t:C!uiiJU: DINA~O~£TRO PARA EL ESTUDIO DE ESTABILIDAD~ TANQUE~

8ASE Y CLINOMETRO Y TANQ0E CON MODELOS DE BARCO

~~R~ ~riUEBAS DE ESfABILIDAD.

(\iHH-IIZt: NAB-ILlIZI

FA.8RICAI\ITE: ARMFIELD TECHNlCAL EDUCATION

Deoartamento de lngenierla y Servicio

Laguna de Tamiahua No. 204

Co 1,:,"ni a Hi'"I!\h uac

Delegacibn Miguel Hidal£o

11320 M~xico~ D•.F.

Tel.: 396-11-33

Telex: 017-77-426

017-72-66"7

Derechos reservados, orohibida la reproduccibn total 0 parcial de

este manua L sil'"lla .jutt:trizacitty.expresa de HARRY MAZAL, S. A.

• I

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EQbb§IQ· ~Y!8

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11\1T'RODUCC I ON i

~NSAMBLADU D~L ~QuIPO i.:::

~u~STA EN S£RVICIO

EL MUDELU DE BUQUE ESTANDAR DE CARGA

t:.L t:XPERIiYiENTO DE INCLIM4CIOi\l

ES1A8r~IDAD D~ GRAN ANGULO

3

AJuste'cel dinambmetro

loma de mediciones

..

E.!§YBS ! ~'!~8MgM~IBg .eSRS ~§I8~!b.!1281212~ 2.BS~ 8~§Ybg J2sb ~8.B!;gY..

Mg~~bQ 8Br1E!~bR

Poste .

nivel derbuja'

~irante horizontal

• •caja delensamble debalnnceo

placafljadora

Platl110 ;------~~I~+_+---~~de balanza ..

"

/./

.Aditamento de: at;ra.~adera

, ... ~;:.

I" L L M ulill

I I ! I I

En la figura 1 se ilustra el Juego completo de aparatos.

Consta de un modelo ae barcou fabricado en ol~stico reforz~do con

v i dr-i o , con el cual 5e Dueden realizar los orimeros experimento5

ce estabiildac e inundacibn, un tanoue de flotacibn en e1

oueden llevarse a cabo todOS los exoerimentos y demostraciones, y

un gran dinambmetro autoestaole que, cuando 5e acopla a un mOdelo

aproOlado de barco~ por eJemplo a cualquiera de los modelo5

oermitir~ las mediciones de estabilidad hasta

-orande5 ~ngulos de inclinacibn.

El oropbsito de este folleto gula es proporcionar Ia informacibn

nidrost~tica imoo~tante oe los modelos de barcos y describir

varios exoerlmentos oue'pueden intentarse con este aoarato. El

conJun~o de aoaratos Ma sido di5e~ado Da~a oermitir -flexibilidad

er, e 1 uso, para adaotarse a los reouerimientos del O'f"og'J""ama

\ esoEcial educatlvo 0 de InveStigacibn de aue 5e trate. Hunoue SE~

descrlben muchos exoerimentos, e1 profesional estar~ de acuerdo

Due pueden idearse otros eJercicios relacionados cor,

eJemplcl~ el estudio de los factores Due afectan los perlodos de

balaY"lceel.

porque suponemos

que e1 lector tiene una buena comprensibn de los principios

bl'tsicc.s de 1a arqui teet ura nave L,

tI1

I ,I

.. 1 •.

1. El equipo se sUMinistra en la forma de subconJuntos y sblo

se reouiere un m!nimo de trabaJo de ensamblado.

Es oosible terminar e1 ensamblado usando un Juego de

herramlentas b~sicas.

Para facilitar e1 ensamDlado~ todas las Juntas est~n trooueladas

en metal; llevan las letras ~ - A, B-B! etc, para i~entificacibn.

Estas Juntas no son intercamblables, oor 10 cue de no llevar a

cabo 1a igualacibn correct a, e1 dinambmetro auedar~ desaliMeado.

El marco oscil~nte gira sabre cOjinetes de bola autaalineadores,

situados en Ia caJa del ensemble de balanceo. Hay aue sUJetar con

abraZBcera e1 CO~JUhto a la Darte suoerior del soporte, cori los

cuatro 'oernos suministrados. Colocar e1 post~ vertical erl e1

orlficio de localizacibn, Due se encuentra en la parte superior

de este conJunto, atornillar e1 poste horizontal ~n las barras de

moment 0 de adrizamiento. COMorobar Que- e1 marco oscilante Dueda

MoverSE Ilbremente.

~!.. ~sn:r:~§ gg !!!Qm~m:EQgg ~gr:i~smign~Q y. :Er:~D§gQ!:1i\gQr:g§gg £i\ras

Las barras de momento de adrizamient~ vienen totalmente acopladas. ,

a 1a caJa del ensamble de balanceo. Es necesario acoplar e1

·'

contraoeso a la barra de aJuste de la balanza y retenerlo

atornill~ndolo en la oosicibn reouerida. Los transport adores de

carga est~n enganchados a trav~s de los orificios de los extremos

de 1a barra de aJuste y asegurados con tuercas de inmovilizaci6n.

~sto comDieta el ensamblado del dinambmetro, deJ~ndolo listo Dara

Dosiclonario en e1 tanoue de flotacibn y acoplarle e1 modelo.

Colocar e1 tanaue de flotacibn a nivel del Diso, en 1a oo~·i c i I!:I'I"I

deseada. Asegurarse que las v~lvulas de vaciado est.n cerradas y

llenarlo oarclalmente con agua limDia,

fugas.

cOMorobando que no haya

Mover el 'dlnambMetro sqbre sus rodaJas, poste

58 estaolece esta D051Cib~~

nlvelarse atornillando

e1 dinam6metro puede fiJarse y

In~ cuat~o tornillos de nivelacibn y

usando e1 nivel de burbu]8 acoolaco al ensamble de balanceo.

I

I.

I

de. I

ba'(",..'as

horizontale~ adonten 1a oosicibn horizontal con 1a abrazadera

DesaIdeSll zarrc e

inclinada del modelo~ acoolada.

.l.a contraoeso nasla ~ue .l.as

Sacar 12 81aca de fiJacibn y comorobar cue el indicadDr colocado

I

II!

- ..,

Si esas marcas no coinciden! habr~ que aJustar 1a longitud de las

.L .L

Volver a colocar la placa de fiJacibn.

Acoplar el casco del modelo al dinambmetro por la placa de

fiJaclbn y continuer 11enando el tanque de flotacibn, hasta que

las b~rr8S de contrapeso est~n en oosicibn horizontal.

~l equlDo est~ listo cara los exoerimentos de estabilidad.

~l mOdelo es de un Darco carguero con motor~ De tama~o est~ndar,

con las m~ouinas en la cooa y una longitud entre oeroendiculares

de 1b 7. III m, un desDlazamiento de carQa completa de 28~215

tonelaaas y un oeso muerto de 21.512 toneladas, e11"1 e1 c ue e1

rrivel de 1a Imoosta es de 9.403 "~ E1 centro de gravedao de este

desolazamlento var!a entre 7a53 m y 7.86 moor sobre la quilla~

cenendlendo de las condiciones de estiba.

'~l mOdeio tlene una eslora entre oeroendiculares de 2.3857 m, con

U'(la mar-,oa De i.(1" 32;:::8 m y :lO'r~' 10 teY"ft.:!es i/7iL1avo de La ].0Y"I 9 i t IJd

CE; J. LOS catos hldrost~ticos del Modelo est~n oados en la

El modelo con e1 clinbmetro acoolado tendr~ una masa

a~roximaDa de 25 Kg~ Que es mayor que 1a del barco con oe50

oero oebe aumentarse con lastre Dara llevarlo a las

C01''tCIIClo'(leS )'-'ea1istas de sel''''vicio del bar-co;..

c: 'j._ ... last'l""'esumiY"listrado r-esu lt e mc!:t.sque adecu.ado pat"a dat'" a1

mOdelo un desolazamiento cargado y en esas condiciones la altura

del centro de ~ravedad del modelo arriba de 1a quilla, KG,

reDresentar~ 1a situacibn correspondiente al bar-co,

Menor aue el Kg del barco a escala. 8i es necesario lograr un

i I

I,

4_- "

valor realista de KG, podr~ colocarse una pieza de lastre

arbitrariamente a nivel de 1a cubierta.

exoerimentas de ba1~nceo.

Esto puede ser ~til para

tenerse cuidada cuando se lastt-'a e1

cerciorarse de cue cuando sa meten 0 se sacan las Deses no da~an

e1 casco .. el escotl11bn 0 la cubierta. De manera similar, cuanCa

5e ma·(le ·Ia. el moo e Lo es meJo"r"'·lE·va:l ..,ta"('loDOt"' de02JO del casco, con

oano es DOS i b.l. Ement E. El modelo nunc a debers levar,tal""'sePOt"'

La carga y dEscarga del mo~elo deber~ realizarse

solamente can e1 modelo a flate, y e1 rnode lo y el 1astt"'edebel""'~rl

pasarse Dor sEoarado.

'Es Dosible filar permanentemente aloo de la~tre! tal adt"'ar,da e1

ce s co , apretando ligeramente el lastre y atornillando desoe

c-cilocando a..."'a"(,delas de r r br-a a ot"'ueba de agua. No

oos~ante, e1 lastre fiJo oermanentemente ouede ~er una desventaja

oara estudiar los efecto~ ae inundaci6n de compartimientos

1'(Ic 1v i d IJale 5 • Tambi~n existen algunas ventaJas a1 'r"'eali zar-

expe~lmentos ae establ1idad de gran hngulo con e1 modelo en las

conDlClones de ca~ga m~s ligera oosible.

~l mOdelo viens orovisto de v~lvulas simples de inuncacibn en los

comoartimientos orincioales cara mostrar los efectos de escorado:

e1 nundimiento y el cambio de adrizamento pueden medirse a oartir

de las marcas de nivel cue se establecen cada 10 rom desde la

oarte elena del fondo. Puede medirse e1 cambio de estabilidad

inlcia1 debido al escorado.

Puede hacerse un examen mAs preciso del efecto de superficie

libre, usando la bande]a suministrada de suoerficie libre. El

Cc.·r"'rnaztlny 1a pesa colgante oueden utilizarse para ayudar a

exolicar e1 efecto de suoerficie libre, asl como oara mostrar e1

efeci::o en 1a estaoilidad de las cargas De carne y otras masas

susoendicas. El efecto ael 08S0 susoenaido QUede observarse meJor

cuanoo el Deso es ligero.

~l croobsito de este exnerimento es encontrar 1a posicibn

del centro de gravedad del modelo!

orimero 1a altura metac~ntrica transversal~T

los_datos hldrost~ticos oara encontrar KM y Dor -10 tanto:TI

KG=fJ~!Yj GfYl

T T

Primero hay cue marcar dos Ilneas paralelas Que corran de Draa a

0002' .., ,E''fl- 1a cu o ie-...t a ce'r"'cade 1ami t ad del las 11neas

Dueden esoa~iarse convenientemente unos 300 mm~ Es Dosible

utilizar las seis pesas de lnclinacibn! in~cialmente tres a babor

y tres a estribor~ can ca~a oesa a 10 largo soore 1a linea~ como

se llustra en 1a figura 2.

Bor-de .de l.a cubierta

____, PZ?l r--, f'7"7"'/ti AI_: t'l/L VU1

~. -300 mm I

_L~_rk__A_

Borde de la cubierta

1Cuando se mueve una pesa de inclinacibn diQaMos de A a A el

cer,tt""ode gravedad de la Desa ~e roover~ unos 300 MM,

descanse en una cara diferente~ dado cue cada oesa est~ maquinada

seccibn rectanqular. Cada Desa puede moverse de babor a

de estribor a babor y luego otra vez a su pos i c i I~tr-I

Or-' 1 9 1 n 2 1~ cando doce movimlentos en total: oara cada uno de los

ser~ necesario leer e1 clinbmetro. DeSde estos

~ngulos de inclinacibn Duede determinarse la inclinacibn oromedio

oara e1 oesolazamiento de una oesa.

Cuando e1 clinbmetro indica exactamente cero, esc no significa

necesarlamente Que e1 modelo est~ exactamente en Dosicit,n

nero dado Due '5e requlere el c~mbio promedio de

incllnacibn Dara el desplazamien~o de una Desa~ no es necesario

em~ezar con e1 mOde!o exactamente en Dosicibn vertical, siemot""e

OUE:! eJ. ~noulo m~ximo as inclinacibn no exceda diQamos 2 b 3

Los ~ngulos mayores de 50'(, posi bles oa'r-'a

11"1v a Lr oa'(' La

:l ineal idad Duede com or-oba t'" se du'('ar-,te e1 ex oe'('i mer-,t 0,

reoresentando or~ficamente ei momento contra tangents ce 0.

Ueoer~ notarse Due cuando se toma Ia lectura de la cremallera delCI

el ~mQulCt ser~, N + n ' CI N + ( 61Z1 r.) "

oeoendlendO de la direccibn de la inclinacibn.

Un exoerlmento tipico de inclinacibn ~n condiciones de carga dio

los siQuientes resultados:

Masa total oel modelo de barco A = 82.55 kg.

~OMento para el desplazamientode un peso inclinado, wh = 0.20 kg x 300 rom

Camb to or-omed iCI eY'1iric1 iY'lacit'YIoara un' desplazaMiento~ ~

CI= 0 31'

Y GfVlT

= wh

-. Q). 2 x 31Z1IZIT

82. 55 x .. lL)tl)'302

De los Datos nlorost~ticos~ a 82.55 kg e1 nivel es de 138 mm

T

= 72. 4 rnrn

= 6l. b I"Ilrn

= 134. III film

= hM GM = t::"..... .' m!:!J!::!~!..~T T

= 54. if/ i38 = e. 387

.»

Se notar~ cue el moaelo KGinivel

~n tanto Que Qara e1 Darco~ 1a orooorcibn pooria ser:

Cuanto Menor sea el valor del modelo, menores ser~n los

resultadoS de la concentracibn no realista de masa, usando "1 as

oesas de acero co~o lastre.

los c~lculos de inclinacibn oeber~ estimarse e1

Con a~ua en 1a bande]a de superficie libre en estas condiciones,

e1 valor oromedio de ¢ cambiar~ a 0 39'.

La masa slJspe'fldidaafecta a ¢ erl'stile'UY'IC'Sminut oa y por taritcisu

e+ecto se aprecia meJor en condiciones de carga mAs liQera. Con

agua en 1a bandeJa de superficie libre 0 con la masa suspendida

en s1..1posicibn, los estudiantes pueden observar el Momento

auMentado cuando se mueve una pesa de inclinacibn y por ende en

la ense~anza pueden evitarse conceptos como Ilp~rdida virtual de

estaoilidad" 0 "elevacii!:q",v i r-t ue l ey, el cey,tt"o de _ 9t"avedad"",

demostrando 10 realista oe los fenbmenos.

~os val ores ce 1a oalanca GZ oe &drizamiento oara el mOdelo en

aoua limoia est~n dados oara una oosicibn supuesta del centro de

graved ad KG = 60.96 MM. La correccibn ~ la posicibn real del

centro oe gravedad puede nacerse en 1a Manera usual:

correccibn GZ = GG! Seno de ~

oonde GG es la distancia entre la Dosicibn real y 1a supuesta del

centro De ~ravedad. ~~s curvas cruzadas de estabilidad deber.n

reorese~tarse gr~ficamente y deber~n tomarse de elIas las curvas

de estabilldad. segbn se recuier~. La curva aDrooiada de

establlload est~tica tomada de las curvas cruzadas, calculadas

80r comoutadora~ cusds COMoararse entonces con los valores

rnedidCIS", uti 1i zando e1 D'ir.amome t r-ode Estabilidad I'fh·-'mfieldll.. Los;

v a i or-e s de ia palanca 81 de aorizamiento tambi~n otteden

enco~~rarse oara el Moaelo General de Barco Carguero usando el•~

conJunto de 11neas.

Al prepararse Dare las mediciones, e1 orimer paso es encontrar e1

valor KG del modelo, por medio de un exoerimento de inclinacibn.

Se recomienda usar un desplazamiento ligero para las mediciones

de estabiridad de gran hngulo: si va a usarse algbn lastre deber~

aoretarse en su lugar, para evitar aue se desolace en los grandes

~i'"IC U J. o s ,

t:: J. dlnamOmetro Dueoe moverse sobre las r002j8S, dE' modo oue e l

modelo e$t~, ya sea cerca de la linea central del tanoue, 0 hacia

un r ado , OEoendiendO de cu~l oosicibn se encuentra

Cuando se establece 1a Dosicibn~ 1a base del

dinambmetro puede fiJarse y nivelarse~ ator-n i 11ancio los cuat t""CI

deoer~ aJu~tarse entonces nasta aue las barras adopten libremente

~a Dosici~n horlzon~al con 1a olaca fiJadora y 1a abrazadera

a c o oLao a e , En est a ror...rna. cuando la olaca fiJadora 5e acooia

subsecuentemente a1 modelo~ eI ..di rlarnibflletr"'OY-IO eo,.~er....cer"l~.f uet...zc"t

vertical sabre e1 modeler oue, 00)""' ta·(sto,

desolazamiento constante~ cualesouiera aue sea e1 .ngulo de la

Durante un exoerimento~ 1a olaca fi]adora de 1a berra horizontal

del marco oscilante deber~ Mantenerse acoolada en todo momenta y

sacarse solamente cuando vaya a hacerse el aJuste final las

oesas en los platilios de la balanza. De manera ~imilar,

se aJusta el dinambMetro~ la placa deberl mantenerse acoplada

para evitar aue el marco oscile violentamente, pe......o deber!i

sacarse cara comprobar la oscilacibn cero, antes de conectar el

dinambmetro al modele. Con las barras herizentales cerrectamente

en cor,traoeSCI Y lc~s des 01 at i l Lo s de I a bal ariz a er,

debet"'~rl co r ncior r- las marcas de 1a ol ac a de cob","'e y e1 _indicado ...'"

cue S8 encuentra a1 fondo del marco. Si las marcas no coinciden,

Dueden agreqarse oeaue~as oesas a uno 0 a otro de los !:31atil1os

t-.:. I mooelc ya Dueoe conectarse a1 dinambmetro por la plsca de

fi]8Clbn Y Duede sJustarse e1 nivel de agua hasta aue las barras

de contrsoeso est~n en posicibn norizontal.

suelta, e1 modelo deber~ estar en Dosicibn vertical.

;::xisterl 0,:15 fllar.e","'as Dosioles de aor i zami errco oa".'"a la p"('ueba de

establlidad de ~ran ~nguJo. 5e notar~ aue soOre Ia abrazadera hay

cos cernes aJustados~ uno con cabeza estriads! 1a

abrazadera a1 dinambmetro~ Si ambos oernos esthn en su Dosicibn,

e1 modelo no est~ libre Dara adrizaMiento cuando est~ escorado, y

esto est~ de acuerdo con los ffi~todosconvencionales oara calcular

las oalancas oe adrlzamiento, 00°(' BJ erno Lo , los resultados de la

Si 1'"1 enibayogo, si se ouita un Derno~ "'-oeslJ1t a

situaclbn m~s realista y e1 modelo se adriza con inc1inaci6n. Por

ouede establecerse en cualquier caso especial si la

1 i ne re ao de adl""'izamierlto es i moo .......t arrt e 0 1'"1,0.

A fin de meoir los momentos de idrizamiento se recomienda el

sigulente procedimiento. Comorobar que 1a olaca de fiJacibn est~

,[ ,

11------------

Soltar 1a abr~zadera del modelo y, con 1a ayuda de una

varilla de inclinacibn~

voiver a sUJetarlo.

a~ua nava tornado su ~ivel~ eouilibra'c'" el

el mornen"Co a iJi·...O x i madame'(lte!, colocando !Jes(::t~::o

20r0013G35 en los olatillo5 de 1a calanza. Luego~ mientras Due 58

Marco QSCllan~e. 1a olaca f~Jadora v

eo U 1 :L i br-'i 0 del modele restaurando e1

:-f2clenco J,os aju s t e s fi1"lales a las oe5as del o 1at ill C« de la

~a5~a Due ~l fondo del marco oscilante regrese a su

marca en 12 olaca de cebre. Leer e1 ~ngulo de inclinacibn en e1

'.

~ 0~5 . El Momento GZ de adrizamiento corresDonoiente es ent~nces

e1 oe50 Del nlatlilo oe 1a balanza x 500 Mm.

5e recomienda oue

Sl e1 modelo 85th inclln~ndose digamos a babor, las mediciones S8

nagan tambi~n oarao alounos ~nQulos a estrioor, UY"ld

E5to Dudiera no °ocurrir e~actamente en ~ =

u. daDO cue cere en e1 clinbmetro Qudiera no

exactamey-,te a 1a -Dosicibn vertical. Tambi~n una definicibn

cer'caY"la de 1a pendiente de 1a curva en el 1a

comparacibn con e1 valor de 1a estabilidad inicial de GM.

El ~ngulo m~ximo de inclinacibn se determinarA por el Angulo en

el cual los cordes de las aberturas de la cubierta quedan

sume'r"!;' i dos~ cue es una de las razones oara usar ~n 1i ge ..."o

oar a dar un alto ~rado de estabilidad.

cue .L a Inuncacibn Dor meOlO de 1a ab€r"'t ura O'JeCJe se'r"'

en cuyo caso

ser~ necesar:o un sellano temooral de las aberturas de la

CUDl e......r a.