Buque de Apoyo a Buceo

PFC005 GONZLEZ GARCA, Marcos

BUQUE DE APOYO A BUCEO

BUQUE DE APOYO A BUCEO Marcos Gonzlez Garca

NDICE Cuadernillo 1: Introduccin Cuadernillo 2: Dimensionamiento Cuadernillo 3: Formas Cuadernillo 4: Disposicin General Cuadernillo 5: Clculos de Arquitectura Naval Cuadernillo 6: Propulsin Cuadernillo 7: Cmara de Mquinas Cuadernillo 8: Equipos y Servicios Cuadernillo 9: Planta Elctrica Cuadernillo 10: Resistencia Estructural Cuadernillo 11: Peso y Centro de Gravedad del Buque en Rosca Cuadernillo 12: Situaciones de Carga y Resistencia Longitudinal Cuadernillo 13: Presupuesto Cuadernillo 14: Memoria Final Anexo: Estudio de Seakeeping


NDICE ndice ................................................................................................................................ 1 Imgenes........................................................................................................................... 2 Tablas ............................................................................................................................... 3 Especificaciones del proyecto .......................................................................................... 4 Descripcin del proyecto.................................................................................................. 5 Problemas y soluciones .................................................................................................... 7

Apoyo a buceo.............................................................................................................. 7 ROVs ............................................................................................................................ 7 Moon pool .................................................................................................................... 7 Gra .............................................................................................................................. 8 Maniobrabilidad y posicionamiento ............................................................................. 8

Criterios de operacin....................................................................................................... 9 Escora debida a la gra................................................................................................. 9 Lmite operativo de los sistemas esenciales ................................................................. 9 Lmites operativos de la dotacin................................................................................. 9 Autonoma operativa .................................................................................................. 10

Reglamento de la sociedad de clasificacin ................................................................... 11 Base de datos .................................................................................................................. 12

Cuadernillo 1 Pgina 1 de 14


IMGENES Imagen 1: Disposicin general Adams Arrow ................................................................ 14



TABLAS Tabla 1: Base de datos .................................................................................................... 13



ESPECIFICACIONES DEL PROYECTO Las caractersticas principales del buque objeto de este proyecto son las

siguientes:

Eslora: Lpp max de 55m Clasificacin y cota: ABS. +A1 circle E+AMS (DPS2

Survey/ROV/Offshore Support Vessel) Naval Ship Code. DDS-079-1

Construccin y carga: Acero TPM 800 ton. Velocidad: 13 nudos al 90% mcr Autonoma: 1000 millas Propulsin:

Doble instalacin hlice-timn Schottel accionada por motores disel.

Dos hlices transversales de proa. Otros requerimientos:

50 hombres de dotacin. Moon pool buzos. Sistema posicionamiento dinmico. Gra con capacidad de izado de 45 tons a un alcance de 10 m

para manejo de tuberas submarinas.

Dos ROVs. Estudio especfico de comportamiento en la mar JONSWAP Hs =

4 m.



DESCRIPCIN DEL PROYECTO El presente proyecto se centra en la construccin de un buque de apoyo a buceo

y de todos los sistemas que lo componen. En su construccin se emplear acero, y alcanzar 13 knots al 90% del MCR para una autonoma requerida de 1000 millas.

Estos datos limitan en gran medida el rango de accin del buque, ya que, su reducido tamao y velocidad, le relegan a un puesto de apoyo.

Por los siguientes requerimientos, el buque necesitar un buen comportamiento en la mar y una buena maniobrabilidad:

Doble instalacin hlice-timn Schottel. Dos hlices transversales de proa. Sistema de posicionamiento dinmico. Estudio especfico de comportamiento en la mar JONSWAP Hs = 4 m.

Los tres datos siguientes pueden dar una idea de las misiones a realizar por el buque:

Gra capacidad de izado de 45 tons a un alcance de 10 m para manejo de tuberas submarinas.

Dos ROVs. Moon pool buzos.

Pero para ello se ha de tener muy claro qu es cada uno de ellos y para qu se emplean.

La gra no requiere de explicacin funcional. S se puede aclarar que las misiones para las que puede usarse son de ayuda en la recuperacin, reparacin y construccin submarina de conductos, y eventualmente, podra ser usada para otras labores.

Los otros dos sistemas, al ser ms complejos y no ser habituales en un buque, merecen una mencin especial para aclarar conceptos.

Un ROV (Remote Operated Vehicle (Vehculo operado a distancia)) es un robot submarino no tripulado. Se encuentra unido al buque nodriza mediante un cable, gracias al cual se le puede manejar y dotar de la energa necesaria para su funcionamiento, aunque algunos de ellos llevan bateras. Estos robots incorporan una gran cantidad de brazos articulados que les permiten realizar mltiples trabajos en las profundidades: desde labores de corte, soldadura y manipulacin de objetos pesados, hasta la toma de imgenes y datos submarinos. Para realizar estas ltimas operaciones, adems del simple movimiento, se les dota de videocmaras y sensores que actuarn como ojos y odos del operario que se encuentra en el interior del buque.

Realmente los ROVs no son un sistema tan desconocido, ya que se trata de sistemas que han jugado un papel importante en acontecimientos recientes como el famoso caso Prestige.

Por el contrario, el concepto moon pool, puede ser ms desconocido, por lo que a continuacin se hace una descripcin de este elemento.



Una moon pool es un sistema caracterstico empleado en plataformas petrolferas, buques de prospeccin y algn tipo de buque de investigacin y exploracin submarina, donde es conocido como galera hmeda (wet porch). Se trata de una apertura en la base del casco, una plataforma, o una estancia que da acceso al agua, permitiendo la introduccin de herramientas e instrumentos. Proporciona un entorno mucho ms agradable que la cubierta, y permite la estiba y desestiba de pequeos sumergibles, como los ROV, en condiciones ms controladas que desde cubierta. Tambin permite el descenso y ascenso de buzos, sin riesgo para los mismos.

Como es lgico, este sistema necesitar de un estudio detallado de su estructura y presiones de agua y aire en la misma, ya que no deja de ser una va de agua que puede poner en peligro la integridad del buque.

Para qu sirve un buque de apoyo a buceo? Sencillamente, se trata de un buque de apoyo a operaciones que requieran la intervencin de unidades submarinas, bien de reconocimiento, montaje o desmontaje de sistemas, reparacin de los mismos, etc. Su misin ser la de garantizar la integridad de los equipos y personas, siendo al mismo tiempo la plataforma desde la que se realizarn las operaciones.



PROBLEMAS Y SOLUCIONES El principal problema al enfocar el proyecto del buque es la especializacin del

mismo y la necesidad de cubrir misiones aparentemente muy distintas. No obstante si se analizan detalladamente estas misiones se comprueba que los requisitos de unas y de otras no son tan dispares como se crea, sino que son muy similares.

Apoyo a buceo El buque servir de plataforma para apoyo en las labores submarinas, tanto de

buceadores como de ROVs. Este requerimiento implica que el buque debe ser una plataforma lo ms estable posible en las diferentes condiciones de mar a las que va a hacer frente, para as conseguir los menores movimientos y aceleraciones que permitan llevar a cabo las operaciones del personal especializado.

El buque deber contar con un paol y un taller para el mantenimiento y almacenaje de todos los equipos de buceo, as como un espacio destinado a la preparacin de los buzos.

ROVs Las especiales caractersticas de estos robots submarinos van a condicionar una

gran parte del buque, principalmente a nivel de equipos.

En primer lugar se necesitar una sala especfica, con un complejo sistema informtico, para manejar los ROVs cuando estn en inmersin, as como personal especializado tanto en su manejo como en su mantenimiento.

Ya que se trata de aparatos delicados debern ir correctamente estibados, lo que nos obliga a habilitar un espacio para ello y un taller para su mantenimiento.

Si bien su manejo ser puntual habr que tener en cuenta el elevado consumo elctrico tanto de los ROVs como de todo el equipo de control. Para evitar sobrecargas y sobredimensionamiento de la planta elctrica se instalar otra planta elctrica especfica dedicada nicamente al consumo elctrico en las operaciones con ROVs.

Moon pool Para facilitar el embarque y desembarque de buceadores y ROVs, teniendo en

cuenta que el buque operar en situaciones adversas (mar JONSWAP Hs = 4 m), se dispone una moon pool. Este sistema permite acceder al mar o al buque por el interior del mismo, de tal manera que se reduce el riesgo de impactos contra el casco por la accin de las olas.

No obstante la introduccin de este sistema, que no deja de ser un agujero en el casco, trae consigo otra serie de problemas.

El primero y ms obvio es estructural. La zona de la moon pool deber tener una estructura especial en relacin a la del resto del casco para resistir correctamente los esfuerzos. As mismo la estructura de los costados interiores de la moon pool debe ser capaz de soportar posibles impactos que se produzcan en su interior.

El segundo y aunque menos obvio, no menos importante, es la resonancia. Debido a la configuracin cuadrangular de la moon pool y a la naturaleza ondulatoria de las olas se podra producir un fenmeno de resonancia para ciertas frecuencias de las



olas lo que podra acarrear efectos desastrosos sobre la estructura del buque.

Gra Para el manejo de tuberas submarinas el buque dispone de una gra con un

alcance de 10 metros. Al izar 45 toneladas se producir un gran momento escorante, por lo que se deber disponer de algn sistema para compensar esos momentos lo mximo posible.

Uno de los sistemas que se pueden utilizar son tanques de compensacin, estos tanques sern similares a los tanques de lastre, pero necesitarn algn sistema que permita llenarlos y vaciarlos a la velocidad adecuada para paliar el momento escorante de la gra y su carga.

Debido al gran peso que supone la gra ser necesario reforzar la estructura con lo que se conoce como Deck Crane Foundation, que no ser otra cosa que un cilindro estructural fuertemente reforzado para evitar el pandeo ocasionado por el peso de la gra.

Maniobrabilidad y posicionamiento Aunque no se ha mencionado, es razonable pensar que en las operaciones

especficas del buque se va a necesitar mantener una posicin adecuada y determinada. Para lograrlo el buque contar con un sistema de posicionamiento dinmico y un sistema propulsor formado por dos hlice-timn y dos empujadores transversales en proa.

Esta configuracin dotar al buque de una buena maniobrabilidad para acercarse correctamente al punto de operacin y un sistema estable para mantener la posicin del buque durante la operacin.



CRITERIOS DE OPERACIN Si bien en el apartado anterior se han apuntado algunos de los problemas que se

pueden encontrar durante la realizacin del proyecto y algunas de las soluciones conceptuales a los mismos, ser necesario definir los criterios de operacin del buque que permitan evaluar si el mismo cumple correctamente con los requerimientos exigidos y por lo tanto si es operativo.

Estos criterios van a definir los movimientos mximos aceptables del buque para cada una de las situaciones de operacin, marcando los lmites aceptables tanto por los equipos como por la tripulacin.

Escora debida a la gra La normativa que ha de cumplir el buque es la DDS-079, esta normativa cuenta

con un criterio propio que evala la estabilidad del buque en funcin de la escora producida por la utilizacin de la gra.

La escora mxima permitida para las operaciones con gra es de 15, no obstante, tal y como se indic en el apartado anterior, se incluir en el buque un sistema de compensacin con la intencin de lograr una escora casi nula en las operaciones de elevacin de pesos.

El estudio de la escora producida por la gra y el cumplimiento o no del criterio de la DDS-079 se realizar en el Cuadernillo 12 y el estudio del sistema de compensacin se detallar en el Cuadernillo 8.

Lmite operativo de los sistemas esenciales Salvo que se indiquen otros requisitos, todos los equipos y maquinaria debern

funcionar satisfactoriamente, manteniendo una lubricacin adecuada, en las condiciones siguientes:

Buque con asiento permanente hasta 5 grados. Buque con escora permanente hasta 15 grados. Buque con movimientos de cabeceo hasta 7,5 grados. Buque con movimientos de balance hasta 22,5 grados.

Se considera que las condiciones de asiento y escora se producen simultneamente.

A partir de estos desplazamientos angulares mximos admisibles por cada equipo se podr calcular el desplazamiento vertical mximo en funcin de su posicin dentro del buque.

Lmites operativos de la dotacin Los movimientos del buque debidos a su navegacin pueden llegar a provocar

efectos indeseables sobre las personas embarcadas, de tal manera que antes de fallar el equipo del que son estas responsables fallar la persona en si misma.

Dependiendo de la severidad de la mar en primer lugar se pierde la comodidad a bordo, despus la operatividad de la dotacin y por ultimo podra llegar a verse comprometida la seguridad a bordo.



Para comprobar los lmites operativos de la tripulacin se utilizan dos parmetros:

MSI (Motion Sickness Incident) que define el porcentaje de personas que vomitan antes de un periodo de tiempo determinado.

MII (Motion Induced Interruption) que indica el nmero de veces por minuto que un tripulante ha de dejar la tarea que tiene entre manos.

Al tratarse de un buque de guerra, en el cual la tripulacin se supone mas especializada y entrenada para soportar peores condiciones, los limites para cada uno de los parmetros sern:

20% en cuatro horas para el MSI. Una interrupcin por minuto para el MII.

Es importante tener presente que el ndice MII solo tiene sentido para mares transversales y su valor ser nulo para mares de proa y popa.

Estos valores se comprobarn en zonas especialmente conflictivas del buque, donde la labor de la dotacin sea de vital importancia para el buque y el resto de la dotacin, estos lugares sern:

Cmara de mquinas, tanto de babor como de estribor. Cmara de planta elctrica. Cmara hiperbrica. Moon pool. Enfermera. Sala de control de ROVs. El puente de gobierno.

Autonoma operativa El buque tendr una autonoma de 1000 millas de navegacin a la velocidad de

proyecto. Asimismo, se dimensionar para una autonoma en la mar de 7 das.

El dimensionamiento para esta autonoma se realizar adecuadamente en el Cuadernillo 7 y el Cuadernillo 9.



REGLAMENTO DE LA SOCIEDAD DE CLASIFICACIN

Segn la especificacin del proyecto, el buque debe cumplir lo exigido en el reglamento del American Bureau of Shipping (en adelante ABS). Segn la notacin de clasificacin de las especificaciones (ABS. +A1 circle E+AMS), el Buque Proyecto se atendr a la normativa de ABS en:

+ A1: Conformidad con los requerimientos para el casco. Circle E: Conformidad con la normativa para el equipo de anclas, cables

y cadenas.

+ AMS: Maquinaria construida e instalada satisfaciendo la normativa de la clasificadora, y con un resultado positivo en pruebas.




BASE DE DATOS El nmero de buques similares a ste es muy reducido, tanto por sus

complejidades tcnicas, como por su especializacin.

La base de datos, tabla 2, muestra las caractersticas de cuatro de estos buques.

Analizando sus especificaciones, se observa que:

Se dispone de cuatro buques, de los cuales, dos de ellos coinciden con el Buque Proyecto.

Como se puede apreciar el Adams Nomad y el Adams Arrow, coinciden con las especificaciones de eslora y TPM del proyecto, variando levemente el resto de los parmetros. Salvo por la diferencia en los valores de tripulacin y de potencia, podramos considerar ambos buques gemelos.

De los dos buques restantes, el Geosea, se aleja considerablemente de los valores del resto de buques de la base de datos, por lo que se descartar a la hora de realizar cualquier tipo de seleccin de dimensiones para el proyecto, puesto que falseara los resultados.

El cuarto y ltimo buque, el Neptuno, presenta unas dimensiones muy similares a la de los otros dos que se consideran como gemelos.

Se ha de tener en cuenta, aunque no queda reflejado en la base de datos, que el Neptuno data de la dcada de los 70, mientras que los otros tres buques son de construccin ms reciente, siendo el ms antiguo del ao 1999. Por lo que este buque se alejar ligeramente del estado actual del arte en la construccin de este tipo de buques.

Basndose en las observaciones anteriores, se decide no realizar regresiones y utilizar el Adams Nomad y el Adams Arrow como buques base.


Nombre Ltotal (m) Lpp (m)

B (m)

D (m)

ttrazado (m) Potencia

V (knots)

GT (tons)

TPM (tons) Crew

Combustible (m3)

Agua Potable (m3)

Lastre (m3)

Proyecto 55 13 800 50

Adams Nomad 60 55 13,3 5 3,8 2x1297 CV 12,5 1383 800 52 590 160 290

Adams Arrow 60 55 13,3 5 3,8 2x940 kW 12,5 800 52 590 160 290

Neptuno 57 11,6 4,19 2x2340 CV 11 1860 51

Geosea 84,8 76,23 15 9,9 5 2x1400 kW 15 3206 962 56 611 330 617

Tabla 1: Base de datos




Imagen 1: Disposicin general Adams Arrow


NDICE ndice ................................................................................................................................ 1 Imgenes........................................................................................................................... 2 Tablas ............................................................................................................................... 3 Base de datos, dimensionamiento y regresiones .............................................................. 4

Eslora ............................................................................................................................ 4 Manga ........................................................................................................................... 4 Puntal ............................................................................................................................ 6 Calado........................................................................................................................... 6 Regresiones................................................................................................................... 6 Base de datos y caractersticas del Buque Proyecto ..................................................... 7

Evaluacin y viabilidad econmica.................................................................................. 9 Francobordo.................................................................................................................... 11

Eslora de francobordo................................................................................................. 11 Francobordo tabular.................................................................................................... 12 Correcciones al francobordo tabular........................................................................... 13 Altura mnima de proa................................................................................................ 16 Seleccin de francobordo ........................................................................................... 17 Marca de francobordo................................................................................................. 19

Mtodo de Holtrop ......................................................................................................... 22 Datos para la construccin.............................................................................................. 30

Datos fijos................................................................................................................... 30 Datos orientativos ....................................................................................................... 30



IMGENES Imagen 1: Relacin eslora-manga ptima ........................................................................ 5 Imagen 2: Clculo de eslora de francobordo.................................................................. 12 Imagen 3: Esquema del rea de flotacin....................................................................... 18 Imagen 4: Marcas de francobordo en mm para el Buque Proyecto................................ 21 Imagen 5: Software del profesor Zurita. Pantalla 1........................................................ 22 Imagen 6: Software del profesor Zurita. Pantalla 2........................................................ 23 Imagen 7: Software del profesor Zurita. Pantalla 3........................................................ 23 Imagen 8: Software del profesor Zurita. Pantalla 4........................................................ 23 Imagen 9: Software del profesor Zurita. Pantalla 5........................................................ 24 Imagen 10: Software del profesor Zurita. Pantalla 6...................................................... 24 Imagen 11: Software del profesor Zurita. Pantalla 7...................................................... 24 Imagen 12: Software del profesor Zurita. Pantalla 8...................................................... 25 Imagen 13: Software del profesor Zurita. Pantalla 9...................................................... 25 Imagen 14: Software del profesor Zurita. Pantalla 10.................................................... 26 Imagen 15: Curva Potencia (CV)-Velocidad (knots) ..................................................... 27 Imagen 16: Curva Resistencia (N)-Velocidad (knots) ................................................... 28 Imagen 17: Curva Potencia (CV)-Resistencia (N) ......................................................... 29



TABLAS Tabla 1: Caractersticas principales del Buque Proyecto ................................................. 7 Tabla 2: Base de datos ...................................................................................................... 8 Tabla 3: Caracteristicas para el clculo de francobordo................................................. 12 Tabla 4: Esloras interpolantes para el francobordo tabular ............................................ 12 Tabla 5: Alturas normales interpolantes de superestructuras ......................................... 14 Tabla 6: Altura normal de la superestructura del Buque Proyecto................................. 14 Tabla 7: Porcentajes de reduccin interpolantes ............................................................ 15 Tabla 8: Reducciones interpolantes por superestructuras............................................... 15 Tabla 9: Curva de arrufo normal .................................................................................... 16 Tabla 10: Francobordos aplicables ................................................................................. 17 Tabla 11: Francobordo seleccionado.............................................................................. 19 Tabla 12: Datos fijos ...................................................................................................... 30



BASE DE DATOS, DIMENSIONAMIENTO Y REGRESIONES

Como ya se vio al final del Cuadernillo 1 existen muy pocos buques similares al de proyecto por lo que la base de datos es muy reducida. Esto se debe esencialmente a sus complejidades tcnicas y a la gran especializacin del buque.

Como se indic al presentar la base de datos (tabla 2) no ser necesario la realizacin de regresiones para el clculo de las dimensiones principales del buque ya que se cuenta con dos buques para tomar como patrn

Para determinar las dimensiones principales se tomarn como referencia las dimensiones de ambos buques base, comprobando que cumplen los requisitos hidrodinmicos indicados por Saunders y que satisfacen las necesidades del proyecto.

Eslora La eslora entre perpendiculares del proyecto viene definida por la

especificacin, siendo su valor 55 m. Sin embargo por la propia definicin de eslora entre perpendiculares se puede deducir que la eslora en la flotacin ser algo mayor.

La perpendicular de proa coincidir con la interseccin del perfil de la roda con la flotacin y la perpendicular de popa con la interseccin de la flotacin con la caa del timn.

Por especificacin el buque cuenta con un sistema de propulsin hlice-timn Schottel, por lo que la perpendicular de popa se tomar en el eje de rotacin de la hlice-timn. En la situacin de avance, las toberas de las hlice-timn mirarn a popa y no debern rebasar el extremo de popa del buque.

Las toberas de las hlices-timn Schottel pertenecen a la Serie Kaplan A19 de Wageningen. Estas toberas se caracterizan por tener una relacin dL D de 0,5, donde Ld es la longitud de la tobera y D el dimetro de la hlice.

Suponiendo una hlice de 5 m de dimetro, excesiva para el buque, se tendra una longitud de tobera de 2,5 m.

Teniendo en cuenta estas consideraciones se tomar una eslora en la flotacin de 57,5 m.

Manga La imagen 1 muestra la relacin eslora-manga en un buque, segn Saunders,

para que este sea hidrodinmicamente ptimo. En la imagen se muestran el lmite superior e inferior de la manga ptima y una tercera lnea que marca la manga principal.

Tomando la eslora de flotacin que se ha definido anteriormente los lmites para la manga que ofrece Saunders sern:

Lmite superior: 15,1 m. Lmite inferior: 5,5 m. Manga principal: 10,5 m.

La manga de los buques base es de 13,3 m, que entra dentro de los limites,



ajustndose entre la manga principal y el lmite superior.

Imagen 1: Relacin eslora-manga ptima

Al contar el buque con una moon pool la manga viene prcticamente determinada. Para facilitar la labor de los buzos y de las operaciones con los ROVs la apertura de la moon pool ser un cuadrado de lado 5 m. Adems para depositar los ROVs sobre cubierta una vez se hayan sacado por la moon pool se necesitar un espacio lateral suficiente.

Las dimensiones aproximadas de la gama de ROVs que cubrirn las necesidades del buque son de 3 x 2 m. Como es lgico al depositar el ROV no quedar con uno de sus lados paralelo al costado, siendo la peor situacin al quedar la diagonal perpendicular al mismo.

Se aadira 0,5 m a cada banda a modo de coeficiente de seguridad.

Por tanto la manga estimada para el buque ser:

2 25 2 3 2 0,5 13,21B m Como se puede ver el valor estimado se aproxima al de los buques base y ya que

estos han sido construidos y han dado un buen resultado se asume la manga del Buque Proyecto idntica a la de los buques base, es decir 13,3 m.



Puntal El puntal del buque no esta relacionado con el comportamiento hidrodinmico

del mismo, pero si con el estructural y con la habitabilidad del mismo.

Los buques bases cuentan con un puntal de 5 m. Si al buque se le quiere dotar con un doble fondo de altura 1,4 m quedan disponible 3,6 m para los locales de cmara de mquinas, local de planta elctrica, tanques laterales y otros locales bajo cubierta principal.

Por tanto se tomar un puntal de 5 m.

Calado El calado si influir en la hidrodinmica del buque, no obstante lo har en

funcin del desplazamiento del mismo y del coeficiente de cuaderna maestra, debindose ajustar como se ver en el Cuadernillo 3 a los valores propuestos por Saunders.

Por tanto se tomar un calado y a partir de ah se desarrollarn las formas para que cumplan las condiciones necesarias.

El calado estar en funcin de la cada desde la moon pool, estando la abertura de la misma en la cubierta principal.

Ambos buques base tienen un calado de proyecto de 3,8 m, la distancia entre la cubierta y la flotacin es de 1,2 m, distancia que fcilmente puede saltar un buceador para realizar una inmersin a travs de la moon pool.

Por tanto se utilizar un calado de trazado de 3,8 m.

Regresiones Adems de las dimensiones principales en la base de datos aparecen otra serie de

detalles de los buques que se pueden obtener mediante regresiones.

El agua potable y el lastre permanecen invariables para ambos buques, por lo que se mantendrn esos valores para el Buque Proyecto.

No obstante ya que las velocidades de proyecto y la tripulacin de los buques base difieren levemente de la del buque proyecto si ser conveniente realizar regresiones para calcular la potencia estimada as como el combustible.

Aunque ambos buques base tienen la misma velocidad de proyecto (12,5 knots) sus potencias se diferencian ligeramente, siendo de 954,6 kW por motor en el caso del Adams Nomad y de 940 kW por motor en el caso de Adams Arrow, ambos buques con dos motores.

Para hacer la estimacin de la potencia del Buque Proyecto se calcular la media de las potencias de ambos buques. Sabiendo que la potencia es funcin directa del cubo de la velocidad, se puede obtener la constante de proporcionalidad.

954,6 940 947,32media

Pot kW

33 3

947,3 0,48512,5

mediamedia

PotPot fV fV




Por tanto, usando esta constante de proporcionalidad, la potencia del Buque Proyecto ser:

3 30, 48513 1065,58Pot fV kW La potencia estimada para el Buque Proyecto ser de 1065,58 kW que equivale a

1470,60 HP para cada uno de los dos motores que se van a instalar.

Debido al cambio de potencia se asume una variacin de la cantidad de combustible que responder a:

33

3

947,3 590 1065,58590 663,67947,31065,58

kW mX m

kW X m

Base de datos y caractersticas del Buque Proyecto En la tabla 1 se muestra un resumen de las caractersticas principales del buque

obtenidas a partir de la base de datos.

Lflotacin (m) 57,5 Tripulacin 50

Lpp (m) 55 V (knots) 13

B (m) 13,3 Vol. Combustible (m3) 664

D (m) 5 Vol. Agua potable (m3) 160

ttrazado(m) 3,8 Vol. Lastre (m3) 290

TPM (t) 800 Potencia (HP) 2x1470

Tabla 1: Caractersticas principales del Buque Proyecto

La tabla 2 muestra la base de datos sobre la que se han realizado las regresiones y estimaciones de dimensionamiento.


Nombre Ltotal (m) Lpp (m)

B (m)

D (m)

ttrazado (m) Potencia

V (knots)

GT (tons)

TPM (tons) Crew

Combustible (m3)

Agua Potable (m3)

Lastre (m3)

Proyecto 55 13 800 50

Adams Nomad 60 55 13,3 5 3,8 2x1297 CV 12,5 1383 800 52 590 160 290

Adams Arrow 60 55 13,3 5 3,8 2x940 kW 12,5 800 52 590 160 290

Neptuno 57 11,6 4,19 2x2340 CV 11 1860 51

Geosea 84,8 76,23 15 9,9 5 2x1400 kW 15 3206 962 56 611 330 617

Tabla 2: Base de datos



EVALUACIN Y VIABILIDAD ECONMICA A la hora de realizar la evaluacin y viabilidad econmica del Buque Proyecto

hay que tener en cuenta que se trata de un buque orientado al sector militar, lo que proporciona ms libertad que en el caso de un buque con el mismo propsito orientado al sector civil.

En el sector militar prima la rentabilidad operativa frente a la econmica. Es decir, se busca que el buque sea capaz de cumplir, sin problemas, la misin para la que ha sido concebido aunque eso suponga un incremento en el coste. No obstante, a la hora de presentar el proyecto al Estado Mayor, ste debe ser razonable. Por eso hay que tratar de llegar a una situacin de compromiso calidad-precio, al igual que sucede en los buques civiles, pero con un margen mayor, lo que normalmente permite aplicar una tecnologa ms avanzada.

En el caso del Buque Proyecto se tiene un buque con una gran especializacin y unas misiones complejas que requieren, as mismo, un equipo complejo, no slo en el apartado tcnico sino tambin en el humano.

Recordando el apartado Problemas y soluciones del Cuadernillo 1, en el que ya se haba hablado acerca de las misiones del buque, para cada una de ellas surgen una serie de problemas asociados que en la mayora de los casos se resuelven mediante un equipo o un sistema especifico. Lo que quizs no quede tan patente es la interrelacin entre cada uno de estos sistemas. Es esta integracin de sistemas y la necesidad de que funcionen perfectamente sincronizados y sin posibilidad de error donde se encuentra el verdadero valor aadido de un buque de estas caractersticas. Por esto mismo los equipos deben ser de la mejor calidad posible buscando primeramente el rendimiento operativo.

Si se analizan uno a uno los equipos especficos del buque se ve que su eleccin no ha sido caprichosa sino que responden a un motivo concreto.

Al tratarse de un buque de apoyo a buceo huelga decir que ser necesario que cuente con el material adecuado para que las inmersiones de los buceadores se realicen con el menor riesgo para los mismos. As mismo ser necesario contar con una zona habilitada para preparacin de los buzos y con un taller con los equipos y el personal adecuado para la revisin y posible reparacin de los equipos.

Como complemento a las labores de los submarinistas el buque cuenta con dos ROVs que permitirn la investigacin en situaciones ms complejas que podran poner en riesgo la vida de los especialistas en buceo. Sin embargo el coste asociado a este sistema no se limita a los ROVs ya que para su correcto funcionamiento necesitan una serie de equipos auxiliares, adems de un personal muy especializado. Estos equipos son:

Sala de control. Al ser vehculos submarinos operados a distancia se necesita una sala con un sistema informtico adecuado que permita el control del ROV as como la captura de imgenes del mismo y la operacin de los equipos que lleve integrado el ROV.

Taller de mantenimiento y reparacin que permita mantener a punto los ROVs para su operacin.



Elevadores. Ya que se ha decidido estibar los ROVs en el paol de equipos ser necesario un sistema de izado, habindose elegido unos elevadores similares a los que utilizan los portaaviones.

Junto con estos equipos el buque requiere una gra para el manejo de tuberas submarinas segn se indica en la especificacin. A esta gra se le dar una funcin adicional como es el arriado e izado de los ROVs a travs de la moon pool o del costado del buque.

Hay que contar con que al trabajar, la gra, generar un momento escorante que se ha decido paliar con unos tanques de compensacin que se tendrn que lastrar y deslastrar en funcin de la demanda de estabilidad del buque, por lo que se necesitar un sistema de bombeo de caudal regulable.

Por ltimo para que todas las operaciones se lleven correctamente a cabo con el menor riesgo, tanto para la dotacin como para el propio buque y para lograr que ste mantenga una posicin estable es necesario integrar un sistema de posicionamiento dinmico.

Como actuadores de este sistema de posicionamiento se usa la propulsin del propio buque y dos hlices transversales en proa. Para que la libertad de movimiento sea mayor se utilizan propulsores hlice-timn que permiten un giro de 360.

Dicho esto, queda patente lo intrincado del mtodo de integracin de todos estos sistemas al igual que la especializacin de algunos de ellos, por lo que, como se deca al principio, en este tipo de buques prima el rendimiento operativo frente al rendimiento econmico.




FRANCOBORDO Para el clculo de francobordo se seguir la normativa aplicable, recogida en el

convenio de Lneas de Carga de 1966, si bien los buques de guerra quedan excluidos de este convenio, para el caso del Buque Proyecto resulta interesante comprobar que existe una reserva de flotacion que impedir el embarque de agua en la cubierta de trabajo que hara peligrar la integridad del buque.

Las correcciones de francobordo que se deban hacer con respecto al francobordo tabular que ofrece este convenio, sern tomadas con referencia a la disposicin general de buque Adams Arrow, que se present anteriormente en el Cuadernillo 1, as como las caractersticas principales que se calcularon gracias a la base de datos, tratando as de estimar el francobordo del buque y comprobar que el calado calculado mediante la base de datos puede cumplir con el convenio de Lneas de Carga de 1966.

Eslora de francobordo Como primer punto, se debe calcular la eslora con la que se trabajar para

calcular el francobordo.

Segn la Regla 3 de la normativa:

Se tomar como eslora (L) el 96% de la eslora total medida en una flotacin cuya distancia al canto alto de la quilla sea igual al 85% del puntal mnimo de trazado, o la eslora medida en esa flotacin desde la cara proel de la roda hasta el eje de la mecha del timn, si esta segunda magnitud es mayor.

Siendo el puntal de trazado 5 m, el 85% del mismo ser: 0,85 4,25t D m

Ya que se carece del valor exacto de la eslora para esta flotacin, se hace una estimacin midiendo directamente sobre el plano.

Para un calado de 3,8 m la eslora entre perpendiculares es 55m, y la eslora de la flotacin 57,5 m aproximadamente.

Como el espejo de popa es recto, se obtiene una distancia de 2,5 m entre la perpendicular de popa y el extremo ms a popel del buque.

La eslora mxima del buque son 60 m, teniendo el extremo ms proel un puntal de 8,5m

Todos estos datos permiten realizar un esquema, gracias al cual se puede calcular la eslora para la flotacin que se necesita, tal como se muestra en la imagen 2.

Por lo tanto, habr que elegir entre la mayor de las siguientes esloras:

1 0,96 0,9657,74 55,43flotacinL L m 2 57,74 2,5 55,24pp flotacinL L m

Resulta ser mayor L1, por lo que ser la eslora que se utilizar en los clculos de francobordo.


Imagen 2: Clculo de eslora de francobordo

El resto de dimensiones permanecen tal y como se calcul en la base de datos.

Lpp (m) 55,43 t (m) 4,25

B (m) 13,3

GT (t) 1383

D (m) 5 TPM (t) 800

Tabla 3: Caracteristicas para el clculo de francobordo

Francobordo tabular A continuacin se clasifica el buque, quedando englobado en los que en la

normativa se denominan Buques de tipo B, que son: Los buques que no se ajusten a lo dispuesto para los buques de tipo "A"

Siendo Buque de tipo A aquel que: a) haya sido proyectado para transportar solamente cargas lquidas a granel.

b) tenga una gran integridad en la cubierta expuesta y slo pequeas aberturas de acceso a los compartimientos de carga, cerradas por tapas de acero u otro material equivalente, estancas y dotadas de frisas.

c) tenga baja permeabilidad de los espacios de carga llenos.

Con esta clasificacin se busca el francobordo tabular para el Buque Proyecto en la Tabla 28.2 de la normativa, donde este ser funcin de la eslora del buque. Como no existe un francobordo para la eslora 55,43 m, habr que interpolar entre los francobordos para 55 m y 56 m.

Eslora (m) Francobordo tabular (mm)

55 503

56 516

Tabla 4: Esloras interpolantes para el francobordo tabular




55,4355,43

503 516 503 508,6055,43 55 56 55

FBFB mm

Siendo este francobordo tabular el que se tomar como inicial.

FB = 508,60 mm

Correcciones al francobordo tabular A partir de este francobordo tabular se tendr que hacer una serie de

correcciones tal y como se indica en la normativa, en funcin de las dimensiones del buque y algunas de sus caractersticas estructurales.

Correccin al francobordo para buques de eslora inferior a 100 m

Para buques con eslora entre 24 m y 100 m y con superestructuras cerradas de hasta el 35% de la eslora, hay que aumentar el francobordo tabular en:

7,5 100 0,35 iELL

Siendo Ei la longitud efectiva de la superestructura, que en el buque base utilizado de modelo es 30,5 m que corresponde al 55,02% de la eslora del buque.

Por lo tanto no ser necesario hacer correccin por menos de 100 m de eslora.

Correccin por coeficiente de bloque

Si el coeficiente de bloque es superior a 0,68, el francobordo, incluyendo todas las correcciones que se le hayan realizado hasta este punto, hay que multiplicarlo por el factor:

0,68 1,36bC 2183 0,70

55,4313,34,25bDesplazamientoC

L B t

En este caso el coeficiente de bloque supera el 0,68, por lo que habr que corregir.

0,68 0,70 0,68 508,60 514,851,36 1,36

bnuevo

CFB FB mm

Tras esta correccin, el francobordo queda:

FB = 514,85 mm

Correccin por puntal

En el caso de que el puntal supere la relacin 15L , como es este caso, el francobordo se aumentar en:

15LD R


Siendo 0, 48R L , para buques con esloras menores de 120 m. 55, 43 3,69515 15

L m Factor que es menor a los 5 m de puntal que tiene el buque.

Por tanto, es necesario aumentar el francobordo en:

1 55, 43 55, 435 150,6615 0, 48FB mm Incremento que sumado al francobordo resultante del apartado anterior nos da:

FB = 665,51 mm

Reduccin por superestructuras y troncos

Para calcular la longitud efectiva de las superestructuras primero hay que calcular la altura normal de las mismas.

La tabla 33.1 de la normativa proporciona las alturas normales para buques de 30 m o menos de eslora, 75 m y 125 m o ms, por lo que tendremos que interpolar entre los valores de las dos primeras.

L (m) Cubierta de saltillo (m) Todas las dems superestructuras (m)

30 menos 0,9 1,8

75 1,2 1,8

Tabla 5: Alturas normales interpolantes de superestructuras

Obteniendo para la eslora de este buque (55,43 m) las siguientes alturas normales:

Cubierta de saltillo (m) Todas las dems superestructuras (m)

1,07 1,8

Tabla 6: Altura normal de la superestructura del Buque Proyecto

Todas las superestructuras superan esta altura normal, por lo tanto no hay que realizar ninguna correccin para obtener su longitud efectiva, siendo sta la longitud real de la superestructura.

En la longitud de la superestructura se incluyen la de la superestructura entendida estrictamente como tal ms el castillo de proa. Medidas ambas sobre el plano de disposicin general dan una longitud efectiva total de 30,5 m.

Como la longitud efectiva de la superestructura corresponde a un 55,02% de la eslora, se necesita un coeficiente corrector para la reduccin aplicable a una longitud equivalente a la eslora. Dicho coeficiente corrector se obtiene interpolando en la Tabla 37.1 entre los valores para 0,5L y 0,6L




Longitud efectiva 0,5L 0,6L

Porcentaje de reduccin 41 52

Tabla 7: Porcentajes de reduccin interpolantes

Por tanto el porcentaje de reduccin ser 47,02, lo que quiere decir que la reduccin ser el 47,02% de la que se le aplicara a un buque cuya longitud efectiva de las superestructuras sea igual a su eslora.

Al igual que antes, para obtener esta reduccin, habr que interpolar entre la correspondiente a 24 m y 85 m de eslora.

Eslora (m) Reduccin del francobordo (mm)

24 350

85 860

Tabla 8: Reducciones interpolantes por superestructuras

Para esta eslora, la reduccin sera de 612,78 mm, que junto con el porcentaje de reduccin que se ha calculado antes, hace que la reduccin real sobre el francobordo sea:

247,02612,78 288,15100

FB mm Aplicando esta reduccin al francobordo:

FB = 377,36 mm

Correccin por arrufo

Para esta correccin habr que calcular el defecto, o exceso, de arrufo en el Buque Proyecto, que ser la diferencia de arrufo entre la cubierta de francobordo y la curva de arrufo normal.

Como el Buque Proyecto carece de arrufo, las ordenadas reales en cada una de las situaciones que se marcan en la tabla 9 sern 0, por lo que el defecto de arrufo ser la media de las reas bajo las curvas de la mitad de proa y de la mitad de popa.

Para calcular estas reas, utilizando los factores de la columna de la derecha de la tabla, haciendo una sencilla regla de Simpson, se obtiene:

21 711,92 3 316,09 79,74 0 237,438popaA m m 21 0 3 159,47 632,18 1423,84 474,858proaA m m

Y la media de ambas reas:

2237,43 474,85 356,142media

A mm


La curva de arrufo normal se dibuja segn la Tabla 38.1 de la normativa, para el Buque Proyecto ser:

Situacin Ordenada (mm) Factor

Perpendicular de popa 25 10 711,923L 1 1

6 L desde la P de Pp. 11,1 10 316,093L 3 1

3 L desde la P de Pp. 2,8 10 79,743L 3 Mitad de popa

Centro de buque 0 1

Centro de buque 0 1

13 L desde la P de Pr. 5,6 10 159, 473L 3

16 L desde la P de Pr. 22, 2 10 632,183L 3 Mitad de proa

Perpendicular de popa 50 10 1423,843L 1 Tabla 9: Curva de arrufo normal

Una vez calculado el defecto de arrufo, se calcula la correccin correspondiente al mismo, que ser un porcentaje del defecto calculado. Este porcentaje se calcula segn:

0,752

iSL

Siendo Si la longitud de la superestructura, por lo que la correccin total ser:

330,5356,14 0,75 356,14 0,75 169,12

2 255, 43iSFB mmL

Como se tiene un defecto de arrufo, esta correccin se aadir al francobordo, y al ser sta la ltima correccin a realizar, el francobordo total que se tiene ser:

FB = 546,48 mm

Altura mnima de proa La altura mnima de proa ser la distancia medida en vertical en la perpendicular

de proa entre la flotacin correspondiente al francobordo de verano asignado.

Se calcular segn la siguiente formula:




2 3

6075 1875 200 2,08 0609 1,603100 100 100

0,0129

b b wL L LF C

Ldi

fC

Donde Cwf es el coeficiente del rea de flotacin a proa de 2L .

2

wwf

A fC LB

Siendo Awf el rea de la flotacin a proa de 2L para el calado di, en m2.

Como an no est definido el casco, no se puede conocer con exactitud este rea de flotacin, por lo que se calcula la altura mnima en funcin de este rea.

2 0,002713,355, 432

w wwf w

A f A fC ALB f

2 355, 43 55, 43 55, 436075 1875 200 2,08 06090,70100 100 100

55, 431,6030,0027 0,0129 4, 252825,360 2,336 0,0043 6600,215 12,287

b

w

w w

F

A f

A f A f

Por lo tanto, la altura mnima de proa ser:

6600,215 12,287 wA f mm

Seleccin de francobordo

Francobordo calculado (mm) Calado de diseo (m) Altura mnima de proa (mm)

546,48 3,8 6600,215 12,287 wA f Tabla 10: Francobordos aplicables

Tras calcular el francobordo y la altura mnima de proa, junto con el calado de diseo, existen tres posibles francobordos, entre los que habr que elegir el mayor, o lo que es lo mismo, el que menor calado proporcione.

Como la altura mnima de proa depende de un coeficiente, primero se selecciona entre el francobordo calculado y el calado de diseo.

Teniendo en cuenta que el puntal de la cubierta de francobordo en el centro del buque es de 5 m, el francobordo calculado proporciona un calado de:

3,81000 548,81 4451,19 4,512t D FB mm m Este calado es mayor que el de diseo, por lo tanto, en esta primera seleccin se


toma como francobordo el correspondiente al calado de diseo.

Para seleccionar como francobordo el correspondiente a la altura mnima de proa, el calado delimitado por sta, debera ser menor que el de diseo. Si en la perpendicular de proa el puntal es de 10 m, la altura mnima de proa tendra que cumplir:

101000 6600, 215 12, 287 3,81000wA f Por lo que Awf sera:

3800 10000 6600,21512,287w

A f

Por lo tanto, el valor mximo que debera tomar Awf, y en cuyo caso marcara el mismo francobordo que el calado de diseo, sera:

23800 10000 6600,215 32,5712,287w

A f m

Cualquier rea menor que sta, marcara un francobordo mayor que el del calado de diseo.

La cuestin relevante es si esa rea es coherente con el proyecto o no. Para hacer ese estudio se ha de tener tres cosas en cuenta:

A popa de la cuaderna maestra la flotacin es totalmente rectangular. El coeficiente de flotacin para cualquier flotacin, ha de ser menor que

la unidad.

En un buque con formas llenas como el que estamos tratando aqu, el rea de flotacin tendr unos valores superiores a 0,7.

Awf viene definido para el calado di, que era 4,25 m, y es el que se calcula para hallar la eslora para los clculos de francobordo.

La eslora total a este calado es 57,74 m, como se calcul anteriormente, y tomando como centro del buque la mitad de la eslora efectiva (55,43 m), se puede dibujar el siguiente esquema.

Imagen 3: Esquema del rea de flotacin

Por lo tanto, el coeficiente de flotacin ser:



1 2 13,330,02 32,57 0,56 13,357,74f

A ACL B

Este coeficiente ser el mximo que podra tener para la altura mnima de proa. Este valor es manifiestamente muy bajo, pero esta afirmacin podra dar lugar a discusin.

Para descartar totalmente la validez de este rea mxima de proa, se comprueba la manga que tendra un triangulo que se extendiese desde el centro del buque hasta el extremo de proa de la flotacin. El rea de dicho triangulo ser:

2

L bA Donde b ser la manga buscada, L la eslora de la mitad de proa, y A tiene que

coincidir con el Awf mximo calculado antes.

2 232,57 2,3657,74 30,16

wA fb mL

Esta manga es mucho menor que la manga del buque en la zona central, por lo que se puede descartar el francobordo proporcionado por la altura mnima de proa.

As pues, el francobordo real del buque ser el que marca el calado de diseo, quedando en la zona central del buque de la siguiente forma:

Calado (m) Francobordo (mm)

3,8 1200

Tabla 11: Francobordo seleccionado

Marca de francobordo La marca de francobordo, que en caso de colocarse se hara en la zona central del

buque, presentar adems del disco de francobordo y la lnea de cubierta, las siguientes lneas.

Francobordo de verano

Ser el francobordo que se ha calculado anteriormente y vendr representado por la letra V en la marca de francobordo.

FBVerano = 1200 mm

Francobordo tropical

El francobordo mnimo en la zona tropical ser el que se obtenga de restar al francobordo de verano 148 del calado de verano.

1 11200 3800 1120,8348 48Tropical Verano Verano

FB FB T mm El francobordo se representar por la letra T junto a su lnea correspondiente.




FBTropical = 1121 mm

Francobordo de invierno

El francobordo mnimo de invierno se obtendr sumando al francobordo de verano 148 del calado de verano.

1 11200 3800 1279,1748 48Invierno Verano Verano

FB FB T mm El francobordo de invierno se representa con la letra I junto a su lnea de calado.

FBInvierno = 1279 mm

Francobordo de invierno en el Atlntico Norte

Para calcular el francobordo de invierno en el Atlntico Norte se deben aadir 50 mm al francobordo de invierno.

50 1279,17 50 1329,17ANI InviernoFB FB mm mm La lnea de calado correspondiente a este francobordo ser la denominada con

ANI.

FBANI = 1329 mm

Francobordo de agua dulce

El francobordo de agua dulce, tanto de verano como tropical, se obtiene restando de cada uno de los francobordos correspondientes 148 de su calado.

.1 11200 3800 1120,8348 48A Dulce Verano Verano

FB FB T mm

. . 1 11120,83 3800 1120,8348 481065,02

A D Tropical Tropical TropicalFB FB T

mm

El francobordo de agua dulce de verano se marcar con la letra D y la lnea correspondiente al francobordo de agua dulce tropical con TD.

FBA. Dulce = 1121 mm

FBA. D. Tropical = 1065 mm


Imagen 4: Marcas de francobordo en mm para el Buque Proyecto




MTODO DE HOLTROP Para realizar una estimacin de la resistencia al avance del buque, se utiliza el

mtodo de Holtrop, publicado en el artculo A Statistical Re-Analysis of Resistance and Propulsion Data en International Shipbuilding Progress (November 1984), una revisin a la anterior publicacin de Holtrop An Approximate power prediction method en International Shipbuilding Progress (July 1982).

Los clculos expuestos en dicho artculo se presentan a continuacin.

La resistencia al avance del buque, corresponder a la frmula:

11Total F APP W B TR AR R k R R R R R Donde:

FR Resistencia de friccin segn la ITTC-57 11 k Factor de forma del casco

APPR Resistencia de los apndices WR Resistencia de olas BR Resistencia de presin adicional por la cercana del bulbo a la superficie TRR Resistencia de presin adicional debida a la inmersin del espejo de popa AR Resistencia de la correlacin modelo-buque

Todos los clculos derivados de esta formulacin son funcin de las dimensiones principales del buque y de sus caractersticas constructivas principales, por lo que, para la realizacin de dichos clculos, se ha recurrido al programa desarrollado por la Ctedra de Motores y Maquinas Marinas de la E.T.S.I.N., bajo la supervisin del Profesor Zurita.

Las imgenes que se presentan a continuacin pertenecen a dicho programa.

Imagen 5: Software del profesor Zurita. Pantalla 1

Como se observar a lo largo de todo el proceso, al estar en una fase muy temprana del proyecto, algunos de los datos que solicita el programa no estarn disponibles, por lo que se tendr que tomar en cada instante decisiones que luego se cambiarn si fuese necesario conforme avance en el proyecto.



Las dimensiones principales que se introducen en esta ventana son las que se han encontrado en la base de datos, incluyendo la de la eslora de la flotacin si bien el programa es capaz de estimarla.

El rea de la maestra que se ha introducido es el valor mximo de la misma que permite Saunders para que el buque sea hidrodinmicamente aceptable, y para el desplazamiento se obtiene de la base de datos la suma del GT y el TPM de los buques base.

El resto de coeficientes los calcular el software de forma automtica con los valores anteriores proporcionados.

A falta de cualquier prueba de estabilidad, o de cualquier clculo, de forma inicial y para esta estimacin, se ha supuesto el centro de carena del buque en la cuaderna maestra.


Viendo el tipo de buque y el sistema de propulsin que se ha elegido, de todas las formas que se proponen, la ms lgica ser una forma convencional.

Las formas en V no tienen cabida en este tipo de buque y el bulbo de popa tampoco tiene sentido, ya que, como se ve en la disposicin general mostrada en el Cuadernillo 1, ste es inexistente.




El buque carece totalmente de apndices, por lo tanto, se ignora esta parte del programa y, por consiguiente, la resistencia de los apndices que se enuncia al principio del mtodo.



En las especificaciones se indica que el buque contar con dos hlices transversales en proa y, en la disposicin general del buque base, se observan dichas hlices de maniobras.

A falta de datos ms concretos, y teniendo el cuenta que el calado del buque a proa es de 3,8 metros, se ha decidido tomar como valor inicial para estas hlices un dimetro de 1 metro.

El coeficiente elegido para ambas hlices es el mximo, ya que se carece de bulbo de proa y, como indica el mismo programa, los valores ms bajos corresponden a aperturas en la parte cilndrica del bulbo.


Como se puede observar en la disposicin general del buque base, el buque carece de bulbo de proa.

El rea transversal del espejo de popa se ha estimado con respecto al coeficiente de maestra que se ha utilizado al principio del programa.




2

13,33,80,97 49,024

maestramaestra

maestra maestra

ACB T

A B T C

m

No obstante, como se puede ver en la disposicin general, el espejo tiene mucho menos rea que la cuaderna maestra por la forma que toma la popa. Se ha seleccionado un rea de 30 m2 como estimador inicial de este valor.

En cuanto al rango de velocidades a estudiar se ha tomado 1 nudo como valor ms bajo y 13 nudos, que es la velocidad requerida en las especificaciones, como valor mximo en intervalos de 1 nudo.

ste es el ltimo paso del programa, pero antes de mostrar el resultado del clculo (imagen 14), muestra un resumen de todos los datos introducidos (imgenes 12 y 13).



El programa del profesor Zurita no finaliza con este anlisis de datos. A continuacin de este clculo se ofrece posibilidad de realizar una seleccin de la hlice mediante series sistemticas, pero como para el Buque Proyecto se va a usar dos hlices-timn, no es necesario recurrir a esta opcin.

A la vista de los resultados se observa que la potencia necesaria para 13 knots es ligeramente inferior a la que se calcul mediante la base de datos.

Entre estas dos opciones se elegir la de la base de datos, ya que es la peor de las situaciones obtenidas hasta ahora.




Gracias a los datos obtenidos se pueden realizar tres tablas comparativas, Potencia-Velocidad (imagen 15), Resistencia-Velocidad (imagen 16) y Potencia-Resistencia (imagen 17).


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00

Velocidad (knots)

P

o

t

e

n

c

i

a

(

C

V

)

Imagen 15: Curva Potencia (CV)-Velocidad (knots)



0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00

Velocidad (knots)

R

e

s

i

s

t

e

n

c

i

a

(

N

)

Imagen 16: Curva Resistencia (N)-Velocidad (knots)




0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000

Resistencia (N)

P

o

t

e

n

c

i

a

(

C

V

)

Imagen 17: Curva Potencia (CV)-Resistencia (N)


DATOS PARA LA CONSTRUCCIN A lo largo del presente Cuadernillo se han obtenido unos datos y tomado una

serie de decisiones que servirn para construir el Buque Proyecto.

Se puede dividir toda la informacin en dos bloques, los datos fijos, y los orientativos. Los primeros sern datos reales para el proyecto del buque, y los segundos sern datos orientativos sobre algunos parmetros que se podrn modificar a lo largo del proceso.

Datos fijos Estos datos fijos hacen referencia, en su mayora, a las dimensiones del buque y

se han obtenido gracias a la base de datos. Esto no quiere decir que sean datos estrictos, pero si menos laxos que los otros y, al igual que los restantes, podrn ser modificados.

Lflotacion (m) 57,5

Lpp (m) 55

B (m) 13,3

D (m) 5

ttrazado(m) 3,8

TPM (t) 800

Tripulacin 50

V (knots) 13

Vol. Combustible (m3) 664

Vol. Agua potable (m3) 160

Vol. Lastre (m3) 290

Francobordo (mm) 1200

Potencia a 13 knots (HP) 2940

Tabla 12: Datos fijos

Datos orientativos Se trata de una serie de datos para encuadrar el proyecto. A lo largo del proceso

pueden variar para adaptarse a las necesidades del mismo, siempre y cuando se revisen el resto de los apartados para evitar desajustarlos con las modificaciones.

Ya que estas decisiones han sido tomadas en los diferentes apartados que conforman el presente documento, se agrupan segn su origen para facilitar su




localizacin posterior en el Cuadernillo.

Definidos durante la seleccin del francobordo: El buque cuenta con espejo de popa vertical. La cubierta de francobordo carece de arrufo. El puntal en la zona de proa es de 10 m.

Definidos durante la aplicacin del mtodo de Holtrop: El coeficiente de rea de la maestra es 0,97. Las formas son tipo U. El buque carece de apndices. El dimetro de las hlices de proa es 1 m. El buque no tiene bulbo de proa. El rea del espejo de popa es de 30 m2.


NDICE ndice ................................................................................................................................ 1 Imgenes........................................................................................................................... 2 Tablas ............................................................................................................................... 3 Generacin de formas....................................................................................................... 4

Proceso creativo............................................................................................................ 4 Cuerpo cilndrico .......................................................................................................... 5 Zona de popa ................................................................................................................ 6 Zona de proa ................................................................................................................. 7 Resto del casco ............................................................................................................. 8

Coeficientes ...................................................................................................................... 9 Comprobacin de coeficientes.................................................................................... 10

Curva de reas ................................................................................................................ 12 Plano de formas .............................................................................................................. 14



IMGENES Imagen 1: Coeficiente de maestra ptimo ........................................................................ 5 Imagen 2: Esquema del radio de pantoque....................................................................... 6 Imagen 3: Coeficiente prismtico ptimo ........................................................................ 7 Imagen 4: LCB ptimo................................................................................................... 11 Imagen 5: Curva de reas ............................................................................................... 13 Imagen 6: Plano de formas ............................................................................................. 15



TABLAS Tabla 1: Dimensiones principales..................................................................................... 4 Tabla 2: Coeficientes del buque ....................................................................................... 9 Tabla 3: Caractersticas principales del buque ............................................................... 10 Tabla 4: Valores hidrostticos del buque ....................................................................... 10



GENERACIN DE FORMAS Durante la elaboracin del Cuadernillo 2 se obtuvieron una serie de parmetros,

a los que se clasific como datos fijos, que serviran para la construccin del Buque Proyecto. Adems, se utiliz la disposicin general de un buque base existente para realizar los clculos de francobordo y la estimacin de potencia de Holtrop.

Ahora, ayudndose de dicha disposicin general y de los datos fijos relativos a las dimensiones principales del buque se generarn unas formas, no basadas en una serie sistemtica sino de diseo propio, de tal manera que cumplan con los requisitos hidrodinmicos indicados por Saunders y de los que ya se habl en el Cuadernillo 2.

A la hora de realizar el diseo han sido de gran ayuda no solo las fotografas del buque base presentadas en las pginas web de Astilleros Balenciaga y del armador, Adams Offshore Services Limited, sino que se ha contado con los planos originales de la disposicin general del citado buque base por cortesa del armador.

Proceso creativo Para la obtencin de las formas finales del buque se desarrollaron once versiones

distintas mediante el programa Rhinoceros, siendo cada una de ellas una modificacin de la anterior, hasta conseguir ajustar el buque a los citados parmetros de Saunders.

Usando el programa Autocad 2008 se dibujaron las tres cajas del plano de formas con las dimensiones principales que se haban calculado en el Cuadernillo anterior. Sobre la caja de longitudinales se dibuj una copia del perfil de la disposicin general del buque base.

LFlotacin (m) 57,5

Lpp (m) 55

B (m) 13,3

D (m) 5

t (m) 3,8

Tabla 1: Dimensiones principales

Posteriormente se import dicho perfil y su caja correspondiente al programa Rhinoceros, donde se comenz a crear las superficies que daran lugar al casco.

Como ya se ha mencionado anteriormente, el buque tiene unas formas muy llenas y costados rectos, lo que delimita en gran parte el diseo, simplificndolo tambin en gran medida. Para llevarlo a cabo se dividi el buque en tres partes con las que trabajar tomando en un primer momento el casco simplemente hasta la cubierta principal, es decir, los 5 m desde la quilla. El buque quedo dividido como se indica a continuacin:

Zona de popa, que comprende desde el extremo ms popel del buque hasta la cuaderna 5, situada en la mitad del buque.



Cuerpo cilndrico, que comprende la parte del buque entre la cuaderna 5 y la cuaderna 7,5.

Zona de proa, que abarca desde la cuaderna 7,5 hasta el extremo de proa. Cuerpo cilndrico

El cuerpo cilndrico vendr definido por la forma de cuaderna maestra. La forma de la misma se puede obtener gracias al coeficiente de maestra hidrodinmicamente ptimo definido por Saunders.

La imagen 1 muestra los lmites del coeficiente de cuaderna maestra en funcin del nmero de Froude o de la relacin V

L.

Imagen 1: Coeficiente de maestra ptimo

En el caso del Buque Proyecto esta relacin ser de 0,88, por lo que entrando en la grfica se obtienen los siguientes lmites.

Limite superior: 1,007 Limite inferior: 0,941 Valor ptimo: 0,972

Se disear el buque para que su coeficiente de maestra coincida con el valor ptimo.

Para la realizacin del modelo se asumir que los costados del buque y el fondo son planos y que cuenta con un pantoque de un radio determinado. Utilizando los valores de manga y calado y el coeficiente de maestra se puede hallar el radio de dicho pantoque a partir de la imagen 2.



Imagen 2: Esquema del radio de pantoque

De la definicin de coeficiente de cuaderna maestra se obtiene:

222

M

M

RB T R B R RACB T B T

Resolviendo la ecuacin se obtiene el valor del radio, en este caso 1,880 m.

Esta cuaderna ser la que d forma al cuerpo cilndrico del buque, habindose adoptado estas formas por dos motivos fundamentales. El primero de ellos es la simplificacin del proceso de fabricacin del buque, ya que se podrn crear muchas ms previas y paneles idnticos, y en segundo lugar pensando en la posible ampliacin de la eslora del buque.

Es importante darse cuenta que ser esta zona cilndrica la que marque la verdadera capacidad del buque, ya que ser la mas idnea para albergar los diferentes tanques que se necesiten.

Zona de popa Para modelar la zona de popa se decidi dar continuidad a la estructura central y

a la cubierta, ya que esta ltima ser una de las partes mas representativas del buque y se ha de buscar que sea lo mas amplia posible para poder trabajar en ella con comodidad.

As mismo se debe reducir el calado en la popa para poder colocar debajo del casco las dos hlices-timn requeridas en la especificacin.

Por lo tanto siguiendo la tendencia mostrada en la disposicin general de los buques de referencia se model la popa tal y como se muestra en el plano de formas.

Es importante notar que tal y como se indic en el Cuadernillo 2 el buque ir dotado de un espejo de popa.

Para terminar de modelar la popa se decidi aadir un quillote postizo de tal manera que el buque ofreciese mayor resistencia frente a los movimientos de deriva.



Zona de proa La ltima parte a modelizar del buque fue la zona de proa en la que se trat de

ajustar el volumen del buque al coeficiente prismtico que indica Saunders, cuya grfica se muestra en la imagen 3.

Imagen 3: Coeficiente prismtico ptimo

Se define un lmite superior de 0,655 y uno inferior de 0,590.

Para ajustar el modelo a este coeficiente prismtico se ha tenido en cuenta que el buque tiene una moon pool, que al ser un agujero en el casco no va a contar como volumen sumergido, y por tanto no va a entrar en el clculo del coeficiente prismtico.

Por tanto se realiz el modelo de la zona central y la zona de popa, incluyendo el hueco de la moon pool. La proa del buque se model inicialmente ajustndose a los requerimientos de las dimensiones principales, para despus ir ajustando las formas hasta que se obtuvo un coeficiente prismtico dentro del rango indicado por Saunders.

Para calcular el coeficiente prismtico de los modelos se utiliz como ayuda el software Maxsurf, al que se importaba en formato IGES el modelo generado con el programa Rhinoceros para hacer un calculo preliminar de hidrostticas donde se cotejaba si el coeficiente prismtico era vlido o no.

Para que el encastre entre la zona de popa y el resto del buque sea correcto es muy importante que se mantenga la tangencia entre las diferentes lneas de agua que se



utilizan para realizar el modelo.

Resto del casco Una vez completadas las formas de esta parte del casco, que comprenda toda la

obra viva y una pequea parte de la obra muerta, fue necesario terminar de disear la obra muerta. Para ello, se mantuvo el criterio de costados rectos en las zonas donde se pudo, y se trat de generar una superficie para el castillo de proa que fuera coherente con la zona de proa modelada y que fuese constructivamente viable.



COEFICIENTES Una vez el casco se encuentra importado correctamente en el programa Maxsurf,

este permite calcular rpidamente algunos valores del buque. Posiblemente, el ms importante de todos sea el desplazamiento, que en este caso corresponde a:

=1759 t Gracias al desplazamiento se pueden calcular algunos de los coeficientes que,

por falta de datos, fue imposible calcular en el Cuadernillo 1. Estos son:

Coeficiente de Bloque:

Cb Volumen de CarenaL B T

L B T 0,591

Coeficiente de la Flotacin:

CF Area de la FlotacionB L 0,853

Coeficiente de la Maestra:

CM Area de la MaestraB T 0,994

Coeficiente Prismtico:

Cp CBCM

0,596

Tanto el rea de la Flotacin como el rea de la Maestra se han obtenido de la citada tabla de datos que ofrece Maxsurf, y que se reproduce a continuacin, dividida en tres bloques:

Cp 0,596

Cb 0,591

CM 0,994

CF 0,853

Tabla 2: Coeficientes del buque



Desplazamiento (tm) 1759

Volumen (m3) 1716

Calado (m) 3,8

Eslora en la Flotacin (m) 57,25

Manga en la Flotacin (m) 13,3

WSA (m2) 901,60

rea Mxima Transversal (m2) 50,26

rea de la Flotacin (m2) 649,97

Tabla 3: Caractersticas principales del buque

LCB desde la Perpendicular de Popa (m) 27,53

LCF desde la Perpendicular de Popa (m) 22,98

KB (m) 2,18

BMt (m) 4,92

BMl (m) 81,44

KMt (m) 7,10

KMl (m) 83,62

Toneladas por cm de Inmersin (TPc) (tm/cm) 6,66

Momento para trimar 1 cm (MTc) (tmm) 26,74

RM para 1deg = GMt.Disp.sin(1) (tmm) 217,95

Tabla 4: Valores hidrostticos del buque

Comprobacin de coeficientes Tal y como se ha indicado anteriormente se ha tratado de ajustar todos los

coeficientes del buque a los valores recomendados por Saunders, y como se puede ver de los datos obtenidos mediante Maxsurf todos, tanto el coeficiente prismtico como el coeficiente de la maestra, estn dentro de los lmites marcados.

No obstante Saunders define un ltimo requisito hidrodinmico. Se trata de la posicin longitudinal del centro de carena (LCB), del que indica unos limites en funcin del coeficiente prismtico, tal y como se muestra en la imagen 4.



Imagen 4: LCB ptimo

Para el coeficiente prismtico del Buque Proyecto, cuyo valor es 0,596, Saunders indica que la posicin longitudinal del centro de carena ha de estar entre el 49,7% y el 51,5% de la eslora tomado desde la perpendicular de proa.

La distancia del LCB tomada desde la perpendicular de popa es 27,53 m segn indica Maxsurf, por tanto el porcentaje de la eslora en que se encuentra, midiendo desde la perpendicular de proa es:

X 55 27,53

55100 49,94%

Este valor se encuentra dentro de los mrgenes definidos por Saunder, por tanto se puede determinar que al cumplir el buque todos estos requerimientos ser hidrodinmicamente ptimo.




CURVA DE REAS Esta curva se obtiene representando el rea de cada seccin bajo la flotacin en

funcin de la posicin que ocupa cada una de ellas a lo largo de la eslora del buque, indicando de este modo cmo se ha repartido el volumen de carena a lo largo del buque.

Gracias a esta curva se puede obtener:

Volumen de carena, que coincide con el rea encerrada bajo la curva. Posicin del centro de carena, que coincidir con la posicin longitudinal

del centro de gravedad del rea encerrada bajo la curva.

Coeficiente prismtico. El programa Maxsurf ofrece una representacin de la curva de reas, que se

puede ver en la imagen 5.

En la curva se observa que el volumen aumenta rpidamente por proa hasta alcanzar el cuerpo cilndrico, que se puede observar perfectamente en esta curva.

En el punto en que acaba el cuerpo cilndrico la curva de reas disminuye lentamente y de forma cuasi-constante, debido a que conforme se avanza hacia popa el calado va reducindose hasta alcanzar el espejo de popa, donde acaba de forma brusca.


Imagen 5: Curva de reas



PLANO DE FORMAS Una vez representado el casco en 3D con el programa Rhinoceros, se obtuvieron

las cuadernas, lneas de agua y longitudinales pertinentes que posteriormente se importaron al programa AutoCad 2008 para la realizacin del plano de formas.



NDICE ndice ................................................................................................................................ 1 Imgenes........................................................................................................................... 2 Introduccin...................................................................................................................... 3 Reglamento de la sociedad de clasificacin ..................................................................... 4

Eslora ............................................................................................................................ 4 Manga ........................................................................................................................... 4 Puntal ............................................................................................................................ 5 Calado........................................................................................................................... 5 Desplazamiento de diseo y coeficiente de bloque ...................................................... 5

Estructura del casco.......................................................................................................... 6 Cuadernas constructivas ............................................................................................... 6 Mamparos estancos ...................................................................................................... 6 Subdivisin vertical ...................................................................................................... 7 Subdivisin transversal................................................................................................. 8

Compartimentacin del casco........................................................................................... 9 Tanques de combustible ............................................................................................... 9 Otros tanques ................................................................................................................ 9 Bajo la cubierta principal.............................................................................................. 9

Superestructura ............................................................................................................... 11 Cubierta principal ....................................................................................................... 11 Primera cubierta de acomodacin .............................................................................. 11 Segunda cubierta de acomodacin ............................................................................. 11 Habilitacin ................................................................................................................ 12 Enfermera .................................................................................................................. 15 Armera....................................................................................................................... 16 Local de CO2 .............................................................................................................. 16 Sala de buceo.............................................................................................................. 16 Sala de control de ROVs ............................................................................................ 16 Local del generador de emergencia ............................................................................ 16



IMGENES Imagen 1: Plano de disposicin general ......................................................................... 17



INTRODUCCIN Definidas las dimensiones principales y las formas del buque en los Cuadernillos

anteriores en este se proceder a distribuir en el casco los diferentes compartimentos donde se han de alojar los equipos y servicios necesarios para el correcto funcionamiento del Buque Proyecto.

Al igual que los anteriores casos se utilizar la disposicin del buque base, adaptndola a las especificaciones del proyecto y las normas de la sociedad de clasificacin, as como otros acuerdos y convenios.

En el caso del Buque Proyecto habr que tener en cuenta:

Especificaciones: Capacidad de 800 TPM. Autonoma de 1000 millas. Dos instalaciones hlice-timn Schottel con los correspondientes

motores disel de accionamiento.

Dos hlices de proa. Habilitacin para 50 tripulantes. Moon pool para buzos. Gra con capacidad de izado de 45 toneladas con alcance de

10 m.

Dos ROVs. Posicionamiento dinmico.

Normas y reglamentos: Las especificaciones requieren el uso de las normas de ABS

(DPS2 Survey/ROV/Offshore Support Vessel).

Tambin se requiere la aplicacin del Naval Ship Code (DDS-079-1).

En todo momento se ha de tener presente que el buque debe ser operativo y ofrecer un entorno de trabajo y habitabilidad cmodo.



REGLAMENTO DE LA SOCIEDAD DE CLASIFICACIN

Segn la especificacin del proyecto el buque debe cumplir lo exigido en el reglamento del American Bureau of Shipping (en adelante ABS). Segn la notacin de clasificacin de las especificaciones (ABS. +A1 circle E+AMS) el Buque Proyecto se atendr a la normativa de ABS en:

+ A1: Conformidad con los requerimientos para el casco. Circle E: Conformidad con la normativa para el equipo de anclas, cables

y cadenas.

+ AMS: Maquinaria construida e instalada satisfaciendo la normativa de la clasificadora, y con un resultado positivo en pruebas.

De acuerdo con el apartado 3, capitulo 1, seccin 1 del ABS se definen los siguientes trminos que se aplicarn a lo largo de todo el proyecto salvo que se indique lo contrario.

Eslora Eslora de escantillonado

La eslora de escantillonado deber encontrarse entre el 96% y 97% de la eslora total en la flotacin.

En el Buque Proyecto la eslora total en la flotacin es de 57,25 m, y la eslora entre perpendiculares, para esa misma flotacin ser de 55 m.

Los mrgenes admitidos por la normativa estn entre 54,96 m y 55,53 m, por lo que la eslora de escantillonado coincide con la eslora entre perpendiculares.

L = 55 m

Eslora de flotacin

La eslora de flotacin ser el 96% de la eslora total de flotacin tomada al 85 % del puntal mnimo de trazado (m).

El 85% del puntal mnimo de trazado ser 4,25 m. La eslora de la flotacin a ese puntal es 57

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