2014 Hidrodinámica y propulsión en buques

HIDRODINÁMICA Y PROPULSIÓN EN BUQUES SILENCIOSOS
VICUS DESARROLLOS TECNOLÓGICOS S.L.
Adrián Sarasquete
Alfonso Jurado
- VIGO www.vicusdt.com
1
EMPRESA
SHIPBUILDING
SHIPPING
PROPELLERS
OFFSHORE
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2
MISIÓN
1.
Misión
2.
Referencias
3.
DP y
Seakeeping
4.
Resistencia y
propulsión
5.
Casco
6.
Hélice
7.
Timón
8.
Pruebas
3 - Timón y hélice
Posicionamiento dinámico:
- DP, Fuerzas y momentos, Propulsores
Comportamiento en la mar:
- Aceleraciones, RAO’s, Resistencia añadida en olas
Maniobrabilidad:
- Mapeado, Maniobras convencionales
Velocidades:
- Arrastre, Mapeado, Navegación silenciosa
- Ruta, Máxima
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3
REFERENCIAS Y ESTADO DEL ARTE
Nombre
Astillero
Autonomía
GT
LOA (m)
Lpp (m)
B (m)
T (m)
D (m)
Potencia principal (kW)
Tipo de propulsor
Línea de ejes
Diámetro hélice (mm)
rpm hélice
Nº palas
v max (kn)
Acomodación
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Ramón Margalef
M. Cíes Naval /
Astilleros Armón
10 días
988
46,95
43,84
10,50
4,20
2x900kW
FPP
Twin-screw
2300
230
5
13
23
Bipo Inapesca
Astilleros Armón
40 días
1774
58,65
51,00
13,00
5,20
2x1050kW
FPP
Single-screw
3200
190
5
13
20+trip
4
REFERENCIAS Y ESTADO DEL ARTE
Nombre
Astillero
Autonomía
GT
LOA (m)
Lpp (m)
B (m)
T (m)
D (m)
Potencia principal (kW)
Tipo de propulsor
Línea de ejes
Diámetro hélice (mm)
rpm hélice
Nº palas
v max (kn)
Acomodación
Sarmiento de Gamboa
CNP Freire
40 días, 11500millas
2754
70,50
62,00
15,50
4,60
7,90
2x1200kW
FPP
Single-screw
3200
180
5
15,00
42
Neil Armstrong
Dakota Creek Industries
40 días, 10000millas
2602
72,54
70,10
15,24
4,57
6,71
4x1044kW
CPP
Twin-screw
3
12,80
44
RRS James Cook
FSM Kvina Yard
51 días
5401
89,20
18,60
5,50
2x2500kW
FPP
Twin-screw
3600
5
15,00
54
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5
REFERENCIAS Y ESTADO DEL ARTE
Nombre
Astillero
Autonomía
GT
LOA (m)
Lpp (m)
B (m)
T (m)
D (m)
Potencia principal (kW)
Tipo de propulsor
Línea de ejes
Diámetro hélice (mm)
rpm hélice
Nº palas
v max (kn)
Acomodación
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Miguel Oliver
M. Cíes Naval
65 días
2490
70,00
63,00
14,40
5,00
8,50
2x1000kW
FPP
Single-screw
2850
178
5
15,00
45
G.O. Sars
FSM Kvina Yard
4067
77,50
68,40
16,40
6,20
9,10
2x3000kW
FPP
Single-screw
4200
170
5
17,50
45
Celtic Explorer
Damen Shipyard
35 días
2425
65,50
58,20
15,00
5,80
2x1500kW
Single-screw
16,00
35
6
REFERENCIAS Y ESTADO DEL ARTE
Nombre
Astillero
Autonomía
GT
LOA (m)
Lpp (m)
B (m)
T (m)
D (m)
Potencia principal (kW)
Tipo de propulsor
Línea de ejes
Diámetro hélice (mm)
rpm hélice
Nº palas
v max (kn)
Acomodación
Dr. Fridtjof Nansen
Astilleros Gondán
1444
74,10
66,10
17,40
5,40
8,60
2x1500kW
FPP
Single-screw
5
-
Simon Stevin
Damen Shipyard
5 días
458
36,30
32,10
9,40
3,50
4,10
2x520kW
FPP
Twin-screw
1650
12,00
20
RRS Discovery
CNP Freire
50 días
5952
99,70
88,80
18,00
6,60
7,40
2x2200kW
FPP
2 Acmutales
3600
5
12,00
52
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7
REFERENCIAS Y ESTADO DEL ARTE
R/V NEIL ARMSTRONG
R/V PLANET
R/V KILO MOANA
R/V SKAGERAK 2015
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8
REFERENCIAS Y ESTADO DEL ARTE
Buques Oceanográficos: L/B frente a LBT
6,00
Análisis de dimensiones en
buques de base de datos
5,00
L/B
4,00
3,00
2,00
Buques Oceanográficos: B/T frente a LBT
1,00
4,00
0,00
3,50
0
2000
4000
6000
3,00
8000
10000
12000
14000
16000
LBT (m3)
2,00
1,50
1,00
Buques Oceanográficos: L/T frente a LBT
0,50
20,00
0,00
0
2000
4000
6000
8000
LBT (m3)
10000
12000
14000
16000
16,00
12,00
L/T
B/T
2,50
8,00
4,00
0,00
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
LBT (m3)
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9
REFERENCIAS Y ESTADO DEL ARTE
Análisis de propulsión en
buques de base de datos
Tipo de sistema de sistema en propulsión
en buques de base de datos
Configuración de propulsores en
buques de base de datos
5%
12%
%Diésel-Elect
%Convencional
% Single-screw
% Twin-screw
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
95%
Tipo de hélice en buques
de base de datos
14%
y = 57,787x - 798,75
% CPP
% FPP
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
86%
120
L (m)
Densidad de potencia de buques de base de datos
750
600
kW/m2
P (kW)
Buques Oceanográficos: Potencia principal instalada frente a
Eslora
53%
35%
% Azimutales
450
300
150
0
4
5
7
8
9
10
15
16
19
22
ID DE BUQUE
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10
LÍNEAS DE EJES
1.
Misión
2.
Referencias
3.
Configuración
4.
DP y
Seakeeping
5.
Resistencia y
propulsión
6.
Casco
7.
Hélice
8.
Timón
9.
Pruebas
1 ó 2 LÍNEAS DE EJES:
- IMPACTO EN LA DISPOSICIÓN DE CÁMARA DE
MÁQUINAS
- COSTE
- MANIOBRABILIDAD
- RENDIMIENTO
- RUIDO
3 - Timón y hélice
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11
PASO FIJO O CONTROLABLE?
1.
Misión
2.
Referencias
3.
Configuración
4.
DP y
Seakeeping
5.
Resistencia y
propulsión
6.
Casco
7.
Hélice
8.
Timón
9.
Pruebas
-
VENTAJAS E INCONVENIENTES
DIFERENCIAS DE COSTE
DIFERENCIAS EN EL DISEÑO DE LA PALA
OPCIONES DE CONTROL Y MANDO COMBINADO
3 - Timón y hélice
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12
DP Y RESISTENCIA AERODINÁMICA
1.
Misión
2.
Referencias
3.
Configuración
4.
DP y
Seakeeping
5.
Resistencia y
propulsión
6.
Casco
7.
Hélice
8.
Timón
9.
Pruebas
-
DP CAPABILITY PLOT
MAPEADO
FUERZAS Y POTENCIAS EN DP
AERODINÁMICA
3 - Timón y hélice
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13
SEAKEEPING Y RESISTENCIA AÑADIDA
1.
Misión
2.
Referencias
3.
Configuración
4.
DP y
Seakeeping
5.
Resistencia y
propulsión
6.
Casco
7.
Hélice
8.
Timón
9.
Pruebas
-
ACELERACIONES
RAO’s
3 - Timón y hélice
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14
RESISTENCIA Y PROPULSIÓN
1.
Misión
2.
Referencias
3.
Configuración
4.
DP y
Seakeeping
5.
Resistencia y
propulsión
6.
Casco
7.
Hélice
8.
Timón
9.
Pruebas
-
Resistencia y propulsión
3 - Timón y hélice
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15
DISEÑO DE PROA
1.
Misión
2.
Referencias
3.
Configuración
4.
DP y
Seakeeping
5.
Resistencia y
propulsión
6.
Casco
7.
Hélice
8.
Timón
9.
Pruebas
-
BULBO O PROA RECTA
RELACIÓN CON EL PERFIL OPERACIONAL
3 - Timón y hélice
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16
APÉNDICES
1.
Misión
2.
Referencias
3.
Configuración
4.
DP y
Seakeeping
5.
Resistencia y
propulsión
6.
Casco
7.
Hélice
8.
Timón
9.
Pruebas
-
LÍNEAS DE CORRIENTE
TURBULENCIA Y EFECTO EN LA RESISTENCIA
CUCHARAS DE HÉLICES DE MANIOBRA
ALINEACIÓN DE QUILLAS DE BALANCE
DOMOS PROYECTORES
BARQUILLAS TIMÓN
3 - Timón y hélice
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17
GÓNDOLA
1.
Misión
2.
Referencias
3.
Configuración
4.
DP y
Seakeeping
5.
Resistencia y
propulsión
6.
Casco
7.
Hélice
8.
Timón
9.
Pruebas
-
GÓNDOLA
EFECTO DE LAS BURBUJAS PROCEDENTES DE LA
SUPERFICIE, CONOCIDO COMO “BUBBLE SWEEP
DOWN”
3 - Timón y hélice
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18
GÓNDOLA
1.
Misión
2.
Referencias
3.
Configuración
4.
DP y
Seakeeping
5.
Resistencia y
propulsión
6.
Casco
7.
Hélice
8.
Timón
9.
Pruebas
-
DIFERENTES DISEÑOS DE GÓNDOLAS
3 - Timón y hélice
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19
POPA
1.
Misión
2.
Referencias
3.
Configuración
4.
DP y
Seakeeping
5.
Resistencia y
propulsión
6.
Casco
7.
Hélice
8.
Timón
9.
Pruebas
-
POPA: DISEÑO DE POPA EN FUNCIÓN DEL TAMAÑO
DEL BUQUE Y LA CONFIGURACIÓN DE LA
PROPULSIÓN.
3 - Timón y hélice
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20
ESTELA
1.
Misión
2.
Referencias
3.
Configuración
4.
DP y
Seakeeping
5.
Resistencia y
propulsión
6.
Casco
7.
Hélice
8.
Timón
9.
Pruebas
-
DIFERENCIAS ENTRE LA ESTELA DE UNA O DOS
LÍNEAS DE EJES.
3 - Timón y hélice
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21
ESTELA
1.
Misión
2.
Referencias
3.
Configuración
4.
DP y
Seakeeping
5.
Resistencia y
propulsión
6.
Casco
7.
Hélice
8.
Timón
9.
Pruebas
3 - Timón y hélice
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22
ESTELA
1.
Misión
2.
Referencias
3.
Configuración
4.
DP y
Seakeeping
5.
Resistencia y
propulsión
6.
Casco
7.
Hélice
8.
Timón
9.
Pruebas
3 - Timón y hélice
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23
ESTELA
1.
Misión
2.
Referencias
3.
Configuración
4.
DP y
Seakeeping
5.
Resistencia y
propulsión
6.
Casco
7.
Hélice
8.
Timón
9.
Pruebas
3 - Timón y hélice
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24
ESTELA
1.
Misión
2.
Referencias
EFECTO SOBRE EL RENDIMIENTO Y FUNCIONAMIENTO
DE LA HÉLICE EN CAVITACIÓN.
Configuración DP y
Seakeeping
-
Rotación del flujo
Picos
Gradientes
Sombra ejes y arbotantes
Efectiva KT/J2
5.
Resistencia y
propulsión
J=Va/nD ; Va Vs x (1-w)
6.
Casco
7.
Hélice
8.
Timón
9.
Pruebas
3.
4.
-
3 - Timón y hélice
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25
COEFICIENTE DE SUCCIÓN
1.
Misión
2.
Referencias
3.
Configuración
4.
DP y
Seakeeping
5.
Resistencia y
propulsión
6.
Casco
7.
Hélice
8.
Timón
9.
Pruebas
-
Coeficiente de succión
3 - Timón y hélice
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26
HÉLICE
1.
Misión
2.
Referencias
3.
Configuración
4.
DP y
Seakeeping
5.
Resistencia y
propulsión
6.
Casco
7.
Hélice
8.
Timón
9.
Pruebas
-
DIÁMETRO
PASO (distribución)
RPM (Vtip)
RELACIÓN DE ÁREAS
TIPOS DE PERFILES (no convencional)
CAMBER (no convencional)
CUERDAS (distribución adaptada)
3 - Timón y hélice
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27
HÉLICE
1.
Misión
2.
Referencias
3.
Configuración
4.
DP y
Seakeeping
5.
Resistencia y
propulsión
6.
Casco
7.
Hélice
8.
Timón
9.
Pruebas
-
CAVITACIÓN
LÁMINA
CARA DE PRESIÓN
VÓRTICE DE PUNTA DE PALA
PULSOS DE PRESIÓN
3 - Timón y hélice
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28
COMPARATIVA DE RENDIMIENTOS
Misión
2.
Referencias
3.
Configuración
4.
DP y
Seakeeping
5.
Resistencia y
propulsión
6.
Casco
7.
Hélice
8.
Timón
9.
Pruebas
3 - Timón y hélice
Buque: L∙B∙T=5000 m3
Buque Oceanográfico
L
[m]
B
[m]
T
[m]
Tipo
D
[m]
1 Prop
72
15
4,6
FPP
2,5
2 Prop
72
15
4,6
FPP
3,5
Vs
N
w
t
Kt
J
[kn]
[rpm]
[-]
[-]
[-]
[-]
14
132,9
0,18
0,18
0,2065
0,7619
14
1,76E+02
0,10
0,10
0,2042
0,8824
Kt/J2
Vtip
[-]
[-]
0,3557
24,40
0,2622
23,10
OPC
PB
[-]
[kW]
0,6437
1423
0,6744
1358
Vs
N
w
t
Kt
J
[kn]
[rpm]
[-]
[-]
[-]
[-]
11
98
0,18
0,18
0,1813
0,8119
11
130,6
0,10
0,10
0,1777
0,9362
Kt/J2
Vtip
[-]
[-]
0,2751
18,00
0,2028
17,10
OPC
PB
[-]
[kW]
0,6680
514
0,6951
494
OPC frente a velocidad
0,7
0,68
OPC
1.
0,66
0,64
0,62
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
v (kn)
1 Prop
2 Prop
El OPC mejora un 5% de 2prop respecto a 1prop
El OPC mejora un 4% de 2prop respecto a 1prop
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29
TIMÓN
1.
Misión
2.
Referencias
3.
Configuración
4.
DP y
Seakeeping
5.
Resistencia y
propulsión
6.
Casco
7.
Hélice
8.
Timón
9.
Pruebas
-
Diseño
Fuerzas laterales
Convencional, flap o twisted
3 - Timón y hélice
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30
CONTACTO
Vicus Desarrollos Tecnológicos S.L.
Avenida de Beiramar 77-1º
36202 – VIGO – SPAIN
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[email protected]
T: +34 886113547
Adrián Sarasquete
T: +34 629384214
[email protected]
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31