navegación y maniobras de buques (1)

8/13/2019 Navegacin y maniobras de buques (1)

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NAVEGACION YPARTE 6 MANIOBRAS DE BUQUES


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Indice

6.1. INTRODUCCION ............................................................................................................ 173

6.2. CURVAS EVOLUTIVAS ................................................................................................. 173

6.2.1. DEFINICION Y ESTUDIO ELEMENTAL DEL MOVIMIENTO DEL

BUQUE .......................................................................................................................173

6.2.2. ANGULO DE DERIVA Y PUNTO GIRATORIO .......................................................... 175

6.2.3. CARACTERISTICAS DE LA CURVA EVOLUTIVA .................................................... 176

6.2.4. VARIACION DE PARAMETROS DE NAVEGACION RELACIONA-

DOS CON LA CURVA EVOLUTIVA ..........................................................................178

6.2.5. DETERMINACION DE LAS CURVAS EVOLUTIVAS DE UN BUQUE ..................... 181

6.3. EXTINCION NATURAL Y FORZADA DE LA ARRANCADADEL BUQUE (PARADA DEL BUQUE) .......................................................................... 185

6.3.1. DEFINICION Y FACTORES QUE INFLUYEN ............................................................ 185

6.3.2. EVALUACION DE LAS DISTANCIAS DE PARADA ................................................... 188

6.4. ESTUDIOS DE MANIOBRAS ........................................................................................ 189

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PARTE 6 FIGURAS

6.01. Esquema de fuerzas que actan en la evolucin de un buque ................................. 174

6.02. Trayectoria del buque en evolucin ........................................................................... 176

6.03. Forma tpica de una curva evolutiva .......................................................................... 177

6.04. Efecto del viento de proa sobre la curva evolutiva ..................................................... 180

6.05. Efecto de la corriente sobre la curva evolutiva ........................................................... 181

6.06. Avance de la curva evolutiva para un cambio de rumbo de 90. Buquesa plena carga en profundidades de agua !5xcalado del buque ............................. 182

6.07. Desviacin lateral de la curva evolutiva para un cambio de rumbo de 90.

Buques a plena carga en profundidades de agua !5 xcalado del buque ................ 1836.08. Dimetro del crculo de rotacin para buques a plena carga. Buques a

plena carga en profundidades de agua !5 xcalado del buque ................................ 1846.09. Curvas evolutivas tpicas ............................................................................................ 185

6.10. Esquema de fuerzas que actan en la extincin forzada de la arrancadade un buque ............................................................................................................... 186

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Indice


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6.1. INTRODUCCION

A lo largo de los tres captulos anteriores se ha analizado el buque y las fuerzas que puedenactuar sobre l, ya sean internas o externas, dependientes o independientes de la voluntaddel maniobrista. Conocidas estas fuerzas y las propias caractersticas del buque, el anlisisde sus movimientos y de los espacios ocupados es un problema abordable por losprocedimientos de la fsica general; sin embargo, aunque las ecuaciones generales delmovimiento pueden ser planteadas sin dificultad, la resolucin de estas ecuaciones y ladeterminacin de estas trayectorias y espacios ocupados viene dificultada por dos aspectosprcticos:

! Por una parte muchas de las fuerzas que intervienen en el clculo son variables enfuncin de mltiples condiciones (profundidad de agua, estado del mar, clima martimo,

orientacin del buque, etc.).

! Por otra parte gran nmero de fuerzas dependen de la voluntad del maniobrista, quienpuede hacerlas cambiar continuamente del modo que estime ms favorable para lanavegacin o maniobra que est desarrollando.

Con estos supuestos el estudio terico de la trayectoria o movimientos del buque quedalimitado a unos cuantos casos singulares normalizados que sirven para medir la capacidadde gobierno de un buque y que deben ser contrastados por medio de curvas experimentalesrealizadas para cada barco, que han de estar disponibles para su consulta en el puente demando, segn las disposiciones de la Organizacin Martima Internacional. De estasmaniobras son de inters para las Areas de Navegacin y Flotacin objeto de esta ROM lasCurvas Evolutivas y las Maniobras de Parada (o Extincin de la Arrancada), cuyo anlisis serecoge en este captulo.

Por lo que se refiere a maniobras no normalizadas en las que intervienen decisivamente lavoluntad del maniobrista no tiene gran inters un estudio terico de las mismas yhabitualmente se recurre al anlisis estadstico de espacios ocupados, ya sea por medicinreal, en modelo fsico o con simulador para conocer los requerimientos exigidos por el buqueen sus movimientos. Las maniobras de este tipo que pueden contemplarse son infinitas sibien existe un conjunto de ellas que son las ms habituales y cuyo conocimiento contribuye aformar un criterio con el que podran analizarse otras no contempladas. En la presente ROMse ha optado por recoger estas maniobras ms habituales en un Anejo I, en elconvencimiento de que su conocimiento podr contribuir a entender porque se especificanposteriormente en los captulos VII y VIII determinados requerimientos de espacio; esteconocimiento ser imprescindible si se recurre al uso de simuladores o ensayos en modeloen los que precisamente debern ensayarse este tipo de maniobras u otras similares.

6.2. CURVAS EVOLUTIVAS

6.2.1. DEFINICION Y ESTUDIO ELEMENTAL DEL MOVIMIENTO DEL BUQUE

En general se llama curva evolutiva o curva de evolucin a la trayectoria descrita por elcentro de gravedad de un buque cuando se le hace girar manteniendo un rgimen demquinas y un ngulo de timn constante. Las representaciones grficas de esas curvaspara diferentes velocidades y ngulos de timn se llaman diagramas evolutivos y dan unaexcelente visin de conjunto sobre el comportamiento del buque, permitiendo al maniobristaprever la trayectoria que seguir el buque en las condiciones concretas en que se encuentre.

Para analizar este movimiento del buque deben contemplarse tres fases, que se presentanconsecutivamente desde el inicio de la operacin, denominadas, de maniobra, variable yuniforme. La fase de maniobra comprende desde el instante en que se empieza a

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meter el timn hasta que la pala llega a alcanzar el ngulo deseado. La fase variable esaquella en la que el ngulo del timn permanece constante pero no se ha alcanzado elequilibrio dinmico entre todas las fuerzas que actan sobre el buque y por tanto el mo-vimiento del barco es variable. Finalmente la fase uniforme es la que se produce a partir delmomento en que se alcanza dicho equilibrio y dura mientras no se alteren las condicionesde mquinas y timn en las que se desarrolla la evolucin.

El anlisis de las fuerzas que se generan sobre e buque y de sus efectos durante las tresfases se recoge esquemticamente en la figura 6.01. Antes de iniciar la fase de maniobralas nicas fuerzas que actan son el empuje del propulsor Tp y la resistencia al avanceRa; si el movimiento es rectilneo y uniforme ambas fuerzas estn situadas en el plano decruja y son iguales y de sentido contrario (posicin 1 de la figura 6.01).

En cuanto se inicia la fase de maniobra y se empieza a meter el timn (posicin 2) aparecela fuerza PT perpendicular a su pala, que ocasiona el momento evolutivo sobre el buquehacindole caer a la banda correspondiente con un ngulo de deriva ! con respecto a latrayectoria, aunque, debido a la inercia, en los primeros instantes el buque continuarmanteniendo su plano de cruja en la direccin inicial; adems del efecto anterior, ladescomposicin de la fuerza PT en sentido longitudinal y transversal al buque, produce

una fuerza opuesta a la propulsora que disminuye la velocidad del barco y una componentetransversal que hace abatir al buque hacia la banda contraria a la que se ha mantenido eltimn.

FIGURA 6.01. Esquema de fuerzas que actan en la evolucin de un buque

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La fase de maniobra contina desarrollndose segn va aumentando el ngulo del timn(posiciones 3 y 4) hasta alcanzar el ngulo deseado que es la posicin reflejada como 4 en lafigura 6.01. Durante esta etapa las fuerzas actuantes son el empuje del propulsor Tp, laresistencia al avance Ra, la fuerza en la pala del timn PT y la fuerza centrfuga Fc queactuar segn la normal a la trayectoria. De estas fuerzas conviene destacar que la Resistencia alavance deja de estar situada en el plano de cruja ya que debido a la deriva ! con que navegael buque, la resistencia al avance no es simtrica en ambas bandas, producindose undesplazamiento progresivo del punto de aplicacin de Ra hacia popa dado que los elementosde la carena que ofrecern mayor resistencia sern los ms alejados del centro instantneo derotacin en los que la velocidad es mayor. El establecimiento de las condiciones de equilibrio deeste sistema de fuerzas permitir deducir las ecuaciones del movimiento. La posicin 3 de lafigura 6.01 representa el instante en que las componentes de Tp, Ra y PT segn la normala la trayectoria se equilibran entre si y por tanto la fuerza centrfuga Fc es nula, lo que equivalea decir que el radio de curvatura es infinito y es por tanto el punto de inflexin de la trayectoria.

La fase variable se desarrolla desde la posicin 4 en la que el ngulo del timn ha alcanzado suvalor deseado hasta la posicin 5 en la que se alcanza el equilibrio dinmico de todas lasfuerzas. El sistema de fuerzas existente en esta fase es el mismo descrito en la etapa anterior,con la particularidad de que la carga sobre el timn PT y el momento evolutivo correspondientehan alcanzado su valor mximo y no pueden crecer ms, con lo cual necesariamente llegar un

instante en el que se equilibren los momentos ocasionados por la carga en e timn PT y laresistencia al avance Ra, resultando una aceleracin angular del plano de cruja nula o lo quees lo mismo una velocidad angular constante de dicho plano de cruja. Al mismo tiempo quesucede esto, al alcanzarse el equilibrio entre todas las fuerzas longitudinales, la aceleracinlongitudinal del centro de gravedad del buque ser tambin nula y la velocidad de traslacin, portanto, constante. Finalmente, el equilibrio de las fuerzas transversales obliga a que la fuerzacentrfuga sea constante, y como la velocidad de traslacin tambin lo es, resulta que el radio decurvatura de la trayectoria permanece tambin constante, convirtindose sta en un crculo, con locual toda la fase uniforme esquematizada en la posicin (6) de la figura 6.01 se convierte en unmovimiento circular con velocidad uniforme y ngulo de deriva fijo.

6.2.2. ANGULO DE DERIVA Y PUNTO GIRATORIO

Si se consideran las distintas trayectorias descritas por diferentes puntos de un buque en plenaevolucin (ver figura 6.02) se ve que cada uno de ellos sigue una curva prcticamente concntricacon la trayectoria recorrida por e centro de gravedad CG.

El ngulo formado por la direccin de la quilla con la tangente geomtrica a la trayectoria descritapor cualquier punto del plano de cruja del buque se llama ngulo de deriva de dicho punto en elinstante considerado. Este ngulo tiene el mximo valor en la popa, disminuyendo gradualmente amedida que se desplaza hacia proa, llega un momento en que se anula (al alcanzarse unaposicin P ms cercana a la proa que a la popa), y despus va creciendo progresivamente hastala roda, pero en este ltimo tramo tiene sentido opuesto, pues la tangente cae en la proa aestribor de cruja y en la popa lo haca a la banda contraria. El ngulo de deriva depende demuchos factores: forma de la obra viva, caractersticas del timn, tipo, tamao y velocidad delbuque, direccin e intensidad del viento, etc. En el caso particular de un buque determinado y aigualdad de otras condiciones, vara segn el ngulo de timn aplicado durante la evolucin.

Volviendo a la figura 6.02, al punto P de la cruja donde el ngulo de deriva es nulo se le llamapunto giratorio o punto pivote del buque, y se caracteriza, de acuerdo con lo antes expuesto,porque en l la direccin de la quilla coincide con la tangente geomtrica a la trayectoria, o sea,que all el eje longitudinal del buque es perpendicular al radio de curvatura PO de la trayectoriaevolutiva, siendo O el correspondiente centro instantneo de rotacin. Esto significa tambin queel punto giratorio es aqul en que el vector velocidad est dirigido en todo momento segn elplano de cruja.

El punto giratorio es el centro de rotacin aparente sobre el cual gira el buque al hacerlo virar contimn, y un observador ubicado en esa posicin, ver que la proa cae hacia el interior de latrayectoria y que la popa lo hace en sentido contrario durante una evolucin.

El punto pivote no tiene una posicin fija sino que se desplaza sobre la lnea de cruja, hacia proa

o hacia popa, y su ubicacin est influenciada por los mismos factores que afectan al ngulo dederiva, especialmente por la forma de la carena. Para un cierto buque depende ms de lavelocidad instantnea del mismo que del ngulo de timn aplicado. A efectos prcticos esconveniente establecer una posicin aproximada del punto giratorio.

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FIGURA 6.02. Trayectoria del buque en evolucin

En los buques grandes con cascos de forma convencional (graneleros, mercantes, por-taaviones, petroleros, etc.), su ubicacin promedio se encuentra a un tercio (1/3) de eslorade la proa. En buques ms rpidos (ferres, transbordadores, etc.) puede estar an msadelante, a 1/6 de eslora de la roda y en embarcaciones muy rpidas y livianas el punto

giratorio puede incluso llegar a ocupar una posicin por delante de la proa cuando giran a altavelocidad.

Para buques en movimiento con arrancada haca atrs el punto giratorio se desplaza haciapopa, y normalmente se ubica en una posicin ms cercana a la popa que a la proa. Porotra parte, e asiento tambin influye sobre el punto giratorio, desplazndose ste hacia proao popa cuando el buque est ms aproado o apopado, respectivamente. En cierta medidatambin se desplaza algo hacia proa cuando el buque est en lastre, y hacia popa cuandoest muy cargado.

6.2.3. CARACTERISTICAS DE LA CURVA EVOLUTIVA

Resumiendo lo expuesto en el apartado anterior, puede concluirse que la curva evolutiva esla trayectoria descrita por el centro de gravedad del buque cuando al barco se le hace caercon ngulo de timn constante.

La figura 6.03 representa la forma tpica de una curva evolutiva cuando no existen vientos,oleajes ni corrientes, y en ella se aprecia que, como ocurre normalmente, luego de

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FIGURA 6.03. Forma tpica de una curva evolutiva

completar los 360 de cada, el buque se encuentra en una posicin (3) algo ms a proa yligeramente dentro de la que ocupaba cuando se puso timn a la banda (1) .

A efectos de poder comparar los rasgos caractersticos de diferentes curvas evolutivas y facilitar eluso de los datos que proporcionan, se definen los trminos siguientes:

Avance de un buque para cierto cambio de rumbo es la distancia que se desplaza sucentro de gravedad en la direccin del rumbo original, medida desde la posicin donde sepuso timn a la banda.

Desviacin lateral de un buque para cierto cambio de rumbo es la distancia que sedesplaza su centro de gravedad en direccin perpendicular al rumbo original, y medida desdela posicin donde se puso timn a la banda.

El avance y la desviacin lateral son pues las coordenadas ortogonales de la curva evolutivacuando se adoptan como ejes de referencia la direccin del rumbo original y su normal, tomandocomo origen el punto en que inicialmente se puso timn a la banda. Cuando se hace mencinsimplemente al avance o a la desviacin sin especificar la magnitud del cambio de rumbo sesobreentiende que los valores indicados corresponden a una cada de 90.

Dimetro tctico, o de evolucin, es la mayor distancia obtenida proyectando la curvaevolutiva sobre la normal al rumbo inicial.

Dimetro final, o de rotacin, es el dimetro de la curva evolutiva durante el perodouniforme, es decir cuando la trayectoria se hace prcticamente circular.

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6.2.4. VARIACION DE PARAMETROS DE NAVEGACION RELACIONADOS CON LACURVA EVOLUTIVA

Del estudio de las curvas evolutivas correspondientes a diferentes tipos de buquespueden obtenerse las conclusiones siguientes:

1. Avance y desviacin lateral

Para una cada de 90 el avance es considerablemente mayor que la desviacin lateral.Para ngulos de timn de 35 el alcance vara entre 3 y 5 esloras; se reduce alincrementar el ngulo de timn aplicado y aumenta con la velocidad del buque. Para esemismo ngulo de timn la desviacin lateral para 90 vara por lo general entre 2 y 3esloras; disminuye al aumentar el ngulo de timn, pero es casi independiente de lavelocidad.

2. Dimetro tctico y final

Para una misma velocidad y profundidad del agua ambos dimetros disminuyen cuandoaumenta el ngulo de timn aplicado. Para igual profundidad de agua y deflexin de lapala los dimetros sufren poca variacin para distintas velocidades, con tal que stas seansuficientes como para garantizar una buena efectividad de gobierno por parte del timn.Para una misma velocidad y ngulo del timn ambos dimetros varan con la profundidadde agua disponible, aumentando ambos dimetros cuando la profundidad de agua se

reduce, siendo este efecto ms acusado cuanto ms pequeo es el ngulo del timn.Para profundidades de agua de 1, 2 veces el calado del buque, el incremento de losdimetros puede ser del 75% sobre los correspondientes a una profundidad de agua de 5veces el calado del buque; si la profundidad de agua es de 1 , 5 veces el calado del buque,este incremento de los dimetros puede ser del orden del 20 30%.

3. Influencia de la forma del casco

La forma de la obra viva afecta a las dimensiones de la curva evolutiva. De dos buquesde similar eslora y calado, el que tiene carena ms afinada necesita ms espacio paragirar que el que posee curvas ms llenas; lo mismo ocurre con el buque que a igualdad deotras caractersticas generales es relativamente ms largo.

Cuanto ms rectangular sea la parte sumergida del plano de cruja tanto mayor es eldimetro tctico. Para profundidades de agua superiores a 5 veces el calado del buquey para ngulos de timn de 35, el dimetro tctico suele estar comprendido entre 4 y 6esloras para buques a plena carga de alta relacin eslora/manga y formas finas y entre3 y 4 esloras para buques a plena carga de baja relacin eslora/manga y formas llenas.

La Normativa actual de la Organizacin Martima Internacional (OMI) limita el valormximo admisible del dimetro tctico de los buques de nueva construccin con esloramayor de 100 m en grandes profundidades de agua, a 5 esloras para ngulos de timnde 35.

4. Influencia del calado y de las condiciones de carga

Las diferencias de calado del buque afectan a sus condiciones de maniobra, teniendo losbuques en carga, en general, una curva evolutiva de mayores dimensiones quecuando estn en lastre. El asiento del buque tiene as mismo un efecto apreciable en las

cualidades evolutivas, aumentndose el dimetro tctico cuando el buque est apopadoy reducindose cuando est aproado; el efecto del asiento es por tanto desplazar laposicin del punto giratorio hacia el extremo que cala ms.

5. Tiempo de evolucin

Para un mismo ngulo de timn la duracin de la evolucin disminuye al aumentar lavelocidad. Para igual velocidad el tiempo se reduce al incrementar e ngulo de timn.Para completar una cada en el menor tiempo posible se deber usar todo el timn a labanda y mxima velocidad.

6. Velocidad lineal

Por efecto de la resistencia del timn y del ngulo de deriva que adquiere el buque, seproduce una prdida progresiva de velocidad respecto del fondo durante los primeros 90de cada, pese a que las hlices se mantienen girando a igual nmero de revoluciones por

minuto que antes de iniciar la evolucin. Ello se debe a que el buque se desplaza con uncierto ngulo de deriva, no aprovechando las neas hidrodinmicas de su carena. El valoro proporcin en que la velocidad lineal se reduce vara mucho para diferentes tipos de bu-

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ques y depende de la velocidad inicial y del ngulo de timn aplicado. La mayora de losbuques, al evolucionar con todo timn a la banda, pierden entre 1/3 y 1/2 de su velocidadcuando han girado unos 90 y su velocidad final que mantienen uniforme puede estarcomprendida entre 1/3 y 2/3 de su velocidad inicial.

7. Velocidad angular

La velocidad angular de cada, que era nula al iniciarse la evolucin, alcanza su valor mximoantes de que la proa llegue a virar 90, y despus disminuye ligeramente tornndoseconstante en el perodo final de rotacin uniforme. Con todo timn a la banda en grandesprofundidades de agua puede variar entre uno y tres grados por segundo dependiendodel tipo de buque.

8. Angulo de deriva

Aumenta con el ngulo de timn y con la profundidad de agua disponible, pero esprcticamente independiente de la velocidad. Para ngulos del timn de 35 y grandesprofundidades de agua el ngulo de deriva en el centro de gravedad del buque vara engeneral entre 5 y 10, pero excepcionalmente puede alcanzar valores de 15 a 20.

9. Rabeo de la popa en evoluciones

En la figura 6.02 se observa que el radio de curvatura de la trayectoria descrita por la popa esalgo mayor que el correspondiente a la trayectoria del centro de gravedad, que por definicines precisamente la curva evolutiva, y en consecuencia la popa se separar tanto ms dedicha curva cuanto mayor sea el ngulo de deriva dentro del tramo considerado. Cuando semaniobra en aguas limitadas y en proximidades de obstculos, bajos fondos u otros buques,resulta muy importante tener en cuenta ese movimiento, llamado rabeo de la popa, y tomaren consideracin que ese extremo del buque barre el agua tanto ms hacia afuera de la curvaevolutiva, cuando ms reducido sea el valor del dimetro tctico medido en nmero deesloras.

Este hecho debe ser tomado en consideracin cuando se traza por anticipado la derrota queseguir el buque en aguas restringidas. Un ejemplo tpico se presenta cuando para entrar apuerto se hace necesario efectuar una cada de gran amplitud para pasar entre dos

escolleras o tomar el primer par de boyas del canal de acceso. En tal caso, y siempre quesea posible, se tratar de no ejecutar esa maniobra con gran ngulo de timn para evitar elpeligro involucrado por el rabeo de la popa.

10. Efecto de la hlice nica en las evoluciones

En buques de una sola hlice de paso a la derecha, y debido a la accin de la fuerza lateralque tiende ligeramente a llevar la proa a babor en marcha avante, es usual que se encuentreque la curva evolutiva con timn a esa banda tenga un dimetro algo menor, en alrededordel 10%, que la correspondiente a estribor, para similares condiciones de velocidad y ngulode timn. Si la hlice tiene paso a izquierda resulta lo contrario, es decir que la curva evolutivaefectuada con timn a babor es la que tiene dimensiones algo mayores.

11. Curvas evolutivas en buques con hlices gemelas

Las curvas descritas por buques de dos hlices en condiciones similares de velocidad y timna cada banda son simtricas entre s y tienen formas anlogas a las ya consideradaspreviamente.

Si se invierte la marcha de la hlice de la banda de cada durante la evolucin, la curvaresultante es bastante distinta, pero las diferencias en el primer cuadrante no son demasiadonotables. La velocidad del buque se ve drsticamente reducida, en un 70 al 80% conrelacin a la que conservara en caso de seguir con ambas mquinas avante, y el tiempoempleado para caer 180 se incrementa. En lo que respecta a las dimensiones de la curvaevolutiva, el efecto de caer en estas condiciones es normalmente reducir el dimetrotctico; el avance por lo general resulta poco afectado.

12. Efectos del viento sobre la curva evolutiva

El viento deforma la curva evolutiva tpica y la modificacin que sufre depende de la fuer-za y direccin del viento con respecto al rumbo inicial del buque antes de iniciar la cada.La forma de la curva resultante vara segn el tipo de buque considerado y la intensidady direccin de actuacin del viento, dado que el abatimiento y la desviacin lateral no son

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FIGURA 6.04. Efecto del viento de proa sobre la curva evolutiva

uniformes durante toda la evolucin, y, por tanto, la velocidad angular de cada del buquese acelera o retarda de acuerdo con el ngulo de incidencia del viento respecto del planode cruja. Suponiendo que se parta de un rumbo inicial con viento de proa (ver fig. 6.04),en general se experimentan las siguientes fases:

Al poner timn a la banda (1 ) , el buque cae rpidamente por tener gran facilidadpara arribar hasta alcanzar la posicin de equilibrio en marcha avante, en (2).

Mientras recibe el viento del travs a la aleta existe dificultad para seguir cayendode arribada; la velocidad angular disminuye y ello produce un alargamiento de lacurva en a direccin perpendicular al viento, entre (2) y (3).

De (3) a (4) la tendencia a orzar facilita la cada y aumenta la velocidad angular derotacin.

De (4) a (5) se presentan dificultades para seguir orzando a partir del momento enque el buque alcanza la posicin de equilibrio en marcha avante, especialmente enbuques pequeos de poca potencia.

Si el buque contina el movimiento manteniendo el ngulo del timn, se repite el

proceso en los crculos posteriores originndose una trayectoria en tirabuzn desplazadaen la direccin media de la deriva ocasionada por la accin del viento.

13. Efectos de la corriente sobre la curva evolutiva

Cuando el buque evoluciona sobre una masa de agua animada de velocidad uniforme, sucurva evolutiva conserva la forma tpica sobre el espejo lquido, pero se deforma conrespecto al fondo, alargndose en el sentido en que la corriente fluye. Ver figura 6.05.

La corriente puede a veces llevar al buque a una posicin bastante alejada del lugar enque inici la cada. En la figura se muestra cmo los puntos 1, 2, 3 y 4 se trasladan en ladireccin en que tira la corriente hasta ocupar las posiciones 1', 2', 3' y 4'. El arrastre quesufren es proporcional a la velocidad de la corriente y al intervalo de tiempo en queaqulla actu en cada caso.

Si el buque contina el movimiento manteniendo el ngulo del timn, se repite elproceso en los crculos posteriores originndose una trayectoria en tirabuzn desplazadaen la direccin en que acta la corriente.

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FIGURA 6.05. Efecto de la corriente sobre la curva evolutiva

6.2.5. Determinacin de las curvas evolutivas de un buque

Para analizar las maniobras de un buque en concreto es fundamental contar con sus diagramasevolutivos para diferentes ngulos de timn y para las velocidades que el buque usanormalmente.

Por lo general tales diagramas se confeccionan en base a pruebas muy precisas y completasque se realizan con el primer buque de una misma clase, antes de que se incorpore alservicio. Pese a ello, como pueden existir diferencias aun entre buques similares, es muycorriente someter a todo buque nuevo, o que haya sufrido modificaciones, a una ampliaserie de experiencias evolutivas, no slo para verificar los datos disponibles, sino tambinpara compenetrarse con su comportamiento en diversas condiciones.

En el supuesto de que no se disponga de las curvas evolutivas de los buques que se analizan,puede establecerse sus dimensiones medias aproximadas utilizando los diagramas que serecogen en las figuras 6.06, 6.07 y 6.08, en donde se determina el avance, la desviacin lateralpara un cambio de rumbo de 90 y el dimetro del crculo de rotacin para buques de quillaplana a plena carga navegando en profundidades de agua mayores de 5 veces el calado delbuque, sin viento, oleajes o corrientes, en funcin del coeficiente de bloque del buque (Cb), la

eslora entre perpendiculares (Lpp), e ngulo del timn (!T) y el Factor de timn Ft que secalcula mediante la expresin:

DL

SF

pp

tt

"

#

siendo:

St = Superficie de la pala del timn (ver apartado 3.4.2).Lpp= Eslora entre perpendiculares del buque.

D = Calado del buque a plena carga.

En la utilizacin de los diagramas anteriores no se utilizarn nunca ngulos de timnsuperiores a 35. En el supuesto de que se precise conocer los valores anteriores para otrasprofundidades de agua iguales o menores de 5 veces el calado del buque, se multiplicarnlos valores obtenidos en las tablas por 1,25 para profundidades de agua de 1, 5 veces elcalado del buque y por 1,75 para profundidades de agua de 1 , 2 veces el calado del buque,pudiendo interpolarse linealmente para valores intermedios.

A ttulo indicativo se recoge en la fig. 6.09 las dimensiones medias y mximas de la curvaevolutiva para buques graneleros y petroleros en carga (de coeficiente de bloque alto)

navegando en profundidades de agua mayores o superiores a cinco veces su calado, sinvientos, oleajes o corrientes y a velocidad de servicio, si bien las variaciones son pocosignificativas para otras velocidades como ya se indic anteriormente.

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LA DESVIACION LATERAL DEL BUQUE HACIA BABORDEL RUMBO QUE SE PRODUCE EN LA FASEINICIAL NO ESTA REPRESENTADA PARA SIMPLIFICARLA FIGURA

FIGURA 6.09. Curvas evolutivas tpicas

6.3. EXTINCION NATURAL Y FORZADA DE LA ARRANCADA DEL BUQUE(PARADA DEL BUQUE)

6.3.1. DEFINICION Y FACTORES QUE INFLUYEN

6.3.1.1. La extincin natural o forzada de la arrancada del buque es la maniobra que seefecta para parar el buque. En el caso de que este proceso se realice parando las mquinasse tratara de la extincin natural, y en el supuesto ms frecuente de que se cambiase elsentido de empuje de las hlices para actuar en marcha atrs, se tratara de la extincinforzada.

El anlisis de las fuerzas que se generan sobre el buque y de sus efectos queda recogidoesquemticamente en la figura 6.10, que corresponde a un proceso de extincin forzadadel arranque. Antes de iniciarse la fase de maniobra y supuesto un movimiento rectilneo yuniforme, posicin (1 ) de la figura, las nicas fuerzas que actan sobre el buque son elempuje del propulsor Tp y la resistencia al avance Ra que sern iguales y de sentidocontrario. Al desarrollarse la maniobra de parada, la fuerza del propulsor ser nula en elsupuesto de extincin natural de la arrancada u opuesta al movimiento en caso de extincinforzada, posicin (2) de la figura, con lo cual en ambos casos se generar un movimientovariable de desaceleracin en el que la resistencia al avance ir tambin disminuyendo aldisminuirse la velocidad del buque, producindose el equilibrio de fuerzas con la fuerza deinercia Fi ocasionado por la desaceleracin que acta sobre el buque. En el supuesto deque la maniobra se efectuase siguiendo una trayectoria curva el esquema conceptual

subsiste, si bien el sistema de fuerzas que intervendran en el proceso sera ms complejo alintervenir todas las asociadas al movimiento curvilneo, que, entre otras consecuenciasproducen un efecto de frenado con lo cual se acorta la distancia de parada.

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6.3.1.2. La distancia que un buque con arrancada avante recorre en extincin natural despusde parar sus mquinas hasta detenerse por completo depende fundamentalmente de lossiguientes factores : su velocidad inicial, su desplazamiento, su estado de carga, la forma ycondiciones de limpieza de su carena, la profundidad del agua, los efectos del viento, el mar y lascorrientes y su sistema de propulsin.

El factor ms importante es el desplazamiento, y se comprueba que, a igualdad de otras

condiciones, el buque mayor conserva ms tiempo su arrancada. Anlogamente para un mismobuque y a igual velocidad inicial se cumple que cuando est bien cargado recorre una distanciamayor hasta pararse que cuando est con menor calado o completamente en lastre, y en esteltimo caso puede darse que el espacio recorrido sea 1/2 1/3 del correspondiente a plena carga.Entre dos buques de similar desplazamiento y dimensiones, el de lneas ms finas mantiene suarrancada ms tiempo que el de formas ms llenas. Por otra parte, un buque que acaba de salircarenado de dique seco y tiene sus fondos limpios recorrer una distancia mayor que cuando suobra viva est cubierta de incrustaciones.

La presencia de profundidades de aguas reducidas produce un efecto de frenado importante alaumentar la resistencia al avance, que se manifiesta especialmente con buques grandes cuandose les maniobra en las aguas restringidas de los puertos con poco margen de agua por debajo dela quilla.

Las distancias y tiempos requeridos para que un buque se detenga por completo al parar susmquinas se determinan experimentalmente para distintas velocidades iniciales en condiciones demar calmo, sin viento ni corriente, en un lugar libre de trfico martimo y sin limitaciones deprofundidad. Lo ideal es calcularlas sobre bases o millas medidas realizando dos comprobacionesen sentidos opuestos y promediando los valores. Los datos as determinados corresponden a laextincin natural de la arrancada, y en realidad resultan de poca utilidad prctica, ya que losbuques normalmente recurren a la extincin forzada de su marcha avante dando mquinas atrs.

La determinacin de la distancia de parada en extincin forzada puede hacerseexperimentalmente, efectuando mediciones en maniobras en las que se invierta la propulsin ensimilares condiciones de mquinas que las que corresponde al caso real, y de hecho todos losbuques deben tener disponible sus caractersticas de comportamiento en tales supuestos; noobstante el clculo de la distancia de parada puede abordarse por procedimientos matemticos talcomo se recoge en el apartado siguiente, desarrollado para paradas en tramos rectos, o medianteensayos en modelo o estudios con simulador.

Efectuando maniobras en curvas y otras especiales de zig-zag, etc., cuyo anlisis excede elalcance de estas Recomendaciones, pueden reducirse estas distancias, si bien con cadastransversales ms significativas en relacin con la direccin de avance del buque.

6.3.1.3. La determinacin de las cadas transversales mximas que se presentan en el puntoms desfavorable del buque (suma de los producidos por la desviacin lateral del centro degravedad ms las debidas al ngulo de guiada) en el tramo final de la maniobra de parada esms compleja ya que depende de las condiciones inerciales del buque en la fase final de lamaniobra. Del estudio de mltiples maniobras efectuadas con simulador pueden extraerse la

siguientes conclusiones aplicadas a maniobras de parada en tramo recto:

! La cada del buque se produce en el ltimo tramo de la maniobra cuando la velocidaddel barco es menor de 1,5 m/s. A una distancia de una eslora del punto final de la maniobrano se producen desviaciones significativas en la trayectoria del buque.

! Las cadas son muy heterogneas, dependiendo del tipo y capacidad de maniobra delbarco, sin que lleguen a exceder de una eslora del buque, supuesto que no existanvientos, oleajes ni corrientes.

! La cada es mayor cuanto ms elevada es la profundidad existente.

! La cada crece con el tiempo empleado por e buque en parar y, en general, es mayorcuando la velocidad inicial del buque es ms elevada y cuando el rgimen de motoratrs es menor.

! La actuacin de hlices transversales tiene influencia en los metros finales de la maniobracuando la velocidad del buque es muy reducida.

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En el caso de que la parada se efecte sobre trayectorias curvas el comportamiento delbuque es ms difcil de prever ya que actan otras fuerzas asociadas al movimientocurvilneo. Del estudio de maniobras efectuado con simulador puede en generalconcluirse que los efectos anteriormente indicados para maniobras en tramo recto sepotencian, y as la cada del buque empieza a manifestarse cuando la velocidad esmenor de 2,0 m/s y a una distancia de 1,5 esloras del punto final de la maniobra. Lascadas son ms heterogneas y pueden superar e valor de una eslora, por lo que en

general es recomendable que se evite efectuar maniobras de parada sobre tramoscurvos, salvo que se efecten estudios especficos al respecto.

6.3.2. EVALUACIN DE LAS DISTANCIAS DE PARADA

Para la determinacin de las distancias de parada en navegacin rectilnea, cuando lamaniobra se efecta sin ayuda de remolcadores trabajando en retenida, deben tomarseen consideracin dos parmetros fundamentales: La Resistencia del buque el avanceRa y e Empuje del Propulsor en marcha atrs Tp. A altas velocidades predomina laResistencia del buque al avance, mientras que para las velocidades normales en reasportuarias y vas navegables es ms importante el empuje del propulsor en marchaatrs.

Para las reas de Navegacin y Flotacin objeto de esta ROM en los que la velocidad delbarco al inicio de la maniobra de parada no excede de 6 m/sg (_ 12 nudos), la distancia deparada puede calcularse por el mtodo de Chase simplificado, con la expresin siguiente:

2

Vt

T

1

T

R32,01VC

g2

1 ri

pp

ao2omp

"#"

$$%

&

''(

)*""+

,

en donde:

Dp= Distancia de parada

, = Desplazamiento del buque, expresado en peso

g = Aceleracin de la gravedad

Cm= Coeficiente de masa hidrodinmica que es el cociente entre la masa total del sis-

tema en movimiento (buque + agua que se moviliza con l) y la masa del buque.Para este tipo de movimiento puede adoptarse un valor de Cm= 1.08

Vo= Velocidad absoluta del buque en el momento de iniciarse la maniobra de parada

Rao= Resistencia del buque al avance en el momento de iniciarse la maniobra de parada

Tp= Empuje del propulsor en marcha atrs durante la maniobra de parada. En el su-puesto de que no se conozca este empuje podr efectuarse una estimacin delmismo suponiendo que el empuje del propulsor en rgimen de mquinas todoatrs tiene un valor igual a los 2/3 del empuje propulsor con mquinas avante avelocidades de servicio, que podr evaluarse con los criterios recogidos en elapartado 3.3.1. Este empuje del propulsor en rgimen de mquinas todo atrsslo se utilizar para el clculo de distancias de parada en maniobras deemergencia; para el clculo de la distancia de parada en maniobras normales sesupondr que el rgimen de mquinas atrs es media en cuyo caso e empuje delpropulsor en marcha atrs podr evaluarse en 1/3 del empuje del propulsor conmquinas avante a velocidades de servicio.

o

momento en que se inicia la maniobra de parada hasta que se alcanza el valor Tpenmarcha atrs, para el que se adoptar, en ausencia de datos ms concretos, unvalor de 20 s.

La formulacin anterior est determinada en el supuesto de que se cumplan las dos con-diciones siguientes:

6.0-""

""

.

om

riao

aop

VC!

tgR

RT

condiciones que normalmente se cumplen en las reas objeto de esta ROM.

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tri = Tiempo de reaccin necesario para invertir el empuje del propulsor desde e

D


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En el supuesto de que la maniobra de parada se efecte con la ayuda de remolcadorestrabajando en retenida, podr calcularse la Distancia de Parada con la misma formulacinanterior, sumando al empuje del propulsor Tp la componente longitudinal de las fuerzashorizontales FRi resultante de la accin de los remolcadores que acten sobre el buque. Sehace notar que para poder considerar esta ayuda debern ser del tipo adecuado parapermitir tomar el cabo del buque en navegacin e invertir despus su sistema de propulsinpara poder aplicar un tiro de retenida al buque de sentido opuesto al de avance del

remolcador.

6.4. ESTUDIO DE MANIOBRAS

Para resolver un determinado problema de maniobra, del que se derivarn los subsiguientesrequerimientos de reas de flotacin, es aconsejable desarrollar el estudio en tres fases.

! Estudio de todos los factores que influyen en el problema.

! Planteamiento de las diversas soluciones posibles y eleccin de las que sean factibles yaceptables.

! Estudio de situaciones de emergencia.

a) PRIMERA FASE: ESTUDIO DEL PROBLEMA DE MANIOBRA PLANTEADO

Consiste en establecer y analizar todos los factores que afectan o pueden tener influenciasobre la maniobra, con la finalidad de asegurar el mas amplio y completo conocimiento delproblema a resolver. Es necesario estudiar todos los aspectos importantes relacionados conla maniobra a realizar, lo que implica consultar la informacin disponible en derroteros, listasde faros y seales martimas, tablas de mareas y de corrientes, cartas y planos de puertos,reglamentos locales, etc. Adems hay que tomar en consideracin las condiciones climticasexistentes en la zona y las correspondientes a las condiciones lmites de operacinadmisibles y aplicar los conocimientos que se tengan del buque que se maniobra, enespecial lo referido a datos evolutivos, eslora, calados, gobierno, inercia, etc.

b) SEGUNDA FASE: SELECCION DE LAS MANIOBRAS FACTIBLES Y ACEPTABLES

Una vez cumplido el paso anterior se pueden concebir distintas soluciones posibles delproblema de maniobra planteado. Dichas soluciones deben ser sometidas a una dobleprueba de factibilidad y aceptabilidad. Se considera que una maniobra es factible cuandotiene razonables probabilidades de ser ejecutada con xito aprovechando adecuadamentetanto los elementos con que cuenta el buque como los externos que puedan prestar suasistencia. La aceptabilidad se refiere a las consecuencias de la maniobra desde el punto devista de la seguridad, entendindose por tal no slo la seguridad del buque que se maneja,sino tambin la de otros prximos que se puedan ver eventualmente afectados por una malamaniobra del buque propio o las instalaciones que puedan existir en el emplazamiento.

Puede ocurrir que para un mismo problema de maniobra exista ms de una solucin factibley aceptable. Aunque previsiblemente el maniobrista seleccione siempre la mejor, porcomparacin de sus respectivas ventajas y desventajas, a efectos de dimensionamiento del

rea de flotacin deben considerarse todas ellas para deducir la envolvente de superficies, ano ser que se decida eliminar algunas de las maniobras factibles, en cuyo caso dichalimitacin debe incorporarse al Reglamento de Operaciones del puerto.

c) TERCERA FASE: ESTUDIO DE SITUACIONES DE EMERGENCIA

Una vez analizadas y definidas las maniobras que se consideren factibles y aceptables, esnecesario analizar los supuestos que se pueden presentar en casos de emergencia, entre losque pueden citarse: errores de maniobra, fallos de los sistemas del buque o de los mediosauxiliares (amarras, remolcadores, etc.), modificacin de las condiciones climticasexistentes en el inicio de la maniobra, o incluso aqullas provocadas por agentes externos ala propia maniobra, como puede ser la necesidad de efectuar salidas de emergenciaproducidas por siniestros o accidentes en instalaciones prximas al buque.

En todos estos casos, y si bien se pueden aceptar resguardos o mrgenes de segu-ridad ms estrictos que en los supuestos normales de operacin, debe verificarse que las ma-

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niobras siguen siendo factibles sin ocasionar situaciones de riesgo inaceptables. Estaconsideracin es especialmente importante cuando se navega en aguas restringidas, yaque la presentacin de un fallo o de una situacin de emergencia puede dar lugar asituaciones muy arriesgadas. El estudio de estas situaciones de emergencia normalmenteconducir a una mejora de los procedimientos de operacin, reforzando las medidas quecontribuyan a incrementar la seguridad y eliminando las maniobras que conllevan riesgosinaceptables.

Como ya se indic anteriormente, en el Anejo n 1 de la presente ROM se analizan unaserie de maniobras de navegacin de uso habitual, sin que sea factible contemplar todaslas que pueden presentarse, ya que en la prctica no existen dos maniobras iguales nisiquiera refirindose al mismo buque y Area de Flotacin, ya que es infinita la variacin delas condiciones en que deben desarrollarse.

navegación y maniobras de buques (1)

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