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TEORÍA DEL BUQUE I

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I. HIDROSTATICAII. CURVAS HIDROSTATICASIII. ESTABILIDADIV. INUNDACIONV. ESLORAS INUNDABLESVI. ARQUEO

TEORIA DEL BUQUE I

Estudia los fluidos en estado de equilibrio, es decir sin que se alteren sus movimientos o posición (estática de los fluidos)

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• DEFINICION

Es el estudio del buque como flotador, tratando los aspectos geométricos, estática y dinámica, considerando la flotabilidad, estabilidad, resistencia al avance y evolución.

TEORIA DEL BUQUE

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HIDROSTATICA

1. DESPLAZAMIENTO: DEFINICION Y FORMULAS2. BUQUE: DEFINICION3. GEOMETRIA DEL CASCO4. FRANCOBORDO5. COEFICIENTE DE FORMA:6. BLOQUE7. FLOTACION8. PRISMATICO9. MAESTRA10. PRINCIPIO DE ARQUIMEDES Y CONDICIONES11. PESOS Y DESPLAZAMIENTOS12. CENTRO DE CARENA

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DESPLAZAMIENTO: DEFINICION Y FORMULAS

• El desplazamiento de un buque (Δ) es el peso para una condición determinada de carga.

• El desplazamiento se define como; Δ = volumen sumergido· γ, y representa el peso del agua desplazada por este volumen (Principio de Arquímedes).

• Las unidades utilizadas son metros y toneladas y, en unidades inglesas, pies y toneladas largas (en inglés, long tons).

• Δ es el desplazamiento y se expresa en toneladas (1.000 kilos)• es el volumen desplazado y• ρ es la densidad del líquido en el que flota, con valores de 1,025 ton/m3

para el agua del mar y 1 ton/m3 para el agua dulce.

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Desde el punto de vista de la teoría del buque se distinguen:• Desplazamiento en rosca, Δr (en inglés, lightweight displacement):

es el peso del buque tal como lo entrega el astillero; esto es, sin combustible, pertrechos, víveres ni tripulantes.

• Desplazamiento en estándar, Δe Es el peso del buque completo, además de equipos (botes, instrumentos de navegación, etc.) más tripulación con su equipaje, líquidos en circulación, víveres, munición (en los buques de guerra), agua dulce y aceite lubricante. Quedarían excluidas el combustible y el agua de reserva para las calderas.

• Desplazamiento en lastre, Δl: es el peso del buque en rosca más todo lo necesario para que pueda navegar (combustible, agua potable, provisiones y pertrechos), pero sin carga.

• Desplazamiento máximo, Δm: es el peso que alcanza cuando está sumergido hasta la línea de máxima carga (agua de mar en verano de la marca de Plimsoll).

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BUQUE: DEFINICIONPuede definirse como buque todo flotador dotado o no de propulsión propia y destinado a un fin comercial (transporte de pasajeros, carga, pesca, entre otros). Además, debe reunir las siguientes propiedades:•Flotabilidad,•Solidez o resistencia,•Estanqueidad,•Estabilidad, y•Navegabilidad (Velocidad y evolución).

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GEOMETRIA DEL CASCO1. Plano longitudinal o plano vertical XZ.

Plano vertical trazado en la dirección proa popa dividiendo al buque en dos partes simétricas: babor y estribor. Al plano longitudinal limitado por el contorno del buque se le conoce como plano diametral.

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Plano horizontal o plano base XY.Plano horizontal que corre por la parte inferior de la quilla; paralelo a la superficie del mar.

Plano transversal o plano vertical YZ.-Plano vertical transversal, perpendicular a los planos diametral y base. Se traza por la perpendicular de popa o por la perpendicular media, denominándose, en este caso cuaderna maestra. Línea central: Intersección del plano diametral con el transversal. LC

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PLANO DE LINEAS

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CALADOS

Escalas de calados: Para medir los calados, se pintan unas escalas en la perpendicular de proa, de popa y media, numeradas a partir de la quilla.

Escala en sistema métrico: la unidad es el decímetro y solo se pintan los números pares; la base del número indica el calado que señala. Los números tienen una altura de un decímetro y la separación entre números es también un decímetro.

Escala en pies: Los números tiene una altura de seis pulgadas y su separación también de seis pulgadas. Se pintan los pares y los impares; en ocasiones se utilizan números romanos.

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En metros En pies

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FRANCOBORDO

El francobordo es la distancia entre el agua y la cubierta al costado en la sección media del buque. Al aumentar la inmersión el buque disminuye el francobordo.

El francobordo o borda libre, según lo definido en el Convenio Internacional sobre Líneas de Carga de la Organización Marítima Internacional (IMO), es la distancia medida verticalmente en el centro del buque, desde la intersección de la cara superior de la cubierta de francobordo con la superficie exterior del forro, hasta la línea de carga correspondiente.

Hay tres razones fundamentales para tener un volumen mínimo del casco del buque fuera del agua:•Como reserva de flotabilidad, para que cuando el buque navegue entre olas el agua embarcada sea la mínima.•En caso de inundación del buque, también la reserva de flotabilidad evitará su hundimiento, o por lo menos, lo retrasará lo máximo posible.•El francobordo influye en la estabilidad transversal, ya que al aumentar el francobordo, el ángulo para el cual se anula la estabilidad, también aumenta.

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COEFICIENTE DE FORMA:

FORMA

FLOTACION

MAESTRAPRISMATICO

BLOQUE

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BLOQUE

Coeficiente de total, de bloque ó de block (Cb) es la relación entre el volumen de la carena de un casco y el paralelepípedo que lo contiene (L=Eslora, M=Manga y H=Calado). (Figura superior).

Cb = Vol. de carena / Vol. del paralelepípedo = Vc / (L x M x H)

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FLOTACION

Se define como coeficiente de flotación (Cf) a la relación entre el área del plano de flotación (figura superior en celeste) y el área del rectángulo que la circunscribe.

Cf = Área de flotación / Área del rectángulo = Af / (L x M)

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PRISMATICO

Se define como coeficiente prismático Cp a la relación entre el volumen de la carena y el volumen de un cilindro cuya base tiene igual área que la sección maestra ( Am en verde en la figura inferior).Cp = Volumen de carena / Volumen cilindro = Vc / (Am x L)

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MAESTRA

Se define como coeficiente de sección maestra Cm a la relación entra el área de la sección maestra y el rectángulo que la circunscribe.Cm = Área de sección maestra / Área rectángulo = Am / (M x H)

NOTESE QUE: CB= CP*CM

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El principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, será empujado con una fuerza vertical ascendente igual al peso del fluido desplazado por dicho cuerpo. Esta fuerza recibe el nombre de empuje hidrostático o de Arquímedes, y se mide en newton (en el SI).

El principio de Arquímedes se formula

E=P (CONDICION IDEAL)E>P (EMERGE)E<P (SUMERGE)

E=P Vsum*γ = Vcuerpo* γcuerpo

PRINCIPIO DE ARQUIMEDES Y CONDICIONES

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PESOS Y DESPLAZAMIENTOS

El peso de un buque es la suma de varios y distintos pesos: el propio del buque vacio, el combustible, agua, provisiones, carga, etc. El invariable es el primero de ellos; los demás varían según la condición de carga.

Peso total = Desplazamiento

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CENTRO DE CARENACentro de carena es el centro de gravedad del volumen de agua desplazado por un flotador, para una condición dada. También se conoce con el nombre de centro de empuje, ya que es con fines de estabilidad donde se considera aplicada dicha fuerza.

Se representa con la letra C y en algunas publicaciones con la letra B para equipararlo al "Center of Bouyancy" del inglés.

Dado el movimiento del buque en las olas, la posición del centro de carena es variable y depende de la forma y volumen de casco sumergido en ese instante.

La curva en el plano trasversal que describe el centro de carena para los diferentes ángulos de rolido, se denomina Curva del centro de carena y sus radios: Radios de curvatura.

DISTANCIA VCB

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• También conocida como la formula de Morris

• T= CALADO• V= VOLUMEN• Aw= AREA LINEAAGUA

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EJERCICIOS PROPUESTOS

a) Se usa una grúa para bajar objetos pesados en el mar densidad = 1025kg/m3, para un proyecto de construcción submarina. Determine la tensión en el cable de la grúa debida a un bloque rectangular de lado= 0.4m y altura 3m, de concreto de densidad 2300 kg/m3, cuando esta a) suspendido en el aire y b) sumergido totalmente en el agua. R: a) 10,83 kn; b) 6 kn.

b) Un buque tiene 120m de eslora, 18 de manga y 7,50 m de calado. Su coeficiente prismático es 0,78 y el de sección maestra 0,98. ¿Cuál es su volumen de carena y su desplazamiento en agua salada?R:12.383 m3; 12.693 t.

c) ¿Cuánto debe pesar una esfera de 80 cm de diámetro para sumergirse en agua dulce exactamente hasta la mitad? R: 113,95 kg.