5.- TEORÍA DEL BUQUE
TEMAS
Clases de estabilidad
Estabilidad Estática Transversal Inicial
Estabilidad Estática Transversal Grandes
Inclinaciones
Estabilidad Longitudinal
Características de la Curva de Estabilidad
Estabilidad Dinámica
Superficies Libres
Movimientos del Buque
1.- CLASES DE ESTABILIDAD
ESTÁTICA (Aguas
tranquilas)
Inicial (Escora <
15)
Transversal
Longitudinal
Grandes
inclinaciones (Escora > 15)
Transversal
DINAMICA (olas)
Transversal
Longitudinal
METACENTRO:
Es el punto de intersección de la línea vertical del buque con
la vertical que pasa por el centro de carena.
Metacentro longitudinal:
Centro de giro del barco en los movimientos de cabeceo.
Metacentro transversal: Centro de
giro del barco en los movimientos de balance.
Cuanto más grande sea la altura
metacéntrica, más estabilidad tiene el buque (Buque duro )
2.- ESTABILIDAD ESTÁTICA TRANSVERSAL
INICIAL
(Escora < 15)
Nota: a efectos de las fórmulas,
el signo "@" representa la Escora
Tendencia del buque a adrizarse por si
mismo cuando los ángulos de escora son pequeños ( <15 )
El metacentro está en el plano diametral
(Crujía)
La estabilidad transversal depende de la
forma del casco, además del francobordo y la manga.
PAR DE ESTABILIDAD
(Coeficiente de estabilidad) (Par adrizante)
Es el par de fuerzas constituido por
el peso del buque (Desplazamiento) y el empuje del agua (GZ)
= Desplazamiento x GZ
= D x GM sen @
= D (KM -KG) Sen @
GM = KM - KG
KM=KC-CM
El KM se obtiene de las curvas
hidrostáticas.
CLASES DE EQUILIBRIO
KM > KG Estable
KM = KG Indiferente
KM < KG Inestable
3.- ESTABILIDAD ESTÁTICA TRANSVERSAL
GRANDES INCLINACIONES
(Escora > 15)
Cuando la escora es mayor de 15 º el
metacentro no se encuentra en el plano diametral (Crujía).
GZ = KN - KG
SEN @
CURVAS KN (PANTOCARENAS)
Permiten hallas los brazos GZ
independientemente del centro de gravedad y del metacentro.
4.- ESTABILIDAD LONGITUDINAL
Es la
tendencia de un buque de oponerse a un cambio de asiento.
Valor del brazo
GZ = GM sen @
Valor del par de estabilidad
D x GZ = D GM sen @
D x GZ = D (KM -KG) Sen @
El valor de par de estabilidad longitudinal
es mucho mayor que el transversal.
La altura metacentrica longitudinal
viene a medir la longitud de la eslora cuando el barco esta
cargado y 1,5 veces la eslora cuando está en lastre.
ASIENTO: Diferencia de calados de
popa y proa
ALTERACIÓN: Diferencia de
asientos (apopante (+), aproante (-) )
Momento de asiento unitario ( Mu )
Momento para variar el asiento 1 cm.
Mu = D x GM / 100E
a = P dl / Mu
RESERVA DE ESTABILIDAD
La estabilidad reservada para afrontar
acciones que traten de apartar al barco de su situación de
equilibrio.
Par escorante y Par adrizante
R. Estabilidad = D GM sen @ - p dt cos@
Efecto dinámico de un par escorante
Trabajo motor - trabajo resistente = 1/2 M
x V2
Donde:
M(masa)
V2(velocidad al cuadrado)
Acción del viento
Me = (P / 1000) S H cos2 @
Donde:
P (presión)
S (superficie)
H (distancia entre centro de gravedad y
carena)
cos2 @ (coseno cuadrado de la escora)
5.- CARACTERÍSTICAS DE LA CURVA DE
ESTABILIDAD
1.
La curva parte del
origen
2.
Hasta los 15 º es
una línea recta (Limite estabilidad inicial)
3.
La inclinación en el
origen nos puede dar el GM (Radián 57,3)
4.
Cuanto mayor sea el
brazo máximo, mayor será la estabilidad
5.
La curva aumenta
hasta un GZ máximo entre 30º y 40º
6.
A partir del brazo
máximo la curva decrece hasta el ángulo límite de estabilidad
que no debe ser menor de 70º
7.
Al anularse el
brazo, el barco queda en equilibrio inestable.
8.
El área comprendida
entre el eje de las abcisas y la curva representa el trabajo que
es necesario efectuar para anular la estabilidad.
6.- ESTABILIDAD DINÁMICA
Es el trabajo que hay que efectuar para
llevar el barco desde una posición de equilibrio hasta una
inclinación isocarena determinada. Hay que calcular el trabajo
resistente efectuado por el par adrizante (D x GZ)
Criterios de estabilidad: Rahola
Escora = 20º GZ > 0.140 m
Escora = 30º GZ > 0.200 m
Escora = 40º GZ > 0.200 m
El valor máximo de GZ debe estar
comprendido entre los 30º y 40º
El brazo dinámico para 40º tiene que ser
mayor de 0.080 m radian.
EFECTOS DEL VIENTO Y LAS OLAS SOBRA LA
ESTABILIDAD DINÁMICA.
El par de estabilidad transversal queda
disminuido por los efectos del viento y las olas a través.
SITUACIONES DE PELIGRO
- Situarse en la cresta de la
ola en situación de quebranto, mar de popa y siendo la longitud
de la ola similar a la del barco. La posición de quebranto es
más peligrosa que la de arrufo.
- Correr un temporal con mar de
popa. Se puede acompasar la velocidad de la ondulación con la
del barco.
-El
efecto del oleaje sumado a la fuerza del viento puede crear un
par escorante que supere al de adrizamiento.
TONELADAS POR CENTÍMETRO DE
INMERSIÓN (Tc)
Son las toneladas que se necesitan cargar
para que el barco se sumerja 1 cm.
Tc = E M Ca 0.01.
d
VARIACIÓN DEL CALADO POR CAMBIO DE DENSIDAD
DEL AGUA
Densidad agua salada 1,026 Kg/m3
Densidad agua dulce 1,000 Kg/m3
Un barco en agua dulce necesita mas volumen
para soportar el mismo peso.
Lc = D / 40 Tc = p (Permiso de agua
dulce)
7.- SUPERFICIES LIBRES
Normalmente corresponde a tanques de
líquidos parcialmente llenos que al escorar el barco, por efecto
de un balance, forma una cuña liquida que se desplaza de una
banda a otra creando un momento de inercia del área de la
superficie con respecto al plano diamentral del barco.
I = e m3 / 12
Donde:
I (inercia)
e (eslora)
m3 (manga al cubo)
Cº I y d = i d / D
Donde:
Cº I y d (Corrección de la inercia y
densidad)
i (inercia)
d (densidad)
D (Desplazamiento)
CORRECCIÓN DE LA ALTURA METACÉNTRICA
GM(corregido) = GM - Cº I y d
8.- MOVIMIENTOS DEL BUQUE
Transversal o balance
Longitudinal o cabeceo
Oscilación simple: El
movimiento de una banda a otra.
Oscilación doble:
El movimiento de ida y vuelta.
Periodo: nº
de segundos invertido en una oscilación simple.
Amplitud:
El ángulo de la oscilación.
Sincronismo: Cuando
el periodo del movimiento del balance del buque es igual o
parecido al periodo de la ola con lo que la amplitud del balance
absoluto va aumentando. Este aumento de inclinación puede llegar
a disminuir la estabilidad del barco hasta el punto de hacer dar
la vuelta al barco.
Balance Absoluto: Balance (Angulo de
oscilación) respecto a la vertical real del barco
Balance Relativo: Balance medido
respecto a la vertical aparente o relativa.
RELACIÓN DE LA ESTABILIDAD ENTRE OLAS CON
LA ESTABILIDAD TRANSVERSAL INICIAL.
M = D GM sen @ = [ D +- m v2/ r ] GM sen @
RESISTENCIA AL MOVIMIENTO DEL BUQUE
AGUA
- Resistencia
por formación de olas (Bigotes)
- Resistencia
a la fricción debida al rozamiento entre el casco y el agua:
k d Sc Vb
- Resistencia
de apendices al producir remolinos (5%-8% de fricción)
- Resistencia
de viscosidad o estela. Producida por el agua que arrastra el
buque hacia proa (3% de formación de ola)
AIRE
Resistencia al aire. Es menor que
la del agua al ser proporcional a su densidad.
ACCIDENTALES
- Resistencia
debida al estado de la mar
- Resistencia
debida a la suciedad de la cadena
- Resistencia
debida a bajos fondos o canales.
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