Tesis Electrónicas UACh - Universidad Austral de Chile

Universidad Austral de Chile
Facultad de Ciencias de la Ingeniería
Escuela de Ingeniería Naval
ANTEPROYECTO DE PILOT
TIPO A EN ALUMINIO
Tesis para optar al título de:
Ingeniero Naval
Mención: Arquitectura Naval
Transporte Marítimo
Profesor Patrocinante:
Sr. Richard Luco Salman.
Ingeniero en Construcción Naval,
Licenciado en Ingeniería Naval
Doctor en Ingeniería Naval
LUIS ANDRES CASTRO ALVAREZ
VALDIVIA – CHILE
2015
AGRADECIMIENTOS
En esta etapa de mi vida quiero agradecer infinitamente a mis familiares y amigos,
por su incondicional apoyo, por esos buenos y malos momentos
en que siempre me acompañaron, a las personas que
estuvieron a mi lado apoyándome, divirtiéndose conmigo o simplemente escuchándome.
Ahora que me encuentro terminando mi etapa universidad que
recordare con cariño, por tantas experiencias vividas quiero
agradecer a dios por darme la posibilidad de estudiar y obtener este logro.
En especial quiero agradecer a mis padres Ana y Luis, los cuales siempre estuvieron
a mi lado a pesar de la distancia siempre sentí su cariño, su apoyo su preocupación
este logro es tanto mío como de ellos, ya que sin su ayuda hoy no estaría aquí.
INDICE
RESUMEN…………………………………………………………………………………1
INTRODUCCION………………………………………………………………………….2
CAPITULO I: PERFIL DE MISION……………………………...……………………...3
1.1 Finalidad de la nave……………..…………………..…………………….....3
1.2 Zona de operación……………………..………….….…………..……….....3
1.3 Características técnicas……………………………….……………….…....4
1.3.1 Tripulación…………………………………………………….......4
1.3.2 Capacidad de pasajeros…………………………………………5
1.3.3 Velocidad de operación…………………………………….……5
1.3.4 Autonomía necesaria………...……………………………..……5
1.4 Reglamentación……..……………………………………………………….5
CAPITULO II: DETERMINACION PRELIMINAR DE LAS DIMENSIONES……..10
2.1 Base de datos………………………………………………………..……..10
2.2 Diseño de las dimensiones principales del casco………………………13
2.3 Resumen de dimensionamiento previo………………………………….14
CAPITULO III: DISEÑO DE CASCO………………………………………….……..15
3.1 Elección de las formas del casco………………………………………..15
3.2 Características hidrostáticas…………………………………….………..18
3.2.1 Curvas hidrostáticas…………………………………………..…18
3.2.2 Curvas cruzadas…………………………………….……………21
CAPITULO IV: DISTRIBUCIÓN DE ESPACIOS Y ACOMODACIONES…….….24
4.1 Distribución de mamparos…………………………………………………24
4.1.1 Mamparo de colisión………………………………………….....24
4.1.2 mamparo Rasel de popa………………………………….…….24
4.1.3 Mamparo sala de máquinas proa………………………………25
4.2 Distribución de espacios…………………………………………..………25
4.2.1 Sala de máquinas………………………………………………..25
4.2.2 Habitabilidad……………………………………………...………25
4.2.2.1 Cocina-Comedor……………………………….…….. 25
4.2.2.2 Baño…………………………………………………….25
4.2.3 Superestructura………………………………………………….26
4.2.4 Caja de cadenas………………………………..……………….26
4.3 Distribución de estanques………………………………..………………26
4.3.1 Estanques de combustible…………………………….……….26
4.3.2 Estanque de agua dulce………………………………………..27
4.3.3 Estanque de aceite lubricantes…………………….………….27
CAPITULO V: CÁLCULO DE ARQUEO……………………………….………….29
5.1 Reglamentación…………………………………………………..………29
5.2 Estimación del Arqueo………………………………………….……….30
5.2.1 Arqueo Bruto……………………………………………………31
5.2.2 Arqueo Neto…………………………………………….………31
CAPITULO VI: RESISTENCIA AL AVANCE Y POTENCIA PROPULSIVA…..32
6.1 Cálculo de potencia efectiva 𝑃𝐸 …………………………………….…..32
6.2 Cálculo de resistencia y 𝑃𝐸 utilizado savitsky pre-planeo …...………32
6.3 Datos estimados a través de métodos teóricos empíricos …....….....33
6.4 Memoria de cálculo………………………………………….….…………35
6.5 Gráficos de resistencia y potencia efectiva…………,…………………37
6.6 Cálculo de potencia efectiva según método J. Köelbel…….…...……38
CAPITULO VII: LINEA DE PROPULSIÓN………………………………..………40
7.1 Maquinaria a utilizar……………………………………………..………40
7.2 Elección y características del motor principal…………………..……40
7.2.1 Caja reductora…………………………………………………41
7.3 Cálculo de la Hélice…………………………………………….………41
7.4 Método 4 para el cálculo de la hélice ……………………………..…42
7.5 Características de la hélice ……………………………………………44
7.6 Rendimientos de la embarcación ……………………………….……44
7.7 Calculo de cavitación…………………………………………...………45
CAPITULO VIII: MANIOBRABILIDAD……………………………..……………46
8.1 Área de timón…………………………………………………..….………46
8.2 Dimensiones del timón………………………………………..…….……46
8.2.1 Relación de aspecto……………………………………………46
8.2.2 Envergadura……………………………………………….……47
8.2.3 Cuerda………………………………………………...…………47
8.3 Estimación ángulo de STALL……………………………………………47
8.4 Velocidad de flujo en el timón, según Taplin……………………..……48
8.5 Estimación de CL, CD y CPC……………………………………….…..48
8.6 Cálculos de fuerza del timón ……………………………………………49
8.7 Momentos flectores y fuerzas de corte en el timón………………..….50
8.8 Momento de torsión en el timón…………………………………...……50
8.9 Resumen…………………………………………………………..………51
8.9.1 Sistema de accionamiento……………………………...……52
8.10 Escantillonado del timón……………………………………………….54
8.10.1 Diámetro del eje del timón…………………………………..54
8.10.2 Pernos de acoplamiento………………………………..…...54
8.10.3 Flange de acoplamiento………………………………….....54
8.10.4 Brazos del timón…………………………………….……….55
8.10.5 Espesor de timón………………………………......….…….55
8.11 Maniobrabilidad de la embarcación……………………….…….….55
8.11.1 Método de Shiba……………………………………..…...…56
CAPITULO IX: ANTEPROYECTO ESTRUCTURAL……………………..….59
9.1.1 Características de la Embarcación……………………….………….59
9.1.2 Definiciones del Escantillonado…………………………………...…59
9.1.3 Simbología…………………………………………….…...……..….…60
9.1.4 Tipo de material de construcción………..…….…………….....…...61
9.2 Cálculo de presiones y aceleraciones actuales sobre la estructura..61
9.2.1 Aceleración Vertical……………….…………………………………...61
9.2.2 Presión Hidrostática…………………………………….…..….62
9.2.3 Presión Hidrodinámica…………………………….……….….62
9.2.4 Presión por pitch…………………………………….…………63
9.2.5 Presión por Impacto………………………………………...…64
9.3 Cálculo de presiones de diseño…………………………………..…....64
9.4 Cálculo de Escantillonado………………………………………….……65
9.5 Resumen de Escantillonado ………………………….........................67
9.6 Cálculo de Modulo de Sección por Reglamento ABS......................70
CAPITULO X: SISTEMAS AUXILIARES……………..………………………...…72
10.1 Sistema de achique e incendio…………………………………..……72
10.2 Sistema de achique……………………………………….……………72
10.2.1 Tamaño de tuberías………………………………….………72
10.2.2 Diámetro de los ramales…………………………….……....73
10.2.3 Bomba…………………………………………………………73
10.2.4 Altura manométrica…………………………………….…….74
10.3 Circuito contra incendio………………………………………….……. 77
10.4 Sistema de combustible…………………….………………….…...…..77
10.5 Sistema de agua dulce y sanitario………….…………………...…….78
10.6 Sistema eléctrico y alumbrado…………….…………………….…….78
10.7 Sistema de timón y gobierno……………….………………….………78
10.8 Sistema de amarre y fondeo……………….………………….……….78
10.8.1 Número de equipo……………………………………………79
CAPITULO XI: CÁLCULOS DE PESOS Y CENTRO DE GRAVEDAD…….…80
11.1 Desplazamiento liviano…………………………………………….…..81
11.1.1 peso y centro de gravedad del casco………………….…...81
11.1.2
Peso y centro de gravedad de sala de máquinas…..….83
11.1.3
Peso y centro de gravedad de acomodaciones……......84
11.1.4
Peso y centro de gravedad de los cargos…………..…..85
11.1.5
Peso y centro de la embarcación………………………...85
11.2 Cálculo del peso muerto Dw…………………………………………...86
11.2.1 Peso del combustible…………………………………………86
11.2.2 Peso del lubricante……………………………………………87
11.2.3 Peso del agua potable……………………………………..…87
11.2.4 Peso de las provisiones………………………………………87
11.2.5 Peso de la tripulación…………………………………………88
11.2.6 Peso de los pasajeros……………………………………..…88
11.3 Resumen de pesos y centros de gravedad………………….………89
CAPITULO XII: ANALISIS DE ESTABILIDAD PRELIMINAR…………….……90
12.1 Condiciones de Carga………………………………………….………90
12.1.1 Condición de carga Nº1……………………………...………91
12.1.2 Condición de carga Nº2……………………………...………93
12.1.3 Condición de carga Nº3……………………………….…..…96
12.1.4 Condición de carga Nº4………………………………..….…99
CAPITULO XIII: ESTIMACIÓN DE COSTOS………………………………..….103
13.1 Determinación de costos estructural….……………………….....….103
13.2 Determinación de costos de la sala de máquinas…………….……103
13.3 Determinación de costos de los sistemas auxiliares………...…….104
13.4 Determinación de costos de elementos de navegación y
Comunicación………….......……………………………………….....…105
13.5 Determinación de costos de la habitabilidad………...………………107
13.6 Determinación de costos de elementos de seguridad……..…...….108
13.7 Determinación de costos mano de obra……………………..…...….109
13.8 Costo total de la embarcación………………………………..….....…110
CONCLUSIONES…………………………………………………………….…….111
ANEXOS……………………………………………………………………….……112
BIBLIOGRAFIA…………………………….………………………………………121
RESUMEN
La tesis presentada a continuación, tiene por objeto desarrollar el anteproyecto de una
embarcación para el transporte de prácticos, en el cual se aplicaran todos los
conocimientos adquiridos en el transcurso de estudio de la Ingeniería Naval en la
universidad.
Basado en la reglamentación vigente de la autoridad marítima, reglamentos de
clasificación y requerimientos del Armador se diseñara y proyectara las formas, la
estructura, la propulsión y la estabilidad. Para tener como resultado una embarcación
eficiente y segura que cumpla a cabalidad su perfil de misión de mejor manera posible.
Se realizara un estudio completo de todos los aspectos que involucran un proyecto naval,
esto se desarrollara como una espiral de trabajo iniciando con el diseño de formas hasta
el análisis de los costos involucrados en el proyecto.
Por último, se agregaran todos los planos requeridos como mínimo, por la DIRECTEMAR.
ABSTRACT
The thesis presented below, aims to develop the draft of a vessel to transport pilots, in
which all the knowledge acquired through studies in Naval Engineering at the University
will be applied.
Based on the current regulations of the maritime authority, classification regulations and
requirements of the shipowner, I’ll design and project forms, structure, propulsion and
stability to have as a result an efficient and safe ship that can fulfill its mission profile in
the best way possible.
A complete and deep research will be made about of all aspects that involvedeveloping a
naval project. It will developed as a spiral work starting with forms of design including the
costs of the project.
Finally, all plans required as a minimum by DIRECTEMAR will be added.
1
INTRODUCCIÓN
Huasco juega un papel muy importante en el desarrollo industrial de la región de
Atacama, la fábrica de pellets de hierro cerca de Huasco y la termoeléctrica "Guacolda".
Por ende tiene un gran flujo de embarcaciones Mercantes en su puerto ya sea para la
carga de pellets de hierro o descarga de carbón mineral. Para que estos buques
mercantes puedan atracar en el muelle, según normas chilenas tiene que ser por medio
de asesoría de un practico o de dos prácticos si el buque posee una eslora mayor de
200 metros de eslora.
Teniendo en cuenta las necesidades
del puerto de Huasco se realizará un
anteproyecto en el cual se presentará el diseño de una embarcación monocasco
fabricada en aluminio, con la finalidad de transferencia de prácticos desde los muelles
habilitados de Huasco hasta la zona de transferencia de prácticos que se encuentra
ubicada al NE a 7 cables del faro península Guacolda.
Esta embarcación es una "embarcación especial" por lo tanto debe cumplir con los
reglamentos de construcción, estabilidad, seguridad, etc. que exige la D.G.T.M y M.M.
que fijan las características generales mínimas que deben cumplir las embarcaciones que
se destinan a la transferencia de práctico.
Este anteproyecto se realizara mediante recomendaciones de diferentes Casas de
Clasificación como Lloyd´s Register (LR), American Bureau of Shipping (ABS), Det
Norske Veritas (DNV).
2
CAPITULO I
PERFIL DE MISIÓN
1.1 FINALIDAD DE LA NAVE
La embarcación será diseñada para cumplir la función de transferencia de
prácticos desde el lugar de embarco en el puerto de Huasco que se ubica en la tercera
región de Atacama, en la ciudad de Huasco, hasta la estación de transferencia de
práctico, esta zona de transferencia de practico esta indicada en la carta SHOA N° 3211.
1.2 ZONA DE OPERACIÓN
Desde el muelle de Huasco, a la “zona de transferencia de prácticos” que
se encuentra al NE, a 7 cables del faro Península Guacolda. Esta zona de transferencia
de prácticos está indicada en la carta SHOA N° 3211 y está limitada por las siguientes
coordenadas:
a) Lat. 28° 27’ 16’’ S Long. 71° 14’ 36’’ W
b) Lat. 28° 27’ 29’’ S Long. 71° 14’ 36’’ W
c) Lat. 28° 27’ 29’’ S Long. 71° 15’ 00’’ W
d) Lat. 28° 27’ 16’’ S Long. 71° 15’ 00’’ W
3
Figura N°1
Puerto de Huasco
Fuente: Carta SHOA 3211
1.3 CARACTERISTICAS TÉCNICAS
Para el desarrollo de este anteproyecto es necesario establecer los
requerimientos básicos que debe poseer y cumplir nuestra embarcación, respecto a su
carga, velocidad y autonomía.
El Armador solicita una embarcación rápida de semi-planeo que posea gran
maniobrabilidad, con el confort y seguridad necesarios para el transporte de los prácticos.
Esta embarcación se construirá con aluminio naval y para todos sus cálculos
estructurales, se hará uso de los requerimientos de las casas clasificadoras como Lloyd´s
Register (LR) [1], American Bureau of Shipping (ABS) [2] y Det Norske Veritas (DNV) [3].
1.3.1 Tripulación
Según la directiva la dotación para este tipo de embarcación, es un patrón y dos
marineros de cubierta.
1.3.2 Capacidad de pasajeros
4
Esta embarcación tendrá acomodaciones para transportar a 8 pasajeros
cómodamente sentados.
1.3.3 Velocidad de operación
La velocidad operación de esta embarcación será de 15 nudos en Estado de Mar
2, con desplazamiento máximo (full combustible, full agua y full pasajeros) y con régimen
de funcionamiento continuo de sus motores.
1.3.4 Autonomía necesaria
La embarcación está destinada a navegaciones cortas y dentro de los límites del
puerto, por ende tendrá una autonomía de 12 horas a velocidad crucero.
1.4 REGLAMENTACIÓN
La reglamentación a utilizar será la CIRCULAR DE LA DIRECCION GENERAL
DEL TERRITORIO MARITIMO Y DE MARINA MERCANTE, ORDINARIO N° 0-80/022.
Que fija características generales mínimas de construcción y equipamiento de seguridad,
que deben cumplir las embarcaciones que se destinan a la transferencia de prácticos.[5]
PARA EMBARCACIONES QUE TRANSFIEREN PRACTICOS DE PUERTO
a.- CASCO:
1) Casco de acero naval, aluminio o fibra de vidrio.
2) Quillas laterales antirrolido u otros sistemas similares que presenten características de
construcción tales que permitan disminuir los balances transversales a baja velocidad.
3) Estación de rescate: deberán contar con un sistema que permita recuperar de manera
efectiva y segura, a personas desde el agua, tales como escalas laterales o plataforma
rebatible por popa.
4) Sistema protector de hélice y timón contra espías y elementos flotantes entre aguas.
5
5) Defensas tipo verduguete, barbas o toroidales que brinden seguridad a la nave y
faciliten la maniobra de transferencia.
b.- CUBIERTA:
1) Corrida, con antideslizante, (requerimiento mínimo, pintura con polvo de cuarzo para
alto tráfico).
2) Barandas centrales o pasamanos de 1,0 metro de altura (medida desde la cubierta
hasta el borde superior del pasamano), 1,5” de diámetro y a todo el largo de la
superestructura. No se permiten barandas en la borda en el área de transferencia.
3) El área de tránsito del práctico sobre cubierta, entendiéndose esta zona como el área
entre el acceso a la Superestructura y la zona de transferencia, deberá estar libre de
obstáculos tales como bitas, cáncamos, etc., y con un pasillo de 80 centímetros de ancho
como mínimo. La(s) zona(s) de transferencia deben ser en todo momento visible para el
patrón desde su puesto de gobierno para maniobrar con seguridad y teniendo siempre a
la vista al práctico. Una de estas zonas de transferencia, deberá estar a proa de la
posición del patrón, pudiendo existir otras hacia popa, siempre y cuando se cumpla el
concepto de tener a la vista al práctico en todo momento.
4) Sistema de línea de seguridad alrededor del caserío y barandas de sujeción por ambas
bandas, que permita a la dotación de la embarcación trabajar y desplazarse en cubierta
con arnés de seguridad.
c.- FRANCO BORDO:
Ref.: DNV.(1983) [3].
F = 0,2XB (m).
F = Francobordo en metros.
B = Manga en metros.
d.- ESTABILIDAD:
1) Si la embarcación tiene eslora igual o mayor de 12 metros se aplica criterio del Código
de estabilidad sin avería para todos los tipos de buques regidos por los instrumentos de
la OMI. [6]
6
e.- COMPORTAMIENTO EN EL MAR:
1) Capacidad para transferir prácticos con Estado de Mar hasta 5, de acuerdo con
Escala Beaufort. (Olas de 1,25 a 2,5 metros).
2) Con 25° de escora no debe sobresalir nada fuera de la vertical que pasa por el
costado.
f.- ESTANQUEIDAD Y RESERVA DE BOYANTEZ:
Con a lo menos tres compartimentos estancos y debe poder flotar con 2
departamentos inundados.
g.- SISTEMA DE PROPULSIÓN:
1) Dos motores propulsores de una potencia que les permita, operar en conjunto y
simultáneamente, cumpliendo con el andar mínimo exigido en cláusula 8.
2) Dos ejes y dos timones con sistema de gobierno electro hidráulico.
3) Dos hélices.
4) Descarga gases de motores hacia popa protegidas con rejilla antiflama o
sistema de descargas húmedas.
h.- ANDAR:
15 nudos y con un mínimo 12 nudos en Estado de Mar 2, con desplazamiento
máximo (full combustible, full agua y full pasajeros) y con régimen de funcionamiento
continuo de sus motores.
i.- PUENTE DE MANDO:
1) Buena visibilidad en todo su contorno. (360° horizontal y 90° en elevación).
2) Debe ir equipada con vista clara hacia proa, o algún sistema mecánico de patente de
similar característica, que permita visibilidad permanente.
3) Desempañadores de vidrios en todas las ventanas.
4) Disposición de comandos e instrumentos para la ayuda a la navegación que permita
maniobrar con seguridad y mantener en visual en todo momento la zona de transferencia
de práctico.
7
j.- EQUIPAMIENTO:
1) Radar “banda X” con capacidad de detección de 6 millas náuticas a un buque de 1.600
AB. 2) Sistema de identificación de nave AIS.
k.- EQUIPOS DE COMUNICACIONES:
1) 2 VHF Marino de tipo aprobado con antena instalada de tal forma que no pueda
golpearse contra el buque en las maniobras de transferencia de prácticos de puerto.
2) Si opera fuera del alcance de estaciones costeras en VHF, debe instalar un MF/HF,
alimentado a baterías de uso exclusivo, con capacidad para alimentar los equipos de
comunicaciones y luz de emergencia en puestos de control, durante 6 horas. Si la
capacidad de la batería lo permite, también podrán conectarse a ella los equipos de
radioayuda a la navegación.
3) En todo caso, cumplirá con lo establecido en el Reglamento General de
Radiocomunicaciones del Servicio Móvil Marítimo vigente, de acuerdo a su arqueo bruto.
4) Equipo comunicación abierta puente – cubierta.
l.- ILUMINACIÓN:
1) Indirecta para toda la cubierta y al interior del puente de mando, con dimmer.
2) Focos dirigibles para alumbrar calados, e iluminar escala de prácticos, controlados
desde el puente de gobierno.
3) Luces identificatorias de lancha de prácticos de acuerdo al Reglamento Internacional
para Prevenir los Abordajes (Regla 29).
m.- EQUIPOS DE SEGURIDAD:
1) Las lanchas menores de 12 mts. de eslora, deberán contar con salvavidas circulares
con rabiza flotante y a lo menos uno de ellos con sistema de luminosidad automático.
2) Balsas salvavidas para la totalidad de personas autorizadas a transportar y con su
equipamiento reglamentario.
8
3) Traje anti-exposición, para toda la dotación, en zonas frías, (L 41° 46’S “Pta.
Guapacho”, al Sur).
n.- ACOMODACION:
1) Fuera de los espacios que el armador tenga reservado para la tripulación, debe
considerar aquel para transportar como mínimo 2 prácticos sentados.
2) Los espacios destinados para prácticos, deben estar razonablemente protegidos de
variaciones térmicas y sonoras, contar con un sistema de ventilación y además disponer
de un baño con lavamanos que pueda ser compartido con la tripulación.
9
CAPITULO II
DETERMINACION PRELIMINAR DE LAS DIMENSIONES
2.1 BASE DE DATOS
Recordar que se desarrollara una embarcación que transfiere prácticos de puerto.
Esta embarcación será construida con aluminio naval.
Para el desarrollo del proyecto, se creó una base de datos con pilot ya construidos
(buques base) en distintos Astilleros. Esta base de datos se pudo obtener por búsqueda
en sitios web.
Con esta base de datos se realizarán regresiones lineales, para obtener diferentes
ecuaciones que entregaran la manga, calado, puntal, desplazamiento y velocidad en
función de la eslora deseada.
La base de datos tiene un total de 16 embarcaciones de los cuales nos
proporcionaron de las diferentes dimensiones como la eslora, manga, puntal, calado,
potencia, velocidad y desplazamiento.
Eslora Manga Puntal
(m)
(m)
(m)
Nombre
Calado Potencia
(m)
(hp)
Velocidad Desplazamiento
(kn)
(ton)
seaward 29 8,96
3,04
-
0,86
480
24
7,5
seaward 35 10,85
3,43
-
1,17
600
28
10
Randell
B
11,78
3,91
-
1,37
776
20
-
Aluminium
15
4,3
1,8
0,75
740
25
9
m14
boat
14
4,2
1,6
0,65
740
25
10
13,1
3,96
-
0,74
1000
35
10
los angeles 15,85
4,88
-
1,42
1060
36
21,3
St. John's
16,1
5,1
-
1,42
1400
28
23,1
stls 1109
12,6
3,3
1,73
0,68
700
26
9,66
P
pilot
Resilient
10
Twin Screw
14
PB
4,04
-
0,7
638
21
10
MSPF 742
15,2
3,73
-
0,91
500
16
6,8
MVS 1068
13,9
4,3
-
1,5
640
19
16,2
CAT10
14,3
4,14
-
1,5
760
21,5
15
12
m
12,8
Aluminum
3,9
-
0,7
630
24
-
New 15m P
15
B
4,4
2,33
1,35
900
30
-
Nelson
Halmatic
3,96
-
1,5
700
20
-
13,4
Tabla N°1
Embarcaciones base
Fuente: www.workboatsinternational.com
Basándose en esta base de datos, se realizó distintos tipo de relaciones, como
eslora-manga (L/B), eslora-calado (L/T), eslora-potencia (L/P) y eslora-desplazamiento
(L/Δ). Con estos datos y utilizando las herramienta de Microsoft Excel se obtuvo las
gráficas de las relaciones con sus respectivas ecuaciones.
Gráfico N° 1
Relación Eslora-Manga
Fuente: Elaboración Propia
11
Gráfico N° 2
Relación Eslora-Calado
Fuente: Elaboración Propia
Gráfico N° 3
Relación Eslora-Potencia
Fuente: Elaboración Propia
12
Gráfico N° 4
Relación Eslora-Desplazamiento
Fuente: Elaboración Propia
2.2 DISEÑO DE LAS DIMENSIONES PRINCIPALES DEL CASCO
La eslora de la embarcación quedo estipulada en 13 metros, por lo tanto a partir
de esta medida de eslora se podrán obtener de manera preliminar las demás
dimensiones:
Manga:
B = 0,2375*L+0,8186
B = 0,2375*13+0,8186
B = 3,9061 (m)
Calado:
T = 0,0451*L+0,4656
T = 0,0451*13+0,4656
T = 1,05 (m)
Puntal:
Franco Bordo = 0,2*B (m)
F B = 0,782 (m)
D=FB+T
D = 1,832 (m)
13
Potencia:
P = 69,922*L-181,12
P = 69,922*13-181,12
P = 727,86 (hp)
Δ = 1,4325*L-7,1813
Desplazamiento:
Δ = 1,4325*13-7,1813
Δ = 11,44 (ton)
2.3 RESUMEN DE DIMENSIONAMIENTO PREVIO
A continuación se presenta un cuadro de resumen de los cálculos previos de la
embarcación, tener en cuenta que estos valores no serán precisamente los definitivos,
solo corresponde a dimensiones preliminares. Las cuales podrán variar con los cálculos
posteriores en los siguientes capítulos de este anteproyecto.
Características del Pilot
Simbología
Valor
Unidades
Eslora
L
13
m
Manga
B
3,91
m
Calado
T
1,05
m
Puntal
D
1,832
m
Velocidad
V
15
kn
Potencia
P
727,86
hp
Desplazamiento
Δ
11,44
ton
Tabla N° 2
Dimensiones Preliminares
Fuente: Elaboración Propia
14
CAPITULO III
DISEÑO DE CASCO
3.1 ELECCION DE LAS FORMAS DEL CASCO
A partir de las dimensiones preliminares ya calculadas en el capítulo anterior
estamos en condiciones de obtener más datos y características realizando el modelado
de nuestra embarcación mediante el software Maxsurf.
Con esta herramienta se corregirán y afinarán las dimensiones para así obtener
las dimensiones definitivas de nuestra embarcación.
Para
desarrollar
este
modelo
en
Maxsurf
se
tendrán
las
siguientes
consideraciones:

La eslora y velocidad de la embarcación son datos que no se modificarán ya que
son fijos, con esto tenemos una embarcación que se encuentra en una condición
de semi-planeo ya que su Número de Froude (Fn) se encuentra entre 0,45 y 0,7.
(Numero de Taylor (Tn) sobre 1,5)

Por ser una embarcación que opera en semi-planeo deberá cumplir con un
coeficiente de fineza deberá ser superior a 5 o más.
Ítem
Simbología Valor
Eslora
Tabla N° 3

L
Unidad
13
m
Vol. desplazado
12,085
𝑚3
Coeficiente de fineza
5,66
Coeficiente de fineza
-
Fuente: Elaboración Propia
El casco tendrá formas finas, bajo calado, casco en V, doble pantoque para efectos
de estabilidad y sustentación dinámica entre otras características que posee una
embarcación de semi-planeo.
15
Figura N° 2
Casco de Pilot desarrollado en Maxsurf
fuente: elaboración Propia
Figura N° 3
Casco de Pilot desarrollado en Maxsurf
fuente: elaboración Propia
16
En la siguiente tabla se presentarán las dimensiones y características preliminares
del anteproyecto de diseño.
Características del Pilot
Simbología Valor
Unidades
Eslora Máxima
Loa
13
m
Eslora entre perpendiculares
Lpp
12,102
m
Eslora de flotación
Lwl
11,982
m
Manga máxima
Bmax
3,91
m
Manga de flotación
Bwl
3,202
m
Calado
T
0,9
m
12,111
m^3
Volumen Desplazado
Desplazamiento
Δ
12,426
Ton
Sección media desde el perp. de popa
MS
6,051
m
Densidad del agua
Ρ
1,026
Ton/m^3
Coeficiente de block
Cb
0,35
-
Coeficiente prismático
Cp
0,65
-
Área de la superficie mojada
Sw
33,597
m^2
Área de sección media
Am
1,556
m^2
Coeficiente de la maestra
Cx
0,44
-
Coeficiente de la línea de agua
Cwl
0,721
-
Posición vert. del centro de flotación desde LB VCG
0,745
m
Pos. Long. Centro de boyantes. Ref. ½ Lpp
-1,298
m
LCB
Tabla N° 4 Dimensiones y Características preliminares Fuente: Elaboración Propia
17
3.2 CARACTERISTICAS HIDROSTATICAS
Ya con el casco modelado en MAXSURF , se procedió a exportarlo al programa
HYDROMAX, con el cual se calcularon las curvas hidrostáticas y las curvas cruzadas.
3.2.1 Curvas Hidrostáticas
Estas curvas nos permiten conocer los valores de los cálculos hidrostáticos de
diseño, para los calados desde 0,2 hasta 1,2 metros, ya que dentro de estos calados
opera nuestra la embarcación. Además se establecerá un trimado de 0 grados para la
embarcación, debido a que esta tendrá el mismo calado tanto en popa como en proa, y
un centro de gravedad vertical a 0,745 metros sobre la línea base. Tener en cuenta que
estos valores utilizados son estimativos los cuales pueden cambiar dependiendo las
diferentes condiciones de servicio de la embarcación.
Calado medio (m)
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Desplazamiento (ton)
0,3554
1,99
5,157
9,752
15,44
22,15
Escora por estribor (grados)
0
0
0
0
0
0
Calado perp. de proa (m)
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Calado perp. de popa (m)
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Calado en LCF (m)
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Trimado por popa (m)
0
0
0
0
0
0
Largo línea de agua (m)
9,209
10,939
11,584
11,883
12,076
12,248
Ancho línea de agua (m)
0,773
1,598
2,452
3,027
3,483
3,892
Superficie mojada (m2)
5,013
13,466
22,609
30,166
37,209
44,061
Área línea de agua (m2)
4,387
11,67
19,205
25,21
30,283
34,821
Coeficiente de prismático
0,498
0,575
0,614
0,636
0,654
0,667
Coeficiente de block
0,244
0,278
0,295
0,331
0,358
0,378
Coeficiente de la maestra
0,501
0,501
0,502
0,538
0,564
0,579
Coeficiente de línea de agua
0,616
0,667
0,676
0,701
0,72
0,73
LCB desde popa (m)
-0,836
-1,198
-1,316
-1,327
-1,294
-1,258
LCF desde popa (m)
-1,029
-1,367
-1,394
-1,282
-1,205
-1,122
KB (m)
0,143
0,285
0,422
0,555
0,683
0,81
18
KG (m)
0,668
0,668
0,668
0,668
0,668
0,668
BMt (m)
0,413
0,862
1,331
1,469
1,512
1,529
BML (m)
49,164
37,725
27,572
20,713
16,726
13,977
GMt (m)
-0,111
0,478
1,085
1,356
1,527
1,671
GML (m)
48,639
37,342
27,326
20,6
16,742
14,119
KMt (m)
0,557
1,146
1,753
2,024
2,195
2,339
KML (m)
49,307
38,01
27,994
21,268
17,41
14,787
TPc (ton/cm)
0,045
0,12
0,197
0,258
0,31
0,357
MTc (ton.m)
0,014
0,061
0,116
0,166
0,214
0,258
RM a 1 grado
-0,001
0,017
0,098
0,231
0,412
0,646
Máximo ángulo inclinación (grados)
0
0
0
0
0
0
Trimado en popa (grados)
0
0
0
0
0
0
Tabla N°5
Valores hidrostáticos
Fuente: Hydromax pro
19
Figura N°4
Curvas hidrostáticas
Fuente: Hydromax
20
Figura N° 5
Curvas de Coeficientes
Fuente: Hydromax
3.2.2 Curvas Cruzadas
Estas curvas nos indican el brazo adrizante de la embarcación, para distintos
desplazamientos, en distintos ángulos de escora. Antes de realizar el próximo cálculo hay
que tener en cuenta que todas las escoras fueron hacia la banda de estribor, además el
rango que se tomara para el desplazamiento será de 1 a 20 toneladas ya que esta
embarcación opera normalmente con un desplazamiento de 10 toneladas.
21
Desp. LCG
(ton) (m)
KN
5°
KN
10°
KN
15°
KN
20°
KN
25°
KN
30°
KN
40°
KN
50°
KN
60°
-1,067
0,076
0,16
0,269
0,445
0,686
1,004
1,651
1,863
1,925
-1,199
0,102
0,215
0,356
0,529
0,746
1,022
1,559
1,812
1,907
3
-1,259
0,122
0,256
0,406
0,575
0,784
1,026
1,488
1,777
1,897
4
-1,292
0,138
0,285
0,439
0,61
0,812
1,027
1,44
1,748
1,88
5
-1,313
0,152
0,305
0,464
0,639
0,832
1,028
1,406
1,722
1,859
6
-1,328
0,161
0,32
0,484
0,663
0,848
1,029
1,382
1,698
1,837
7
-1,337
0,168
0,332
0,502
0,682
0,859
1,031
1,363
1,672
1,813
8
-1,332
0,172
0,342
0,517
0,695
0,867
1,032
1,349
1,646
1,789
9
-1,33
0,175
0,351
0,53
0,706
0,874
1,033
1,338
1,621
1,764
10
-1,326
0,178
0,358
0,54
0,714
0,879
1,034
1,331
1,597
1,739
11
-1,321
0,181
0,365
0,549
0,721
0,882
1,035
1,325
1,575
1,714
12
-1,315
0,183
0,371
0,555
0,726
0,885
1,036
1,321
1,555
1,689
13
-1,309
0,186
0,376
0,559
0,729
0,888
1,037
1,317
1,536
1,664
14
-1,303
0,189
0,38
0,563
0,732
0,889
1,038
1,312
1,518
1,639
15
-1,297
0,191
0,383
0,565
0,734
0,891
1,039
1,308
1,501
1,615
16
-1,291
0,194
0,385
0,567
0,735
0,892
1,039
1,302
1,485
1,593
17
-1,285
0,196
0,387
0,567
0,736
0,893
1,04
1,296
1,47
1,571
18
-1,28
0,198
0,388
0,568
0,736
0,893
1,041
1,29
1,456
1,552
19
-1,275
0,199
0,389
0,568
0,736
0,893
1,041
1,283
1,442
1,533
20
-1,27
0,2
0,389
0,568
0,736
0,894
1,041
1,275
1,429
1,516
1
2
Tabla N°6
Valores de las Curvas Cruzadas
Fuente: Hydromax
22
Figura N° 6
Curvas Cruzadas
Fuente: Hydromax
23
CAPITULO IV
DISEÑO Y DISTRIBUCION DE ESPACIOS Y ESTANQUES.
4.1 DISTRIBUCION DE MAMPAROS
En el presente capitulo se definirán los compartimientos de la embarcación según
reglamentación y se distribuirán los espacios de manera más conveniente para que todos
los equipos a bordo puedan ser ubicados con suficiente espacio para su operación y
mantenimientos.
La casa de clasificación Lloyd´s Register [1] recomienda una cantidad y disposición
mínima de mamparos. En embarcaciones con esloras inferiores a 67,1 metros y con la
sala de máquinas ubicada en la popa, deben contar con 3 mamparos estancos como
mínimo. Los cuales son:

Mamparo de colisión

Mamparo de Rasel de popa

Mamparo de sala de maquinas
4.1.1 Mamparo de Colisión
Ya que en el reglamento no indica cual es la distancia mínima para situar el
mamparo de colisión se utilizara SOLAS, el cual nos indica que el mamparo de colisión
en embarcaciones de pasaje debe situarse a una distancia mínima de la perpendicular
de proa de 0,05 Lpp, nuestra embarcación posee una eslora entre perpendiculares de
12,102 metros.

Distancia mínima = 0,05 * Lpp = 0,05 * 12,102 m = 0,605 m.
Para este proyecto se decidió ubicar el mamparo de colisión en la sección 19, a 11,4
metros desde la sección 0.
4.1.2 Mamparo Rasel de popa
El mamparo de rasel de popa se estimó según embarcaciones similares, El
mamparo de rasel de popa se ubicara en la sección 3, que se encuentra a 1,8 metros
desde la sección 0.
24
4.1.3 Mamparo sala de máquinas proa
El mamparo de sala de máquinas de proa estará ubicada en la sección 11, que se
encuentra a 6,6 metros de la sección 0, este mamparo contará con una puerta de acceso
a dicho espacio, siendo esta puerta completamente estanca y con la misma resistencia
estructural del material del mamparo.
4.2 DISTRIBUCIÓN DE ESPACIOS
4.2.1 Sala de máquinas
La sala de máquinas estará ubicada entre los mamparos de la sección 3 y 11 de
nuestra embarcación. Este espacio estará destinado para la ubicación de los motores
propulsores y diversos equipos que se explicaran con más detalle en el capítulo X:
Sistemas Auxiliares, se extenderá en toda la manga de la embarcación, medirá 4,8
metros en sentido longitudinal y tendrá una altura de 2 metros.
4.2.2 Habitabilidad
4.2.2.1 Cocina-Comedor
Esta cocina-comedor se extenderá entre las secciones 13 a la 19 teniendo
una longitud de 3,6 metros y extendiéndose a lo ancho de la manga de la embarcación.
4.2.2.2 Baño
En esta embarcación solo se contará con un baño el cual tendrá
un
lavamanos y WC. Estará ubicado entre las secciones 11 y 13 teniendo una longitud de
1,2 metros, transversalmente a babor limitara con el casco y hacia estribor con una pared
no estructural.
25
4.2.3 Superestructura
La superestructura, se encuentra ubica en el centro de la embarcación entre las
secciones 7 y 13.
Tiene una longitud de 3,6 metros y una manga de 2,34 metros, elevándose por
sobre de la cubierta 2,2 metros.
En el interior de la superestructura se ubica el puente de gobierno y además van
ubicado los asientos de prácticos y marineros.
4.2.4 Caja de cadenas
La caja de cadenas está ubicada a continuación del mamparo de colisión casi
apegado a este.
4.3 DISTRIBUCION DE ESTANQUES
Dentro de este proyecto se distinguen los distintos tipos de estanques:

Estanques de combustible

Estanque de lubricante

Estanque de agua potable
4.3.1 Estanques de combustible
Estanque de combustible Babor
Estanque de combustible a babor: este estanque tendrá una capacidad total de
0,59 m^3, pero por motivos de este solo operara al 90% de su capacidad, por lo su
capacidad será de 0,527 m^3 de combustible diésel.
Estanque de combustible Estribor
Estanque de combustible a Estribor: este estanque tendrá una capacidad total de
0,59 m^3, pero por motivos de este solo operara al 90% de su capacidad, por lo su
capacidad será de 0,527 m^3 de combustible diésel.
Autonomía
esta autonomía se calculará con las características del motor seleccionado en el
capitulo VII.
26
Consumo especifico del motor = 232
𝑔𝑟
𝐻𝑃∗ℎ𝑟
BHP motor = 140 kw
Autonomía = 12 horas
𝑔𝑟
Combustible para un motor = 12 hr * 232 𝑘𝑤∗ℎ𝑟 * 140 kw
Combustible para un motor = 390 kg
rango de seguridad para imprevistos y otros equipos = 25%
Capacidad Total (2 estanques) = 975 kg.
Volumen = peso / densidad
densidad del diesel = 832 kg/𝑚3
Volumen = 1,1719 𝑚3
4.3.2 Estanque de agua dulce
Estanque de agua dulce: este estanque tendrá una capacidad total de 0,271 m^3,
pero por motivos de este solo operara al 90% de su capacidad, por lo que su capacidad
será de 0,244 m^3 de combustible diésel.
4.3.3 Estanque de aceite lubricantes
Estanque de aceite lubricantes: este estanque tendrá una capacidad total de 0,011
m^3, pero por motivos de este solo operara al 90% de su capacidad, por lo su capacidad
será de 0,01 m^3 de combustible diésel.
27
Figura N°7
Distribución de estanques
Figura N°8
Distribución de espacios
Fuente: Elaboración Propia
Fuente: Elaboración Propia
28
CAPITULO V
CÁLCULO DE ARQUEO
5.1 REGLAMENTACIÓN
En el presente capítulo se calculará el ARQUEO de nuestra embarcación. Antes
de realizar el cálculo de arqueo debemos conocer los significados de Arqueo Bruto y
Arqueo Neto, definidos por el REGLAMENTO NACIONAL DE ARQUEO DE NAVES, que
establece la DIRECTEMAR.
Según en el TITULO I, Artículo 1°, el uso del reglamento es apto para embarcaciones de
eslora inferior a 24 metros, por lo tanto, este cumple con los requerimientos de la
embarcación propuesta, ya que esta tiene 13 metros de eslora. A consecuencia, se puede
definir de esta manera el arqueo bruto y arqueo neto, que según en el TITULO I, artículo
3° del REGLAMENTO NACIONAL DE ARQUEO DE NAVES [], están definidos de la
siguiente manera:

Arqueo Bruto (AB): “Es la expresión del tamaño total de una nave, que se
determina en base al volumen total de todos sus espacios cerrados”.

Arqueo Neto (AN): “Es la expresión de la capacidad utilizable de una nave, que
se determina en base al volumen de todos los espacios cerrados de la nave,
destinados al transporte de carga”.
Al ser definido el arqueo según reglamentación actual, se debe ahora de establecer lo
que dispone la reglamentación sobre embarcaciones menores, para poder conocer de
esta manera, como cumplir con el requerimiento del armador, el cual exigió, que la
embarcación a generar, sea nave menor. Es por ello que basándose en el
REGLAMENTO DEL REGISTRO DE NAVES Y ARTEFACTOS NAVALES, el cual
establece en el TITULO IV, articulo 51, el siguiente estatuto:

“Nave menor es toda aquella de 50 o menos toneladas de registro grueso, sea que
se dedique a la movilización de pasajeros, de carga, al remolque, al recreo o a la
pesca.”
29
Dado lo mencionado, se puede esclarecer que el requerimiento que debe cumplir
la embarcación, es que llegue a lo más hasta las 50 TRG, esto siendo aplicable inclusive
para embarcaciones de pasajeros, es por ello que no se debe de superar este valor.
Para la estimación del arqueo bruto y neto, se basara en las ecuaciones
establecidas en el REGLAMENTO NACIONAL DE ARQUEO DE NAVES, en donde se
establece en el TITULO II, articulo 8°, la siguiente manera de estimarlos:
a) Arqueo Bruto (AB).
AB = K1 x V
En la cual: V = volumen total de todos los espacios cerrados de la nave, expresado
en metros cúbicos.
K1 = 0,2 + 0,02 x log V
b) Arqueo Neto (AN).
AN = K2 x Vc
En la cual: Vc = volumen de todos los espacios de carga, en metros cúbicos.
K2 = 0,2 + 0,02 x log Vc
c) El Arqueo Neto (AN) no será inferior a 0,3 x AB
5.2 ESTIMACION DEL ARQUEO
Para realizar el arqueo bruto se calculara los volúmenes de todos los espacios
cerrados de la nave y para realizar el arqueo neto se calculara los volúmenes de todos
los espacios de carga en metros cúbicos. Para lo anterior se utilizara la herramienta
computacional Rhino.
30
5.2.1 Arqueo Bruto
Todos los espacios cerrados de nuestra embarcación son los siguientes:
Nombre
Valor
Volumen casco
30,011
𝑚3
Volumen Superestructura
16,712
𝑚3
Total
46,723
𝑚3
Tabla N°7
Arqueo Bruto
Unidad
Fuente: Elaboración propia
Ahora con el volumen total de todos los espacios cerrados utilizables de la
embarcación, se puede calcular el Aqueo Bruto, por lo tanto:
AB = K1 x V
K1 = 0,2 + 0,02 x log V
AB = (0,2 + 0,02 x log 46,723) x 46,723
Arqueo Bruto = 10,9 TRG.
Por lo tanto se cumple con el requerimiento, de que la embarcación, sea nave
menor, al tener menos de 50 TRG.
5.2.2 Arqueo Neto
Para realizar el cálculo de Arqueo Neto necesitamos conocer todos los espacios
cerrados destinados al transporte de pasajeros que son los siguientes:
Nombre
Valor
Volumen superestructura
16,712
𝑚3
Volumen habitabilidad Casco
11,073
𝑚3
Total
27,785
𝑚3
Tabla N°8
Arqueo Neto
Unidad
Fuente: Elaboración Propia
Con los volúmenes ya establecidos, y haciendo uso de las formulas ya propuestas
se puede calcular de buena manera el arqueo neto de la embarcación:
AN = K2 x Vc
K2 = 0,2 + 0,02 x log Vc
AN = (0,2 + 0,02 x log 27,785) x 27,785
ARQUEO NETO = 6,36 TRN
Como se puede observar el arqueo neto, cumple con el reglamento, el cual
establecía que este no debía ser inferior a 0,3 x AB = 3,27 TRN.
31
CAPITULO VI
RESISTENCIA AL AVANCE Y POTENCIA PROPULSIVA
6.1 Cálculo de potencia efectiva 𝑷𝑬 .
Hullspeed, hace uso de varios métodos numéricos para el cálculo de resistencia
del buque ya modelado en MaxSurf. Se estimará la resistencia en condición de casco
desnudo. Luego a través de métodos teórico empíricos calcularemos la potencia efectiva
EHP, correspondiente al trabajo mecánico por unidad de tiempo que se necesita para
mover un buque a cierta velocidad. Se programará el software para que el método
utilizado sea el de “Savitsky pre-planing”, destinado a lanchas y embarcaciones veloces
que operan en rangos de pre-planeo. Además para tener una segunda forma de estimar
la potencia propulsiva de la embarcación, se utilizará el método J. Köelbel.[7]
6.2 Calculo de resistencia y potencia de remolque utilizado savitsky pre-planeo.
Tabla N°9
savitsky pre-planeo
Fuente: Elaboración Propia
32
6.3 Datos estimados a través de métodos teóricos empíricos.
Para el cálculo de estos coeficientes se cuenta con expresiones otorgadas por
algunos autores. La forma correcta de obtener estos coeficientes es mediante a modelos
a escala en tanques de pruebas.
Utilizaremos formulaciones estimativas propuestas por Granville (1956) [7],para
calcular el factor de formas y por Taylor [7], para los coeficientes de estela y succión en
embarcaciones de dos hélices.
6.3.1 El coeficiente de estela ( w ).
w = 0,55 * Cb - 0,2
w = -0,0075
6.3.2 El coeficiente de succión ( t ).
t = 0,7 * w + 0,06
t = 0,055
6.3.3 El factor de formas (1+k).
𝐵
k = 18,7 *(Cb ∗ 𝐿 )2
k = 0,207
( 1 + k ) = 1,207
Eslora wl
Eslora wl
Gravedad
Viscosidad cinemática
Corrección ATTC
Desplazamiento
Densidad
Superficie mojada
k factor de formas
1+k
11,982
39,311
9,81
1,188E-06
0,0004
12,426
104,6
33,597
0,207
1,207
m
pies
m/s^2
m^2/s
ton
m^2
-
33
6.3.4 Resistencia por apéndices
Según Ship Resistance and Propulsion, Anthony F. Molland [8], en las
embarcaciones de doble hélice, los principales apéndices son los timones, soportes de
ejes de transmisión doble y eje, los skeg, empujadores, etc. Estos pueden ascender
desde un 8% a 25%, dependiendo del tamaño de los buques. La resistencia de los
apendices puede ser significativa y algunos valores típicos, como porcentaje de la
resistencia a casco desnudo como se muestra en las siguiente tabla.
Rap % de Rt NH
Buques de 2 héices
Tabla N°10
Grandes de mediana velocidad
8-14
Pequeños de mediana velocidad
10-20
Grandes muy veloces
10-15
Pequeños muy veloces
15-25
Resistencia de apéndices
Fuente: Apuntes Resistencia a la Propulsión.
Tomando en cuenta que nuestra embarcación es de dimensiones menores y de
mediana velocidad, nos encontramos con valores de resistencia por apéndices entre el
10 y 20% de la resistencia total en condición de casco desnudo, para tener un rango de
seguridad usaremos un 15% de Rt BH .
6.3.5 Resistencia por aire
La resistencia por aire se realizara por el método de BAKER[], este método
requiere el área frontal total de la embarcación.
Raire = 0,5 * ρaire *(0,3 ∗ 𝐴𝑇 ) *𝑉 2 * 𝐶𝐴
34
Ítem
Simbología
Valor
Unidad
ρaire
0,125
Kg*𝑚−4*𝑠 2
Área proyectada frontal sobre wl
𝐴𝑇
3,98
𝑚2
Coef. rest. aire naves menores
𝐶𝐴
0,7
-
Velocidad buque
V
7,716
Densidad aire
Tabla N°11
Resistencia por aire
m/s
Fuente: Curso Resistencia a la Propulsión.
Al reemplazar en la ecuación los valores vistos en la tabla N°9.3, obtuvimos una
resistencia por aire de 3,11 kg (30,5 kgf) lo que representa un 2,5% de la Rt NH .
6.3.6 Factor de servicio
La suma de la resistencia total en casco desnudo, resistencia por apéndices y
resistencia por aire se ve aumentada por otras condiciones propias de su condición de
servicio, como vientos, olas del mar, ensuciamiento del casco (fouling), problemas de
timoneó, etc. Por lo tanto existe un valor recomendado para este tipo de embarcación
según PNA (89) [9].
Factor de servicio para L < 25 metros = 1,25
6.4 Memoria de cálculo.
Cálculo de potencia efectiva utilizando la resistencia al avance de la nave a través del
modelo del casco de la nave diseñado en Max-Surf.
35
Ítem
Simb. Unidad
Velocidad Buque
V
kn
Velocidad Buque
V
m/s
5,144 5,6584
Numero de Taylor Tn
Kn/√pies
1,595
Numero de Froude Fn
-
0,47
Numero
Reynolds
Rn
-
5E+07 6E+07 6,2E+07 67428559 7,3E+07
7,8E+07 82988995 8,8E+07
Rr
kgf
353,75 635,08 934,768
967,4418 936,916
955,306 961,6262
Cf
-
0,0023 0,0023 0,00223
0,002207 0,00218
0,00216 0,002141 0,00212
Rf
kgf
125,35 149,82 176,332
204,8582 235,384
267,894 302,3738
Rpm
kgf
25,948 31,013 36,5008
42,40565 48,7245
55,4541 62,59138 70,1337
Resistencia
Viscosa
Rv
kgf
151,3 180,84 212,833
247,2639 284,109
323,348 364,9652 408,944
Resist. por olas
Rw
kgf
327,8 604,06 898,267
925,0361 888,191
899,852 899,0348 895,856
Resist. T.
desnudo
casco
RtNH
kgf
479,1
Resistencia
Apéndices
de
Rap
kgf
Resistencia
Aire
por
RA
de
Resistencia
Residual
Coeficiente
fricción
de
Resistencia
fricción
por
Resist.
viscosa
presión
Resist. T. cond.
Rtcp
Pruebas
Resist. T. cond. De
Rtcs
servicio
Pot.Efec.cond. de
Pruebas
𝑃𝐸 cp
(viento+apend.)
Pot.Efec.cond. de
servicio (F.S. = 𝑃𝐸 cs
1,25)
Tabla N°12
Valores
10
11
12
13
14
15
16
17
6,1728
6,6872
7,2016
7,716
8,2304
8,7448
1,755
1,914
2,074
2,233
2,393
2,552
2,712
0,52
0,57
0,62
0,66
0,71
0,76
0,81
784,9
1111,1
1172,3
965,99
338,81
1172,3
1223,2
1264
1304,8
71,865 117,74 166,665
175,845 175,845
183,48
189,6
195,72
kgf
11,978 19,623 27,7775
29,3075 29,3075
30,58
31,6
32,62
kgf
562,94 922,26 1305,54
1377,453 1377,45
1437,26
1485,2 1533,14
kgf
703,68 1152,8 1631,93
1721,816 1721,82
1796,58
1856,5 1916,43
38,08 68,624 105,975
121,1298 130,448
145,834 160,7445 176,304
151,4123 163,059
182,292 200,9306
HP
HP
47,6
85,78 132,469
Memoria de cálculo
220,38
Fuente: Elaboración Propia
36
6.5 Gráficos de resistencia y potencia efectiva.
Gráfico N°5
Gráfico N°6
Curvas de Resistencia Fuente: Elaboración Propia
Curvas de Potencia efectiva
Fuente: Elaboración Propia
37
6.6 Cálculo de potencia efectiva según método J. Köelbel [7].
Para embarcaciones con FnΔ 1 a 4
V = kn
;
BHP = HP
V = 15 kn
;
;
Δ=t
Δ = 12,426 ton
V = 2,74*𝐵𝐻𝑃 0,551 *∆−0476
De la ecuación anterior despejaremos el BHP
1
𝑉
BHP = (
)0,551
2,74∗∆−0,476
BHP = 192,92 HP
𝑃𝐸 = BHP x ηp
El rendimiento propulsivo (𝜂𝑃 ) estimado que utilizaremos sera de 55%, es un
porcentaje conservador ya que esta embarcacion puede desarrollar un rendimiento
propulsivo mayor el cual se analizara mas adelante en el capitulo VII.
𝑃𝐸 𝐶𝑃 = 192,92 HP x 0,55
𝑃𝐸 𝐶𝑃 = 106,1 HP
𝑃𝐸 𝐶𝑠 = 132,63 HP
6.7 Tabla de Resumen.
Método de Cálculo
Velocidad
(kn)
Unidad
𝑃𝐸 𝐶𝑃
𝑃𝐸 𝐶𝑆
Savitsky pre-planeo
15
145,8
182,3
HP
Método J. Köelbel
15
106,1
132,63
HP
Tabla N° 13
Dimensiones Preliminares
Fuente: Elaboración Propia
38
6.7.1 Comparación de métodos.
Potencia vs Velocidad
Gráfico N°7
Curvas de Potencia efectiva
Fuente: Elaboración Propia
39
CAPITULO VII
LINEA DE PROPULSION
7.1 MAQUINARIA A UTILIZAR
En el presente capitulo se estimara la maquinaria a utilizar en la embarcación, para
ello se utilizara el apunte de Propulsión de la nave de Pérez N. (2014b) [10] y lo ya
calculado en el capítulo VI de Resistencia al avance y potencia propulsiva. Cabe señalar
que se calculará la hélice que tenga el mejor rendimiento posible.
7.2 Elección y características del motor principal
Para calcular la potencia BHP de la maquinaria principal que tendrá que poseer la
embarcación, para que opere a una velocidad de 15 nudos, se consideró un
funcionamiento del motor de 90% de su potencia y a 100% de sus RPM, Esto se hace
para que la hélice tenga un pequeño porcentaje de potencia extra para usar a futuro ya
que después, cuando la embarcación esté en servicio su resistencia al avance será más
alta, pues con el paso del tiempo su casco se irá ensuciando y envejeciendo y
deteriorándose.
Rendimiento propulsión estimado = 55%
Velocidad de operación = 15 kn
Potencia efectiva (𝑃𝐸 )cs = 182,3 HP
Potencia de freno (BHP)cs = 331,5 HP
Potencia de freno (BHP) = 368,3 HP 90% MCR a 100% RPM
Ya que nuestra embarcación posee dos motores iguales, se calculará que
cada motor deberá contar con una potencia de freno mínima de 184 HP
(137,4 kw).
Por lo tanto las maquinas seleccionadas son 2 motores diésel marca
YANMAR modelo 6CH-HTE3, con potencia BHP (MCR) 187 HP (140 kw) a
2600 rpm, de 6 cilindros en línea, el cual tiene un peso de 675 kg.
40
7.2.1 Caja reductora
La caja reductora es un elemento fundamental del motor, debido que es el que
reduce la revoluciones de la maquina principal, así de este modo la hélice no Cavite por
exceso de revoluciones y se genere un rendimiento óptimo, para conseguir la velocidad
deseada.
El motor principal de la embarcación ya seleccionado tiene la ventaja que
proporciona diferentes cajas reductoras con diferentes reducciones, los cuales son del
orden de 1:2,07, 1:2,58, 1:2,91, 1:3,53.
La caja reductora que cumplió con los requerimientos de nuestros cálculos fue de
la marca YANMAR modelo YX-71 con una reducción 1:3,53, generando generando que
las revoluciones que obtenga la hélice seria de 12,276 rps, en sentido horario para la
banda de estribor y en sentido anti horario para la banda de babor, siendo el peso de la
caja reductora de 220 kg.
7.3 CALCULO DE LA HELICE
Cuando se conoce VA , DHP y n. Se construye la curva de KQ de operación de
la hélice a partir de KQ / J5, y esa curva se superpone en el diagrama de propulsor
aislado a fin de establecer la hélice optima de entre todas las que tienen igual KQ.
VA = Velocidad de avance
𝑃𝐷 = Potencia entregada a la hélice
n = 12,28 rps
41
7.4 Método 4 para el cálculo de la hélice

Datos conocidos para el cálculo de la hélice.
𝑃𝐷 = 177,65 HP
VA = 7,77 m/s
rpm
2600
2600
2600
2600
reducción
2,07
2,58
2,91
3,53
rps
20,93
16,80
14,89
12,28
7,77
7,77
7,77
7,77
13508,5
13508,5
13508,5
13508,5
𝜂𝑅𝑅
1
1
1
1
𝜌𝑠𝑤
104,586
104,586
104,586
104,586
0,318091538
0,204763901
0,160955873
0,109381379
𝑚
𝑠
VA ( )
𝑃𝐷 (𝑘𝑔𝑓
𝑚
)
𝑠
𝐾𝑄 / 𝐽5
Tabla N°14
Calculo de la hélice
Fuente: Elaboración Propia
𝑚
𝐾𝑄 / 𝐽5 = 𝑃𝐷 (𝑘𝑔𝑓 𝑠 ) * 𝜂𝑅𝑅 * 𝑛2 / ρ * 2π * 𝑉𝐴5
Donde se obtuvo el mejor Rendimiento del propulsor aislado fue con una hélice de
3 palas, paso/Diámetro = 1,0 y con la caja reductora que tenia la reducción 1:3,53.
Cte = 𝐾𝑄 / 𝐽5 = 0,109381379
J
𝐾𝑄
0,2
3,5002E-05
0,4
0,001120065
42
Gráfico N°8
0,6
0,008505496
0,8
0,03584209
0,9
0,064588611
1
0,109381379
1,1
0,176159805
1,2
0,272175874
1,4
0,58827931
Gráfico de propulsor aislado Fuente: Elaboración Propia
Calculo del diámetro de la hélice.
J = VA / (n * D)
D = VA / (J * n)
𝑚
1
D = 7,77( 𝑠 ) / (12,28(𝑠 ) * 0,69)
D = 0,917 m
43
7.5 Características de la Hélice

3 palas

Diámetro = 0,917 m.

Paso/ Diámetro = 1,0

ηo = 63 %
7.6 Rendimientos de la embarcación
RENDIMIENTOS DEL BUQUE
ítem
simbología
Valor
Rendimiento mecánico
𝜂𝑚
0,95
Rendimiento del casco
𝜂𝐻
0,94
Rendimiento rotativo relativo
𝜂𝑅𝑅
1,00
Rendimiento del propulsor aislado
𝜂0
0.63
Rendimiento Behind
𝜂𝐵
0,63
Tabla N°15
Rendimientos del buque
Fuente: Elaboración Propia
Rendimiento propulsivo
𝜂𝑃 = 𝜂𝑚 ∗ 𝜂𝐻 ∗ 𝜂0 ∗ 𝜂𝑅𝑅
𝜂𝑃 = 0,95 * 0,94 * 0,63 * 1,00
𝜂𝑃 = 0,56
Rendimiento del casco
𝜂𝐻 = (1-t) / (1-w)
𝜂𝐻 = (1-0,055) / (1- (-0,0075))
𝜂𝐻 = 0,94
Rendimiento Behind
𝜂𝐵 = 𝜂𝑅𝑅 ∗ 𝜂0
𝜂𝐵 = 1,00 * 0,63
𝜂𝐵 = 0,63
44
7.7 Cálculo de cavitación
𝝈𝟎,𝟕𝑹 = 0,316
𝜏𝑐
Grafico N°9
= 0,08
Criterio de cavitación de Burril
Fuente: Elaboración Propia
La hélice calculada esta cavitando sólo en un 2,5% de la pala lo que es aceptable.
45
CAPITULO VIII
MANIOBRABILIDAD
8.1 Área de timón
Para seleccionar el área del timón, se utilizó lo que recomienda P.N.A.-89 [9] para
embarcaciones Pilot vessels, con lo cual tenemos un área de timón de 0,42m^2. Lo que
se dividirá en dos área iguales de 0,21m^2, para cada uno de los timones de nuestra
embarcación
La relación de balance del timón se considerara 0,3, puesto que es lo recomendado
según P.N.A., el cual se refiere en este valor para embarcaciones con un coeficiente de block
similar al existente en la nave. Por lo tanto los valores del área para sus bordes son:
R.B.= A borde de ataque/ A total
0,3= A borde de ataque/ 0,21
A borde de ataque= 0,063 m2
Para el borde de salida:
A borde de salida= A total – A borde de ataque
A borde de salida= 0,21-0,063
A borde de salida= 0,147 m2
8.2 DIMENSIONES DEL TIMÓN
Para las dimensiones del timón, se considerara la relación de aspecto, la envergadura y la
cuerda del timón.
8.2.1 Relación de aspecto
Para la relación de aspecto se determinara mediante recomendaciones dadas y lo
comúnmente observado en el área naval. Es por ello que el tamaño del timón, estará dentro
de las dimensiones anteriores, ya que debe recibir el flujo de la hélice de la manera más
efectiva. Por lo tanto la relación de aspecto decidida es:
R.A.= E / C
R.A.= 2
Por lo tanto la relación de aspecto a utilizar será de valor 2.
46
8.2.2 Envergadura
La envergadura quedara determinada por las dimensiones del diámetro de la hélice. por lo
tanto la envergadura del timón será de 0,79 metros.
8.2.3 Cuerda
Dado que la relación de aspecto se considerara como 2, y la envergadura del timón es de
0,79 metros, la cuerda se determinara despejando la relación de aspecto, por lo tanto:
R.A.= E / C
2= 0,79/ C
C= 0,266 metros
Por lo tanto, despejando la relación de aspecto, con valor ya entregado y conocida la
envergadura, se pudo determinar que la cuerda media será de 0,266 metros.
8.3 ESTIMACIÓN ANGULO DE STALL
Este ángulo es importante determinarlo, debido a que todo timón llega a perder fuerza
de sustentación, haciéndolo menos efectivo a la hora de la maniobrabilidad. Por lo tanto se
estimara el ángulo de stall según la fórmula planteada según Balau (1976) [11], el cual
recomienda la siguiente ecuación para hélices con rotación dextrógira:
δ stall real a babor ≈ 37 – 4.0 (RA)
δ stall Real a estribor ≈ 46 – 5.2 (RA)
Por lo tanto considerando el valor establecido de la relación de aspecto, los valores del ángulo
de stall son:
δ stall real a babor ≈ 37 – 4.0 (RA)
δ stall real a babor ≈ 29°
δ stall Real a estribor ≈ 46 – 5.2 (RA)
δ stall Real a estribor ≈ 35,6 °
Por lo tanto el ángulo de stall a babor es de 29° y el de estribor es de 35,6° para una rotación
de hélice dextrógira
47
8.4 Velocidad de flujo en el timón, según Taplin [12].
Tabla N°16
simbología
valor
unidad
Cb
0,34
-
Vb
15
kn
Vb
7,716
m/s
n
12,21
rps
H
1
m
Sa
0,36805897
w
0,05
Ve
7,3302
DHP
108,2
hp
N
732,6
rpm helice
Bp
52,38
k
1,2
WT
-0,036
Ve
7,994
VT
13,1231483
m/s
VT
6,7505475
kn
Velocidad del Flujo
-
Fuente: Elaboración Propia
8.5 Estimación de CL, CD y CPC.
Según Diagramas de Harrington [12].
Δ (grados)
5
10
15
25
35
CL
0,22
0,45
0,69
1,18
1,62
CD
0,02
0,04
0,09
0,25
0,49
CPC
0,186
0,195
0,206
0,239
0,27
Tabla N°17
Estimación de CL,CD y CPC
Fuente: Elaboración Propia
48
8.6 Cálculos de fuerza del timón
FR
FL
FD
FN
FA
Eje
VT
CPC
α
:
:
:
:
:
:
:
:
:
Fuerza resultante total del timón.
Fuerza de Lift o sustentación.
Fuerza de Drag o arrastre.
Fuerza normal a la línea media de la pala del timón.
Fuerza axial paralela a la línea media de la pala del timón.
Referido al eje de la pala del timón.
Velocidad de entrada del flujo al timón.
Centro de presión de la pala del timón.
Ángulo del timón.
Figura N°9
Fuerzas del timón Fuente: Apuntes Pérez N. (2014c) [12].
ítem
5°
10°
15°
25°
35°
ƿ
104,58
104,58
104,58
104,58
104,58
V
13,123
13,123
13,123
13,123
13,123
CL
0,22
0,45
0,69
1,18
1,62
CD
0,02
0,04
0,09
0,25
0,49
α
5
10
15
25
35
E
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
C
0,266
0,266
0,266
0,266
0,266
A
0,21
0,21
0,21
0,21
0,21
FL (kn)
4,08
8,35
12,81
21,91
30,07
FD (kn)
0,37
0,74
1,67
4,64
9,10
FN (kn)
4,10
8,36
12,80
21,81
29,85
Tabla N°18
Fuerzas del timón
Fuente: Elaboración Propia
49
8.7 Momentos flectores y fuerzas de corte en el timón.
El siguiente cálculo de momentos flectores y fuerzas de corte se realizara según el
reglamento de clasificación IACS [12].
Figura N°10 Mtos. Flectores y fuerzas de corte Fuente: Apuntes Pérez N. (2014c) [12].
ítem
5°
10°
15°
25°
35°
E
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
FN (kn)
4,10
8,36
12,80
21,81
29,85
q
5,19
10,58
16,21
27,61
37,79
b2
4,10
8,36
12,80
21,81
29,85
Mb
1,62
3,30
5,06
8,62
11,79
Tabla N°19
Mtos. Flectores y fuerzas de corte Fuente: Elaboración Propia
8.8 Momento de torsión en el timón
Calculo de momento de torsión real (con roces), estimado los roces de los descansos
y un factor de servicio.
Mt = k * ( Fn * b )
k = 1,2 a 1,3 en embarcaciones que operan en aguas interiores o tranquilas.
k = 1,3 a 1,5 en embarcaciones que operan en el mar.
50
Figura N°11
Timón tipo espada
Fuente: Apuntes Pérez N. (2014c) [12].
ítem
5°
10°
15°
25°
35°
cpc
0,186
0,195
0,206
0,239
0,27
d
0,08
0,08
0,08
0,08
0,08
b
0,106
0,115
0,126
0,159
0,19
FN (kn)
4,10
8,36
12,80
21,81
29,85
Mt
0,65
1,44
2,42
5,20
8,51
Tabla N°20
Mtos. de torsión del timón
Fuente: Elaboración Propia
8.9 Resumen
5
10
15
25
35
CL
0,22
0,45
0,69
1,18
1,62
CD
0,02
0,04
0,09
0,25
0,49
FL (KNt)
4,08
8,35
12,81
21,91
30,07
FD (KNt)
0,37
0,74
1,67
4,64
9,10
FN (KNt)
4,10
8,36
12,80
21,81
29,85
CPc (m)
0,186
0,195
0,206
0,239
0,27
Mfmax (KNt*m)
1,62
3,30
5,06
8,62
11,79
Mtmax(KNt*m)
0,65
1,44
2,42
5,20
8,51
ᵟ
(grados)
Tabla N°21
Resumen
Fuente: Elaboración Propia
51
8.9.1 Sistema de accionamiento.
En este punto se puede seleccionar un sistema de accionamiento (servomotor) y
para ello se utilizara los valores ya calculados que se encuentran en la Tabla N°18, este
sistema de accionamiento debe tener las capacidades necesarias para ser capaz de aplicar
un torque superior al que se genera en los timones al máximo ángulo de timón que en nuestro
caso es de 35°. El equipo seleccionado para la embarcación es el siguiente:
Tipo: sistema de accionamiento con pistones hidráulicos.
Marca: MT900 VETUS.
Par máximo de timón en un ángulo de 35°: 8829 Nm.
Volumen del cilindro: 1978 cm^3
Carrera del cilindro: 300 milímetros.
Longitud de la caña: 260 milímetros.
Peso de cada pistón: 38,8 Kilogramos.
Angulo total del timón: 70°
La bomba adecuada para el equipo es:
Bomba: MPT 151
Capacidad de la bomba: 151 cm3/vuelta.
Numero de pistones: 7
Presión de trabajo máxima: 63 kg/cm2 (6178 kpa)
Medidas de las tuberías: Diámetro 18 x 15 mm
Peso de bomba: 23 Kilogramos
Diámetro mínimo de la rueda del timón: 110 cm.
El equipo seleccionado fue escogido desde Catálogo Vetus 2015, Creators of Boat
Systems, Direcciones Hidráulicas, pág. 232.
52
Figura N°12
Sistema de Accionamiento
Fuente: Elaboración Propia
53
8.10 Escantillonado del timón
8.10.1 Diámetro del eje del timón
Ya que nuestra embarcación no será clasificada por ninguna casa de clasificación,
se utilizara la siguiente formula:
Timón Suspendido ( tipo espada)
Deje ≥ k * ( R * At )^(1/3)
R = a + ( a^2 + b^2 )^0,5
a,b = metros
At = m^2
K = 21,66 para velocidades entre 11 y 17kn
Ld = 1,5 Deje
Deje = 77,9 mm
Se aproximara a un diámetro de 80 mm para tener un rango de seguridad.
8.10.2 Pernos de acoplamiento
El diámetro de los pernos de acoplamiento no debe ser menor que
d = 0,65
DV
√n
mm
Dv = 80 mm
n = 8 Numero de pernos de acoplamiento, el mínimo de pernos es 6.
d = 19 mm
8.10.3 Flange de acoplamiento
El diámetro del flange debe ser al menos Dv + 10 mm. Por lo tanto se considera lo
siguiente:
Diámetro de flange = 90 mm
El espesor del flange no será menor que 0,25Dv. Por lo tanto
t = 20 mm
54
8.10.4 Brazos del timón
Los timones serán de plancha sencilla, no llevaran brazos o refuerzos extras
8.10.5 Espesor de timón
Ecuación propuesta por Bureau Veritas.
tB = 1,52 * ( d )^0,5 mm
Donde d, es el diámetro de la mecha del timón. d = 80 mm.
tB = 14 mm
8.11 Maniobrabilidad de la embarcación
El círculo evolutivo es una de las maniobras más conocidas y utilizadas para evaluar la
respuesta de gobierno de una embarcación y se realiza con el buque real en etapas de
pruebas de mar.
Es posible estimar los parámetros indicadores de maniobrabilidad del círculo evolutivo
mediante formulaciones teórico-empíricas como presenta Shiba [9].
Los parámetros que caracterizan al círculo evolutivo son los siguientes:
-
Diámetro de Giro
Avance
Desviación o Transferencia
Diámetro Táctico
55
8.11.1 Método de Shiba.
A partir de los siguientes parámetros de entrada:
item
simbología
Coeficiente de bloque
Cb
Eslora entre perpendiculares
Lpp
Área de timón total de diseño
AT
Calado de diseño
Tm
Factor de timón
FT
Valor de entrada para gráficas
1/FT
Coeficiente de bloque
αT
Tabla N°22
Parámetros de entrada
valor
unidad
0,33
12
m
0,42
m2
0,8
m
0,044
23
35
grados
Fuente: Elaboración Propia
Se hace necesario extrapolar en los gráficos de coeficiente de bloque 0,6 y 0,7
valores para 1/FT = 23 a partir de valores observados ejemplo 35 y 40. Luego el mismo
ejercicio pero esta vez para el coeficiente de bloque de la embarcación (0,33) entre los
valores observados para 0,6 y 0,7.
La siguiente tabla y figura resumen lo explicado, para la estimación de diámetro de giro
y de manera análoga para los otros parámetros.
Desarrollo del Diámetro de Giro
1/FT
Tabla N°23
50
Coeficiente de bloque
0,6
0,7
0,33
3,4
2,5
40
3,5
2,65
23
3,67
2,91
5,74
Extrapolación Fuente: Elaboración Propia
56

Diametro de giro / Lpp = 5,74

Diametro de giro = 68,9 m
Lo mismo para el Avance.
50
1/FT
Tabla N°24
40
23
Extrapolación

Avance / Lpp = 2,6

Avance = 31,2 m
Coeficiente de bloque
0,6
0,7
0,33
2,6
2,4
2,4
2,2
2,06
1,86
2,60
Fuente: Elaboración Propia
57
De igual forma para la estimación de Transferencia.
Coeficiente de bloque
0,6
0,7
0,33
3,4
1,7
40
1/FT
Tabla N°25
35
23
Extrapolación
3,5
1,85
3,74
2,21
7,87
Fuente: Elaboración Propia

Desviación / Lpp = 7,87

Desviación = 94,44 m
Respecto al Diámetro Táctico podemos considerar una aproximación de:
DT ≈ 1,1DG
Los valores finales son mostrados en la siguiente tabla resumen
Tabla N°26
DG
Diámetro
Giro
de =
68,9
m
AV
Avance
=
31,2
m
DV
Desviación
=
94,44
m
DT
Diámetro
Táctico
=
75,79
m
Resultados
Fuente: Elaboración Propia
58
CAPITULO IX
ANTEPROYECTO ESTRUCTURAL
El siguiente cálculo estructural se realizará por medio del Reglamento de
clasificación de Lloyd´s Register [1], para embarcaciones de servicio especial.
9.1.1 Características de la Embarcación.
Tipo de Embarcación
Lancha Pilot Tipo A Unidad
Eslora
13
m
Eslora de Flotación
11.98
m
Manga
3,91
m
Puntal
2,229
m
Calado
0,9
m
Desplazamiento
12,388
t
Coef. Block
0,35
Velocidad
15
kn
Peso de la Cuaderna
77,68
kg
Centroide en Eje y
1,34
m
Modulo resistente cubierta
76.914,9
𝑐𝑚3
Modulo resistente de Quilla
57.935,1
𝑐𝑚3
Tabla N°27
características de la embarcación
Fuente: Elaboración Propia
9.1.2 Definiciones del Escantillonado
Eslora de Escantillonado
Corresponde a la eslora del buque en metros, definida como la distancia en la línea de
flotación de carga en verano entre la cara de proa de la roda hasta el eje de la mecha del
timón; y no será inferior al 96% ni precisa ser superior al 97% de la eslora extrema en la
flotación de carga en verano.
Eslora de Flotación
Esta eslora se define según el Convenio Internacional sobre Líneas de Carga, 1966.Se
tomará como el 96% de la eslora total en flotación tomada al 85% del puntal mínimo de
trazado, medido desde la parte superior de la quilla.
Manga
Corresponde a la manga máxima de trazado en metros, la cual será medida en la línea
de flotación de verano.
59
Puntal de Escantillonado
El puntal de trazado o de escantillonado se medirá en la mitad de la eslora L, se define
como la distancia vertical en metros desde la línea base a la cubierta más alta.
Calado
Corresponde al calado de proyecto o de diseño de verano en metros.
Desplazamiento
Corresponde al desplazamiento para el calado de proyecto T.
Coeficiente de Block
Corresponde al Coeficiente de Bloque, en donde el calado corresponde al parámetro T
de diseño.
9.1.3 Simbología
σa = Esfuerzo Admisible del aluminio = 125 N/ 𝑚𝑚2
σu = Moduló de Tensión = 260 N/𝑚𝑚2
E
= Modulo de elasticidad del aluminio = 69000 N/𝑚𝑚2
Ka = Factor de Aleación = 125/σa del aluminio = 1
Fσ = Coeficiente de esfuerzo de torsión.
fτ
= Coeficiente de esfuerzo de corte.
fδ
= Coeficiente de esfuerzo de flexión.
s
= Distancia entre refuerzos en mm.
γ
= Factor de corrección de curvatura convexa.
β
= Factor de corrección de relación de aspecto.
γ
= Factor de corrección de curvatura convexa.
β
= Factor de corrección de relación de aspecto.
P
= Diseño de presión en KN/ 𝑚2
Z
= Modulo de rigidez del refuerzo en 𝑐𝑚3
I
= Inercia del refuerzo en 𝑚𝑚4
Aw = Área de sección del refuerzo en 𝑐𝑚2
60
Φz = Coeficiente del módulo de rigidez.
φI
= Coeficiente de la Inercia.
φA = Coeficiente del área de sección.
Le = Longitud efectiva en m.
9.1.4 Tipo de material de construcción
El material a emplear en todas las piezas de la embarcación será aleación
de aluminio naval de grado 5083-0 con las siguientes especificaciones:



0.2 % de esfuerzo probado (mínimo) : 125 N/𝑚𝑚2
Módulo de tensión
: 260 N/𝑚𝑚2
Módulo de elasticidad
: 69 x 10^3 N/𝑚𝑚2
Para soldar el material definido anteriormente se emplean procesos GMAW, entre los
cuales encontramos los procesos MIG y TIG que se utilizaran dependiendo lo que se
desea soldar,
9.2. Calculo de presiones y aceleraciones actuales sobre la estructura.
9.2.1 Aceleración vertical.
Según capítulo 2, sección 3, parte 2.4 de Lloyd`s Register of Shipping.
av
G
Bc
Bw
H1/3
θD
Aceleración vertical en g medida en LCG
Aceleración de gravedad
Manga entre pantoques a la altura de LCG
Manga en la línea de agua a la altura de LCG
Altura de la ola significativa en metros
Angulo de astilla muerta
0,246
9,81
2,72
3,5
0,5
24
G
m/𝑠 2
m
m
m
Grados
61
θB
Γ
L1
H1
Δ
Tabla N°28
Angulo de trimado
9
Numero de Taylor
2,383
Lwl*Bc^3/Bw*Δ no menor a 3
5,440
H1/3/Bw no inferior a 0,2
0,143
Desplazamiento en toneladas
12,388
Aceleración vertical
Fuente: Elaboración Propia
Grados
t
9.2.2 Presión hidrostática.
Según capítulo 2, sección 4, parte 3.1 de Lloyd`s Register of Shipping.
Ph
Tx
Zx
Tx + Zk
Z
Tabla N°29
Presión hidrostática
Distancia forro a L.F a ½ Lwl
Distancia L.B a forro a ½ Lwl
Distancia L.B a K.G
Presión hidrostática
-0,8
1,05
0
1,05
1,13
KN/𝑚2
m
m
m
m
Fuente: Elaboración Propia
9.2.3 Presión hidrodinámica.
Según capítulo 2, sección 4, parte 4.2 de Lloyd`s Register of Shipping.
62
Pm
fz
Kz
u
Hrm
Cw,min
Km
Xm
Cw
LWL
Cb
Fn
Vm
Vm
Kr
Xwl
Tabla N°30
KN/𝑚2
7,674
1,032
0,585
0,536
0,744
0,5
1,645
0,024
0,837
12,3
0,59
0,71
15
7,716
2,25
5,25
Presión hidrodinámica
m
Nudos
m/s
m
Fuente: Elaboración Propia
9.2.4 Presión por pitch
Según capítulo 2, sección 4, parte 4.3 de Lloyd`s Register of Shipping.
Pp
Hpm
21,0428135
-0,564563289
fL*√(Lwl)
2,104
0,6
1
21,0428135
22,0428135
fL
PH
Pw
Ps
Tabla N°31
Presión por pitch
KN/𝑚2
KN/𝑚2
KN/𝑚2
KN/𝑚2
Fuente: Elaboración Propia
63
9.2.5 Presión por impacto.
Según capítulo 2, sección 5, parte 2.1 de Lloyd`s Register of Shipping.
Pdlb
Go
Fd
Φ
Tabla N°32
74,649
0,5
54
0,5
Presión por impacto
KN/𝑚2
Fuente: Elaboración Propia
9.3 Cálculo de presiones de diseño.
Según capítulo 3, sección 2, parte 1.1 de Lloyd`s Register of Shipping.
Hf
Gf
Sf
Cf
Δf
1
1
1,25
1
0,5 a 0,8
Según tabla 3.2.1
Según tabla 3.2.2
Según tabla 3.2.3
Según tabla 3.2.4
Según tabla 3.2.5
Tablas en anexos.
Según capítulo 3, sección 3, parte 1.1 tabla 3.3.1 de Lloyd`s Register of Shipping.
PBP
Presiones en el fondo del casco(placas)
27,554
KN/𝑚2
PBF
Presiones en ref.Est. primarios de fondo
13,777
KN/𝑚2
PBF
Presiones en ref.Est. secundarios de fondo
PSP = PBP
Presiones en placas de costado
PSF
Presiones en ref.Est. primarios de costado
PSF
Presiones en ref.Est. secundarios de costado
PCP
Presiones en placas de cubierta estanca
PCF
Presiones en ref.Est. primarios cub. estanca
PCF
Presiones en ref.Est. sec.cubiertas estanca
PWDp
Presiones en placas de cubierta interpedie
22,043
27,554
13,777
22,043
26,304
13,152
21,043
13,749
KN/𝑚2
KN/𝑚2
KN/𝑚2
KN/𝑚2
KN/𝑚2
KN/𝑚2
KN/𝑚2
KN/𝑚2
64
PWDf
Presiones en ref.Est. prim.cub.interpedie
PWDf
Presiones en ref.Est. sec.cub.interpedie
PIDP
Presiones en placas de cubiertas interiores
PIDF
Presiones en ref.Est. prim.cub.interiores
PIDF
Presiones en ref.Est. sec.cub.interiores
PDHP
Presiones en placas de superestructura
PDHF
Presiones en ref.Est. prim. superestructura
PDHF
Presiones en ref.Est. sec. superestructura
PIBP
Presiones en placas estructura interna
PIBF
Presiones en ref.Est. prim.Est. interna
PIBF
Presiones en ref.Est. sec.Est. interna
PBHP
Presiones en placas de mamp. Y estanques
PBHF
Presiones en ref. de mamp. Y estanques
6,875
10,999
13,749
6,875
10,999
17,186
8,593
13,749
8,792
4,396
7,034
13,104
KN/𝑚2
KN/𝑚2
KN/𝑚2
KN/𝑚2
KN/𝑚2
KN/𝑚2
KN/𝑚2
KN/𝑚2
KN/𝑚2
KN/𝑚2
KN/𝑚2
KN/𝑚2
KN/𝑚2
13,104
Tabla N°33
Presiones de Diseño
Fuente: Elaboración Propia
9.4 Cálculo de escantillonado.
Según capítulo 3, sección 1, parte 16.1 de Lloyd`s Register of Shipping.
Simb. Item
valor
unidad
S
Clara de cuaderna
600
mm
Ɣ
Factor de curvatura
1
-
β
Factor de aspecto de plancha
1
-
fσ
Coeficiente de esfuerzo de Torsión
0,85
-
σa
Esfuerzo Admisible del Aluminio
125
N/𝑚𝑚2
Ka
Factor de Aleación
1
-
65
LR
Eslora de Reglamento = 0,965*Lwl
11,8695
m
Roda
Ts = raíz(Ka)*(0,14LR+4)
5,66
mm
Simb.
Tp
Tp
Tp
Tp
Tp
Tp
Ítem
Calculado Elegido
Planchaje del fondo de casco
6,84
8
Planchaje del costado del casco
6,84
8
Planchaje de la cinta
6,69
8
Planchaje del pantoque
6,84
8
Planchaje del espejo
6,84
8
Planchaje de las cajas de mar
6,84
8
Quilla
Tk
=
16,56
18
Tk
raíz(Ka)*(0,7LR+8,25)mm
área
de
sección
mínima
24
23,96
Ak
Ka*(1,85*LR+2)𝑐𝑚2
Tabla N°34
espesores de planchaje
Fuente: Elaboración Propia
Unidad
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
𝑐𝑚2
Según capítulo 3, sección 1, parte 17.1 de Lloyd`s Register of Shipping.
Módulo de sección:
Inercia:
Área:
66
Фz
P
s
le
fσ
σa
fδ
Фӏ
E
fτ
τa
ФA
Z
I
Aw
Refuerzos Longitudinales de fondo
coef. del módulo de rigidez
Presiones en ref. Est. secundarios de fondo
Clara entre Refuerzos
Longitud no Apoyada
Coeficiente de esfuerzo de Torsión
Esfuerzo Admisible del Aluminio
Coeficiente de esfuerzo de Flexión
Coeficiente de la Inercia
Módulo de elasticidad
Coeficiente de esfuerzo de Corte
σa/√3
Coeficiente del Área Sección
Modulo resistente
Inercia
Área de sección del refuerzo en mm^2
0,1
22,043
400
0,6
0,75
125
475
0,00911
69000
0,75
72,16878
0,1
3,386
11,94393
0,09774
Фz
P
s
le
fσ
σa
fδ
Фӏ
E
fτ
τa
ФA
Z
I
Aw
Refuerzos Longitudinales de costado
coef. del módulo de rigidez
Presiones en ref. Est. secundarios de fondo
Clara entre Refuerzos
Longitud no Apoyada
Coeficiente de esfuerzo de Torsión
Esfuerzo Admisible del Aluminio
Coeficiente de esfuerzo de Flexión
Coeficiente de la Inercia
Módulo de elasticidad
Coeficiente de esfuerzo de Corte
σa/√3
Coeficiente del Área Sección
Modulo resistente
Inercia
Área de sección del refuerzo en mm^2
0,1
13,777
470
0,6
0,75
125
475
0,00911
69000
0,75
72,16878
0,1
2,486
8,771405
0,071778
KN/𝑚2
mm
m
N/ 𝑚𝑚2
N/𝑚𝑚2
N/𝑚𝑚2
N/𝑚𝑚2
𝑐𝑚3
𝑐𝑚4
𝑚𝑚2
KN/𝑚2
mm
m
N/𝑚𝑚2
N/𝑚𝑚2
N/𝑚𝑚2
N/𝑚𝑚2
𝑐𝑚3
𝑐𝑚4
𝑚𝑚2
67
Фz
P
s
le
fσ
σa
fδ
Фӏ
E
fτ
τa
ФA
Z
I
Aw
Refuerzos Longitudinales de cubierta
coef. del módulo de rigidez
Presiones en ref. Est. secundarios de fondo
Clara entre Refuerzos
Longitud no Apoyada
Coeficiente de esfuerzo de Torsión
Esfuerzo Admisible del Aluminio
Coeficiente de esfuerzo de Flexión
Coeficiente de la Inercia
Módulo de elasticidad
Coeficiente de esfuerzo de Corte
σa/√3
Coeficiente del Área Sección
Modulo resistente
Inercia
Área de sección del refuerzo en mm^2
0,1
13,152
375
0,6
0,65
125
625
0,00911
69000
0,65
72,16878
0,1
2,185
8,7907
0,0630
Фz
P
s
le
fσ
σa
fδ
Фӏ
E
fτ
τa
ФA
Z
I
Aw
tw
A
df
Elementos de varengas
coef. del módulo de rigidez
Presiones en ref. Est. secundarios de fondo
Clara entre Refuerzos
Longitud no Apoyada
Coeficiente de esfuerzo de Torsión
Esfuerzo Admisible del Aluminio
Coeficiente de esfuerzo de Flexión
Coeficiente de la Inercia
Módulo de elasticidad
Coeficiente de esfuerzo de Corte
σa/√3
Coeficiente del Área Sección
Modulo resistente
Inercia
Área de sección del refuerzo en mm^2
Espesor de varengas
Área
altura mínima de plancha
0,0416
22,043
600
1,15
0,65
125
675
0,0026
69000
0,65
72,16878
1
8,955
51,161
3,243
14,730
3,323
218,96
KN/𝑚2
mm
m
N/𝑚𝑚2
N/𝑚𝑚2
N/𝑚𝑚2
N/𝑚𝑚2
𝑐𝑚3
𝑐𝑚4
𝑚𝑚2
KN/𝑚2
mm
m
N/𝑚𝑚2
N/𝑚𝑚2
N/𝑚𝑚2
N/𝑚𝑚2
𝑐𝑚3
𝑐𝑚4
𝑚𝑚2
mm
𝑐𝑚2
mm
68
Фz
P
s
le
fσ
σa
fδ
Фӏ
E
fτ
τa
ФA
Z
I
Aw
Elementos de Superestructura
coef. del módulo de rigidez
Presiones en ref. Est. secundarios de fondo
Clara entre Refuerzos
Longitud no Apoyada
Coeficiente de esfuerzo de Torsión
Esfuerzo Admisible del Aluminio
Coeficiente de esfuerzo de Flexión
Coeficiente de la Inercia
Módulo de elasticidad
Coeficiente de esfuerzo de Corte
σa/√3
Coeficiente del Área Sección
Modulo resistente
Inercia
Área de sección del refuerzo en mm^2
0,1
10,99
600
1
0,85
125
400
0,00911
69000
0,75
72,16878
0,1
6,206
34,82397
0,121826
Фz
P
s
le
fσ
σa
fδ
Фӏ
E
fτ
τa
ФA
Z
I
Aw
Baos
coef. del módulo de rigidez
Presiones en ref. Est. secundarios de fondo
Clara entre Refuerzos
Longitud no Apoyada
Coeficiente de esfuerzo de Torsión
Esfuerzo Admisible del Aluminio
Coeficiente de esfuerzo de Flexión
Coeficiente de la Inercia
Módulo de elasticidad
Coeficiente de esfuerzo de Corte
σa/√3
Coeficiente del Área Sección
Modulo resistente
Inercia
Área de sección del refuerzo en mm^2
0,0416
21,043
600
1,562
0,65
125
675
0,0026
69000
0,65
72,16878
1
15,772
122,3855
4,2041
KN/𝑚2
mm
m
N/𝑚𝑚2
N/𝑚𝑚2
N/𝑚𝑚2
N/𝑚𝑚2
𝑐𝑚3
𝑐𝑚4
𝑚𝑚2
KN/𝑚2
mm
m
N/𝑚𝑚2
N/𝑚𝑚2
N/𝑚𝑚2
N/𝑚𝑚2
𝑐𝑚3
𝑐𝑚4
𝑚𝑚2
69
9.5 Resumen de Escantillonado.
Denominación
Roda
Plancha de fondo
Plancha de costado
Plancha de cinta
Plancha de espejo
Quilla
Longitudinales fondo
Longitudinales costado
Cuadernas
Varengas
Baos
Vagras
Mamparos
Refuerzos mamparos
Plancha de cubierta
Longitudinales de cubierta
Plancha de superestructura
Refuerzos superestructura
Tabla N°35
Escantillonado final
Elemento
PL 6
PL 8
PL 8
PL 8
PL 8
PLT 150x18
L 75x50x6
L 75x50x6
L 130x90x10
PLT 220x16
L 150x90x10
PLT 220x6
PL 6
L 50x30x5
PL 8
L 65x5
PL 6
L 75x50x6
Fuente: Elaboración Propia
9.6 Cálculo de Módulo de Sección por Reglamento ABS.[2]
C1 = 0,044 * 3,75
L<90m
C2 = 0,01
L = Eslora en metros.
B = Manga en metros.
V = Velocidad en nudos.
Cb = Coeficiente de block.
K3 =
C = 0,90 para embarcaciones de aluminio.
70
Ítem
Valor
unidad
SM
3093,938678
𝑐𝑚3
2,145
C1
0,01
C2
13
L
m
3,91
B
m
15
V
m
0,33
Cb
1,229
K3
0,9
C
1,53
Q
Tabla N°36 Modulo de sección Cuaderna maestra Fuente: Elaboración Propia
Por lo tanto la cuaderna maestra cumple con el modulo resistente mínimo.
71
CAPITULO X
SISTEMAS AUXILIARES
10.1 Sistema de achique e incendio
Este sistema son dos circuitos que trabajan unidos, para evacuar las aguas de
sentina de los espacios estancos y succión de agua para combate contra incendio. Se
considerará una bomba única para los circuitos de achique e incendio por lo que esta
debe cumplir con ambas exigencias. Y otra de carácter auxiliar que puede ser manual o
acoplada.
Los sistemas cumplirán con las recomendaciones encontradas en la Parte 15, Capitulo
2,Sección7- de Rules and Regulations for the Classification of Special Service Craft, Llo
yds Register [1].
10.2 Sistema de achique
10.2.1 Tamaño de tuberías
Definido en la Parte 15, Capitulo 2, sección 7.1 de Rules and Regulations for the
Classification of Special Service Craft, Lloyds Register [1]. Los colectores o tuberías de
achique deberán tener un diámetro no menor al de la siguiente fórmula:

dm = 1,68 √ ( L ( B + D ) ) + 25 mm
donde

Ítem
simbología
Valor
unidad
Manga
B
3,91
m
Puntal
D
2,25
m
Eslora total
L
13
m
dm = 40 mm
Por lo tanto se utilizara cañerías de 1 1/2”.
72
10.2.2 Diámetro de los ramales
Definido en la Parte 15, Capitulo 2, sección 7.2 de Rules and Regulations for the
Classification of Special Service Craft, Lloyds Register [1]. El diámetro de los puntos de
aspiración no será menor al siguiente:

c =
db = 2,15 √ ( c ( B + D ) ) + 12,5
mm
Largo de compartimiento. En este caso usaremos el largo 4,8 m que
corresponde al largo del compartimiento habitabilidad.

db= 24,19 mm
Por lo tanto se utilizara cañerías de 3/4”.
10.2.3 Bomba
Cada unidad de achique al ser conectada al bombeo principal de sentina debe capaz de
dar una velocidad de agua de achique de no menos de 2 m/s.
Definido en la Parte 15, Capitulo 2, sección 8.3.1 de Rules and Regulations for the
Classification of Special Service Craft, Lloyds Register [1] . Está el caudal mínimo
necesario para lograr la velocidad de flujo requerida, para la bomba de achique a instalar.
La capacidad Q de achique no debe ser inferior a la requerida por la siguiente fórmula:

Q = ( 5,75 / 103 ) * (𝑑𝑚2 ) 3𝑚3 /hr

Q = 9,2 𝑚3 /hr
73
10.2.4 Altura manométrica
Para poder estimar la potencia necesaria de la bomba a utilizar, es necesario, calcular la
altura manométrica.

Hest
Hm = Hest + Hperd
= Altura a la que debe llegar el agua midiéndose desde la parte más profunda de
aspiración hasta la salida en los grifos de cubierta, la cual se estimada respecto a las
características de nuestra embarcación. Por lo tanto dicha altura será de 3 metros.
Hperd = Altura de perdida en m. Equivale a todas aquellas perdidas de energía y cargas
a través de tuberías, válvulas, curvas, etc. Estas pérdidas son coeficientes establecidos
que se pueden encontrar en distintos catálogos a partir de tablas o diagramas.
El cálculo de Hperd se realizara a partir del tendido más extenso a lo largo de la lancha,
vale decir, desde el rasel de proa hasta la salida de costado pasando por el manifold.
Elementos que se reducen a una longitud equivalente, por lo tanto nos queda:
Ítem
cantidad
Cañerías
Long. equivalente Total (m)
11,2
11,2
Codos
5
0,9
4,5
Válvulas de bola
2
1,2
2,4
Lo que nos deja una longitud total de 18,1 m.
Ahora estamos en condiciones de ingresar a una tabla de perdida de carga, o diagrama
de carga como es el caso, con los siguientes datos:
Diámetro tubería = 1 ½”
Q = 9,2 m3/hr = 0,00255 m^3/s = 153,3 lt/min
74
Tabla N°37
Pérdida de carga
Fuente: Vega (2003) [13]
Para el valor de 153,3 lt/min se interpolo con los valores de la tabla obteniendo
un valor de 19,79 Valor obtenido corresponde a:
H100 = 19,79 m
LT
=
Longitud total del tendido, corresponde a 18,1m.
K
=
1
Hperd =
Factor por calidad de tubería
Pérdida de carga de la tubería
Luego calculamos la perdida de carga como sigue:
Hperd = ( LT / 100 ×) * H100 × K
Hperd= 3,6 m
75
Realizado esto podemos calcular ahora la altura manométrica
Hm = Hest + Hperd
Hm = 3 + 3,6 = 6,6 m
Y por último calculamos la potencia de la bomba utilizando la siguiente fórmula:
N = ( Q * Hm * γ ) / ( 76 * ω)
HP
Q
=
0,00255 𝑚3 /s
Caudal
y
=
1.025 kg/𝑚3
Peso específico del agua
Hm
=
6,6 m.
Altura manométrica
w
=
0,55
Rendimiento de la bomba
N=0,41 HP
Por lo tanto escogeremos una bomba con una potencia igual o mayor a 0,41 HP
que cumpla con el caudal y altura manométrica ya calculados.
Esta bomba será de la marca Imnasa, modelo 3100, el cual posee las siguientes
características:
Hm
= 8 m.
Altura manométrica
Q
= 0,00325 𝑚3 /s Caudal
76
10.3 Circuito contra incendio.
Como mencionó anteriormente el circuito de achique estará combinado con el circuito
contra incendio, esto como también se mencionó, implica que la bomba será común para
ambos circuitos, sin embargo el tendido de cañerías por razones obvias será distinto, sin
embargo los diámetros serán los mismos.
El sistema de agua contra incendio contará con dos grifos ubicados en la cubierta
principal uno a cada banda, con sus respectivas mangueras y boquillas.
10.4 Sistema de combustible
Estanques de capacidad determinada, con sus correspondientes tapas de registro, tubos
de nivel, tubos de llenado, desahogo, drenaje para agua.
El circuito de cañerías será de tuberías de acero de 3/4” de diámetro con válvulas de
cierre rápido. Además se debe adicionar una válvula de control remoto de seguridad para
el sistema de petróleo.
También es recomendable una disposición de cañerías de retorno de combustible.
10.5 Sistema de agua dulce y sanitario
El circuito de agua dulce es en base a cañerías de PVC, para suministrar agua a el baño
y cocina, accionado por bomba eléctrica de 24 volts. El sistema de sanitario consta de
W.C., ducha, lavamanos, lavaplatos, evacuados por bomba instalada en un estanque
formado por unidad con procesador sanitario o dispositivo saniproceso de marca Vetus o
similar.
77
10.6 Sistema eléctrico y alumbrado
La generación de energía eléctrica será a través de alternadores acoplados a los motores
propulsores. Alternadores de 24V para alimentar 2 bancos de baterías para la partida de
los motores, constara con un banco de baterías para generar 12 y 24V para los circuitos
de alumbrado y equipos de navegación.
Se considera un generador auxiliar de 220V 5KVA diesel para luces de emergencia,
equipos de video y aire acondicionado.
Se dispondrá también de una conexión a tierra de 220 Volts.
10.7 Sistema de timón y gobierno
Contempla un circuito de tipo hidráulico, Vetus compuesto de dos timones de plancha
tipo espada accionados hidráulicamente. Comprende un mando en el puente de mando,
bomba, elementos de conexión y accionamientos.
10.8 Sistema de amarre y fondeo
La embarcación poseerá bitas dobles, soldadas a cubierta, para las faenas de amarre
1 Ancla tipo Danforth de 30 kilos de peso
Boza para fondeo de ancla de 70 m.
1 Equipo cabrestante para la faena de fondeo eléctrico adecuado marca Vetus o
similar.
10.8.1 Número de equipo
Para el cálculo del número de equipo en el punto 2.1 de Rules and Regulations for the
Classification of Special Service Craft, Lloyds Register [1], Se propone la siguiente
fórmula para mono cascos:

EN = Δ^(2/3) + 2*H*B + 0,1 * A
78
Δ = 12,5 ton
Desplazamiento
H = 3,33 m
Altura desde la línea de flotación hasta la altura más alta que
forme la superestructura
B = 3,25 m
Manga de trazado
A = 24,2 m2
Área lateral del caco y la superestructura sobre la línea de
flotación

EN = 29,45
Con este valor se busca un peso de ancla recomendado como en la siguiente tabla del
reglamento en cuestión
Equipment number
High holding power bower anchors
Exceedin
Not
exceeding
Number
anchors
-
5
1
11
5
10
1
13
10
15
1
17
15
20
1
22
20
25
1
27
25
30
1
32
30
35
1
37
Tabla N°38
Numero de equipo
of Mass of anchor, in
Kg
Fuente:Lloyd´s Register
79
CAPITULO XI
CÁLCULO DE PESOS Y CENTROS DE GRAVEDAD
En este capítulo se realizara un estudio de todos los pesos incluidos en la embarcación,
para de esta forma tener una aproximación más cercana del desplazamiento y centro de
gravedad de esta misma.
El peso o desplazamiento de la embarcación se divide en dos partes:

Desplazamiento liviano

Peso muerto
Desplazamiento liviano (lightweigth).
Es el peso de la embarcación completa, lista para navegar con sus aceites y fluidos en
niveles de trabajo, sin combustible, ni agua de bebida, ni provisiones, por lo tanto
representa el peso fijo de la embarcación.
Dividiremos este desplazamiento de la siguiente manera:
1. Peso del casco y estructuras.
2. Peso de la sala de máquinas.
3. Peso de las acomodaciones.
Peso muerto (deadweight).
El desplazamiento o peso muerto es el peso variable de la embarcación, en los cuales se
consideraran los siguientes puntos:
1. Peso del combustible
2. Peso del lubricante
3. Peso del agua potable
4. Peso de las provisiones
5. Peso de la tripulación
6. Peso de los pasajeros
Finalmente podemos determinar que el desplazamiento total de la embarcación
está dado por:
Δ total = Δ liviano + Δ muerto
80
11.1 Desplazamiento liviano
Para encontrar el valor del desplazamiento liviano tendremos que obtener el peso
del casco, el peso de la sala de máquinas y el peso de los equipos e instalaciones y sus
respectivos centros de gravedad. Para esto se utilizó el programa Rhino y catálogos que
proporcionaron los pesos.
Para el cálculo de centros de gravedad es necesario fijar unas coordenadas de
referencia las cuales son:

Para las coordenadas verticales, se tomara como cero la línea base y hacia
arriba valores positivos.

Para coordenadas transversales, se tomara como cero la línea de crujía,
siendo negativo hacia babor y positivo hacia estribor.

Para coordenadas longitudinales, se tomara cero la secion media de la
embarcación, siendo negativo valores hacia popa y valores positivos hacia
proa.
11.1.1 peso y centro de gravedad del casco
Entregaremos a continuación una tabla con los valores de peso y centro de gravedad
y momentos longitudinales, transversales y verticales de los elementos que componen el
casco de la embarcación.
Peso
X (LCG)
Y (TCG)
Z (VCG)
M*X
M*Y
M*Z
Kg
m
m
m
Kg*m
Kg*m
Kg*m
plancha
costado
plancha
pantoque
465,39
0,1
0
1,8
48,4
0
837,71
388,79
-0,6
0
1,09
-234,83
0
423,78
plancha fondo
669,04
-0,44
0
0,46
-294,38
0
307,76
plancha
cubierta
852,05
-0,85
-0,02
2,2
-724,24
-17,04
1874,51
quilla
99,59
0,59
0
0,43
58,76
0
42,82
barandas
47,88
-0,6
0
2,81
-28,73
0
134,54
baos
340,75
-0,8
-0,02
2,09
-272,94
-7,84
713,52
ítem
81
cuadernas
551,95
-0,54
0
0,97
-295,85
0
534,84
superestructura 443,21
-0,01
0
3,27
-4,43
0
1449,29
espejo con ref.
99,16
-6,41
0
1,22
-635,75
0
120,98
pisos inferiores
279,46
-1,56
0
0,54
-435,96
0
150,91
cartelas
82,19
-0,47
0
1,93
-38,63
0
158,63
ref. long. De
cubierta
69,16
-1,41
-0,02
2,14
-97,52
-1,52
148
ref. long. De
casco
227,59
-0,54
0
0,89
-122,9
0
202,55
ref. T long. De
cub.
104,01
0,01
0
2,13
1,04
0
221,53
mamparo popa
sala maquinas
93,84
-4,71
0
1,24
-442,01
0
116,37
mamparo proa
sala maquinas
115,23
0,09
0
1,39
10,37
0
160,17
mamparo
colisión
37,19
4,89
0
1,81
181,84
0
67,31
sub total
4966,49
-0,67
-0,01
1,54
-3327,73
-26,4
7665,24
soldadura 5%
248,32
-0,67
-0,01
1,54
-166,3744
-2,4832
382,4128
10% adicional
496,65
-0,67
-0,01
1,54
-332,7555
-4,9665
764,841
Total
5711,46
-0,67
-0,01
1,54
-3826,86
-33,85
8812,49
Tabla N°39
de
peso de la estructura
Fuente: elaboración propia
82
11.1.2
Peso y centro de gravedad de sala de maquinas
ítem
Peso
X (LCG)
Y (TCG)
Z (VCG)
M*X
M*Y
M*Z
kg
m
m
m
Kg*m
Kg*m
Kg*m
Motor eb
675
-1,7
0,9
0,55
-1147,5
607,5
371,25
Motor bb
675
-1,7
-0,9
0,55
-1147,5
-607,5
371,25
220
-2,45
0,9
0,4
-539
198
88
220
-2,45
-0,9
0,4
-539
-198
88
30
-3,8
0,25
1,2
-114
7,5
36
Maquinaria
auxiliar
90
-4
0,45
1
-360
40,5
90
Baterías
60
-4,1
1,2
0,68
-246
72
40,8
20
-4,2
0
0,44
-84
0
8,8
Extintor 1
10
-4,28
0,52
1,1
-42,8
5,2
11
Extintor 2
10
-4,28
-0,4
1,1
-42,8
-4
11
Total
1620
-2,631
0,075
0,689
-4262,6
121,2
1116,1
Caja
Estribor
red.
Caja red.
Babor
Manifould
válvulas
Bomba
achique
y
de
Tabla N°40
peso de la sala de máquinas
Fuente: elaboración propia
83
11.1.3
Peso y centro de gravedad de acomodaciones
ítem
Peso
X (LCG)
Y (TCG)
Z (VCG)
M*X
M*Y
M*Z
kg
m
m
m
Kg*m
Kg*m
Kg*m
45
3,65
0,00
1,30
164,03
0,00
58,50
5
2,10
0,98
1,50
10,50
4,90
7,50
50
3,65
0,00
1,00
182,25
0,00
50,00
25
-0,25
0,80
0,80
-6,25
20,10
20,00
10
-1,10
-0,68
1,50
-11,00
-6,81
15,00
45
-1,05
0,80
0,80
-47,25
36,18
36,00
wc
12
-1,00
-1,18
0,70
-12,00
-14,18
8,40
lavamanos
10
-0,47
-1,17
0,80
-4,70
-11,70
8,00
silla del piloto
15
0,95
-1,01
2,70
14,25
-15,15
40,50
tablero
puente
gobierno
40
1,51
-0,10
2,90
60,20
-4,04
116,00
equipo 1
7
1,50
-0,78
3,60
10,50
-5,45
25,20
equipo 2
7
1,50
-0,44
3,60
10,50
-3,08
25,20
equipo 3
5
1,50
-0,10
3,60
7,50
-0,50
18,00
silla practico 1
25
-1,60
0,77
2,70
-40,00
19,35
67,50
silla practico 2
25
-1,60
-0,77
2,70
-40,00
-19,35
67,50
silla marino 1
15
-0,18
0,77
2,70
-2,70
11,61
40,50
silla marino 2
15
-0,18
-0,77
2,70
-2,70
-11,61
40,50
extintor 3
10
-2,00
0,45
3,10
-20,00
4,52
31,00
total
366
0,75
0,01
1,85
273,13
4,79
675,30
mesa
television
asientos
lavaplatos
mueble
y
extintor 4
cocina,gas
mueble
y
de
Tabla N°41
peso de acomodaciones
Fuente: elaboración propia
84
11.1.4
Peso y centro de gravedad de los cargos
ítem
Peso
X (LCG)
Y (TCG)
Z (VCG)
M*X
M*Y
M*Z
kg
m
m
m
Kg*m
Kg*m
Kg*m
20
6,1
0,1
2,44
122
2
48,8
40
-6
0,1
2,18
-240
4
87,2
310
-2,5
0
0,3
-775
0
93
Eq. de amarre y
fondeo
700
4,6
0,26
2,44
3220
182
1708
aros salvavidas
16
-5,5
-0,2
2,68
-88
-3,2
42,88
terminaciones
805
-1,2
0
1,3
-966
0
1046,5
balsa salvavidas
para 12 pers.
85
-4,5
-1,3
2,68
-382,5
-110,5
227,8
Total
0,451
0,038
1,647
890,5
74,3
3254,18
bita de proa
bita de popa
cañerias
1976
Tabla N°42
11.1.5
peso de cargos
Fuente: elaboración propia
Peso y centro de la embarcación
Con los cálculos anteriores ya realizados podemos determinar el desplazamiento liviano
además los centros de gravedad (L.C.G, T.CG. y V.C.G) de la embarcación. Cabe
mencionar que estos valores son estimativos ya que la única forma de encontrar el valor
real es por medio del experimento de inclinación.
Peso
X (LCG)
Y (TCG)
Z (VCG)
M*X
M*Y
M*Z
Kg
m
m
m
Kg*m
Kg*m
Kg*m
Casco
5712
-0,67
-0,01
1,54
-3826,68
-57,11
8795,65
Sala de maquinas
2010
-2,631
0,075
0,689
-4262,6
121,2
1116,1
Acomodaciones
366
0,75
0,01
1,85
274,5
3,66
677,1
Cargos
1976
0,451
0,038
1,647
890,5
74,3
3254,18
Total
10064
-0,688
0,014
1,375
-6924,28
142,05
13843,03
ítem
Tabla N°43
desplazamiento liviano
Fuente: elaboración propia
85
Por los tanto obtuvimos el desplazamiento y centros de gravedad.
Item
Cantidad
Unidad
Desplazamiento liviano
10.064
Kg
L.C.G
-0,688
m
T.C.G
0,014
m
V.C.G
1,375
m
Tabla N°44
desplazamiento liviano
Fuente: elaboración propia
11.2 Calculo del peso muerto Dw
Para determinar el peso muerto de esta embarcación se deberá calcular los
valores de los pesos variables que se detallan a continuación:
11.2.1 Peso del combustible
Para calcular el peso del combustible tenemos que considerar que nuestra
embarcación tendrá una autonomía de 12 horas a velocidad crucero que en este
caso es de 15 nudos.

Consumo especifico del motor : 232 grs/(kw*hr)

2 motores propulsores, cada uno con una potencia BHP : 140 kw

15% consumo de maquinas auxiliares y estadía en el puerto.

5% navegación en mal tiempo

5% por bombeo
ítem
Combustible
diésel Bb
Peso
X (LCG)
Y (TCG)
Z (VCG)
M*X
M*Y
M*Z
Kg
m
m
m
Kg*m
Kg*m
Kg*m
390
-5,25
-1,175
1,475
-2047,5
-458,25
575,25
86
Combustible
diésel Eb
390
-5,25
1,175
1,475
-2047,5
458,25
575,25
Sub total
780
-5,25
0
1,475
-4095
0
1150,5
117
-5,25
0
1,475
-614,25
0
172,575
5% mal tiempo
39
-5,25
0
1,475
-204,75
0
57,525
5% por bombeo
39
-5,25
0
1,475
-204,75
0
57,525
Total
975
-5,25
0
1,475
-5118,75
0
1438,125
15%
auxiliares
maq.
Tabla N°45
11.2.2
Peso del combustible
Fuente: elaboración propia
Peso del lubricante
Según las características técnicas del motor, necesitara un total de 37 litros.
ítem
Peso
X (LCG)
Y (TCG)
Z (VCG)
M*X
M*Y
M*Z
Kg
m
m
m
Kg*m
Kg*m
Kg*m
-2,85
1,55
1,3
-94,05
51,15
42,9
Peso
del
37
lubricante
Tabla N°46
Peso de lubricante
Fuente: elaboración propia
11.2.3 Peso del agua potable
Se proyecta llevar un estanque para el agua potable de 200 litros ya que esta
embarcación solo tendrá faenas en el puerto antes señalado.
ítem
Peso del agua
potable
Tabla N°47
Peso
X (LCG)
Y (TCG)
Z (VCG)
M*X
M*Y
M*Z
Kg
m
m
m
Kg*m
Kg*m
Kg*m
200
-4
0
1,45
-800
0
290
Peso de agua potable
Fuente: elaboración propia
11.2.4 Peso de las provisiones
Se considera un peso de provisiones mínimo ya como antes se mencionó el
trabajo de esta embarcación solo será en el área del puerto.
87
ítem
provisiones
Peso
X (LCG)
Y (TCG)
Z (VCG)
M*X
M*Y
M*Z
kg
m
m
m
Kg*m
Kg*m
Kg*m
50
2,9
-1
1,4
145
-50
70
Tabla N°48
Peso de provisiones
Fuente: elaboración propia
11.2.4 Peso de la tripulación
Esta embarcación posee una tripulación de 2 marinos más el piloto dando
un total de 3 personas.
ítem
Tripulación
Peso
X (LCG)
Y (TCG)
Z (VCG)
M*X
M*Y
M*Z
kg
m
m
m
Kg*m
Kg*m
Kg*m
300
0,6
0
2,85
180
0
855
Tabla N°49
Peso de tripulación
Fuente: elaboración propia
11.2.5 Peso de los pasajeros
Esta embarcación está diseñada para transportar 8 pasajeros (2 prácticos de
puerto de forma cómoda).
ítem
Pasajeros
Peso
X (LCG)
Y (TCG)
Z (VCG)
M*X
M*Y
M*Z
kg
m
m
m
Kg*m
Kg*m
Kg*m
800
-1,34
0
2,85
321,6
0
684
Tabla N°50
Peso de pasajeros
Fuente: elaboración propia
Finalmente con los valores de los pesos y centros de gravedad del combustible,
lubricantes, agua potable, tripulación y pasajeros se podrá obtener el valor del peso
muerto y su centro de gravedad.
ítem
Peso
X (LCG)
Y (TCG)
Z (VCG)
M*X
M*Y
M*Z
Kg
m
m
m
Kg*m
Kg*m
Kg*m
Combustible
975
-5,25
0
1,475
-5118,75
0
1438,125
Lubricantes
37
-2,85
1,55
1,3
-94,05
51,15
42,9
88
Agua potable
200
-4
0
1,45
-800
0
290
Provisiones
50
2,9
-1
1,4
145
-50
70
Tripulación
300
0,6
0
2,85
180
0
855
Pasajeros
800
-1,34
0
2,85
321,6
0
684
Total
2362
-2,2718
0,00048
1,43100 -5366,2
1,15
3380,02
Tabla N°51
Peso Muerto
Fuente: elaboración propia
11.3 Resumen de pesos y centros de gravedad
ítem
Peso
X (LCG)
Y (TCG)
Z (VCG)
M*X
M*Y
M*Z
kg
m
m
m
Kg*m
Kg*m
Kg*m
10064
-0,688
0,014
1,375
-6924,28
142,05
13843,03
Dead
weigth
2362
-2,2718
0,00048
1,431
-5366,2
1,15
3380,02
Total
12426
-0,99
0,01
1,39
-12290,4
143,2
17223,05
Ligth
weigth
Tabla N°52
Resumen
Fuente: elaboración propia
89
CAPITULO XII
ANALISIS DE ESTABILIDAD PRELIMINAR
Para realizar el análisis de estabilidad transversal se utilizará el software Hydromax
Pro en el cual se aplicaran 4 distintas condiciones de carga. Las pruebas de estabilidad
se realizaron según la normativa IMO, en la cual los Criterios generales de estabilidad sin
avería exigidos para todos los buques son:
Para buques de pasaje y buques de carga:
1. El área bajo la curva de brazos adrizantes (curva de brazos GZ) no será inferior a 0,055
m.rad hasta un ángulo de escora θ= 30º ni inferior a 0,09 m.rad hasta un ángulo de escora
θ = 40º o hasta el ángulo de inundación θf si éste es inferior a 40º. Además, el área bajo
la curva de brazos adrizantes (curva de brazos GZ) entre los ángulos de escora de 30º y
40º o de 30º y θf, si este ángulo es inferior a 40º, no será inferior a 0,03 m.rad.
2. El brazo adrizante GZ será como mínimo de 0,20 m a un ángulo de escora igual o
superior a 30º.
3. El brazo adrizante máximo corresponderá a un ángulo de escora preferiblemente
superior a 30º pero no inferior a 25º.
4. La altura metacéntrica inicial GM no será inferior a 0,15 m. Para este buque se
aplicarán las condiciones de carga correspondientes a un buque de pasaje.
12.1 Condiciones de carga
- 1. Buque en la condición de salida a plena carga, con la totalidad de provisiones y
combustible y el completo de pasajeros con su equipaje.
- 2. Buque en la condición de llegada a plena carga, con la totalidad de pasajeros con su
equipaje, pero con sólo el 10% de provisiones y combustible.
- 3. Buque sin carga pero con la totalidad de provisiones y combustible y de pasajeros
con su equipaje.
- 4. Buque en las mismas condiciones que en 3, pero con sólo el 10% de provisiones y
combustible.
90
12.1.1 Condición de carga Nº1
Item Name
Quantity
Weight
tonne
Long.Arm
m
Vert.Arm m
Trans.Arm
m
Lightship
1
10,064
-0,660
0,010
1,410
pasajeros
1
0,240
-1,340
0,000
2,850
tripulación
1
0,300
0,600
0,000
2,850
provisiones
1
0,050
2,900
-1,000
1,400
carga
1
0,800
-4,000
0,000
2,400
0,488
-5,350
-1,175
1,475
0,000
0,366
0,000
0,007
combustible 100%
estribor
0,488
-5,350
1,175
1,475
lubricantes
100%
0,033
-2,850
1,550
1,300
agua dulce
100%
0,200
-4,100
0,000
1,450
LCG =
TCG =
VCG =
-1,110
0,008
1,540
combustible 100%
babor
aguas
servidas
0%
Total weight 12,663
Tabla N°53
condición de carga N°1
Fuente: Hydromax pro
Hell to starboard deg
0
10
20
30
40
50
60
GZ m
-0,008
0,098
0,195
0,264
0,329
0,360
0,335
Area under GZ curve from zero 0,0000
heel m.deg
0,4509
1,9354
4,2394
7,2116
10,6942
14,2256
Displacement t
12,39
12,39
12,39
12,39
12,39
12,39
12,39
Draft at FP m
0,897
0,872
0,801
0,687
0,513
0,263
-0,125
91
Draft at AP m
0,897
0,872
0,801
0,687
0,513
0,263
-0,125
WL Length m
11,980
11,994
11,966
11,862
11,588
10,358
10,357
Beam max extents on WL m
3,249
3,304
3,062
2,984
3,020
2,817
2,456
Wetted Area m^2
33,588
33,959
33,316
32,923
32,988
33,338
32,743
Waterpl. Area m^2
27,698
28,231
27,259
26,979
27,012
25,073
22,035
Prismatic coeff. (Cp)
0,645
0,640
0,632
0,626
0,627
0,698
0,710
Block coeff. (Cb)
0,346
0,355
0,438
0,487
0,456
0,460
0,461
LCB from zero pt. (+ve fwd) m
-1,312
-1,348
-1,412
-1,487
-1,569
-1,580
-1,507
LCF from zero pt. (+ve fwd) m
-1,238
-1,263
-1,151
-1,097
-1,043
-0,933
-0,891
Max deck inclination deg
0,0000
10,0000
20,0000
30,0000
40,0000
50,0000
60,0000
Trim angle (+ve by stern) deg
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
Tabla N°54 valores de estabilidad condición de carga N°1 Fuente: Hydromax pro
0,6
3.1.2.4: Initial GMt GM at 0,0 deg = 0,560 m
0,5
0,4
GZ m
Max GZ = 0,36 m at 50,9 deg.
0,3
0,2
0,1
3.1.2.5: Passenger crow ding: angle of equilibrium
0
-0,1
0
10
Grafico N°10
20
30
40
50
Heel to Starboard deg.
60
70
80
90
Curva GZ condición de carga N°1 Fuente: Hydromax pro
92
Criteria
Value
Units
Actual
3.1.2.1: Area 0 to 30
Pass
shall not be less than (>=)
3,1513
m.deg
4,2394
3.1.2.1: Area 0 to 40
Pass
Pass
shall not be less than (>=)
5,1566
m.deg
7,2116
3.1.2.1: Area 30 to 40
Pass
Pass
shall not be less than (>=)
1,7189
m.deg
2,9722
3.1.2.2: Max GZ at 30 or greater
Pass
Pass
shall not be less than (>=)
0,200
m
0,360
3.1.2.3: Angle of maximum GZ
Pass
Pass
shall not be less than (>=)
25,0
deg
50,9
3.1.2.4: Initial GMt
Pass
Pass
shall not be less than (>=)
0,150
m
0,560
3.1.2.5: Passenger crowding: angle of equilibrium
shall not be greater than (<=)
Tabla N°55
Status
Pass
Pass
10,0
deg
0,8
Pass
Criterios OMI para condición de carga N°1 Fuente: Hydromax pro
12.1.2 Condición de carga Nº2
Item Name
Quantity
Weight
tonne
Long.Arm
m
Vert.Arm m
Trans.Arm
m
Lightship
1
10,064
-0,660
0,010
1,410
pasajeros
1
0,240
-1,340
0,000
2,850
tripulación
1
0,300
0,600
0,000
2,850
93
provisiones
1
0,005
2,900
-1,000
1,400
carga
1
0,800
-4,000
0,000
2,400
0,0488
-5,350
-1,175
1,272
0,181
0,881
0,000
0,235
0,0488
-5,350
1,175
1,272
combustible 10%
babor
aguas
servidas
72%
combustible 10%
estribor
lubricantes
10%
0,003
-2,850
1,550
1,120
agua dulce
10%
0,020
-4,100
0,000
1,225
LCG =
TCG =
VCG =
-0,871
0,009
1,524
Total weight 11,7106
Tabla N°56
condición de carga N°2
Fuente: Hydromax pro
Hell to starboard deg
0
10
20
30
40
50
60
GZ m
-0,009
0,095
0,192
0,262
0,330
0,369
0,346
Area under GZ curve from zero 0,0000
heel m.deg
0,4292
1,8787
4,1615
7,1324
10,6709
14,3102
Displacement t
11,83
11,83
11,83
11,83
11,83
11,83
11,83
Draft at FP m
0,877
0,853
0,780
0,663
0,486
0,229
-0,175
Draft at AP m
0,877
0,853
0,780
0,663
0,486
0,229
-0,175
WL Length m
11,960
11,974
11,944
11,826
11,512
10,133
10,280
Beam max extents on WL m
3,203
3,273
3,035
2,958
3,009
2,834
2,426
Wetted Area m^2
32,885
33,274
32,673
32,284
32,292
32,812
31,757
Waterpl. Area m^2
27,192
27,771
26,879
26,610
26,807
25,143
21,545
Prismatic coeff. (Cp)
0,644
0,638
0,629
0,623
0,625
0,706
0,708
94
Block coeff. (Cb)
0,344
0,351
0,435
0,485
0,452
0,457
0,461
LCB from zero pt. (+ve fwd) m
-1,316
-1,351
-1,424
-1,505
-1,593
-1,610
-1,535
LCF from zero pt. (+ve fwd) m
-1,246
-1,279
-1,169
-1,116
-1,083
-0,942
-0,946
Max deck inclination deg
0,0000
10,0000
20,0000
30,0000
40,0000
50,0000
60,0000
Trim angle (+ve by stern) deg
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
Tabla N°57 valores de estabilidad condición de carga N°2 Fuente: Hydromax pro
0,6
3.1.2.4: Initial GMt GM at 0,0 deg = 0,541 m
0,5
GZ m
0,4
Max GZ = 0,371 m at 51,8 deg.
0,3
0,2
0,1
3.1.2.5: Passenger crow ding: angle of equilibrium
0
-0,1
0
10
Grafico N°11
20
30
40
50
Heel to Starboard deg.
60
70
80
90
Curva GZ condición de carga N°2 Fuente: Hydromax pro
Criteria
Value
Units
Actual
3.1.2.1: Area 0 to 30
shall not be less than (>=)
3.1.2.1: Area 0 to 40
Status
Pass
3,1513
m.deg
4,1615
Pass
Pass
95
shall not be less than (>=)
5,1566
m.deg
7,1324
3.1.2.1: Area 30 to 40
Pass
shall not be less than (>=)
1,7189
m.deg
2,9709
3.1.2.2: Max GZ at 30 or greater
Pass
Pass
shall not be less than (>=)
0,200
m
0,371
3.1.2.3: Angle of maximum GZ
Pass
Pass
shall not be less than (>=)
25,0
deg
51,8
3.1.2.4: Initial GMt
Pass
Pass
shall not be less than (>=)
0,150
m
0,541
3.1.2.5: Passenger crowding: angle of equilibrium
shall not be greater than (<=)
Tabla N°58
Pass
Pass
Pass
10,0
deg
0,8
Pass
Criterios OMI para condición de carga N°2 Fuente: Hydromax pro
12.1.3 Condición de carga Nº3
Item Name
Quantity
Weight
tonne
Long.Arm
m
Vert.Arm m
Trans.Arm
m
Lightship
1
10,064
-0,660
0,010
1,410
pasajeros
1
0,240
-1,340
0,000
2,850
tripulacion
1
0,300
0,600
0,000
2,850
proviciones
1
0,050
2,900
-1,000
1,400
carga
1
0,000
-4,000
0,000
2,400
0,488
-5,350
-1,175
1,475
0,000
0,366
0,000
0,007
combustible 100%
babor
aguas
servidas
0%
96
combustible 100%
estribor
0,488
-5,350
1,175
1,475
lubricantes
100%
0,033
-2,850
1,550
1,300
agua dulce
100%
0,200
-4,100
0,000
1,450
LCG =
TCG =
VCG =
-0,91
0,009
1,48
Total weight 11,863
Tabla N°59
condición de carga N°3
Fuente: Hydromax pro
Hell to starboard deg
0
10
20
30
40
50
60
GZ m
-0,009
0,104
0,212
0,293
0,371
0,422
0,404
Area under GZ curve from zero 0,0000
heel m.deg
0,4723
2,0659
4,6022
7,9299
11,9345
16,1325
Displacement t
11,59
11,59
11,59
11,59
11,59
11,59
11,59
Draft at FP m
0,869
0,844
0,771
0,653
0,475
0,215
-0,197
Draft at AP m
0,869
0,844
0,771
0,653
0,475
0,215
-0,197
WL Length m
11,952
11,965
11,935
11,809
11,479
10,048
10,247
Beam max extents on WL m
3,184
3,259
3,024
2,947
3,004
2,831
2,412
Wetted Area m^2
32,581
32,971
32,397
32,010
31,985
32,467
31,339
Waterpl. Area m^2
26,973
27,561
26,715
26,451
26,700
25,046
21,340
Prismatic coeff. (Cp)
0,643
0,637
0,627
0,621
0,624
0,708
0,707
Block coeff. (Cb)
0,342
0,349
0,433
0,484
0,450
0,457
0,460
LCB from zero pt. (+ve fwd) m
-1,317
-1,353
-1,429
-1,513
-1,603
-1,623
-1,547
LCF from zero pt. (+ve fwd) m
-1,250
-1,285
-1,177
-1,125
-1,102
-0,969
-0,969
Max deck inclination deg
0,0000
10,0000
20,0000
30,0000
40,0000
50,0000
60,0000
Trim angle (+ve by stern) deg
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
Tabla N°60 valores de estabilidad condición de carga N°3 Fuente: Hydromax pro
97
0,6
3.1.2.4: Initial GMt GM at 0,0 deg = 0,596 m
0,5
Max GZ = 0,425 m at 52,7 deg.
GZ m
0,4
0,3
0,2
0,1
3.1.2.5: Passenger crow ding: angle of equilibrium
0
-0,1
0
20
10
Grafico N°12
30
80
70
60
50
40
Heel to Starboard deg.
90
Curva GZ condición de carga N°3 Fuente: Hydromax pro
Criteria
Value
Units
Actual
3.1.2.1: Area 0 to 30
shall not be less than (>=)
Pass
3,1513
m.deg
4,6022
3.1.2.1: Area 0 to 40
shall not be less than (>=)
5,1566
m.deg
7,9299
1,7189
m.deg
3,3277
Pass
Pass
0,200
m
0,425
3.1.2.3: Angle of maximum GZ
shall not be less than (>=)
Pass
Pass
3.1.2.2: Max GZ at 30 or greater
shall not be less than (>=)
Pass
Pass
3.1.2.1: Area 30 to 40
shall not be less than (>=)
Status
Pass
Pass
25,0
deg
52,7
Pass
98
3.1.2.4: Initial GMt
Pass
shall not be less than (>=)
0,150
m
0,596
3.1.2.5: Passenger crowding: angle of equilibrium
shall not be greater than (<=)
Tabla N°61
Pass
Pass
10,0
deg
0,8
Pass
Criterios OMI para condición de carga N°3 Fuente: Hydromax pro
12.1.4 Condición de carga Nº4
Item Name
Quantity
Weight
tonne
Long.Arm
m
Vert.Arm m
Trans.Arm
m
Lightship
1
10,064
-0,660
0,010
1,410
pasajeros
1
0,240
-1,340
0,000
2,850
tripulacion
1
0,300
0,600
0,000
2,850
proviciones
1
0,005
2,900
-1,000
1,400
carga
1
0,000
-4,000
0,000
2,400
0,0488
-5,350
-1,175
1,272
0,181
0,881
0,000
0,235
0,0488
-5,350
1,175
1,272
combustible 10%
babor
aguas
servidas
72%
combustible 10%
estribor
lubricantes
10%
0,003
-2,850
1,550
1,120
agua dulce
10%
0,020
-4,100
0,000
1,225
LCG =
TCG =
VCG =
-0,644
0,009
1,460
Total weight 10,9106
Tabla N°62
condición de carga N°4
Fuente: Hydromax pro
99
Hell to starboard deg
0
10
20
30
40
50
60
GZ m
-0,009
0,100
0,209
0,293
0,375
0,434
0,418
Area under GZ curve from zero 0,0000
heel m.deg
0,4498
2,0095
4,5341
7,8772
11,9640
16,2982
Displacement t
11,03
11,03
11,03
11,03
11,03
11,03
11,03
Draft at FP m
0,848
0,824
0,749
0,629
0,448
0,181
-0,249
Draft at AP m
0,848
0,824
0,749
0,629
0,448
0,181
-0,249
WL Length m
11,932
11,944
11,911
11,766
11,370
9,923
10,169
Beam max extents on WL m
3,137
3,214
2,996
2,921
2,978
2,848
2,380
Wetted Area m^2
31,856
32,228
31,741
31,359
31,265
31,448
30,397
Waterpl. Area m^2
26,451
27,025
26,327
26,075
26,419
24,594
20,897
Prismatic coeff. (Cp)
0,641
0,635
0,624
0,618
0,624
0,708
0,705
Block coeff. (Cb)
0,339
0,346
0,429
0,481
0,449
0,449
0,459
LCB from zero pt. (+ve fwd) m
-1,320
-1,356
-1,441
-1,532
-1,628
-1,654
-1,576
LCF from zero pt. (+ve fwd) m
-1,258
-1,296
-1,196
-1,146
-1,144
-1,070
-1,014
Max deck inclination deg
0,0000
10,0000
20,0000
30,0000
40,0000
50,0000
60,0000
Trim angle (+ve by stern) deg
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
Tabla N°63 valores de estabilidad condición de carga N°4 Fuente: Hydromax pro
100
0,6
3.1.2.4: Initial GMt GM at 0,0 deg = 0,580 m
0,5
Max GZ = 0,439 m at 53,6 deg.
GZ m
0,4
0,3
0,2
0,1
3.1.2.5: Passenger crow ding: angle of equilibrium
0
-0,1
20
10
0
Grafico N°13
30
80
70
60
50
40
Heel to Starboard deg.
90
Curva GZ condición de carga N°4 Fuente: Hydromax pro
Criteria
Value
Units
Actual
3.1.2.1: Area 0 to 30
shall not be less than (>=)
Pass
3,1513
m.deg
4,5341
3.1.2.1: Area 0 to 40
shall not be less than (>=)
5,1566
m.deg
7,8772
1,7189
m.deg
3,3431
Pass
Pass
0,200
m
0,439
3.1.2.3: Angle of maximum GZ
shall not be less than (>=)
Pass
Pass
3.1.2.2: Max GZ at 30 or greater
shall not be less than (>=)
Pass
Pass
3.1.2.1: Area 30 to 40
shall not be less than (>=)
Status
Pass
Pass
25,0
deg
53,6
Pass
101
3.1.2.4: Initial GMt
shall not be less than (>=)
Pass
0,150
m
0,580
3.1.2.5: Passenger crowding: angle of equilibrium
shall not be greater than (<=)
Tabla N°64
Pass
Pass
10,0
deg
0,9
Pass
Criterios OMI para condición de carga N°4 Fuente: Hydromax pro
102
ESTIMACION DE COSTOS
13.1 DETERMINACIÓN DE COSTOS ESTRUCTURAL
Para la estimación de costos se estimara todos los materiales relacionados con la
construcción, tanto como directamente como la soldadura o el aluminio en si, como
indirectamente como la luz. Por lo tanto se estimaron los siguientes precios:
Ítem
cantidad
Valor por unidad
Valor total (pesos)
Aluminio(por kg)
Soldadura(por kg)
6.282
314
$ 10.460
$ 3.590
$ 65.709.720
$ 1.127.260
Botellas de gas y oxigeno
Carpintería
Arriendo bodega
6
Luz
6
Agua
6
CNC
Ánodo de sacrificio
40
Costo Total
Tabla N°65
Costo estructural
$ 615.141
$ 822.000
$ 1.500.000
$ 780.000
$ 240.000
$ 13.190.849
$ 8.329
$ 333.160
$ 84.318.130
Fuente: Elaboración propia
$ 250.000
$ 130.000
$ 40.000
13.2 DETERMINACIÓN DE COSTOS DE LA SALA DE MAQUINAS
En los costos de sala de maquina se considerara los elementos esenciales para
este sector, como el motor principal o el generador, por lo tanto los precios obtenidos son
los siguientes:
ítem
Motor principal
Caja reductora
Generador
Costo total
Tabla N°66
cantidad
Valor por unidad Valor
(pesos)
2
2
1
$ 15.900.000
$ 6.600.000
$ 680.000
Costo Sala de máquinas
total
$ 31.800.000
$ 13.200.000
$ 680.000
$ 45.680.000
Fuente: Elaboración propia
103
13.3 DETERMINACIÓN DE COSTOS DE LOS SISTEMAS AUXILIARES
En esta estimación de costo se considerara todos los sistemas anexos a los
principales, en efecto se enfocara en los elementos más influyentes en si, por lo tanto los
costos son los siguientes:
Ítem
cantidad
Winche PWK 650 m
1
Bombas
Saniprocesador
1
Cañerías
Gobierno de timón
2
Ancla
1
Cableado eléctrico
Baterías
6
Timón
2
Hélice
2
Costo total
Tabla N°67 Costo sistemas auxiliares
Costo por unidad
Costo
(pesos)
total
$ 663.900
$ 663.900
$ 590.000
$ 389.000
$ 389.000
$ 555.000
$ 8.200.000
$ 16.400.000
$ 596.000
$ 596.000
$ 400.000
$ 89.000
$ 534.000
$ 230.000
$ 460.000
$ 2.300.000
$ 4.600.000
$ 25.187.900
Fuente: Elaboración propia
104
13.4 DETERMINACIÓN DE COSTOS DE LOS ELEMENTOS DE NAVEGACIÓN Y
COMUNICACIÓN
Para esta sección se consideraran los elementos esenciales a bordo de uso del
personal a bordo, por lo que los costos son los siguientes:
Ítem
cantidad
Costo por unidad
Costo total (pesos)
Radar
1
$ 1.200.000
$ 1.200.000
Radio VHF
1
$ 130.000
$ 130.000
Teléfono satelital
1
$ 759.000
$ 759.000
GPS
1
$ 310.000
$ 310.000
Radiobalizas
1
$ 465.000
$ 465.000
Instrumentación
$ 428.000
$ 428.000
Mandos a distancia para 1
motores elec.
$ 803.397
$ 803.397
Panel de motores
2
$ 565.439
$ 1.130.877
Paneles interruptores
4
$ 146.907
$ 587.628
Indicador nivel de sanitario 1
$ 45.143
$ 45.143
Indicador ángulo de timón
$ 198.171
$ 198.171
de 2
$ 45.144
$ 90.287
Indicador nivel de agua
2
$ 45.144
$ 90.287
Manómetro de presión
1
$ 45.143
$ 45.143
Rueda de timón 60 cm de 1
diámetro
$ 259.382
$ 259.382
Motor limpiaparabrisas
3
$ 42.083
$ 126.248
Brazo limpiaparabrisas
3
$ 54.325
$ 162.975
Vista clara
1
$ 764.375
$ 764.375
3 1
$ 267.034
$ 267.034
$ 39.787
$ 39.787
Indicador
combustible
nivel
Unidad control
limpiaparabrisas
Bocina marina
para
1
1
105
Busca boya
1
$ 366.502
$ 366.502
Luces navegación
6
$ 48.969
$ 293.814
Luces por banda cubierta
2
$ 38.257
$ 76.514
Proyectores popa
2
$ 153.028
$ 306.056
de 2
$ 45.144
$ 90.287
2
$ 45.144
$ 90.287
Tabla de mareas/Lista de
faros
$ 35.000
$ 35.000
Cartas de navegación
$ 48.000
$ 48.000
Indicador
combustible
nivel
Indicador nivel de agua
Costo Total
Tabla N°68 Costos E. navegación y comunicación
$ 9.209.194
Fuente: Elaboración propia
106
13.5 DETERMINACIÓN COSTO DE LA HABITABILIDAD
En esta sección se estimara los costos de todos los elementos a bordo respecto a
la Habitabilidad del interior de la embarcación, por lo que los costos son los siguientes:
Ítem
cantidad
Costo por unidad
Costo
(pesos)
Implementación
cocina/comedor
$ 550.000
$ 550.000
Implementación baño
$ 150.000
$ 150.000
Implementación puente
$ 200.000
$ 200.000
Asiento prácticos
2
$ 220.000
$ 440.000
Asiento piloto + tripulación
3
$ 160.700
$ 482.100
Ventilador eléctrico
3
$ 102.529
$ 102.529
Portillos de ventilación
2
$ 123.953
$ 123.953
Procesador sanitario
1
$ 519.530
$ 519.530
Equipo para procesador
1
$ 61.976
$ 61.976
Aireadores hongo
2
$ 79.575
$ 79.575
Escotilla de ventilación
2
$ 641.187
$ 641.187
Inodoro marino c/pulsador
1
$ 420.062
$ 420.062
Costo Total
Tabla N°69
total
$ 3.770.912
Costos habitabilidad
Fuente: Elaboración propia
107
13.6 DETERMINACIÓN DE COSTOS DE ELEMENTOS DE SEGURIDAD
Para esta sección se considerara solo los costos respecto a los elementos
de seguridad necesarios a bordo de la embarcación y toda su dotación, por lo que los
costos son los siguientes:
Ítem
cantidad
Costo por unidad
Costo total (pesos)
$ 20.000
$ 20.000
$ 24.680
$ 246.800
Chaleco salvavidas 3
(niño)
Aro salvavidas
4
$ 12.278
$ 36.834
$ 54.990
$ 219.960
Balsa inflable
1
$ 3.325.630
$ 3.325.630
Botiquín
1
$ 20.000
$ 20.000
EPIRB
1
$ 849.900
$ 849.900
Respondedor
de 1
radar
Radio portable VHF
1
$ 539.490
$ 539.490
$ 220.000
$ 220.000
Cohete
con 12
paracaídas
Bengalas de mano
12
$ 20.817
$ 249.804
$ 14.900
$ 178.800
Detector de humo
3
$ 18.900
$ 56.700
Sistema megafónico
1
$ 49.830
$ 49.830
Alarma
contraincendios
Pito
3
$ 60.000
$ 180.000
1
$ 35.000
$ 35.000
Campana 2 kilos
1
$ 47.990
$ 47.990
Hacha
contraincendios
Extintor (10 kg)
1
$ 45.000
$ 45.000
4
$ 40.590
$ 162.360
Manguera
contraincendios
Grifo contraincendios
1
$ 209.990
$ 209.990
1
$ 617.900
$ 617.900
Camilla
Chaleco salvavidas
1
10
Costo Total
Tabla N°70
$ 7.311.988
Costos elementos de seguridad
Fuente: Elaboración propia
108
13.7 DETERMINACIÓN COSTOS MANO DE OBRA
En esta sección se considerara los costos respecto a la mano de obra en un
periodo de 6 meses, ya que es un tiempo razonable si se tiene en cuenta que nuestro
astillero es especializado en este tipo de embarcaciones, por lo que los costos son los
siguientes:
Ítem
Cantidad
Horas
Costo H-H
Ingeniero
1
960
$ 9.000
Costo
total
(pesos)
$ 8.640.000
Capataz
1
960
$ 5.625
$ 5.400.000
Caldereros
2
960
$ 2.895
$ 5.558.400
Ayudantes de caldereros
2
960
$ 1.600
$ 3.072.000
Soldadores
3
960
$ 3.000
$ 8.640.000
Mecánico hidráulico
1
200
$ 2.580
$ 516.000
Carpintero
2
200
$ 3.000
$ 1.200.000
Ayudante de carpintero
1
200
$ 1.660
$ 332.000
Electricista
3
150
$ 2.880
$ 1.296.000
Ayudantes de electricista
1
150
$ 2.500
$ 375.000
Pintor
1
240
$ 2.650
$ 636.000
Ayudante de pintor
2
240
$ 1.800
$ 864.000
Gasfíter
1
50
$ 1.950
$ 97.500
Vigilante
1
960
$ 1.350
$ 1.296.000
Costo Total
Tabla N°71
$ 37.922.900
Costos mano de obra
Fuente: Elaboración propia
109
13.8 COSTO TOTAL DE LA EMBARCACIÓN
En esta última sección se consideraran todos los costos estimados anteriormente,
pero se le agregara un porcentaje de error por gastos inesperados y de cotización, debido
a los posibles atrasos en el término de la obra o cualquier inconveniente que se presente
en el transcurso de la construcción de la embarcación, por lo que se obtuvo:
Ítem
Costo estructural
Precio total(Pesos)
$ 84.318.130
Costo sala de maquinas
$ 45.680.000
Costo sistema auxiliares
$ 25.187.900
Costos sist. de navegación y comunicación
$ 9.209.194
Costo de habitabilidad
$ 3.770.912
Costos elementos de seguridad
$ 7.311.988
Costos mano de obra
$ 37.922.900
10 % error en cotización
$ 15.794.365
15 % gasto inesperado
$ 23.691.548
20 % utilidad
$ 31.588.731
19 % IVA
$ 30.009.294
Costo total de embarcación
$ 314.484.967
Tabla N°72
Costo total embarcación
Fuente: Elaboración propia
Como se puede apreciar se calculó un costo total de $314.484.967 (trescientos catorce
millones cuatrocientos ochenta y cuatro mil novecientos sesenta y siete pesos chilenos),
lo que se puede considerar que esta dentro de los parámetros de este tipo de
embarcaciones menores.
110
CONCLUSIONES
Una vez finalizado este estudio, se han cumplido con todos los requisitos
solicitados por el armador, cumpliendo así con todos los Reglamentos establecidos para
este tipo de embarcación especial.
La obtención de dimensiones y características principales de la embarcación
mediante el uso de una base de datos de embarcaciones similares y realizar regresiones
lineales para obtener las ecuaciones correspondientes, es un método muy eficaz y seguro
para iniciar el diseño de formas.
La elección del armador es utilizar aluminio naval para la construcción de la
embarcación. Si bien aumenta el costo en el material, reduce considerablemente el peso
ya que el aluminio es casi tres veces más liviano que el acero. Lo cual disminuye la
resistencia al avance y por ende reduce la propulsión necesaria para que la embarcación
pueda operar a la velocidad requerida. Consiguiendo así una disminución en el costo de
los motores principales y posteriormente en el consumo de combustible. Cabe señalar
que este tipo de material tiene propiedades positivas como el alto valor residual, puesto
que ofrece una resistencia optima a la corrosión en todos los tipos de ambiente. Esto
hace también que la embarcación no se deprecie.
Finalmente al haber realizado una estimación teórica del costo de la embarcación
en la cual se consideraron los costos de la estructura, sala de máquinas, sistemas
auxiliares, equipos de navegación, habitabilidad, costos de mano de obra, etc. Se decidió
añadir un porcentaje del 15% del costo total, destinado para imprevistos lo cual puede
marcar la diferencia para que un proyecto sea exitoso, porque al realizar un proyecto de
esta índole se pueden llegar a pagar seguros o multas por atraso en la fecha de entrega
de la embarcación.
111
ANEXOS
Ficha técnica del motor [14].
112
113
Tabla 2.1.1. Lloyd´s Register [1]
Tabla 2.1.2 Lloyd´s Register [1]
Coeficientes de Inercia, Modulo de Sección y Área.
114
Tabla 2.2.1 Lloyd´s Register [1]
Tabla 2.2.2 Lloyd´s Register [1]
115
Lloyd´s Register [1]
116
117
Tabla 3.3.1 Lloyd´s Register [1]
118
Clasificación de las posiciones de soldadura:

1G, es referente a la posición más básica de soldeo, que es en sentido plano

2G, cuando se realiza en posición horizontal

3G, la soldadura se ejecuta de forma vertical

4G, una de las posiciones que es preferible realizar en procesos
MIG, es la sobre cabeza.
El AWS D1.1 Código Estructural para Soldar - Aluminio. Entrega indicaciones para la
preparación del las piezas a soldar (ver Tabla 1.1.1 y 1.1.2) [15]
Tabla 1.1.1.
Tabla 1.1.2
119
De misma manera el reglamento de Lloyd`s Register también entrega sus indicaciones
para las uniones en el que se puede observar en la Tabla 1.2.1 para soldaduras por
medio del proceso TIC y 1.2.2 la cual se utiliza el proceso de soldadura MIG. [1]
Tabla 1.2.1
Tabla 1.2.2.
120
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PLANOS