67 3,62 1 0,64 1,53 0,15 3,98 0,32 2,9 1,4

10 75 down 13,34 45,49 6,75 1,75 11,77 2,15 3,62 1 0,75 2,04 0,11 3,98 0,32 2,9 1,4

10 90 down 12,24 53,71 7,25 0 11,31 2,65 3,53 1 0,99 2,55 0,09 3,88 0,31 2,79 1,4

10 100 down 11,35 60,2 7,39 -1,28 7,16 2,35 2,7 1 1 2,3 0,05 2,97 0,24 1,79 1,42

10 110 down 10,17 68,37 7,2 -2,46 4,23 1,88 1,85 1 1 1,86 0,03 2,04 0,16 1,07 1,14


89

Vel

oci

dad

de

l vie

nto

An

gulo

bet

a V

r

Spin

nak

er

Vie

nto

ap

aren

te

An

gulo

bet

a V

a

Vel

oci

dad

de

l cas

co

Vel

oci

ty

and

mak

ego

od

An

gulo

de

esco

ra

Fuer

za

pro

pu

lso

ra

(KN

t)

Fuer

za la

tera

l (K

Nt)

Riz

o m

ayo

r

flat

Res

iste

nci

a p

or

form

as

Res

iste

nci

a in

du

cid

a

Par

es

cora

nte

aero

din

ámic

o

Par

es

cora

nte

hid

rod

inám

ico

Par

esc

ora

nte

cas

co

Par

es

cora

nte

tr

ipu

laci

ón

10 80 up 13,03 48,17 6,94 1,21 11,66 2,32 3,6 1 0,81 2,21 0,11 3,95 0,32 2,87 1,4

10 90 up 12,24 53,71 7,25 0 11,31 2,65 3,53 1 0,99 2,55 0,09 3,88 0,31 2,79 1,4

10 100 up 11,35 60,19 7,39 -1,28 7,16 2,35 2,7 1 1 2,3 0,05 2,97 0,24 1,79 1,42

10 110 up 10,17 68,36 7,2 -2,46 4,23 1,88 1,85 1 1 1,86 0,03 2,04 0,16 1,07 1,14

10 120 up 8,87 79,75 6,63 -3,31 2,86 1,38 1,15 1 1 1,37 0,01 1,28 0,1 0,72 0,66

10 130 up 7,76 95,37 5,76 -3,7 2,04 0,97 0,72 1 1 0,97 0,01 0,82 0,06 0,52 0,37

10 140 up 6,96 111,23 5,21 -3,99 1,68 0,75 0,56 1 1 0,75 0 0,63 0,05 0,42 0,26

10 150 up 6,28 126,56 5 -4,33 1,44 0,68 0,46 1 1 0,68 0 0,51 0,04 0,36 0,19

10 165 up 5,45 151,36 4,97 -4,8 0,94 0,66 0,27 1 1 0,66 0 0,3 0,02 0,24 0,09

10 175 up 5,19 170,25 4,94 -4,92 0,49 0,65 0,12 1 1 0,65 0 0,14 0,01 0,12 0,02

10 180 up 5,16 180 4,93 -4,93 -0,24 0,65 -0,06 1 1 0,65 0 -0,06 0 0,06 0,01

12 35 down 15,42 26,03 3,96 3,25 12,32 0,94 3,72 1 0,5 0,59 0,35 4,09 0,33 3,02 1,39

12 39 down 15,74 28,03 4,52 3,51 13,05 1,11 3,85 1 0,5 0,82 0,29 4,24 0,34 3,18 1,39

12 42 down 15,88 29,66 4,83 3,59 13,28 1,23 3,89 1 0,5 0,97 0,26 4,28 0,34 3,23 1,39

12 45 down 15,95 31,36 5,09 3,6 13,33 1,34 3,9 1 0,5 1,11 0,23 4,29 0,34 3,25 1,39

12 50 down 15,99 34,26 5,46 3,51 13,12 1,5 3,87 1 0,5 1,3 0,2 4,25 0,34 3,2 1,39

12 60 down 15,83 40,05 6,08 3,04 12,99 1,85 3,85 1 0,53 1,69 0,16 4,23 0,34 3,17 1,39

12 75 down 15,13 48,66 6,87 1,78 12,9 2,41 3,83 1 0,64 2,29 0,12 4,21 0,34 3,16 1,39

12 90 down 13,92 57,92 7,39 0 12,36 3,04 3,73 1 0,87 2,94 0,1 4,1 0,33 3,03 1,39

12 100 down 12,97 64,77 7,63 -1,32 9,76 3,07 3,22 1 1 3 0,07 3,55 0,28 2,43 1,41

12 110 down 11,85 72,95 7,61 -2,6 5,42 2,53 2,3 1 1 2,49 0,04 2,55 0,2 1,36 1,39

12 80 up 14,78 51,67 7,07 1,23 12,76 2,62 3,81 1 0,7 2,5 0,12 4,18 0,33 3,12 1,39

12 90 up 13,92 57,92 7,39 0 12,36 3,04 3,73 1 0,87 2,94 0,1 4,1 0,33 3,03 1,39

12 100 up 12,97 64,77 7,63 -1,32 9,77 3,07 3,22 1 1 3 0,07 3,55 0,28 2,43 1,41

12 110 up 11,85 72,94 7,62 -2,6 5,42 2,53 2,3 1 1 2,49 0,04 2,55 0,2 1,36 1,39

12 120 up 10,54 83,41 7,26 -3,63 3,61 1,91 1,53 1 1 1,9 0,02 1,71 0,13 0,91 0,94

12 130 up 9,34 96,91 6,66 -4,28 2,68 1,4 1,04 1 1 1,39 0,01 1,18 0,09 0,68 0,59

12 140 up 8,42 112,44 6,07 -4,65 2,23 1,11 0,81 1 1 1,1 0,01 0,92 0,07 0,56 0,43

12 150 up 7,63 127,47 5,85 -5,07 1,92 1,01 0,68 1 1 1,01 0,01 0,76 0,06 0,48 0,33

12 165 up 6,65 151,9 5,83 -5,63 1,28 0,99 0,4 1 1 0,99 0 0,44 0,03 0,32 0,15

12 175 up 6,35 170,44 5,8 -5,78 0,69 0,97 0,18 1 1 0,97 0 0,2 0,02 0,17 0,05

12 180 up 6,32 180 5,8 -5,8 -0,35 0,97 -0,08 1 1 0,97 0 -0,09 -0,01 0,09 0,01

14 35 down 16,9 27,2 3,52 2,89 16,54 1,22 4,45 1 0,5 0,59 0,64 4,89 0,39 3,91 1,37

14 39 down 17,33 29,01 4,25 3,3 17,86 1,42 4,65 1 0,5 0,94 0,48 5,12 0,41 4,16 1,36

14 42 down 17,48 30,68 4,61 3,42 18,18 1,56 4,7 1 0,5 1,15 0,41 5,17 0,41 4,22 1,36

14 45 down 17,56 32,45 4,9 3,46 18,22 1,7 4,7 1 0,5 1,33 0,37 5,18 0,41 4,23 1,36

14 50 down 17,61 35,52 5,31 3,41 17,88 1,9 4,66 1 0,5 1,59 0,31 5,12 0,41 4,17 1,36

14 60 down 17,51 41,82 6,03 3,01 16,28 2,2 4,42 1 0,5 1,99 0,21 4,85 0,39 3,87 1,37

14 75 down 16,88 51,35 6,9 1,79 14,08 2,61 4,04 1 0,55 2,48 0,14 4,44 0,35 3,41 1,39

14 90 down 15,58 61,39 7,46 0 13,68 3,41 3,96 1 0,78 3,3 0,11 4,37 0,35 3,33 1,39

14 100 down 14,53 68,64 7,74 -1,34 12,58 3,84 3,75 1 1 3,75 0,09 4,15 0,33 3,08 1,39

14 110 down 13,49 77,07 7,85 -2,68 7,64 3,23 2,77 1 1 3,18 0,05 3,09 0,24 1,91 1,42

14 80 up 16,5 54,61 7,11 1,24 13,92 2,85 4,01 1 0,61 2,73 0,13 4,41 0,35 3,38 1,39

14 90 up 15,57 61,38 7,46 0 13,75 3,43 3,98 1 0,78 3,31 0,11 4,38 0,35 3,35 1,39

14 100 up 14,53 68,64 7,74 -1,34 12,58 3,84 3,75 1 1 3,75 0,09 4,15 0,33 3,08 1,39

14 110 up 13,49 77,07 7,85 -2,68 7,64 3,23 2,77 1 1 3,18 0,05 3,09 0,24 1,91 1,42

14 120 up 12,21 87,22 7,66 -3,83 4,53 2,52 1,95 1 1 2,49 0,03 2,19 0,17 1,14 1,22

14 130 up 10,96 99,57 7,26 -4,67 3,41 1,9 1,41 1 1 1,89 0,01 1,6 0,12 0,86 0,87

14 140 up 9,9 113,55 6,87 -5,26 2,85 1,53 1,13 1 1 1,52 0,01 1,28 0,1 0,72 0,66

14 150 up 8,98 128,15 6,69 -5,8 2,45 1,41 0,94 1 1 1,4 0,01 1,05 0,08 0,62 0,51

14 165 up 7,86 152,29 6,69 -6,46 1,64 1,39 0,55 1 1 1,39 0 0,61 0,05 0,41 0,25

14 175 up 7,52 170,57 6,66 -6,64 0,9 1,36 0,26 1 1 1,36 0 0,28 0,02 0,23 0,08

14 180 up 7,47 180 6,66 -6,66 -0,47 1,36 -0,12 1 1 1,36 0 -0,13 -0,01 0,12 0,02

16 35 down 18,21 27,75 3,03 2,48 22,24 1,46 5,16 1 0,5 0,59 1,15 5,67 0,45 4,8 1,32

16 39 down 18,36 30,32 3,44 2,68 22,68 1,7 5,19 1 0,5 0,79 0,91 5,71 0,46 4,85 1,32


90

Vel

oci

dad

de

l vie

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gulo

bet

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Spin

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cora

nte

hid

rod

inám

ico

Par

esc

ora

nte

cas

co

Par

es

cora

nte

tr

ipu

laci

ón

16 42 down 18,56 31,7 3,94 2,93 23,94 1,84 5,27 1 0,5 1,12 0,71 5,8 0,46 4,96 1,31

16 45 down 18,66 33,42 4,3 3,04 24,26 1,98 5,29 1 0,5 1,38 0,6 5,82 0,46 4,98 1,3

16 50 down 18,78 36,55 4,84 3,11 23,73 2,23 5,27 1 0,5 1,75 0,47 5,79 0,46 4,95 1,31

16 60 down 18,86 43,26 5,74 2,87 21,06 2,62 5,06 1 0,5 2,31 0,31 5,56 0,44 4,67 1,33

16 75 down 18,54 53,55 6,86 1,78 15,94 2,86 4,36 1 0,5 2,7 0,16 4,8 0,38 3,81 1,37

16 90 down 17,24 64,34 7,47 0 14,75 3,64 4,15 1 0,69 3,52 0,12 4,58 0,36 3,56 1,38

16 100 down 16,14 72,04 7,77 -1,35 14,18 4,29 4,03 1 0,92 4,18 0,11 4,47 0,35 3,44 1,38

16 110 down 15,1 80,63 7,97 -2,73 10,25 3,98 3,28 1 1 3,92 0,07 3,66 0,29 2,54 1,41

16 80 up 18,19 57,09 7,09 1,23 15,17 3,04 4,23 1 0,54 2,9 0,14 4,66 0,37 3,65 1,38

16 90 up 17,24 64,34 7,47 0 14,75 3,64 4,15 1 0,69 3,52 0,12 4,58 0,36 3,56 1,38

16 100 up 16,14 72,04 7,77 -1,35 14,18 4,29 4,03 1 0,92 4,18 0,11 4,47 0,35 3,44 1,38

16 110 up 15,1 80,63 7,97 -2,73 10,25 3,99 3,28 1 1 3,92 0,07 3,66 0,29 2,54 1,41

16 120 up 13,9 90,6 7,92 -3,96 6,11 3,2 2,43 1 1 3,17 0,04 2,74 0,21 1,53 1,42

16 130 up 12,63 102,47 7,65 -4,92 4,35 2,5 1,85 1 1 2,48 0,02 2,11 0,16 1,1 1,17

16 140 up 11,49 115,61 7,4 -5,67 3,63 2,08 1,52 1 1 2,07 0,02 1,72 0,13 0,91 0,94

16 150 up 10,47 129,61 7,31 -6,33 3,1 1,94 1,27 1 1 1,93 0,01 1,42 0,11 0,78 0,75

16 165 up 9,26 153,18 7,34 -7,09 2,06 1,93 0,75 1 1 1,93 0 0,83 0,07 0,52 0,38

16 175 up 8,87 170,87 7,33 -7,3 1,15 1,9 0,35 1 1 1,9 0 0,39 0,03 0,29 0,13

16 180 up 8,82 180 7,33 -7,33 -0,62 1,89 -0,16 1 1 1,9 0 -0,18 -0,01 0,16 0,04

20 35 down 19,92 30,56 0,88 0,72 27,22 2,02 6,1 1 0,5 0,06 19,01 6,71 0,54 5 1,27

20 39 down 19,75 34,19 0,91 0,71 27,33 2,29 5,9 1 0,5 0,07 16,8 6,49 0,52 5 1,27

20 42 down 19,63 36,92 0,94 0,7 27,41 2,46 5,74 1 0,5 0,07 14,81 6,31 0,5 5 1,27

20 45 down 19,56 39,57 1,04 0,73 27,45 2,61 5,6 1 0,5 0,09 11,58 6,16 0,49 5 1,27

20 50 down 19,43 43,94 1,23 0,79 27,54 2,81 5,34 1 0,5 0,12 7,49 5,87 0,47 4,99 1,27

20 60 down 18,5 50,88 1,82 0,91 32,77 2,79 4,5 1 0,5 0,35 2,44 4,94 0,39 4,14 1,2

20 75 down 20,92 56,94 6,26 1,62 24,33 3,69 5,3 1 0,5 3,41 0,29 5,83 0,46 4,99 1,3

20 90 down 20,45 69,01 7,33 0 17,71 3,98 4,61 1 0,55 3,82 0,16 5,1 0,4 4,15 1,36

20 100 down 19,1 77,34 7,66 -1,33 19,12 5,29 4,78 1 0,83 5,14 0,16 5,32 0,42 4,39 1,35

20 110 down 18,13 86,5 7,97 -2,73 16,34 5,57 4,34 1 1 5,46 0,12 4,88 0,38 3,89 1,37

20 80 up 21,03 60,77 6,8 1,18 21,21 3,76 5,07 1 0,5 3,54 0,22 5,58 0,44 4,7 1,33

20 90 up 20,46 69,01 7,33 0 17,71 3,98 4,61 1 0,55 3,82 0,16 5,1 0,4 4,15 1,36

20 100 up 19,11 77,35 7,66 -1,33 19,04 5,27 4,77 1 0,82 5,12 0,15 5,31 0,42 4,38 1,35

20 110 up 18,13 86,5 7,97 -2,73 16,34 5,58 4,34 1 1 5,46 0,12 4,88 0,38 3,89 1,37

20 120 up 17,17 96,57 8,1 -4,05 11,81 4,73 3,52 1 1 4,66 0,08 4 0,31 2,91 1,4

20 130 up 16,02 107,76 8,07 -5,19 8,84 3,98 2,94 1 1 3,93 0,05 3,36 0,26 2,2 1,41

20 140 up 14,85 119,92 8,04 -6,16 6,74 3,57 2,56 1 1 3,53 0,04 2,89 0,22 1,69 1,42

20 150 up 13,75 133,03 8,09 -7,01 5,04 3,49 2,17 1 1 3,46 0,03 2,41 0,19 1,27 1,33

20 165 up 12,45 155,24 8,19 -7,91 3,1 3,54 1,29 1 1 3,53 0,01 1,42 0,11 0,78 0,75

20 175 up 12,04 171,6 8,2 -8,17 1,78 3,5 0,62 1 1 3,5 0 0,68 0,05 0,45 0,29

20 180 up 11,98 180 8,21 -8,21 -1,03 3,49 -0,3 1 1 3,49 0 -0,33 -0,03 0,26 0,1


91

Capítulo 13

DATOS ECONOMICOS

13.1 Introducción

Dentro de los objetivos principales del anteproyecto, se busca bajos costos. Los que se dividen en

costos de construcción, materiales e implementación del velero.

13.2 Definición de los costos

Costos de los materiales de construcción

Se refiere a los costos de los materiales tales como, los distintos tipos de madera, clavos, pernos,

etc. Para la construcción del casco y superestructura de la embarcación.

Costos de la mano de obra

Consiste en el valor que se le da al trabajo realizado por las personas, al momento del diseño,

cálculos y construcción la embarcación. Se han considerado un número de cuatro trabajadores y

un ingeniero naval, con sueldos de $500.000 y $1.000.000 respectivamente, para un periodo de 10

meses.

Costos de los elementos, equipos e instalación

Son tanto los gastos de los equipos para que el velero navegue de forma segura, como para el

bienestar y confort de las personas durante la navegación. Estos gastos se desglosan en las

siguientes cuatro tablas con sus valores unitarios y total (en pesos chilenos). También se han

agrupado en costos de los equipos de navegación, costos de los elementos de la habitabilidad,

costos de los aparejos y elementos de cubierta y los costos de los equipos que constituyen la sala

de máquinas.

Tabla 40. Costos de los equipos de navegación

EQUIPOS DE NAVEGACION Cantidad Precio unitario Precio total

GPS 1 214.830 214.830 radio VHF 1 308.000 308.000 sonda 1 308.000 308.000 cartas de navegación 1 161.700 161.700 luces de navegación 1 71.980 71.980 más un 20% 212.902

Suma $ 1.277.412


92

Tabla 41. Costos elementos de la habitabilidad

ELEMENTOS DE LA HABITABILIDAD Cantidad Precio unitario Precio total

Cama + almohada + mantas y sabanas 3 220.000 660.000 sofá 1 149.000 149.000 mesa comedor 1 90.000 90.000 accesorios para living comedor 1 107.800 107.800 televisor 1 209.000 209.000 equipos de sonido 1 184.500 184.500 fregadero 1 90.000 90.000 nevera 1 130.500 130.500 horno 1 204.000 204.000 accesorios para cocina 1 370.000 370.000 silla carta de navegación 1 44.660 44.660 accesorios para mesa de cartas 1 205.000 205.000 bidé 2 92.300 184.600 inodoro 2 220.000 440.000 regadera 1 34.650 34.650 accesorios para baños 1 62.000 62.000 más un 15%

474.857

Suma $ 3.640.567

Tabla 42. Costos de los aparejos y elementos de cubierta

APAREJOS Y CUBIERTA Cantidad Precio unitario Precio total

caña de mando 1 137.000 137.000 velas 1 5.300.000 5.300.000 mástil 1 2.500.000 2.500.000 botavara 1 1.860.000 1.860.000 winches 3 240.000 720.000 carros 2 140.000 280.000 enrollador génova 1 950.000 950.000 sistema auto virado génova 1 238.000 238.000 molinete 1 460.000 460.000 más un 20% 2.489.000

Suma $ 14.934.000

Tabla 43. Costos de los equipos que constituyen la sala de maquinas

SALA DE MAQUINAS Y EQUIPOS Cantidad Precio unitario Precio total

motor 1 12.550.000 12.550.000 generador eléctrico 1 6.900.000 6.900.000 baterías 3 279.107 837.321 cargador de baterías 1 807.000 807.000 bombas de aguas residuales 2 207.000 414.000 más un 25% 5.273.580

Suma $ 26.781.901


93

13.3 Resumen del presupuesto

Como se ha mencionado en este capítulo, el precio total ó final de la embarcación, corresponde a

las sumas de los costos de los elementos, equipos e instalaciones, de los materiales de

construcción y de la mano de obra.

Sub total elementos, equipos e instalaciones $ 46.633.879,75 Sub total materiales de construcción $ 28.644.000,00 Sub total mano de obra $ 30.000.000,00

Precio Neto IVA

Precio Total

$ 105.277.880

$ 20.002.820

$ 125.280.700

Una vez obtenido el valor final estimado de la embarcación en $125.280.700 pesos chilenos y para

poder tener mayor referencia del precio de la embarcación en el mercado mundial; se ha utilizado

una tabla con los valores de algunas embarcaciones similares, las que fueron obtenidas de la

siguiente página web www.topbarcos.com.

Tabla 44. Veleros con dimensionamiento y precios de venta

Velero Precio Eslora Manga Calado Año

Laurente Giles Clasico 48 $ 103.950.000 14,5 3,4 3 1953 Transpacific 49 $ 115.500.000 15,24 4,14 3 1994 Ta Shin Yana $ 77.000.000 11,37 3,53 1,76 1981 Maxi 1050 $ 92.400.000 10,36 3,05 1,83 2002 J 130 $ 80.850.000 13 4 3 1995 Camper & Nicholson 36 $ 115.500.000 12 3,5 1,5 1983

Se puede notar según la

gráfica que embarcaciones

de eslora total entre 10 a

16 metros, los precios

fluctúan de 75 a 120

millones de pesos.

Es así que para una Loa de

15,5 metros se tiene un

valor de $109.950.000 por

lo que la embarcación

diseñada esta un 12,23%

por sobre del promedio.

y = 4,509x + 40,066

$ 75

$ 80

$ 85

$ 90

$ 95

$ 100

$ 105

$ 110

$ 115

$ 120

10 11 12 13 14 15 16

Pre

cio

($

MM

)

Eslora total (mts)

Precio v/s Loa


94

CONCLUSIONES

El proyecto de un yate a vela en condición de desplazamiento, es igual a cualquier

cálculo de otra embarcación en la misma condición, pero con la complejidad de

tener que predecir la velocidad de operación, que pueda tener la embarcación

mediante la propulsión a vela.

Se consigue la velocidad de operación dispuesta en el perfil de misión de la

embarcación de 8 nudos, mediante la propulsión a vela. Además de una potencia

suficiente para una propulsión auxiliar mediante hélice-motor de 5 nudos, para las

maniobras de zarpe, falta de viento, entre otras.

El uso de la madera como el material de construcción es técnicamente aceptable si

es utilizada de forma correcta y tomando las medidas adecuadas de protección y

preservación.

Se debieron considerar las fuerzas y resistencias, tanto hidrodinámicas como

aerodinámicas que influyen en el comportamiento de estabilidad y maniobra de la

embarcación.

La embarcación posee una estabilidad positiva aproximada de por lo menos 120

grados de escora, para las tres condiciones de carga evaluadas. Además del

diseño de la quilla corrida que contrarresta la escora, y logra navegar con un

ángulo de abatimiento menor a 3 grados.

El uso del mecanismo de autoviraje para el genova, ayuda a los objetivos

solicitados, de fácil maniobrabilidad para una mínima dotación. Además de la

elección de un aparejo que facilita la ceñida de la embarcación.

Con respecto al costo total de la embarcación, se compara el valor con otras de

características similares, analizadas en la base de datos, y esta embarcación

supone un precio dentro de la media de las embarcaciones analizadas en dicho

estudio.


95

BIBLIOGRAFIA

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Veleros de todo el mundo, George Goldsmith-Carter, Ed Bruguera SA, 1970

Grandes regatas de cruceros, Sue y AnthonyStewrd

REFERENCIAS

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[3] Apuntes de clase, Propulsión de la Nave

Nelson Perez Meza, 2013

[4] Navegando en tierra firme

Carmin Rodriguez

[5] Maderas comerciales de Chile

Juan E. Diaz-Val

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[6] chestofbooks.com

chestofbooks.com/crafts/scientific-american/Scientific-American-Reference-Book/From-

Cruiser-To-Racing-Machine.html

[7] Encyclopaedia Britannica, Inc 1994

www.yachtsnet.co.uk

www.navalmotor.com/generacion/onan/modelos/7kw.html

www.nauticexpo.es

www.vetus.com

www.raymarine.es

www.garmin.com/es-CL

anteproyecto de yate a vela de madera y quilla corrida

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