DISEÑO DE VELERO DE REGATAS PARA LA VUELTA A VELA A FRANCIA Y

PRESUPUESTO MÁXIMO DE 120.000 €

Alumno: Pablo Fdez.-Palacios Pérez

Tutor: Antonio de Querol Sahagún

Universidad de Cádiz Julio 2012 E. U. Ingeniería Técnica Naval

INTRODUCCIÓN

Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.

1. OBJETO DEL PROYECTO

Como requisito final para la obtención del título de Ingeniero Técnico Naval especialidad en Estructuras Marinas;

Propuesta de diseño de un velero de regatas: Diseño libre por petición de un armador Diseño regulado por reglas y concursos de diseño.

En 2011 la organización de la regata Tour de France à la Voile (TFV)presenta las bases para un concurso de diseño de embarcaciones onedesign (monotipo) para sustituir al actual, el Farr Mumm 30

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Dichas bases del concurso, presentadas en 10 apartados, conforman laEspecificación Técnica y requerimientos de este proyecto.

INTRODUCCIÓN

Las especificaciones técnicas que tendrá el proyecto y que se tomarán encuenta a la hora del diseño son las siguientes:

Categoría de Diseño B

Manga máxima 3 m

Tripulantes 5-6 (470 kg)

Autonomía 120 Nm

Motor 18-20 HP

Aparejo Botalón retráctil

Velas Spinnaker asimétrico

Transporte por carreteraBuen comportamiento

con vientos ligeros

Construcción Marcado CE

P.V.P. 120,000 €

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INTRODUCCIÓN

REGLAMENTACIÓN Y NORMATIVA

Normas UNE-EN ISO:•12215-5 Cálculo de escantillonado•12217-2 Cálculo de estabilidad•8666 Peso embarcación para transporte

Reglas Sociedades de Clasificación:

•ABS:

•NBS (DNV):

Dimensionamiento mecha del timón y pernos de la orza

Diseño del aparejo

Orden Ministerio de Fomento:•Orden FOM 144/2003: Regulación de equipos de seguridad y salvamento

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INTRODUCCIÓN

Además de la especificación técnica, para el diseño de la embarcación se hatenido en cuenta la zona de navegación y la duración de las etapas de la regataTour de France à la voile. (TFV)

La zona de navegación de distribuyeentre las costas mediterránea y atlánticade Francia, pudiendo en ocasionesrecalar en puertos de países fronterizos.

La regata se celebra durante el periodoestival, por lo que las condiciones deviento y mar no suelen ser extremas.

En las ediciones anteriores a 2012 ladistancia media de las etapas osciló entre120 y 180 millas, estando la más larga entorno a 200 Nm.

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DISEÑO

Para la elaboración delproyecto de la embarcaciónse han desarrollado una seriede etapas que siguen elproceso de diseño de espiral.

Los requerimientos delproyecto han sido expuestosen la parte introductoria.

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ESTUDIO ESTADÍSTICO

Con objeto de conocer las dimensiones y parámetros adimensionales de otrasembarcaciones similares se hace un estudio estadístico.

A la hora de hacer el estudio estadístico se ha tenido en cuenta:

• La eslora de la embarcación a proyectar oscila entre 9 y 11 m.•La manga máxima es de 3 m.•Uso para el que la embarcación ha sido diseñada. En este caso se hanestudiado las siguientes clases de veleros:

Crucero-regataRegatas costerasRegatas de altura

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ESTUDIO ESTADÍSTICO

Estudio de todas las embarcaciones Estudio de todas las embarcaciones con Bmax < 3 m.

Mín. Media Máx.

Loa (m) 9,40 10,35 11,30

Lwl (m) 8,40 9,49 10,68

B (m) 2,55 3,18 3,72

Tmáx 1,95 2,30 3,03

Δ (Kg) 1700 2984 4950

Lastre (Kg) 778 1262 2400

P (m) 12,10 13,49 15,22

E (m) 3,95 4,85 5,83

I (m) 11,67 13,33 16,71

J (m) 3,26 3,85 4,30

Mín. Media Máx.

Loa (m) 9,40 10,11 11,00

Lwl (m) 9,15 9,38 9,77

B (m) 2,55 2,90 3,00

Tmáx 2,10 2,35 3,03

Δ (Kg) 1712 2308 2958

Lastre (Kg) 778 1088 1350

P (m) 12,24 13,01 13,44

E (m) 4,54 4,66 4,72

I (m) 11,97 12,78 13,57

J (m) 3,26 3,81 4,30

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DISEÑO DE LA CARENA

Fijación de las dimensiones principales:

Loa Bmax Tmax Δ Lastre/Δ

10,05 m 2,98 m 2,30 m 3250 Kg 0,45

Estimación del Desplazamiento de diseño:

• Estimación del Peso en Rosca en 2700 Kg (basado en estudio estadístico)•Determinación del Desplazamiento mínimo operativo: 2820 kg.•Determinación Desplazamiento en carga máxima: 3432 kg.•Estimación del Desplazamiento de diseño: 3250 kg.

Desplazamiento del casco: 3140 kg.

Estos valores se encuentran dentro de los estudiados en el anteriorEstudio estadístico.

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DISEÑO DE LA CARENA

Para la determinación del resto de dimensiones y parámetros se acude a dosfuentes:

Tablas y gráficos realizados con una amplia base de datos:Calado del casoFrancobordo en proa

Gráficas de estudios hidrodinámicos:Posición del centro de carena. LCBCoeficiente prismático. Cp

Además se fija la velocidad de diseño en 7,5 kn (3,86 m/s).

Fn = 0,40

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DISEÑO DE LA CARENA

Fn = 0,40 Régimen de semidesplazamiento

Coeficiente prismático Posición Centro de carena

Cp = 0,59

LCB = -3,5% (a popa de la maestra)

Calado del casco: 0,50 mFrancobordo en proa: 1,30 m

Determinación de otras dimensiones de la carena.

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DISEÑO DE LA CARENA

Maxsurf 13

Loa 10,05 m

Lwl 9,30 m

Bmáx 2,98 m

Tmáx 2,30 m

Tc 0,50 m

Fb (proa) 1,30 m

Δdiseño 3250 Kg

Δcasco 3140 Kg

Cp 0,59

LCB -3,50%

Generación de formas

Superficie gaussiana

Renderizado

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DISEÑO DE LA CARENA

PLANO DE FORMAS

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DISEÑO DE APÉNDICES

Objetivos de los apéndices:

• ORZA: Generación de fuerza hidrodinámica de sustentación (contrarresta el abatimientoproducido por las velas)•TIMÓN: Proporcionar un buen gobierno. Genera fuerza hidrodinámica que produce un par degiro.•BULBO: Alojar el lastre para mantener el barco adrizado.

Todos los apéndices deben ofrecer la menor resistencia al avance posible.

La sustentación o fuerza hidrodinámica se consigue mediante Principio de Bernoulli:

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DISEÑO DE APÉNDICES

ORZA PERFIL NACA 63-015

Las series 6X generan flujo laminar durante más recorrido del perfil que las series de 4 dígitos.•Cuanto más estrecha, menor resistencia. Sustentación similar con ataque <5°

Superficie 1,35 m²

C1 1,075 m

C2 0,645 m

Cm 0,860 m

Tk 1,58 m

ARg 1,83

ARe 2,76

TR 0,6

α 5°La superficie de la orza es 2,5% de la superficie vélica

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DISEÑO DE APÉNDICES

BULBO PERFIL NACA 63-019

Dimensiones

Eslora 1,90 m

Manga 0,38 m

Puntal 0,37

Volumen 0,107 m³

Peso 1215 Kg

Los centros de flotación de orza y bulbo están alineados verticalmentecon el centro de carena del casco.

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DISEÑO DE APÉNDICES

TIMÓN PERFIL NACA 0012Área lateral 1% de la Superficie vélica.

Procedimiento similar al de la orza para determinar dimensiones.

Área proyectada 0,54 m²

Calado 1,50 m

ARg 4,15

ARe 6,23

TR 0,6

Ángulo de barrido 8°

l1 0,451 m

l2 0,270 m

lm 0,361 m

Dimensionamiento mecha del timónNormativa del ABS

Diámetro mecha del timón: 7,11 cm

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DISEÑO DE APÉNDICES

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DISEÑO DEL PLANO VÉLICO

Objetivo del Plano vélico: dotar a laembarcación de una fuerza impulsora de avance.

A tener en cuenta a la hora del diseño del planovélico:

Estabilidad de la embarcación

Resistencia al avance de la carena

Zona de navegación

Breve descripción de la teoría aerodinámica

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DISEÑO DEL PLANO VÉLICO

CARACTERÍSTICAS:

Tipo de aparejo 7/8

Superficie vélica(ceñida)

55 m²

P 13,00 m

E 4,70 m

I 13,30 m

J 3,75 m

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DISEÑO DEL PLANO VÉLICO

EQUILIBRIO VÉLICO:

Ángulo de Dellenbaugh

Estimación de la escora con un viento de 8 m/s18°

Lead o avance

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DISEÑO DEL PLANO VÉLICO

•MÁSTIL

cm4 Requerido Dispuesto

Ix Iy Ix Iy

Panel 1

119,34

477,14 260 569

Panel 2

126,02

477,14260 569

Panel3

103,68

477,14260 569

cm3 Requerido Dispuesto

SMx SMy SMx SMy

Extremo

119,34

477,14

260 569

•BOTAVARA

cm3 Requerido Dispuesto

SMx SMy SMx SMy

Botavara 41,88 18,85 76 53

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DISEÑO DEL PLANO VÉLICO

DIMENSIONAMIENTO DE LA JARCIA APLCACIÓN ESTÁNDARES DEL NBS

•Cálculo de fuerzas en los obenques (N):

D1 23829,34

D2 10801,70

D3 33672,12

V1 49511,39

V2 33062,13

Stay 31594,10

Backstay 13834,14

Diámetro(mm) Carga de rotura (N) Peso (kg/m)

Obenques 8 60270 34,50

Stay de proa 6 34790 19,40

Stay de popa 4 17444 5,91

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DISEÑO DE INTERIORES

OBJETIVOS DE LA HABILITACIÓN:

•Disponer el espacio suficiente para hacer cómoda la navegación, dotandode dimensiones razonables las zonas de acomodación.Búsqueda de austeridad para no incrementar el peso de la embarcación.

•Alojar los equipos y pertrechos necesarios para la navegación

ZONAS DE HABILITACIÓN:

Zona de mesa de cartasCamaroteBañoCocinaEspacio para el motor/ escalerilla de acceso

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DISEÑO DE INTERIORES

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DISEÑO DE CUBIERTA

La cubierta es la zona principal para la tripulación durante la navegación.

Se compone de las siguientes zonas:BañeraTriángulo de proaPasillosCabina

En la cubierta se ubican todos los elementos de trimado de velas y jarcias:

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DISEÑO DE CUBIERTA

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DISEÑO DE ESTRUCTURAL

MÉTODO CONSTRUCTIVO

Construcción en sandwich:Fibra de vidrio tipo E, resina Epoxy, núcleo Corecell PVC (60 kg/m³)

ETAPAS:

1. Modelo 2. Molde 3. Producción en serie

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DISEÑO DE ESTRUCTURAL

ESCANTILLONADO DEL FORRO

CÁLCULO PRESIONES DE DISEÑO

• Dimensiones del panel•Ubicación del panel•Curvatura del panel•Categoría de diseño•Tipo de embarcación

REQUISITOS:PRESIONES DE DISEÑO (kN/m²)

Fondo 22,10

Costados 10,03

Cubierta 8,74

•SM/cm (Módulo por cm)•I/cm (Momento de inercia por cm)•Espesor mínimo•Peso mínimo de fibra

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DISEÑO DE ESTRUCTURAL

Contenido en fibra ψ=0,4

20,298 mm 18,460 mm 10,468 mm

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DISEÑO DE ESTRUCTURAL

REFUERZOS

Refuerzo sombrero de copa

Contenido en fibra ψ=0,35

•Dimensiones•Curvatura•Posición•Luz entre refuerzos

REQUERIMIENTOS•Sección mínima•Módulo de inercia•Momento de inercia

Longitudinales (Vagras)VarengasLongitudinales de costadoCuadernas

BulárcamasBaosEsloras

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DISEÑO DE ESTRUCTURAL

MAMPAROS

Mamparos estancos:Mamparo pique de proaMamparo pique de popa

Mamparos no estancos:Mamparo camarote de proaEspejo de popa

Procedimiento semejante al utilizado en el casco

CONSTRUCCIÓN EN SANDWICH

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DISEÑO DE ESTRUCTURAL

Espaciado entre bulárcamas: 2000 mm[cuadernas de construcción 2,4,6,8,10]

Espaciado entre cuadernas: 1000 mm

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EQUIPAMIENTO

La embarcación irá equipada de acuerdo a la orden del Ministerio de Fomento FOM 144/2003 para ser despachada en categoría B.

•Equipo de salvamento:1 Balsa salvavidas 6 pax.6Chalecos salvavidasRadiobaliza

•Equipo de navegación:Luces y marcas de navegaciónEquipo de fondeoMaterial de navegación

•Medios contraincendios y de achique1 extintor tipo 34B2 BaldesBombas de achique (manual y eléctrica)

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EQUIPAMIENTO

•Prevención de vertidos:WC químico. Cumple norma ISO 8099

•Instalación eléctrica:Alternador de 115 A (En la bancada del motor)Batería de arranque 70 ABatería de servicios 100 AToma de tierra 220 V

•Electrónica:Emisor/receptor VHFInstrumentaciónPiloto automático

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ESTIMACIÓN DE PESOS

La estimación de pesos es una primera aproximación, previa a la puesta a flote para conocer laposición del C.d.G.

La posición del C.d.G. se descompone en los tres ejes:•Longitudinal (en la dirección de la eslora)•Transversal (dirección de la manga) [+ Er][-Br]•Vertical (perpendicular a los dos anteriores)

•El punto de referencia está en laintersección de la LB con elextremo de popa

El 5% de margen se debe a posibles imprecisiones que se hayan cometer.

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ESTIMACIÓN DE PESOS

También se estima la posición del C.d.G. en la condición de carga, paraposteriores estudios de estabilidad y equilibrio.

La posición longitudinal del C.d.G. debe quedar a popa del centro de carena(LCB) para conseguir asiento apopante. De no ser así, habría que hacer unaredistribución de pesos.

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ESTABILIDAD y EQUILIBRIO

APLICACIÓN NORMA UNE-EN ISO 12217FACTOR DE

ESTABILIDADREQUISITO

CATEGORIA BVALOR

DISPUESTO

Altura de inundación

0,717 m 0,798 m

Ángulo de inundación

≥40° 121,7°

Ángulo de estabilidad nula

≥95° 140,7°

STIX ≥23 36,1

FDS [0,5 – 1,5] 1,258

FIR [0,4 – 1,5] 1,143

FKR [0,5 – 1,5] 1,013

FDL [0,75 – 1,25] 0,902

FBD [0,75 – 1,25] 1,015

FWM [0,5 – 1,0] 1,000

FDF [0,5 – 1,25] 1,250Altura de inundación

mMOC = 3057 kg. mMTL = 3442 kg.

mMOC/ mMTL = 1,13 < 1,15

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ESTABILIDAD y EQUILIBRIO

CÁLCULOS CON HYDROMAX

•CONDICIÓN MÍNIMA CARGA OPERATIVA •CONDICIÓN MÁXIMA CARGA

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ESTABILIDAD y EQUILIBRIO

EQUILIBRIO

CARGA MÍNIMA OPERATIVA

Δ 3078 kg

Asiento 0,124 m (pp)

Cpp 0,392 m

Cpr 0,268 m

CARGA MÍNIMA OPERATIVA

Δ 3434 kg

Asiento 0,152 m (pp)

Cpp 0,425 m

Cpr 0,273 m

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ESTABILIDAD y EQUILIBRIO

CURVAS HIDROSTÁTICAS Y KN

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RESISTENCIA Y MOTORIZACIÓN

Series Delft I,II para condición dedesplazamiento y semidesplazamiento

Serie Delft III para condiciones deplaneo.

Potencia en HP considerando unrendimiento del 80%

Volvo Penta D1-20 (18,1 HP)

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RESISTENCIA Y MOTORIZACIÓN

Delft I,II

Delft III

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PRESUPUESTO

CONCEPTOCOSTE/EMBARCACIÓN

(€)

MANO DE OBRA 20600

MODELO Y MOLDE 6564

MATERIALES DEL CASCO 14380

VELAS Y APAREJOS 30744

EQUIPOS Y HABILITACIÓN 16028,36

DISEÑO DE LA EMBARCACIÓN

2000

GASTOS FIJOS DE ASTILLERO 6450

TOTAL 96766,36

Costes de producción unitario

El presupuesto preliminar se estima para una construcción de 10 embarcaciones

El beneficio del proyectista asciende a20 000 € para las 10 embarcaciones.

Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.

PRESUPUESTO

RESUMEN

PVP 120000,00

COSTE PRODUCCION 96767,36

BENEFICIO ASTILLERO 13939,58

BENEFICIO COMERCIAL 9293,06

PRECIO FINAL

P.V.P. 120000,00

12% MATRICULACIÓN 14400

16% I.V.A. 19200

PRECIO FINAL 153600,00

Beneficio:

60% Astillero40% Comercial y venta

•I.V.A. : RCL 2001/3184 de 14 de diciembre•Matriculación: Ley 38/1992 de 28 de diciembre art.65.1 b)

Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.

TRANSPORTE

Masa remolque +embarcación = 2800 kg.

Permiso de conducción necesario: B+E

NORMA UNE-EN ISO 8666

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BIBLIOGRAFÍA Y CONCLUSIONES

Bibliografía:

•Principles of Yachts Design. Lars Larsson y Rolf Eliasson (Tercera Edición, año 2007)•Apuntes de la asignatura “Embarcaciones Deportivas”. D. Antonio de Querol Sahagún. EUITN (Curso 2010/11)•Apuntes/Libro “Materiales Compuestos y Proceso de Fabricación de Embarcaciones”. D. Gaspar Penagos. EUITN (Curso 2010/11)•Apuntes de la asignatura “Teoría del Buque I”. D. Aurelio Guzmán y D. Pedro Gallardo. EUITN (Curso 2009/10)•Revista Barcos a Vela & Yachting. Número 74. Diciembre de 2010•Catálogo Harken 2010/11

Páginas web:

•Para elaborar el estudio estadístico•Información sobre equipamiento y presupuesto

DISEÑO DE VELERO DE REGATAS PARA LA VUELTA A VELA A FRANCIA Y

PRESUPUESTO MÁXIMO DE 120.000 €

Alumno: Pablo Fdez.-Palacios Pérez

Tutor: Antonio de Querol Sahagún

Universidad de Cádiz Julio 2012 E. U. Ingeniería Técnica Naval