cuaderno 6 maniobrabilidad

Maniobrabilidad del buque Atunero / Jamil Morerira- Jaime Andrade

Cuaderno N°6Maniobrabilidad

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORALDiseño de buques I

Por: Jamil Moreira Quiroz

Jaime Andrade

Profesor: Ing. Johny Dominguez

2014

DISEÑO PRELIMINAR DE UNA EMBARCACIÓN ATUNERA


Contenido1. Análisis del plano diametral.................................................................................................2

2. Timón...................................................................................................................................3

Compensación..........................................................................................................................4

Relación de Aspecto.................................................................................................................4

Mecha del Timón......................................................................................................................5

Avante......................................................................................................................................6

Marcha Atrás............................................................................................................................6

3. Maniobrabilidad...................................................................................................................6

Índices de maniobrabilidad......................................................................................................6

Capacidad de Evolución........................................................................................................6

Diámetro de giro..................................................................................................................7

Diámetro tácito....................................................................................................................7

Avance..................................................................................................................................7

Caída o transfer....................................................................................................................8

Facilidad para mantener el rumbo.......................................................................................8

Facilidad de Parada..............................................................................................................9

4. MPP......................................................................................................................................9

Características del buque.......................................................................................................10

Características de gobierno....................................................................................................10

5. Bibliografía.........................................................................................................................11



1.Análisis del plano diametralComo primer análisis para la maniobrabilidad de la embarcación, se presenta el análisis del plano diametral de la embarcación.

Para un correcto análisis del plano diametral, se deben tomar las áreas bajo la línea de flotación, tanto de la embarcación como de la pala y la hélice, debemos tener en consideración que debido la pequeña separación existente entre la pala y el casco de la embarcación se obtiene un factor K que tiende a 2, por ello el área de la pala ingresada en el documento Excel, donde se realizó el cálculo, es el área virtual es decir, el área de la pala multiplicada por el factor K.

A cada área considerada se le debe considerar el brazo a su respectivo centroide de área, esto se hace con el fin de obtener un único centroide para un área total utilizando en el método de …., este centroide debe estar ubicado entre en el rango de LCB y LCF que se obtiene con el cálculo del software hydromax, si esto ocurre quiere decir que la embarcación no tendrá problemas de ladeo.

plano diametral

Area centroide respecto al extremo de popa

buque 262 28

enquilladura

1.658 0.83

pala 13 1.4

helice 1.5 2

Como se puede ver en la tabla superior, el centroide del total de área está ubicado a 26.66 metros del extremo de popa, de los cálculos de estabilidad realizado en el cuadernillo 4 se obtiene que el LCF y el LCB están ubicados a 24.487 y 26.787 metros respectivamente, por lo que podemos asegurar que nuestro centroide de área está ubicado dentro del rango adecuado.

A continuación se presenta la sección de popa de la embarcación, mostrando ubicados los valores antes mencionados.



2.TimónPara el diseñar el timón que requiere la embarcación debemos saber que el área de la pala oscila entre el 1,5 y el 2,5 del producto de LPPxT.

DNV nos propone una fórmula para calcular el área de la pala de la embarcación.

AR = 0.01 x LPP x T(1+50 Cb²(B/LPP)²)

Determinamos por medio de la fórmula que el área mínima del timón debe ser de 4.71m², por medio de una regla de 3 determinamos que el valor de 4.71 es el 1.75% del producto LPPxT, eso quiere decir que nuestra pala si está en los rangos necesarios de la embarcación, a pesar de esto no se consideró este valor pues este valor no nos ayuda con los problemas de plano diametral, el área de pala escogido es el de 6.5m2.

CompensaciónEl área de la parte de la proa del eje de giro de la pala no debe excederse del 20% del área total de la misma y la longitud de la parte a proa no debe ser mayor al 35% de la longitud de la pala.

Longitud de compensación = 1.96*0.2

Longitud de compensación = 0.39

Para comprobar si este valor es adecuado sacaremos el área de compensación, debemos recordar que este valor del área de compensación no debe ser mayor al 20% del área total de la pala.

Area de compensación = 0.39*3.32

Area de compensación = 1.295 m2

De los cálculos determinamos que esta área representa el 19.9% del área total, es te valor no es mayor al 20% por lo tanto lo tomamos como valor aceptable.



Relación de AspectoRelación de aspecto entre la altura y el ancho del timón generalmente está cerca del valor de 1.5, en la imagen siguiente se muestran las dimensiones de la pala para poder realizar el cálculo de la razón de aspecto.

Fig 17.1.- Timón del buque Don Timo

De la imagen superior se obtuvo que la razón de aspecto de nuestra pala es de 1.69, este valor es adecuado y nos permite usar el valor de ángulo de pala de 35% puesto que el ángulo de 35% de la pala se puede usar siempre que la razón de aspecto esté entre los valores de 1.5 y 1.7

Mecha del TimónPara calcular el diámetro de la mecha utilizamos la siguiente formulación.

Para KR tenemos un valor para avante y marcha atrás de 0.248 y 0.185 respectivamente.

El valor de XP es la distancia entre el eje del timón al centro de presión según las formulas.

XP = 0.33 Lt – XL (avante)

XP = XA – 0.25LT (atrás)

Donde XL y XA son las distancias del eje del timón a los bordes de proa y popa de este y Lt es la longitud total de la pala.

KN depende del número de pinzotes, puesto que consideraremos 2 pinzotes este valor es 0.


DM=83.3KR3√(V +3)2√AR2 x XP2+KN 2(mm)


De la figura obtenemos los valores de XL y XA mismos que son 0.39 y 1.57 metros respectivamente, de ahí los valores de XP para avante y atrás son:

XP = 0.25 m (avante)

XP = 1.08 m (atrás)

Una vez obtenidos todos los valores para encontrar el diámetro necesario para la mecha del timón realizamos la fórmula para avante y atrás del diámetro de la mecha.

Avante

DM = 147.7 mm

Marcha Atrás

DM = 179.5 mm

Puesto que el valor máximo fue obtenido en avante escogemos este valor de 179.5 mm para el diámetro de la pala de nuestro timón.

3.ManiobrabilidadLa maniobrabilidad es un muy importante en la embarcación, cuando se hacen las pruebas de mar se verifica la maniobrabilidad de este en base a ello se lo juzga si la embarcación no cumple con las condiciones o características desde el inicio entonces simplemente no puede navegar.

Fig 16.1 Características de Maniobrabilidad


DM=83.3∗(0.248)3√(12+3)2√6.52 x0.252

DM=83.3∗(0.185)3√(12+3)2√6.52 x1.082


Índices de maniobrabilidadCapacidad de EvoluciónEl avance de la embarcación (ADVC) no debe excederse de 4,5xLPP mientras que el diámetro tácito o de evolución (DT) no deberá exceder de 5xLPP, a continuación mostramos los cálculos necesarios para confirmar la maniobrabilidad determinar si nuestra embarcación es maniobrable, antes de realizar los cálculos mostraremos la información que se necesitará en todas estas ecuaciones.

Requisitos para las ecuaciones.

Abreviatura valores

Eslora Entre Perpendiculares(m)

LPP 54.08

Manga(m) B 11.2

Calado(m) T 4.88

Coeficiente Block Cb 0.55

Angulo timón DELR 35

TRI TRI 0

Area Proy. Timon(m2) AR 6.51

Area Proy. Bulb(m2) AB 5.4

Velocidad(kn) V 12

Desplazamiento(ton) DISW 1900

Potencia(HP) PBA 3393

Dia. Hélice(m) DP 2.72

Diámetro de giro

DG=LPP∗[4.19−203CbDELR+ 47,4TRI

LPP−13 BLPP

+ 194DELR

+ 3.82 AR(LPP∗T )

+7.79 ABLPP∗T ]

DG = 221.95 metros

Diámetro tácito

DT=LPP∗(0.91 DGLPP

+ 0.234V√LPP

+0.675)

DT = 259.13 metros



Avance

ADVC=LPP∗( 0.519DTLPP+1.33)

ADVC = 206.41 metros

Caída o transfer

TRANS=LPP∗( 0.497DTLPP−0.065)

TRANS = 125.27 metros

Facilidad para mantener el rumbo Del libro del proyecto del buque mercante se toman los siguientes criterios para el análisis de la facilidad para mantener el rumbo según los ángulos de rebasamiento.

En la maniobra de zig-zag en 10°/10° el calor del primer ángulo de rebasamiento no excederá de:

-10°, si la relación LPP/V es menor a 10segs. Con la eslora y la velocidad en m y m/s, respectivamente.

-20°, si la relación LPP/V es mayor a 30 segundos.

-[5+0.5x(LPP/V)] grados, si LPP/V está entre 10 segundos y 30 segundos.

En la Maniobra de zig-zag el segundo angulo de rebasamiento en 10°/10° no excederá de os valores anteriores en más de 10°

En la maniobra de zig-zag en 20°/20° el valor del primer ángulo de rebasamiento no excederá de 25°

Puesto que se sabe que la LPP es de 54.08 y la velocidad es de 12 nudos, esta velocidad en metros/segundos es de 6.18m/s.

La relación LPP/V tendrá un valor de 8.75 segundos.

Vemos entonces para la maniobra 10°/10° el primer ángulo no debe exceder 10° y para la maniobra 20°/20° el primer angulo no debe exceder los 25°.

A continuación mostramos las formulaciones para el primer angulo de rebasamiento a 10 y 20° respectivamente.

- Maniobra en zig-zag de 10°/10°

DELO/DELR = 2.33 (CBxB/LPP + 0.14)

DELO = 8.89°

- Maniobra en zig-zag de 20°/20°

DELO/DELR = 14.29 (CBxB/LPP +0.019)



DELO = 19.12°

Mostrando los resultados

Para 10°/10° el ángulo es 8.89° que es menor que 10, sí cumple.

Para 20°/20° el ángulo es 19.12 que es menor que 25, sí cumple.

Facilidad de ParadaLa facilidad de parada (RH) está en función de un parámetro de la potencia, PP.

PP=0.305∗V3∗∆

PBA∗DP

El valor PBA es la máxima potencia hacia atrás y está entre el 35 y el 40% de la máxima potencia al avance. Una vez encontrado PBA podemos encontrar RH con la siguiente Ecuación.

RH=0.305exp¿

El valor de RH no puede ser mayor a 15*LPP.

Sabiendo estos valores podemos determinar si nos encontramos en los rangos adecuados de maniobrabilidad, ingresamos estas ecuaciones en el programa Excel, las siguientes tablas muestran los resultados.

Respuesta Máx. PermisibleDiámetro de Giro 221.95 --Diámetro Tácito 259.13 275

Avance 206.41 247.5Caída 125.27 --

Facilidad de Rumbo 10° 8.89° --Facilidad de Rumbo 20° 19.12°

PBA 1187.55 --PP 310.01 --RH 387.74 825

4.MPPLa implementación del programa MPP se la utilizara para realizar una comparación de nuestros valores con los valores de software y verificar si nuestra información está errada o no, es importante recalcar que este programa tiene ciertas restricciones puesto que solo funciona para la condición en la que el centro de presión de la pala está al 49% de esta, esto no ocurre siempre, a continuación procederemos a mostrar los valores que se ingresaron en el programa.



Características del buque

Características de gobierno

Una vez ingresada esta información, que es la más importante e indicando el rango de velocidad en el que andará el buque y las características del agua procedemos a correr el programa.

Como resultado el programa nos indica que el buque es hidrodinámicamente estable, a continuación mostramos los resutados obtenidos mediante los cálculos junto con los resultados obtenidos en MPP.



Respuesta MPP Máx. PermisibleDiámetro de Giro 221.95 231.66 --Diámetro Tácito 259.13 268.34 270.4

Avance 206.41 211.77 243.4Caída 125.27 129.82 --

Como podemos ver los valores que se obtuvieron de los cálculos no distan mucho de los valores obtenidos en MPP, es de esperarse que los resultados sean diferentes puesto que la ubicación del centro de presión del timón es diferente en ambos cálculos pero como se puede ver en ninguna situación los valores son mayores a los permitidos.



5.BibliografíaProyecto Básico del Buque Mercante 2007, Capitulo 3.6 Maniobrabilidad

ABS, maneuverability.

Ship Mavoeuvring and control, Principles of Naval Architecture, SNAME, 1988, Mandel


cuaderno 6 maniobrabilidad

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