Resumen Temario Capitán de Yate por J. Carreño

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.