UNIVERSIDAD NACIONAL DE ASUNCIÓN

DIRECCIÓN GENERAL DE POSTGRADO Y RELACIONES INTERNACIONALES

FACULTAD DE INGENIERÍA

ANTEPROYECTO DE TESIS

CURSO DE: Maestría en Ingeniería Naval con Énfasis en Embarcaciones

Fluviales

CANDIDATO: HÉCTOR DANIEL MEDINA SANTACRUZ

ORIENTADOR: PROFESOR INGENIERO JULIO MARTÍNEZ

TITULO: DISEÑO PRELIMINAR DE UN BUQUE MOTOR

PORTACONTENEDORES

FECHA DE APROBACIÓN:

FIRMA DIRECTOR DE POSTGRADO:

ASUNCIÓN – PARAGUAY

Septiembre – 2015

DISEÑO PRELIMINAR DE UN BUQUE MOTOR PORTACONTENEDORES

1. INTRODUCCIÓN

El objetivo del presente trabajo es determinar las características principales de

un Buque Motor Portacontenedores que operará en la ruta comercial Asunción-

Buenos Aires-Montevideo-Asunción.

Para una velocidad y operación económica en aguas restringidas, se obtendrá la

máxima capacidad de transporte de contenedores; es decir, una carena con resistencia

al avance reducida y unas dimensiones principales libres de imposiciones restrictivas

como toma de prácticos y remolcadores de auxilio para entrada y salidas a ciertos

puertos internacionales.

El diseño contemplará las regulaciones nacionales e internacionales aplicables,

debiendo cumplir de esta manera con el SOLAS, MARPOL, COLREG, ILLC 66,

TONNAGE 69 y otros.

El alcance de este trabajo de tesis se enmarca dentro de los siguientes puntos:

Estimación preliminar de las dimensiones principales y la potencia

Arreglo General

Cálculo Francobordo

Cálculos Buque Vacío

Variación de la potencia en función de la profundidad del río

2. JUSTIFICACIÓN

En el país no existen precedentes de diseño y construcción de Buques Motores

Portacontenedores. La ejecución del diseño en astilleros nacionales además de

generar una innovación en la industria naval nacional, permitirá desarrollar un área

de inversiones atractivo considerando la gran demanda de importación y exportación

de productos contenerizados en la actualidad y su proyección para el futuro

inmediato y de mediano plazo.

3. HIPÓTESIS

Esta Tesis considera la siguiente hipótesis; “El Buque Motor Portacontenedor

diseñado bajo consideraciones particulares de la naturaleza de la vía de navegación

desarrolla una operación económica, segura y responsable en términos ambientales”.

4. OBJETIVOS

4.1 Objetivo General

Realizar el diseño preliminar de un Buque Motor Portacontenedor para operar

en aguas restringidas, optimizando su capacidad de transporte y reduciendo las

imposiciones de costos relacionados a cantidad de tripulación y embarque de

Prácticos.

4.2 Objetivo General

Establecer parámetros para el diseño de un buque motor portacontenedor,

que permita obtener un desempeño óptimo para la ruta comercial a

navegar.

Reconocer las limitaciones básicas y particulares de la navegación en

aguas restringidas.

Calcular la autonomía del buque para la singladura a realizar.

Armonizar las prestaciones de capacidad y velocidad del buque de forma

que su operación resulte factible comercialmente y sustentable

ambientalmente.

5. REVISIÓN DE LA LITERATURA

Con el propósito de analizar y discernir si la teoría existente y las

investigaciones anteriores sugieren una respuesta, aunque sea parcial a las preguntas

de esta investigación, revisaremos la literatura relacionada al diseño de buques de

cabotaje y de navegación interior.

5.1 Vía de navegación del buque proyecto

El buque a diseñar deberá contemplar parámetros que reflejen la naturaleza

propia de la Hidrovía Paraguay-Paraná y el Estuario del Rio de la Plata, cuyas

características particulares añaden una cuota de complejidad al objetivo propuesto.

5.1.1 Rio de la Plata

El Río de la Plata es un estuario del Cono Sur de América, formado por la

unión de los ríos Paraná y Uruguay. Puede ser dividido en dos sectores: el sector

interior, compuesto por los tramos superior y medio, el cual es de poca profundidad y

se encuentra desprovisto de intrusión salina, y el sector exterior, comprendido entre

Punta del Este y la bahía de Samborombón, tramo de mayor profundidad, y con una

importante influencia marina al ser ya un estuario del océano Atlántico [2]. Tiene

una forma triangular de 290 km de largo, sirviendo de frontera en todo su recorrido

entre Argentina y Uruguay. Posee un rumbo general noroeste-sureste, volcando en el

océano Atlántico la escorrentía de su cuenca hidrográfica más la de sus afluentes,

sumando alrededor de 3200000 km². Es reconocido como el río más ancho del

mundo, debido a su anchura máxima de 219 km. [3,4,5,6]

5.1.2 Hidrovía Paraguay-Paraná

La Hidrovía Paraguay-Paraná se extiende de norte a sur desde Puerto Cáceres

en Mato Grosso, Brasil, desembocando en el delta del Paraná, frente al puerto de

Nueva Palmira, ubicado en el departamento de Colonia, en Uruguay.

Los países que comparten este sistema fluvial son: Argentina, Bolivia, Brasil,

Paraguay y Uruguay. El buque proyecto navegará hasta el puerto de Asunción-

Paraguay.

El río Paraguay nace en Brasil, discurre brevemente por Bolivia, cruza

Paraguay y, en su tramo final, sirve de límite entre nuestro país y la Argentina, hasta

desaguar en el río Paraná en el lugar denominado Confluencia.

En términos de navegación el curso inferior del río Paraguay de 390

kilómetros, comprendido entre Confluencia y el puerto de Asunción permite buques

de hasta 12 pies de calado el 75% del año, reduciéndose a 10 pies en épocas de

estiaje. El puerto internacional alternativo de recalada para la época de estiaje es el

puerto de Pilar, que mantiene una profundidad promedio de 6 metros durante todo el

año.

El río Paraná es uno de los ríos más importantes de América del Sur que

atraviesa la mitad sur del continente y forma parte de la extensa cuenca del Plata, la

que recoge las aguas de los ríos Paraná, Paraguay, Uruguay, sus afluentes y diversos

humedales, como el Pantanal, los Esteros del Iberá y el Bañado la Estrella. Es la

segunda cuenca más extensa de Suramérica, sólo superada por la del río Amazonas.

Moviliza un caudal de 16000 metros cúbicos por segundo. Se lo clasifica como río

aluvial, porque transporta en su caudal sedimentos, tanto por arrastre como

suspendidos en el agua, que transforman constantemente su propia morfología

generando bancos e islas.

La unión de los ríos Paraná y Uruguay forman el Río de la Plata, donde el

Paraná desemboca en un delta en constante crecimiento, producto de los sedimentos

que aportan, principalmente, los ríos Paraguay y Bermejo. Al desembocar en otro río,

dicho delta tiene la particularidad de ser totalmente de agua dulce, a diferencia de

otros grandes deltas del mundo. Desde Confluencia hasta el Estuario de la Plata se

puede encontrar profundidades promedios de 7 a 10 metros.

5.2 El buque fluvial

La naturaleza de las vías fluviales imprime una cuota de complejidad al diseño

de buques que operan en ellas. Esto es porque al transitar por zonas de profundidad

restringida el buque sufre aumentos en la resistencia al avance y en los esfuerzos de

corte y momentos flectores, acrecentando la potencia y el escantillonado requerido.

Así también los parámetros de consumo y velocidades son muy variables ya

que no navega a velocidad sostenida durante mucho tiempo. El cruce con otras

embarcaciones, tomas de curvas peligrosas, franqueo de puentes, zonas de bancos y

piedras, etc. hacen que se deba disminuir la velocidad por lo que se afecta el índice

de eficiencia energética [7].

Las dimensiones óptimas de un buque fluvial no son valores fijos, sino que

dependen de la vía de navegación, la mercadería transportada y el embarcador. Estos

aspectos deben ser, por lo tanto, incluidos en el análisis del proyecto. Así también se

debe prever que la velocidad del buque respecto al agua no pase de un valor tal que

genere oleajes que afecten las costas ribereñas.

5.3 El Proyecto del buque

Dado que se busca que el diseño sea óptimo, es necesario definir un proceso

que permita mejorar las características del proyecto en cada fase, en función de la

precisión de la definición del proyecto.

Para conseguir los objetivos de cada una de esas fases, es necesario desarrollar

los diferentes aspectos que componen la complejidad del proyecto de un buque. Esta

característica hace que se represente en forma de una espiral, que incorpora los dos

aspectos fundamentales de un diseño naval; la iteratividad y la ciclicidad. [8]

Esta circunstancia de proceso cíclico e iterativo está plasmada en el espiral de

proyecto, que es la representación esquemática (Fig. N° 01)

Fig. N° 01.- Espiral de proyecto

Como regla general, para el proyectista es fundamental contar con cuatro datos

para iniciar el proceso; porte, velocidad, autonomía y tripulación. Para esto se debe

definir el tipo de buque a construir. Los mercantes se dividen en buques de

desplazamiento y buques de volúmenes. Los buques de desplazamiento son aquellos

que, por transportar cargas muy densas o de bajo coeficiente de estiba, tienen como

condicionamiento más restrictivo el peso. Los Buques de volumen son aquellos que,

por transportar cargas poco densas o de alto coeficiente de estiba, tienen como

condicionamiento más exigente el volumen de bodegas o de tanques de carga [8]. Un

portacontenedor es un ejemplo típico de este tipo de buque.

5.3.1 Definición de objetivos del diseño

Una de las primeras fases que es vital realizar antes de iniciar un proyecto es la

definición de los objetivos. Estos objetivos deben estar ordenados en función de su

prioridad, de manera que la lista facilite la toma de decisiones en el caso de

soluciones antagónicas.

Cuando se definen objetivos se debe diferenciar entre requerimientos que son

esenciales y aquellas que sólo son deseables y que por lo tanto pueden ser

modificadas si su cumplimiento implica un coste excesivo o va en detrimento del

cumplimiento de un objetivo más importante. Los requerimientos esenciales son las

especificaciones de diseño y están definidas por las características fijadas por el

armador. La minimización del coste, tanto inicial como de funcionamiento, debe ser

un objetivo prioritario.

La preocupación de la sociedad actual en los aspectos medioambientales, se

está viendo cada vez más reflejada en la legislación actual. Aparte del mero

cumplimiento de la legislación, la búsqueda de la reducción del impacto ambiental en

la construcción y operación, así como las posibilidades de reciclaje al final de la vida

útil, debe estar entre los objetivos del desarrollo del proyecto desde su fase inicial.

5.3.2 Principios básicos del proyecto del buque

El proyecto debe satisfacer todos los requerimientos especificados por el

armador, además de cumplir con los requisitos legales aplicables, que incluyen

convenios internacionales y reglamentaciones nacionales. Se debe considerar

prioritario que cada función se realice a bordo de la manera más eficiente y segura

posible en todas las condiciones de navegación.

Para asegurar el funcionamiento eficiente, los tripulantes deben tener la

capacidad de desplazarse, rápida y fácilmente desde sus alojamientos a sus puestos

de trabajo. Asimismo, los medios de escape deben ser lo suficientemente ágiles; no

deben existir espacios inútiles, y todos los compartimentos deben ser accesibles para

el mantenimiento.

5.4 Las fases del proyecto del buque

El proyecto del buque se divide en tres fases [8]:

i) Proyecto conceptual

ii) Proyecto contractual

iii) Proyecto de construcción

5.4.1 Proyecto conceptual

Su objeto es la determinación de la viabilidad del proyecto partiendo de datos

básicos como peso muerto, capacidad de carga, velocidad, dimensiones principales y

sus relaciones, coeficientes de carena, etc., a partir de los cuales debe definirse una

combinación de mayor rendimiento económico.

En el caso más general el análisis se hace para una flota de buques, dado un

volumen de mercancías a transportar en unas rutas geográficas determinadas y

teniendo en cuenta las limitaciones económicas de la inversión para cada opción.

Los resultados principales de la fase del proyecto conceptual son:

i) Determinación de la viabilidad o no del proyecto.

ii) Estimación del coste de la obra (construcción y operación).

iii) Definición de las especificaciones de la obra (número de buques, vida

útil, rutas contempladas, capacidad de carga, peso muerto, número de

tripulantes y pasajeros, sistema de manejo y almacenamiento de carga y

su capacidad, autonomía, velocidad a plena carga, tipo de planta

propulsora, posibles limitaciones en calado, reglamentos nacionales

aplicables y otras regulaciones a cumplir, sociedad de clasificación)

5.4.2 Proyecto contractual

Su desarrollo obedece a la necesidad de ofrecer soporte técnico al contrato de

construcción del buque. Incorpora las actividades del proyecto encaminadas a

comprobar que se cumplen los requerimientos impuestos, tanto comerciales como de

seguridad, con unos márgenes adecuados. El resultado de este proceso es el

desarrollo de un contrato de construcción, que incluye:

i) Definición suficientemente precisa de las características de la obra

(disposición general, potencia propulsora, potencia eléctrica, sistemas de

carga, etc.).

ii) Definición de los costes de la obra.

iii) Elaboración de la oferta económica del constructor.

iv) Definición precisa de las diferentes calidades.

El punto de partida de este proceso es normalmente un buque base. Este

término se refiere a un proyecto similar, del que se pueda disponer de información

suficiente y que pueda servir de guía para las primeras fases del proyecto. A partir de

las características del buque base se pueden estimar aspectos críticos como

estabilidad, francobordo, potencia, etc. Las primeras estimaciones cambiarán

necesariamente a medida que avance el proyecto.

Se identifican dos partes dentro de la fase de proyecto contractual; el Proyecto

Preliminar, que es el problema a resolver en esta tesis. La misma incluye las

actividades de elaboración del diseño necesario para el soporte a la oferta del

constructor, y el Proyecto Contractual propiamente dicho. Los aspectos principales

del desarrollo del proyecto contractual son:

a) Cálculo de potencia y propulsión

b) Definición de formas

c) Cálculo del peso en rosca y de la posición del centro de gravedad del

buque

d) Compartimentado y Disposición General

e) Definición de capacidades y cálculo del arqueo

f) Definición estructural

g) Maniobrabilidad y comportamiento en navegación

h) Definición de la planta propulsora y otros sistemas del buque

i) Estabilidad intacto y en avería

j) Análisis de costes.

5.4.3 Proyecto detallado o de construcción

Incluye el desarrollo pleno del proyecto hasta la obtención de toda la

documentación que es necesaria para la construcción de la obra. El resultado de este

proceso es:

i) Elaboración de todos los documentos que se requieren para la aceptación

del inicio de la obra por parte de las autoridades, así como para la

aprobación de la misma por parte de la Sociedad de Clasificación

correspondiente (u otras entidades reguladoras).

ii) Planificación y desarrollo del proceso constructivo.

iii) Elaboración de planos detallados y otro tipo de documentos necesarios

para apoyar el proceso constructivo.

iv) Elaboración de documentación y manuales para el uso y mantenimiento

de equipos y sistemas.

Se subdivide en el Proyecto de Clasificación, que incluiría las actividades

necesarias para obtener aprobación de la obra por parte de la Sociedad de

Clasificación correspondiente (u otras entidades reguladoras) y el Proyecto de

Construcción propiamente dicho.

5.5 Dimensionamiento del buque

Este término se refiere a la obtención de las dimensiones y características

principales del buque a partir de la especificación de alguna o algunas de ellas. En

general, la eslora puede considerarse como la característica base, ya que a partir de

su conocimiento, pueden derivarse con relativa sencillez muchas de las

características principales del buque. La obtención de la eslora puede hacerse de tres

formas principales:

i) Explícitamente, cuando exista una restricción de la dimensión de la

eslora o una especificación sobre la longitud del buque. Por ejemplo, a

partir de especificaciones tales como la longitud de los espacios de carga,

se puede obtener la eslora del buque añadiendo a este dato, la eslora de la

cámara de máquinas, de los piques de proa y popa y de otros

compartimentos que puedan ser necesarios.

ii) A partir de relaciones de base experimental que ligan la eslora con la

resistencia al avance. En general estas fórmulas relacionan la eslora con

el número de Froude y el coeficiente de bloque. Estas fórmulas pretenden

establecer un equilibrio entre la geometría del buque y una potencia

propulsiva razonable.

iii) A partir de relaciones de base experimental, que permitan estimar

relaciones entre las dimensiones principales. Una vez obtenidas estas

relaciones, la eslora se puede obtener a partir de las condiciones que

imponga la característica más crítica del proyecto.

5.6 Limitaciones dimensionales

Las dimensiones principales del buque están sometidas a determinadas

limitaciones que pueden imponer una restricción en la eslora, manga, calado o

puntal, o bien en varias de estas dimensiones.

Una limitación en la eslora puede ser impuesta por las dimensiones de los

canales o muelles, o por decisiones del Armador para evitar imposiciones

arancelarias relacionadas a tomas de prácticos para navegar en canales y entradas a

ciertos puertos internacionales.

Adicionalmente, se han de considerar las restricciones que pueden introducir

los distintos reglamentos (Sociedades de Clasificación, Autoridades Nacionales u

Organismos Internacionales). Al respecto la legislación Argentina establece la

obligatoriedad de toma de prácticos a los buques que superan 120 metros de eslora.

Así también, en el puerto de Montevideo los buques mercantes de 1000 toneladas de

registro neto y superiores deben contratar prácticos para sus maniobras de entrada y

salida.

6. METODOLOGÍA (MATERIALES Y MÉTODOS)

Este trabajo plantea un enfoque cuantitativo, en donde la pregunta de

investigación versa en forma específica sobre la posibilidad de generar un diseño

preliminar óptimo para la navegación en aguas restringida.

La estrategia a desarrollar para obtener las informaciones necesarias es un

diseño estructurado, no experimental basado en la búsqueda transversal de relaciones

entre un conjunto de datos estadísticos confiables obtenidos de las publicaciones de

las Sociedades de Clasificación.

Una de las metas de la investigación es entender y comprender el fenómeno del

comportamiento del buque en aguas restringidas, a fin de proyectar la propulsión

necesaria para vencer la resistencia adicional que se genera. Por ello, según la

clasificación metodológica de una investigación científica, el estudio a realizar se

plantea como una investigación cuantitativa, no experimental-transversal, con

alcance explicativo [9].

PRESUPUESTO

Sin costo

CRONOGRAMA DE EJECUCIÓN DEL TRABAJO

Tarea Fecha

Presentación de Formulario N°1 - Registro de Tema de Tesis 17/09/2015

Presentación del Formulario N° 2 Registro de Anteproyecto de

Tesis

17/09/2015

Presentación del Anteproyecto de Tesis 12/10/2015

Presentación del 1er Avance del Informe de Tesis 12/11/2015

Presentación del 2do Avance del Informe de Tesis 12/12/2015

Presentación del 3er Avance del Informe de Tesis 12/01/2016

Presentación del Borrador del Informe de Tesis 12/02/2016

Presentación del Informe Final de Tesis 12/03/2016

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICAS

Asunción, 18 de setiembre de 2015

Conforme

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Participante

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Orientador

Aprobado por el Director Académico y Catalogado por la Secretaria Académica en

fecha……../……../20…….

________________________

Secretaria Académica

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Director de Postgrado