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NOTA: Las ilustraciones que aparecen en este manual han sido obtenidas del manual de instrucciones del equipo, editado por Armfield Limited.
1 SISTEMA DE ESTABILIDAD Traducido y adaptado por Antonio J Rivera
1. Introducción
El sistema de ángulo de estabilidad para grandes inclinaciones (NA8-10), que cuenta con un dinamómetro libre para medir los momentos adrizantes e incluye los siguientes elementos:
• NA8-11 tanque de flotación
• NA8-12 Clinómetro
• NA8-13 buque de carga general con los pesos de lastre
El dinamómetro de pie libre se monta sobre ruedas para colocarlo dentro del tanque de flotación (NA8-11) para medir el momento adrizante, hasta grandes ángulos de escora, en un modelo flotante. El dinamómetro no ejerce fuerza vertical en la maqueta en cualquier ángulo de escora dentro del rango del sistema. El momento adrizante se mide por contrapesos hasta alcanzar la posición de equilibrio.
El Clinómetro digital (NA8-12) está calibrado de 0 a 10 grados, con una resolución de 0,01 grados, y por encima de 10 grados con una resolución de 0,1 grados. Esto permite determinar con precisión el ángulo de inclinación del modelo del buque con una mayor precisión en pequeños ángulos de escora.
El modelo del buque de carga general (NA8-13), a escala 1/70, representa a un buque de 28.000 toneladas de desplazamiento. El casco está construido de PRFV y está equipado con una serie de mamparos estancos transversales en sus posiciones correctas. Los compartimentos están provistos de válvulas de inundación.
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2. Puesta en servicio del sistema
2.1. Tanque de Flotación de los Buques (NA8-11)
Coloca la base metálica para el tanque de flotación sobre un suelo nivelado y en la posición deseada.
Colocar el tanque de PRFV sobre la base metálica. Comprobar que la válvula de vaciado está cerrada y llenar parcialmente con agua, comprobar si existen fugas.
2.2. Dinamómetro de Estabilidad para Grandes Inclinaciones
Desplazar el dinamómetro sobre sus ruedas (12) colocando el puntal de sujeción vertical sobre el centro del tanque de flotación. Una vez en posición, fijar y nivelar, actuando sobre los tres tornillos de plástico negro (13), usando el nivel de burbuja (14) que existe sobre la carcasa del puntal central.
Quitar la placa de sujeción del puntal vertical de aluminio del modelo de modelo y colocar los tornillos sobre el soporte de unión a la maqueta (10). Esto eliminará cualquier escora inicial causada por la placa.
Ajustar el peso de contrapeso (7) hasta que los brazos horizontales adoptan la posición horizontal y están en equilibrio, es decir, no hay movimiento.
Retirar la placa de bloqueo (15) y comprobar que el puntero (9) situado en el lateral del puntal principal se alinea con el índice en la placa (16). Si estas marcas no coinciden, ajustar los contrapesos (18) en cada uno de los brazos de palanca (19). Vuelva a colocar la placa de bloqueo (15).
2.3. Buque de Carga General (NA8-13)
Unir el modelo del casco al dinamómetro mediante los tornillos de unión (10) y continúe llenando el tanque de flotación hasta que los brazos de contrapeso estén horizontales.
El equipo está ahora listo para realizar los experimentos de estabilidad.
2.4. Clinómetro (NA8-12)
El clinómetro es un calibrador de precisión electrónico digital, que funciona con pilas, que permite medir la escora del modelo del buque. El ángulo de escora se indica directamente en unidades de grados en una pantalla LCD con una resolución de 0,01 grados para ángulos de menos de 10 grados y 0,1 grados para ángulos mayores de 10 grados. El Clinómetro incorpora un horizonte artificial de manera que no se requiere una referencia independiente cuando se están realizando medidas.
El clinómetro se une a la cubierta del modelo de forma segura mediante un soporte. Este soporte debe utilizarse siempre para evitar que el clinómetro caiga por la borda al escorarse la embarcación.
El clinómetro es un instrumento de precisión y debe ser tratado como lo que es. Cualquier golpe puede significar que se requiera una recalibración y si es grave puede dañar el instrumento.
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El clinómetro no es resistente al agua y se debe tener cuidado de no dejar caer el instrumento en el tanque de flotación o volcar el recipiente mientras que el modelo con el clinómetro unido al mismo.
2.4.1. Calibración del Clinómetro
Antes de utilizar el clinómetro por primera vez, se sugiere que el instrumento sea calibrado para reducir al mínimo los errores inducidos durante el envío. Este ejercicio, referido como el modo de auto-calibración, se describe detalladamente en el manual que acompaña al Clinómetro y sólo requiere una superficie horizontal y vertical estable disponible (las superficies no necesitan ser perfectamente horizontales o verticales).
Estos ajustes deben realizarse antes de fijar el clinómetro al buque modelo, ya que la cubierta de la embarcación no proporcionará un dato estable.
2.4.2. Uso del Clinómetro
El clinómetro se suministra con una batería instalada. Se conecta pulsando el botón de encendido/apagado, en la parte frontal del instrumento. La pantalla se estabilizará aproximadamente en 10 segundos para indicar la inclinación en grados. En ángulos de escora de hasta 10 grados, en la pantalla se indicará con una resolución de 2 cifras decimales.
En ángulos de escora superior a 10 grados la resolución se reducirá a un decimal.
El clinómetro tiene autonomía para aproximadamente 250 horas de operación con una batería alcalina estándar de 9V (tipo PP3). La pantalla incluye un indicador de batería baja que muestra cuándo debe cambiarse la misma, pero la exactitud de la medición no será afectada si el voltaje de la batería es bajo. El clinómetro se apagará automáticamente después de un período prefijado (modo de espera) si la lectura en la pantalla no cambia. Presionar el botón de encendido/apagado para restablecer el funcionamiento.
La calibración se restaura cuando el instrumento se vuelve a encender.
2.4.3. Montaje del Clinómetro sobre el Modelo del Buque
Si no está instalado, colocar el soporte de montaje del Clinómetro sobre los agujeros existentes en el mamparo transversal (tras la cuaderna maestra) del modelo del Buque de Carga General utilizando los tornillos avellanados, tuercas y arandelas suministradas. Para fijar el soporte a cualquiera de los modelos de buque opcionales disponibles, realizarlo mediante los agujeros apropiados en la cubierta.
Sea cual sea el modelo utilizado, con el soporte montado correctamente, la pantalla del Clinómetro debería estar siempre vertical y cara hacia la popa del buque.
Antes de instalar el clinómetro en el soporte de montaje, desenroscar los dos tornillos de plástico de la parte superior del soporte, a continuación, deslizar el clinómetro en el soporte. Asegurarse de que se evita que la parte inferior de la Clinómetro se mueva hacia delante por la parte inferior del soporte, luego asegurar el clinómetro apretando los dos tornillos de plástico superiores. No apriete demasiado los tornillos de plástico.
El clinómetro está listo para su uso.
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2.4.4. Funcionamiento del Clinómetro
Presione el botón de encendido / apagado para encender el clinómetro sucesivamente.
Asegúrese de que no se visualiza el indicador ALT CERO. Esto indica que las lecturas son con relación a un cero alternativo, es decir, no el punto de referencia horizontal. Para cancelar ALT CERO sólo tiene que pulsar el botón ALT CERO.
Asegúrese de que no se visualiza el indicador de batería baja.
Después de un período de aproximadamente 10 segundos, la pantalla indicará la inclinación (Con relación al eje horizontal) en unidades de grados en la forma xx, xx ° en ángulo de menos de 10 grados y xx.x ° con ángulos superiores a 10 grados. Si la medida es requerida en grados y minutos, basta multiplicar la parte decimal por 60 para obtener el número apropiado de minutos.
Tenga en cuenta que todas las lecturas en la pantalla son positivas. Un indicador en el lado izquierdo de la pantalla muestra la dirección de inclinación. La convención es:
• Flecha que apunta hacia arriba -ve / inclinación al babor
• Flecha que apunta hacia abajo + ve / inclinación a estribor
cuando la pantalla del clinómetro es observada desde la popa de la embarcación.
Después de cada ajuste del modelo en el tanque de flotación, permitir que el modelo se asiente y luego leer el ángulo de escora directamente desde el clinómetro (la lectura del clinómetro tiene un retardo de aproximadamente 10 segundos). Al ajustar el modelo tenga cuidado de no sumergir el clinómetro en el agua o hacer que el modelo de zozobre.
El clinómetro se apagará automáticamente después de un período de uso para conservar las baterías. Sólo tiene que pulsar el botón de encendido/apagado para continuar la operación. La calibración del instrumento no se ve afectado por el encendido o apagado.
Para otras funciones del clinómetro consulte el manual de instrucciones suministrado con el mismo.
3. Mantenimiento de rutina
Para preservar la vida y el funcionamiento eficiente del equipo, es importante que éste se mantenga adecuadamente. El mantenimiento regular del equipo es responsabilidad del usuario final y debe ser realizado por personal cualificado que entienda el funcionamiento del equipo.
Es importante mantener todo el aparato bajo una cubierta que lo proteja del polvo cuando no esté en uso. Para obtener un resultado satisfactorio, siempre nivelar el dinamómetro con extremo cuidado y luego comprobar la libertad de movimientos.
Mensual - Añadir unas gotas de aceite para lubricar bien cada cojinete de rodillos.
Anual - Retirar todos los rodamientos de rodillos, limpiar con cuidado con parafina, comprobar la libertad y el buen funcionamiento, engrase ligeramente y volver a montar. Sustituir cualquier rodamiento dudoso.
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4. Modelo de Buque de Carga General (NA8-13)
4.1. Descripción
El modelo es un buque de motor de carga general con máquina a popa y eslora entre perpendiculares de 167,0 m, un desplazamiento en máxima carga de 28.215 toneladas y un peso muerto de 21.512 toneladas, y cuyo calado de verano es de 9,403 m.
El centro de gravedad en este desplazamiento varía entre 7,53m y 7,86m sobre la quilla, dependiendo de las condiciones de estiba.
El modelo tiene una longitud entre perpendiculares de 2,410m con una manga de 0,326m y es, por tanto, aproximadamente 1/70 de la eslora real del buque. Los datos hidrostáticos del modelo se proporcionan en la Tabla I. El modelo desnudo con el clinómetro adjunto tendrá una masa cercana a los 15 kg, la cual es ligeramente inferior a la del buque en rosca y debe ser aumentada con lastre para acercarlo a una condición más realista de servicio.
El lastre suministrado es más que adecuado para proporcionar al modelo un desplazamiento cargado y en esta condición la altura del centro de gravedad del modelo sobre la quilla, KG, no representará la correspondiente condición del buque, pero será menor que el KG de la nave a escala. Si es necesario obtener un valor real para KG, puede colocarse una pieza de lastre de Br a Er a la altura de la cubierta. Esta puede utilizarse también para experimentos de balances. Debe extremarse el cuidado cuando se lastre la maqueta para no dañar el casco, mamparos o cubierta cuando se coloque o quite. Asimismo, cuando se manipule el modelo, es conveniente levantarlo utilizando unas cinchas pasadas por debajo del casco. No levantarlo nunca por la cubierta.
La carga y descarga de pesos debe ser SÓLO CON EL MODELO A FLOTE, y el modelo y el lastre deben pesarse separadamente.
Algunos de los lastres pueden fijarse al casco de forma permanente, taladrando el casco, asegurándose luego de su estanqueidad. Como guía, el lastrado típico y otras condiciones para el buque se dan en la Tabla II del Apéndice I.
El lastre fijado de forma permanente, por contra, puede suponer una desventaja a la hora de estudiar la inundación de compartimentos individuales.
El modelo está equipado con válvulas simples de inundación en los compartimentos principales para mostrar los efectos de achique: el hundimiento y cambio de asiento puede medirse a partir de las marcas de calado que están colocadas cada 10mm desde el plano del fondo. Puede medirse el cambio en la estabilidad inicial debido al achique.
Un examen más cercano de los efectos de superficies libres puede realizarse utilizando la bandeja de superficies libres suministrada. Los puntales y pesos colgados pueden utilizarse para ayudar a explicar el efecto de las superficies libres, así como para mostrar el efecto sobre la estabilidad de cargas suspendidas y otras masas colgadas. El efecto de pesos suspendidos se puede apreciar con mayor claridad con el buque en rosca.
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4.2. El experimento de escora
El objetivo de este experimento es calcular la posición vertical del centro de gravedad del modelo, KG, a través de encontrar primero la altura metacéntrica transversal, GMT, y utilizando los datos de las Tablas Hidrostáticas para encontrar el KMT y, por lo tanto:
KG = KMT – GMT
En primer lugar, marcar 2 líneas paralelas que vayan de proa a popa sobre la cubierta, cerca de crujía; las líneas podrían situarse de tal forma que los pesos queden apartados de los bordes de la cubierta. Medir la distancia entre las líneas espaciadas d mm. Pueden usarse las seis pesas de inclinación, inicialmente colocadas tres a babor y tres a estribor, intercalando la posición de cada pesa, como se muestra en la Fig. 2 a continuación.
Cuando una pesa de estabilidad se mueve desde de A hasta A1 el centro de gravedad de la pesa se moverá a través de una distancia de d mm. Cada peso se puede mover desde babor a estribor o de estribor a babor, de vuelta a sus posiciones originales, dando tres diferentes ángulos de escora a babor y tres a estribor: cada uno de los movimientos del clinómetro debe ser leído. De estos seis ángulos de escora se puede determinar la escora media para el cambio de cada uno de las pesas.
Cuando el clinómetro lee exactamente igual a cero, esto no significa necesariamente que el modelo está exactamente en posición vertical, pero entonces se necesita el cambio medio en la escora para el cambio de una pesa, no es necesario comenzar con el modelo exactamente en la posición vertical, siempre que el ángulo de escora máximo no supere los 2 o 3 °. Ángulos mayores de aproximadamente 2° son responsables de invalidar la relación lineal entre el momento y la tangente del ángulo de escora. La linealidad puede ser verificada durante el experimento representando el momento contra la tangente del ángulo de escora. Debería observarse que la lectura del clinómetro aumentará o disminuirá dependiendo de la dirección de la escora.
Esta prueba de estabilidad debe llevarse a cabo cada vez que el buque se carga en diferentes condiciones para determinar la posición del centro de gravedad KG. La posición de KG se puede calcular de la siguiente manera: -
Masa total del buque Δ kg
Peso de una pesa de inclinación w kg
Distancia recorrida por la pesa de inclinación d mm
Momento para el cambio de una pesa de inclinación Δ = w.d
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Cambio medio en la escora para una pesa de inclinación θ grados
GMT se puede calcular desde la ecuación GMT = wd / Δtanθ
A partir de los datos hidrostáticos en el Apéndice 1-Tabla II valores para el Calado T, se pueden obtener KB y BMT (correspondiente a la masa total del buque).
Por lo tanto, KMT se puede calcular a partir de la ecuación KMT = KB + BMT
Y KG puede calcularse a partir de la ecuación KG = KMT - GMT
NOTA: Cuando se prueba un modelo de barco con pesas de lastre de acero es probable que el centro de la gravedad sea anormalmente bajo en comparación con un buque de tamaño completo.
Debido a esto, la relación de KG/calado es típicamente 0,82 para el buque real, pero solamente 0,39 para el modelo cuando las pesas de lastre se colocan en las partes inferiores de los compartimentos. Esto se puede mejorar elevando la posición de las pesas, pero hay que tener cuidado para asegurarse de que las pesas no se puedan mover cuando se inclina el modelo. Se puede colocar una pesa a nivel de cubierta para elevar el centro de gravedad, si es necesario.
Para completar los cálculos de escora, debe tenerse en cuenta el efecto de la eliminación de las pesas.
La prueba de estabilidad se puede repetir con agua en la bandeja de superficies libres sobre la cubierta. El cambio medio en la escora para el movimiento de una pesa de lastre podría aumentar debido al movimiento del agua dentro de la bandeja.
La masa suspendida afecta a la escora sólo por unos pocos minutos cuando el barco está completamente cargado y, por lo tanto, su efecto se ve mejor en una condición más ligero. Con agua en la bandeja de superficie libre o con la masa suspendida en su posición, los estudiantes pueden observar el momento aumentado cuando una pesa de lastre se mueve y de ahí que se puedan evitar durante la enseñanza conceptos como "pérdida virtual en la estabilidad” o "elevación virtual del centro de gravedad", demostrando los fenómenos.
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APÉNDICE 1. TABLAS PARA EL BUQUE DE CARGA GENERAL NA8-13
Apéndice 1-1
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Apéndice 1-2
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Apéndice 1-3
12 SISTEMA DE ESTABILIDAD Traducido y adaptado por Antonio J Rivera
Apéndice 1-4
13 SISTEMA DE ESTABILIDAD Traducido y adaptado por Antonio J Rivera
Apéndice 1-5