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Resistencia al Avance.
La resistencia al avance de una barcaza así como sus diferentes
componentes hidrodinámicos esta basada en estudios realizados a la carena
del buque, en consiguiente se realizaran los cálculos respectivos para
obtener el valor estimado de la resistencia al avance del buque y con sí la
potencia necesaria con la cual se desplazara el buque recolector de
desechos sólidos.
Calculo del número volumétrico de Froude.
Para definir el tipo de embarcación es necesario hallar el número
volumétrico de Froude, con el cual se define la carena de las embarcaciones
si este esta comprendido entre 0 y 2,2 se dice que la embarcación es
desplazante, y si esta entre 2,2 y 2,5 se denomina semi-planeante y de 2,5 a
3 es planéante. (SNAME, 1963).
Disv = (L/R) 3 R=7; L=52 m.
Dv = 2149,056 m3 DEZPLAZAMIENTO VOLUMETRICO.
FnV = V / (g * (Vs) ^1/3) ^1/2
Donde:
FnV: Numero volumétrico de Froude
V: Velocidad del buque en m/s, (velocidad de la embarcación 10 Nudos).
G: Gravedad (9.81 m/s²)
Vs: volumen sumergido. (2096,64 m3).
FnV = 0,435369016
Debido a que el número de Froude es un valor menor a 2, se puede
definir que se trata de una embarcación o buque de desplazamiento. Una vez
evaluado el número de Froude es necesario evaluar los factores
hidrodinámicos los cuales componen la resistencia al avance no solo del
remolcador sino del buque a remolcar.
Resistencia Superficial o Friccional (Rf).
La resistencia superficial o friccional esta completamente relacionada
con la velocidad del buque, y la rigurosidad de la carena, indicando en texto
que su valor es calculado por la expresión de Froude. (Bonilla, 1979)
Rf = f * Sm * V1,825
Donde:
f = coeficiente de fricción de Froude en función de la eslora 0,00891394
Sm = superficie mojada del buque, al caldo máximo del diseño
Sm = L * (1,5 * Tm + (0,09 + Cb) * B); Tm = 3 m.
Sm = 10746,689 Pies2
V = velocidad del buque en nudos.
Rf = 6402,427 lb ó Rf = 2906,702 Kg
Resistencia por Formación de Olas (Ro).
La interacción existente entre las formas del buque y la velocidad la
cual logra alcanzar el buque, tiene como resultado la formación de unas
series de olas que son divergentes de popa a proa. Tal fenómeno es
causante de una disminución en la rapidez de la embarcación lo que se
traduce en un aumento de la resistencia. (Bonilla, 1997)
Ro = Ko * (des2/3 * V4/L)
Donde:
Ro: Resistencia del oleaje en kilogramos
Ko: Coeficiente de fricción el cual se encuentra entre valore de 0.04 y 0.07,
0.065para buques de coeficiente de bloque alto y velocidad moderada
Des: Desplazamiento en la mar de la embarcación en toneladas, 2149,056 Ton.
V: Velocidad de la embarcación en nudos, 10, (5,144 m/s)
L: Eslora del buque es de 52 metros.
Ro = 145,797 Kg
Resistencia por Formación de Remolinos (Rr).
Todos los elementos o apéndices que forman parte de la
embarcación, causan remolinos a su paso lo cual aumenta la resistencia del
buque en un valor comprendido entre el 5 % y el 8%. (Bonilla, 1997).
Rr = 8% * Rf
Rf: Resistencia friccional o superficial del modelo, 2906,702 Kg
Rr = 232,54 kg
Resistencia por Apéndice (Ra).
Los efectos de los apéndices son de dos clases, por una parte
aumenta la superficie mojada y por otra parte si no se tiene formas correctas,
aumenta el valor de la resistencia por remolinos, ambos efectos pueden
llegar hasta un 20% de la resistencia friccional. (Bonilla, 1979).
Ra = 20% x Rf
Rf: Resistencia friccional o superficial del modelo, 2906,702 Kg
Ra = 581,340 Kg
Resistencia al Remolque (Rt).
La resistencia es un factor que depende de ciertos parámetros tales
como:
Resistencia superficial o de fricción, resistencia por formación de olas,
resistencia por formación de remolinos. (Bonilla, 1979)
Rt = Ro + Rr + Rf + Ra
Donde:
Rf: Resistencia friccional o superficial, 2906,702 Kg
Ro: Resistencia por formación de olas, 145,797 Kg
Rr: Resistencia por formación de remolinos, Rr = 232,54 kg
Ra: Resistencia por apéndices, Ra = 581,340 Kg
Rt = 3866,375 Kg
Resistencia al avance por el aire (Rv).
El viento al ejercer una fuerza contra la embarcación también puede
crear una resistencia negativa al avance. (Bonilla, 1997).
Rv = Ka * SF * (Vb ± Va * cos a)2
Donde:
Ka: coeficiente experimental aerodinámico, valores comprendidos entre
0.025 y
0.032.
Sp: Simetría de las áreas proyectadas de la obra muerta del buque.
Vb: Velocidad del buque en nudos 10.
Va: Velocidad del viento en nudos, velocidad promedio en costas 12 nudos.
a: Angulo formado por la dirección del viento en el plano diametral, siendo la
condición desfavorable en la cual el viento forma un ángulo de 0º con
respecto a la eslora de la embarcación.
Rv = 12204,544 Kg
Resistencia a la Propulsión (Rp).
En concordancia con lo expresado por Bonilla (1997), la resistencia a
la propulsión tiene un valor comprendido entre el 10% y el 20% de la
resistencia al remolque, por lo tanto:
Rp= 10% al 20% Rt
Rp = 773,27 Kg
Resistencia Total (Aguas Tranquilas).
La resistencia al avance de la embarcación en aguas tranquilas
depende de una serie de factores combinados como los son la resistencia al
remolque así como la resistencia a la propulsión y la resistencia por la
oposición del aire.
Rtotal = Rt + Ra + Rp
Rtotal = 16844,194 Kg
Resistencia Total (Aguas con Corrientes anulado).
Rtt = 16844,194 Kg
Propulsión.
Potencia Efectiva (EHP).
La potencia efectiva (EHP) representa el requerimiento de la
embarcación para alcanzar una velocidad (V), venciendo una resistencia
(Rt). En su desarrollo, el texto Principles of Naval Engineering, define la
potencia efectiva de la siguiente manera:
EHP = 0.00307 * V * Rt
Donde:
V = 10 nudos
Rt = Resistencia total al avance. (Rtotal = 16844,194 Kg)
EHP = 1139,725 hp
Potencia Indicada (IHP).
Se define la potencia indicada con una relación directa entre la
potencia efectiva y el rendimiento propulsivo. (Bonilla, 1979).
IHP = EHP / npr
Donde:
npr: rendimiento propulsivo.
npr = nm x nt x np x nc
Donde:
nm: Rendimiento mecánico, definido por Bonilla (1979) para motores de
cuatro tiempos con un valor de 0.85
nt: Rendimiento de transmisión, definido por Bonilla (1979) para buque con
caja reductora con un valor de 0.95
np: Rendimiento del propulsor, definido por Bonilla (1979) con un valor de
0.65
nc: Rendimiento de la carena, definido por Alemán (1979) para buques de
doble hélice de la siguiente manera:
nc = (1 - t) / (1 - w)
Donde:
w: Coeficiente de estela.
nc = (1-t) / (1-w)
t: Coeficiente de empuje.
t = 0.7 * w + 0.06
nc = 1
Por lo tanto:
npr = 0,650
IHP = 1753,424 hp
Potencia al Freno (BHP).
A través de una relación directa entre la potencia indicada (IHP) y el
rendimiento mecánico (nm), es posible determinar la potencia al freno, por
medio de la cual será seleccionado el motor propulsor, debido a que
comercialmente son escogidos por este parámetro.
BHP = IHP x nm
Donde:
BHP = potencia al freno.
nm = rendimiento mecánico. 0,85
BHP = 1490,410 hp
Cabe destacar que este valor se tomará en cuenta para la elección del
motor del buque recolector de desechos sólidos, en los catálogos Caterpillar
u otros fabricantes.
Potencia en el eje (SHP).
El cálculo de la potencia requerida en el eje realiza mediante la
obtención del coeficiente de transmisión, el cual considera las pérdidas a lo
largo de la línea y se calcula a través de la siguiente ecuación:
SHP = BHP x nt
SHP = 1415,890 hp
La potencia en el eje para el motor es de 1415,890 hp.
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