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TEMA 3: EL BUQUE Y EL MEDIO MARINO

TEMA 3.- EL BUQUE Y EL MEDIO MARINO.1. GENERAL: el tráfico marítimo, el marco legal, condiciones

externas e internas a bordo.2. GEOGRAFÍA DE LA MAR.3. EL AGUA DE MAR: temperatura, densidad, salinidad

viscosidad, luz.4. CORRIENTES MARINAS5. LAS MAREAS, EL VIENTO, LAS OLAS.6. MOVIMIENTOS DEL BUQUE.7. FORMACIÓN DE HIELO.8. PROTECCIÓN DEL CASCO: corrosión, pinturas, protección

catódica.9. CONDICIONES A BORDO: climatización, iluminación, ruido y

vibraciones.

EL BUQUE Y EL MEDIO MARINO: GENERAL• Cualquier producto de ingeniería se ha de proyectar para

que cumpla su finalidad en unas determinadas condiciones durante toda su vida útil.

• Las condiciones de contorno conforman enormementecualquier diseño

• En concreto, el buque ha de cumplir sus cometidosnavegando, atracado, o fondeado en la mar, y a la vez hade proporcionar en su interior un entorno adecuado paragarantizar el bienestar de las personas embarcadas, unabuena conservación y manipulación de las cargas, y uncorrecto funcionamiento de los equipos del buque.

EL BUQUE Y EL MEDIO MARINO: GENERALCONDICIONES EXTERNAS

• El medio marino afecta de forma inmediata al buque como a un todo y a cada uno de los equipos montados a bordo.

• La mar y el clima condicionan enormemente la comodidad, la operatividad, y la seguridad de las personas embarcadas.

• Los vientos, las olas, la temperatura, el hielo y, en zonasrestringidas de la mar, su geografía, condicionan elfuncionamiento de los buques.

• Estas condiciones no son controlables.

EL BUQUE Y EL MEDIO MARINO: GENERALCONDICIONES A BORDO

• Los efectos del medio marino sobre las personas, las cargas y los equipos embarcados se deben tratar de paliar.

• Los movimientos del buque causados por las olas, que producen malestar a bordo se pueden disminuir hasta cierto punto,alterando provisionalmente la velocidad o el rumbo del buque.

• Los movimientos del buque también se pueden reducir si elbuque dispone de equipos de estabilización.

• Los equipos de climatización deben ser capaces de controlar entodo tiempo la temperatura, la humedad, la cantidad y la frescuradel aire que se respira a bordo.

EL BUQUE Y EL MEDIO MARINO: GENERALCONDICIONES A BORDO

• También es importante evitar los malos olores que se puedanproducir a bordo en cocinas, máquinas, espacios comunes,etc.

• Desde las primeras etapas del diseño del buque, se debe tratarde evitar o de reducir al mínimo la existencia a bordo de ruidosy vibraciones. Hay muchas fuentes posibles: maquinariapropulsora, maquinaria auxiliar, hélices, viento, impactos delas olas, las mismas personas embarcadas, etc.

EL BUQUE Y EL MEDIO MARINO: GENERALCONDICIONES A BORDO

• El control de ruidos y vibraciones tendrá que ser más estricto en unos buques o en otros y en unos locales u otros.

• El ruido radiado al exterior, tanto al agua como al aire, resulta cada vez más importante no sólo en los buques de guerra por discreción, sino también y cada vez más, en los puertos para cualquier tipo de buque.

• La iluminación de los distintos locales también resulta crítica y su magnitud y distribución será función de las actividades a desarrollar en ellos.

EL MARCO LEGALUNITED NATIONS CONVENTION ON THE LAW OF THE

SEAUNCLOS

Los océanos están abiertos a todos los Estados ya sean costeroso no. La libertad en los océanos se rige por el derecho internacional ycomprende, entre otros, los siguientes derechos fundamentales:

1. Libertad de navegación2. Libertad de sobrevolar3. Libertad para tender cables o tuberías submarinas4. Libertad para construir islas artificiales5. Libertad de pesca6. Libertad de realizar investigación científica

EL MARCO LEGAL1. Ningún Estado puede ejercer soberanía sobre ninguna parte

de los océanos.2. Todos los Estados ejercerán controles administrativos

técnicos y sociales sobre los buques que abanderen.3. Está prohibido el transporte de esclavos, la piratería, la caza

de ballenas y la polución del medio ambiente.4. Los Estados deben garantizar la conservación y la gestión

de los recursos naturales vivos.

EL MARCO LEGAL5. Los océanos deben reservarse para fines pacíficos.6. Todos los Estados tienen derecho a abanderar buques

para navegar por los océanos.7. En los océanos, los buques empleados por un Estado

únicamente en tareas no comerciales propias de suadministración, y los de guerra, tienen inmunidad totalfrente a la jurisdicción de cualquier Estado distinto al desu bandera.

GEOGRAFIA DE LA MAR• Aproximadamente, el 71 % de la superficie de la tierra está

cubierta por agua.• La elevación sobre el nivel medio del mar de las tierras

emergidas es, promediada, de 840 m: la cuarta parte de laprofundidad media del mar.

• La profundidad media de los océanos es de 3800 m, unascuatro veces la elevación media de los continentes.

• La máxima profundidad de la mar se ha medido en la fosade las Marianas: - 10910 m.

• La altura de las tierras emergida oscila entre - 420 m en elMar Muerto y 8850 m en el Everest.

GEOGRAFIA DE LA MARDISTRIBUCIÓN VERTICAL DE LA VIDA EN LA MAR

• Aunque existen animales marinos, más o menos evolucionados, a todos los niveles de la mar, su abundanciadecrece con la profundidad, haciéndolo muy rápidamenteentre los 100 y los 1000 m.

• Aunque se pueden encontrar algunas especies en rangosmuy amplios de profundidades la mayoría de las especiesviven la mayor parte de su vida, incluso en océanosdiferentes, en franjas de profundidad muy restringidas.

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CARACTERÍSTICAS DE LA MAR

1. PROFUNDIDAD2. TEMPERATURA3. SALINIDAD4. DENSIDAD5. PRESIÓN6. VISCOSIDAD7. LUZ8. MAREAS9. OLAS10.VIENTO11.NIEBLA, LLUVIA, NIEVE Y GRANIZO

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PROFUNDIDAD DE LA MAR

20/40 km

Zona

cos

tera

PlataformaContinental=60 km

profundidadmedia 200 m

talud continental15/80 km

2500 m

margen continental ≈ 200 km aguasprofundas

hast

a 40

00 m

GEOGRAFIA DE LA MARLa columna de agua se divide en cinco capas atendiendoa su profundidad:

Capa epipelágica: Desde la superficie hasta unos 200 m.Capa mesopelágica: profundidad entre 200 y 1000 m.Capa batipelágica: profundidad entre 1000 y 4000 m.Capa abisal: profundidad entre 4000 y 6000 m.Capa hadal: a partir de los 6000 m de profundidad.

CAPA EPIPELÁGICALa superficial, llega hasta unos 200 m de profundidad.

• Como llega la luz solar se puede dar en esta capa la fotosíntesisy por lo tanto pueden crecer plantas en su fondo. Sin embargo,las plantas más comunes en la mar son las algas monocelulares que flotan libremente en esta capa de la mar lejos de tierra(fitoplancton).

• La energía del sol calienta esta capa y hace que la temperaturavaríe mucho en esta zona.

• Esta capa toca el fondo marino sólo en la costa y en la plataforma continental, el resto de esta capa se apoya en lasiguiente capa mezclándose con ella.

CAPA MESOPELÁGICASu límite inferior llega hasta los 1000 m.

• Es la capa de las dos luces: en la parte superior llega la luzdel día mientras que la inferior está siempre oscura porquelos rayos de sol no penetran a estas profundidades.

• La mayoría de la gran variedad de peces raros que viven en estacapa producen una luz parpadeante, bioluminiscencia, que usanpara camuflarse, buscar, o atraer a sus presas o a suscongéneres.

• Esta capa incide contra el fondo marino en las plataformascontinentales y en la parte superior de los taludes continentales.

CAPA BATIPELÁGICASe extiende entre los 1000 y los 4000 m de profundidad.

• La única luz existente en esta capa es la producida por la bioluminiscencia de los peces que suelen ser rojos o negros.

• A pesar de la presión existen muchas especies de animales.Hasta algunas ballenas pueden bajar a estas profundidades para alimentarse.

CAPA ABISALEntre los 4000 m y los 6000 m de profundidad.

• La temperatura del agua es cercana a la de congelación y laoscuridad es total.

• Las criaturas existentes en esta capa son escasas:invertebrados, pequeños calamares, etc.

• Tres cuartas partes del fondo marino están a estas profundidades.

CAPA HADALMás de 6000 m de profundidad. Hades: dios del inframundo.

• Corresponde con los cañones y las fosas marinas y no llega a ocupar el 2% de la superficie del mar.

• La temperatura del agua es casi la de congelación y evidentementela presión es enorme (hasta mil veces la atmosférica).

• A pesar de ello, en esta capa viven invertebrados como gusanos o estrellas de mar.

• El pez que se ha visto a mayor profundidad fue en la fosa de PuertoRico a unos 8370 m.

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TEMPERATURA

VARIA SEGÚN EL MAR Y LA ESTACIÓN DEL AÑODISMINUYE 1º C POR CADA 10 METROS DE PROFUNDIDAD Y (1º C CADA 1000 M.) A GRANDES PROFUNDIDADES.LA TEMPERATURA INFLUYE EN:

EL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DE LOS MOTORES DEL BARCO. LA DENSIDAD DEL AGUAEN LA FORMACIÓN DE BANCOS DE HIELOS QUE DAÑEN A LOS BUQUES

TEMPERATURALas capas más superficiales de los océanos, las primeras decenas de metros, absorben la mayor parte de la radiación solar que reciben en forma de luz y calor.• El viento, las olas, corrientes y turbulencias reparten esta energía

y la transmiten a capas más profundas del mar, formando la capa de mezcla que llega hasta entre unos 100 y 400 m.

• La temperatura media de esta capa “mezclada” de aguas superficiales es de unos +17º C, pero varía principalmente con la latitud desde los -2º C en los mares polares hasta +36º C en el Golfo Pérsico.

TEMPERATURA• Entre la capa de mezcla y las capas más profundas, donde no

hay mezcla de temperaturas, existe una capa llamada termoclinadonde se produce un descenso brusco de la temperatura del agua.

• La termoclina empieza entre los 100 y los 400 m de profundidad y se extiende varios cientos de metros por debajo.

• El 90% del volumen total del océano queda por debajo de la termoclina, con temperaturas entre 0 y 3º C.

ESTRATIFICACIÓN• La variación de la temperatura del agua con la profundidad hace que lo haga también su densidad.

• La termoclina separa el agua cálida de la superficie del agua fríay densa de las profundidades que permanece aislada de laatmósfera y en condiciones constantes todo el año.

• En las zonas templadas, la variación de las temperaturas origina una termoclina estacional de unos cien metros de espesor.

• La densidad del mar y por ello la estratificación también depende de su salinidad.

ESTRATIFICACIÓN• La salinidad media del mar es del 3.5 % lo que hace que la

temperatura de congelación del agua esté en torno a – 2ºC. Al helarse, el agua de mar rechaza la sal con lo que la salinidad del hielo marino es del 1 %.

• La capa de transición brusca de la salinidad del agua de mar se denomina haloclina y la de densidad picnoclina.

• La estratificación origina la variación, en función de la profundidad de la velocidad del sonido en el agua, lo que resulta muy importante tanto desde el punto de vista científico como militar (sonar)

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SALINIDAD

SALINIDAD ES EL % DE SALES DISUELTAS EN EL AGUA.AGUA DULCE SI S < 0,6 %AGUA SALADA SI S ≥ 0,6 %AGUAS MAS SALADAS MAR ROJO S=4%AGUAS MAS DULCES MAR BALTICO S=0,7%LA SALINIDAD INFLUYE EN LA CORROSIÓN DEL BUQUE Y EN LA DENSIDAD DEL AGUA

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DENSIDAD

Grados centígrados

Agua dulceKg/m3

Agua salada 3,5 %Kg/m3

0 999,89 1028,035 999,79 1027,6410 999,59 1026,8515 999,00 1025,8720 998,12 1024,7025 996,94 1023,2330 995,57 1021,66

La densidad influye en el empuje que sustenta el barco, es deciren el calado.

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PRESION

VARIA CON LA PROFUNDIDAD (1 ATMOSFERA CADA 10M.) E INFLUYE EN EL CALCULO DE LA RESISTENCIA ESTRUCTURAL DE LOS BUQUES Y ARTEFACTOS QUE HAYAN DE OPERAR EN LA PROFUNDIDAD DEL MAR

VISCOSIDADLa resistencia al avance de fricción que experimenta un cuerpo al penetrar en un fluido depende principalmente de la viscosidad de éste y de la forma y superficie del cuerpo.• La viscosidad de un fluido (resistencia a fluir) depende, además

de su naturaleza, de su temperatura y densidad.• La viscosidad del agua de mar es muy superior a la del aire, por lo

que la resistencia de fricción también lo es.• Para un carguero convencional, la resistencia al avance de

fricción de la parte sumergida (obra viva) resulta unas 600 vecesmayor que la que existiría si se desplazase en el aire.

VISCOSIDAD CINEMATICA

Grados centígrados

Agua dulce Agua salada 3%

0 1,78667 1,828445 1,51698 1,5614210 1,30641 1,3538315 1,13902 1,1883120 1,00374 1,0537225 0,89292 0,9425230 0,80091 0,84931

Es la resistencia al avance, que ofrece un fluido cuando un cuerpose desplaza en su interior. L2T-1. Se mide en centistokes 1.10-6 m2s-1

LUZ Y VIDA• El 65 % de la luz del sol se absorbe en el primer metro de profundidad

del mar. La absorción de la luz por el agua de mar es selectiva y la causa de su color.

• Se estima que sólo el 1 % de la luz llega a los 100 m de profundidad en aguas claras.

• La vida, en la mar y en tierra, depende de la energía solar.• En las plantas marinas y en el fitoplancton se transforman las

sustancias inorgánicas en orgánicas por medio de la función clorofílica.• La columna de agua se divide en dos zonas:

• La zona fótica o superficial en la que las plantas pueden realizar la fotosíntesis.

• La zona afótica, oscura, sin luz, donde las plantas no pueden sobrevivir.

MAREASSon consecuencia de la atracción del Sol y la luna, sobre el mar y pueden ser:

muertas.- la tierra, la luna y el sol están en cuadratura.fuertes.- la tierra, la luna y el sol están alineados

estas mareas se producen cada 15 días.y las debidas a la rotación de la tierra:

pleamar (marea alta)bajamar (marea baja)que se producen cada 6 horasInfluyen en la entrada y salida de los puertos y en la utilización de las esclusas.

MAREAS• Causadas por las fuerzas gravitatorias del sol y de la luna.• La fuerza de la luna es el doble de la del sol porque aunque es

más pequeña está mucho más cerca de la tierra.• Las mareas pueden ser diarias (una bajamar y una pleamar),

semidiarias (dos bajamares y dos pleamares de la misma magnitud, y mixtas (dos bajamares y dos pleamares de distinta magnitud).

LA TIERRA. MAQUINA TÉRMICA• La tierra absorbe un 50% de los 1340 W/m2 de densidad de energía de

la radiación solar. La atmósfera y las nubes un 20%.• La tierra refleja un 4% de esa energía, la atmósfera y las nubes un 26%.• La tierra como cuerpo emisor frío con respecto al sol recibe energía

visible (λ = 0.5⋅10−6 m ) y la refleja con una longitud de onda mayor en elespectro infrarrojo (λ = 10⋅10−6 m ).

• Aunque la atmósfera sea muy transparente a la radiación solar que recibe la tierra no lo es tanto a la que refleja con lo que el aire absorbe parte de esta energía calentándose. Al variar su densidad se origina el viento.

OSCILACIONES DEL AGUA DE LA MAR 1. Debidas a cambios climáticos lentos.• 2. Mareas.• 3. De origen geostrófico (vientos fuertes).• 4. De la plataforma continental (atolones).• 5. Tsunamis.• 6. Olas de playa (surf).• 7. Olas de viento:

• Mar de fondo• Mar de viento• Olas capilares

OLASLas olas o series de ondulaciones que aparecen sobre la superficie de las aguas, son la consecuencia de una interacción entre mar y aire. En su formación influyen:

el valor y la variación de la presión atmosféricala configuración y profundidad del fondo marinola salinidad y la temperatura del aguala fuerza generatriz del viento

Excepto las causadas por las erupciones volcánicas (tsunamis) producidas en el fondo marino y las producidas por efecto de las mareas.Un observador en el mar estará en presencia de un sistema complicado de olas que puede ser considerado como el resultado de la superposición de varios movimientos regulares de olas.

GENERACION DE LAS OLAS DE VIENTO• Estas olas son la manifestación de la transferencia de energía del

viento al mar.• La altura o energía de la ola generada en un punto depende de:

La fuerza (velocidad) del vientoLa duración o tiempo durante el que sopla el vientoEl alcance o zona de contacto previo del viento con la mar

Cuando la energía aportada por el viento se iguala a la disipada en la mar se dice que ésta ha alcanzado su máximo desarrollo.

GENERACION DE LAS OLAS DE VIENTO• La mar que existe en la zona donde sopla el viento se denomina mar

de viento (wind sea). Suele ser confuso o de cresta corta, e irregular,es decir, formado por olas de distintas frecuencias.

• La mar que se propaga ya fuera de la zona donde sopla el viento suele ser de cresta larga y bastante direccional y se denomina mar de fondo (swell).

• Dado que las olas más largas se propagan por el océano más deprisaque las más cortas, las olas se ordenan por sus longitudes por lo quepueden considerarse en muchos casos, localmente y a corto plazo,como olas regulares, es decir, monocromáticas.

• La altura significativa de ola viene a coincidir con la visual y sedefine como el valor medio del tercio de las mayores alturas deregistro.

Parámetros que definen las olas Altura (H).- distancia vertical entre una cresta y un seno consecutivos.Periodo (T).- tiempo que transcurre entre el paso de dos crestas (o dos senos) consecutivos por un mismo lugar.Longitud (L).- distancia entre dos crestas consecutivas.Amplitud (A).- de la ondulación es la mitad de la altura. (A=H/2)Velocidad (C).- de propagación, es la de avance de una línea de crestas; resulta igual a la longitud dividida por el periodo (C=L/T)Pendiente (P).- es el cociente de dividir la altura por la longitud de onda (P=H/λ), clasificándose en:

olas pequeñas: si H/L<1/100olas moderadas: si 1/100<H/L<1/25olas grandes: si 1/25<H/L<1/7

TIPOS FUNDAMENTALES DE OLAS Mar de viento.- corresponde a la clase de olas levantado por el viento que sopla encima de ellas, en una extensión marina. Se caracteriza por olas, más bien agudas y de longitud de onda generalmente cortas o moderadas, sobre las que suelen formarse olas más pequeñas. La altura del oleaje no es regular.Mar de fondo.- es el oleaje que se presenta en ausencia de viento. Su aspecto es mucho más regular y sus olas tienen una longitud de onda muy superior a su altura, presentando sus crestas formas redondeadas que no rompen nunca en alta mar.

Longitud de olas Altura de olascorta 0-100 m. Baja 0-2 m.media 100-200 m. Moderada 2-4 m.larga más de 200 m. Grande más de 4 m.

OLA REGULAR DE AIRY: MAR DE FONDOζ = A cos(k x − ω t)

• Siendo:ζ: Elevación de la mar. Positiva por encima del nivel de

referencia de aguas tranquilas (m).A: Amplitud de la ola (m) A = H/2H: Altura de la ola (m)k: Número de onda (rad/m) k = (2·π)/λλ: Longitud de onda (m)x: Distancia al origen de coordenadas en la dirección OXω: Frecuencia angular de la ola (rad/s) ω = (2·π)/TT: Período de las olas (s)t: Tiempo (s)

OLA TROCOIDAL Perfil geométrico.- las partículas de la superficie líquida describen circunferencias bajo la influencia de la ondulación que se propaga. Perfil del oleaje.- es la sección de la superficie líquida por un plano vertical y paralelo al sentido de la propagación. Tal sección se identifica con la curva llamada trocoide, que se define como la engendrada por un punto que gira con velocidad uniforme alrededor de otro, al mismo tiempo que se traslada paralelamente a una recta.En el caso concreto del oleaje corresponde la trayectoria circular a la rotación de las partículas, y la traslación rectilínea, a la propagación del movimiento.

Si L/2R <P, resulta la trocoide estableSi L/2R=P, la trocoide se convierte en cicloideSi L/2R>P, el perfil corresponde a la trocoide inestable

OLAS

SUPERFICIALES (debidas a la acción del viento sobre la superficie del mar) DE AGUAS PROFUNDAS

DE MOVIMIENTO VERTICAL (SIN TRASLACIÓN)DE TRASLACIÓN (DEBIDAS A CORRIENTES SUBMARINAS)

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OLA TROCOIDAL

Y

XO

P

P

R

Rθ

θ

altura de la ola : 2R = hwlongitud de la ola: λ = 2πRvelocidad de la ola: c=Rdθ

dt

r

x=Rθ-r.cos(θ-90)=Rθ-r.senθy=R-r.sen(θ-90)=R+r.cosθ

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MOVIMIENTO CIRCULAR DE LAS PARTICULAS DE AGUA

Pmg

r

R

superficie de la olafuerza centrífuga

N

N centro instantáneo de rotación

R

F=mw2r

R = mg r mw2r

c2 = R2w2 = Rg

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ALTURA DE LAS OLAS

hw

ola

prob

abili

dad

109876543210

1 2 3 4 5 6 7 8

DISTRIBUCIÓN DE FRECUENCIAS HISTOGRAMA DE FRECUENCIAS MAR DEL NORTE

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0,2

0,1

ALTURA DE OLAS ALTURA DE OLAS

frec

uenc

ias

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INFLUENCIA DE LAS OLAS

ola

Extremos en voladizo Apoyo en los extremos

ola

Curva de Flotabilidad

QUEBRANTO ARRUFO

En la resistencia longitudinal del casco provocando las posicioneslímite de arrufo y quebranto

Alteran la posición relativa del buque respecto al mar, y por tanto, la inclinación e inmersión de la hélice que influye en el rendimientoPropulsivo. También aumentan la resistencia al avance del buque

MOVIMIENTOS DEL BUQUE1.- Traslación según OX (η1): largada o vaivén (surge / cavalement)2.- Traslación según OY (η2): deriva (sway / embardée).3.- Traslación según OZ (η3): sube y baja (heave / pilonnement).4.- Rotación alrededor de OX (η4): balance (roll / roulis).5.- Rotación alrededor de OY (η5): cabeceo (pitch / tangage).6.- Rotación alrededor de OZ (η6): guiñada (yaw / lacet).

MALESTAR A BORDOLos movimientos del buque degradan la comodidad, la operatividad, y la seguridad del buque.Inducen a las personas embarcadas primero fatiga y luegomalestar cuya peor consecuencia es el mareo.La incidencia del mareo a bordo a pesar de su carácterfuertemente subjetivo depende principalmente de:

• El módulo de las aceleraciones lineales verticales debidas a los movimientos del buque.

• Las frecuencias a las que se producen dichas aceleraciones.• El tiempo de exposición a estas aceleraciones.

VIENTO

• Según se desciende hacia la superficie terrestre los efectos delrozamiento van siendo más importantes.

• Además de disminuir su velocidad, el viento rola cortando a las isobaras.

• La velocidad se reduce a un 70 % en la mar y a un 40 % sobretierra, dependiendo de lo accidentada que sea su superficie.

• El vector velocidad gira entre 10 y 20º en la mar y entre 25 y 30ºen tierra dependiendo de lo accidentada que sea su superficie.

VIENTO• El viento como cualquier fluido, forma una capa límite sobre lasuperficie del mar.

V = [ h ] 1/7

Vref [ href]1/7

• Además, las turbulencias de alta frecuencia producen ráfagascon velocidades superiores a las promediadas.

Vráfaga = k Vmedia k > 1.0• Por lo tanto, para definir la velocidad del viento se ha deindicar el periodo de tiempo con el que se promedia y a quéaltura se ha tomado la medida.

La Escala Beaufort es una medida empírica de la intensidad delviento aunque posteriormente se extendió su uso para describir la severidad de la mar.

EL VIENTO

1. OFRECE RESISTENCIA A LA OBRA MUERTA 2. AUMENTA LA FUERZA E INTENSIDAD DE LAS OLAS

SUPERFICIALES3. DESVIA LA DIRECCIÓN DE AVANCE DEL BUQUE4. SE USA COMO FUERZA MOTRIZ (VELEROS)

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VELOCIDAD DEL VIENTO

0 60 80 100 120 velocidad relativa (nudos)al

tura

en

rela

ción

a la

sup

erfic

ie5

1

0

15

2

0

25

0 10 20 30 40 50 60 70Velocidad del viento (nudos)

altu

ra d

e la

s ol

as (m

etro

s)

1412108642

0 10 20 30 40 50 60 70

prob

abili

dad10

8642 Velocidad del viento (nudos)

CORRIENTES MARINAS

• Las corrientes de superficie se producen por los vientos predominantes y por el movimiento giratorio de la Tierra, que impulsaa las corrientes a circular en remolinos o círculos. Su velocidad es deunos pocos nudos.

• Las corrientes de profundidad, que corren a más de 100 m deprofundidad se deben a las diferencias de temperatura y de salinidaddel agua que afectan a su densidad. (termohalina).

• El agua más fría y más salada tiende a hundirse mientras que la más caliente y menos salada tiende a emerger.

• Estos movimientos de las aguas profundas también se conocencomo corrientes oceánicas de convección.

PROTECCION DEL CASCO• Los metales tienden a captar oxígeno del aire o del agua y a volver a su estado

natural.• El ambiente marino favorece la existencia de distintos

mecanismos de oxidación del buque y de sus apéndices.• Corrosión galvánica: deterioro de los metales sumergidos (obra viva y

apéndices) debido a reacciones electromecánicas. Esta corrosión es un proceso electro-químico que aparece por la presencia de materiales distintos inmersos en un medio conductor (célula galvánica).

• Además, el ensuciamiento del casco (fouling) es indeseable por aumentar la resistencia al avance del buque.

CORROSIÓN: PROTECCION DEL CASCOPor recubrimiento del casco: pinturas de distintos tipos.Se aplican márgenes de proyecto a los cálculos de losespesores del casco (y tanques) para compensar la pérdida dematerial por corrosión a lo largo de la vida del buque.Sistemas de protección catódica:• Pasivos: se usan ánodos de sacrificio de materiales debajo potencial eléctrico (zinc, magnesio, aluminio, etc.)que se adosan al casco de acero a proteger. Estosánodos se van consumiendo mientras el acero recibeelectrones por lo que se convierte en cátodo y no secorroe.

CORROSIÓN: PROTECCION DEL CASCOSistemas de protección catódica:

• Activos: Corrientes impresas: ICCP (Impressed CurrentCathodic Protection) sistemas en los que se usan ánodosde corriente impresa y electrodos de referencia para crearun campo eléctrico submarino.

• Este sistema es más caro, más complejo y proporcionauna protección más permanente.

• Requiere el consumo de una cierta potencia eléctrica(corriente continua).

PROTECCION DEL CASCOMACROFOULING ANIMAL

Los caracolillos, mejillones, apas, etc, liberan al agua millones delarvas microscópicas que necesitan adherirse a un objetoestático para alimentarse.Las embarcaciones paradas a flote ofrecen un caldo de cultivoperfecto para todo tipo de incrustaciones.

MACROFOULING VEGETALLos buques parados atraen a las algas comunes. Aunquemuchas se desprenderán cuando el buque navegue, algunas,como las algas marrones, son más resistentes y soportan sindesprenderse altas velocidades de navegación.

PROTECCION DEL CASCOMICROFOULING (LIMO)

Estas importantes incrustaciones de microorganismos estánformadas por millones de algas unicelulares que al adherirsecausan una textura pegajosa del casco.Una vez asentado, el limo constituye un terreno adecuado paraque se instalen en él más algas, por lo que puede llegar a tener un gran grosor, ya que no se desprende cuando la embarcaciónnavega.

PINTURAS• La aplicación de pinturas antiincrustantes en la obra viva delos buques afecta directamente y de forma importante a:La vida útil del buqueEl consumo de combustibleLa velocidad del buqueLa capacidad de carga para dar una cierta velocidadLa facilidad de inspección del casco

• Las incrustaciones del casco aumentan la resistencia alavance del buque y por lo tanto el consumo de combustible.

• Importante impacto económico de las pinturas en laexplotación del buque a lo largo de toda la vida.

PINTURAS• Las pinturas o recubrimientos son productos líquidos o

semilíquidos que por procedimientos físicos o químicos setransforman en una película sólida cuando son aplicadossobre un sustrato.

• Además de utilizarse para prevenir la corrosión se usan pinturas antiincrustantes (antifouling) para prevenir laadherencia y el crecimiento de organismos en la obra viva delos buques.

• En las pinturas convencionales los antiincrustantes forman elmaterial bioactivo que se libera de forma incontrolada con la disolución de la mayor parte de la pintura.

PINTURAS ANTIINCRUSTANTESANTIINCRUSTANTES BASADOS

EN POLÍMEROS AUTOPULIMENTANTESEstos antiincrustantes son los más usados, están constituidospor resinas especiales que se disuelven paulatinamente enagua a una velocidad que se autocontrola químicamente.Una vez en servicio, sus propiedades hidrodinámicas y suacabado extraordinariamente liso hacen que no aumente laresistencia al avance del buque.Su característica pulimentante evita la acumulación de viejascapas y facilita la limpieza antes de repintar.

PINTURAS ANTIINCRUSTANTESANTIINCRUSTANTES DE MATRIZ INSOLUBLE O MATRIZ DURAEstas pinturas absorben agua mientras la parte soluble de laresina se va desintegrando dejando una estructura insolubledesintegrando, como una esponja rígida, llena de agua a travésde la cual se van disolviendo, por difusión, las sustancias activasque evitan la incrustación del casco (biocidas).

REVESTIMIENTOS ANTIADHERENTES (FOUL RELEASE)No contienen biocidas, la mayoría de pinturas foul releaseestán basadas en tecnología de elastómeros siliconados queles confiere unas propiedades ultra-deslizantes que:

Reducen la fricción en el cascoAyudan a mejorar la velocidad del buque o a reducir el consumo de combustible al evitar la adherencia deincrustaciones animales o vegetales.

• Facilitan el lavado de las incrustaciones.

CONDICIONES INTERNAS QUE ACTUAN SOBRE EL BUQUE

1. TEMPERATURA Y HUMEDAD2. LUZ3. RUIDOS Y VIBRACIONES4. BALANCEO Y CABECEO

CONDICIONES A BORDO: CLIMATIZACIÓN• El buque está inmerso en dos fluidos, el aire y el agua. Éstade mayor calor específico, varía su temperatura máslentamente.

• Las temperaturas de ambos fluidos son importantes. Paratener una mejor idea de la sensación térmica sobre todo enambientes cálidos, la temperatura del aire se debe dar junto consu humedad.

• El cuerpo no sólo siente la temperatura del aire que le rodeasino también la radiación del sol.

CONDICIONES A BORDO: CLIMATIZACIÓN• El aire contiene vapor de agua. A mayor humedad del aire

la velocidad de evaporación del agua de los cuerposdisminuirá.

• Humedad relativa: relación entre la cantidad de vapor deagua que contiene el aire a la máxima que puede contenera ésa temperatura.

• A mayor temperatura, el aire puede contener más vapor deagua.

• Si localmente disminuye la temperatura del aire, éste sesatura y acaba condensándose (punto de rocío), porejemplo en el exterior de tuberías frías, etc.

CONDICIONES A BORDO: CLIMATIZACIÓN• El confort de las personas es difícil de medir con un soloparámetro depende de la temperatura, humedad ymovimiento del aire.

• La ventilación no es suficiente No sólo hay que enfriar ocalentar el aire sino que hay que tratarlo para darle lapureza y la humedad necesarias y renovarlo cuanto seanecesario:

• Ejemplos de máximo control: submarinos, laboratoriosestériles, zonas VIP de los buques de crucero, etc.

CONDICIONES A BORDO: CLIMATIZACIÓNSi falla la climatización:

• La temperatura de un local aumentará debido al calorproducido por las personas y por los equipos hasta quese iguale con el disipado por los contornos del compartimento.

• La respiración hará que se degrade el aire, que aumentela humedad del local, disminuya la cantidad de oxígeno yaumente la de dióxido de carbono.

• El movimiento de las personas creará polvo.• Se producirán olores indeseables a bordo producidos porlas personas, las cocinas, las máquinas, etc.

CONDICIONES A BORDO: CLIMATIZACIÓN• Temperaturas exteriores máximas y mínimas a considerar

en el proyecto de plantas de climatización y en el cálculo depotencias entregadas por las máquinas y de flujos derefrigeración (intercambiadores) de los equipos.

• Aire en verano: 32 º C; 85% de humedad (Mar Rojo)• Agua de mar en verano: cerca de la superficie a 32º C.• Aire en invierno: -4º C, mínimo -29º C en el Ártico.• Agua de mar en invierno: cerca de la superficie a 4º C,

mínimo -2º C en el Ártico.

CONDICIONES A BORDO: ILUMINACIÓN0,00005 lux Luz de una estrella (Vista desde la tierra)0,001 lux Cielo nocturno despejado, luna nueva0,25 lux Luna llena en una noche despejada50 lux Sala de una vivienda familiar80 lux Pasillo/cuarto de baño150 lux Iluminación general a bordo300 lux Iluminación local a bordo400 lux Oficina bien iluminada400 lux Salida o puesta de sol en un día despejado.1000 lux Iluminación habitual en un estudio de televisión32.000 lux Luz solar en un día medio (mín.)100.000 lux Luz solar en un día medio (máx.)

VIBRACIONES A BORDO• El buque es una estructura elástica dotada de una serie de

masas concentradas que vibrarán si se excitan. Lasvibraciones serán máximas cuando las frecuencias de lasfuentes de excitación sean próximas a las propias de lasdistintas masas discretas o a la global del buque.

• En estos casos de resonancia o sincronismo las respuestasson picudas y de intensidad máxima.

• Las vibraciones producen:Incomodidad, más bien cansancio.Fallos mecánicos prematuros de los equipos.Medidas erróneas de los equipos por fallos intrínsecos opor lecturas fallidas de los displays.

VIBRACIONES A BORDO• Producidas principalmente por desalineamientos de losejes o por hélices, u otras máquinas grandes, desequilibradas.

• Crecen con la potencia instalada, se transmiten a través del agua (fluctuaciones de presión sobre el casco) o a través de la estructura: cojinetes, arbotantes chumaceras, etc.

• Todas las máquinas, rotativas o recíprocas puede inducirvibraciones. Las primeras son más fáciles de equilibrar quelas segundas: motores diesel, compresores, etc.

VIBRACIONES A BORDO

ALGUNAS SOLUCIONES:• Dar mayores claras entre la hélice y el casco.• Cambiar la frecuencia excitadora: Jugar con el númerode palas de las hélices.

• Cambiar la frecuencia propia del equipo. Sólo es posiblea veces y localmente: soporte de algunos equipos, etc.

• Reforzar los polines.• Aislar los equipos con calzos elásticos que absorban la energíatranamitida.

RUIDOS A BORDO

Ruidos a controlar en cada compartimiento:• Aéreo: debido al sistema de ventilación y al ruido generado

en los compartimientos adyacentes por las personas,equipos en funcionamiento, elementos mal trincados, etc.

• Transmitido por la estructura del buque: de maquinaria,pasos de tuberías, etc.

• Inducido por las hélices que puede hacer vibrar mamparospuertas y otros accesorios

• Crujidos de mamparos navegando en mala mar

RUIDOS A BORDO

Remedios para atenuar los ruidos producidos:• Forrado de mamparos con material aislante acústico.• Maquinaria, incluso camarotes enteros, dispuestos sobre

calzos elásticos.• Tuberías y otros elementos largos dotados de tramos

elásticos para romper la cadena de transmisión de losruidos.

• Acoplamientos elásticos de ejes.• Trincado adecuado de los distintos elementos: tuberías,

bandejas de cables. equipos auxiliares, etc.

RUIDOS A BORDO

• Las ondas de sonido producen un aumento de presión en elaire.

• La capacidad auditiva es función de la frecuencia del sonido,varía con las personas y éstas, normalmente, sólo soncapaces de definir la intensidad de un sonido si lo comparancon otro.

• El decibelio (dB) es la unidad utilizada para medir la potenciao la intensidad de un sonido percibido por el ser humano.

• El decibelio (dB) se define por comparación con un sonido dereferencia y responde a una escala logarítmica que es la quemejor se ajusta a la sensibilidad al ruido del oído humano.

RUIDOS A BORDO

• Para el cálculo de la sensación recibida por un oyente,se define el nivel de potencia, Lw, en decibelios relacionandola potencia de la fuente del sonido a estudiar con la potenciade otra fuente de referencia (umbral de audición):

Lw = 10.log W1 dBW0

• En donde W1 es la potencia considerada y W0 es el valor de referencia, que se aproxima al umbral de audición en el aire.

RUIDOS A BORDO

• Valores de referencia:Umbral de audición de 0 dB (onda de presión de 20·10-6Pa)Umbral del dolor a partir de los 140 dB.

• Normalmente una diferencia de 3 dB (doble intensidad), es lamínima diferencia apreciable por un oído humano sano.

NIVEL DE INTENSIDAD DEL SONIDO

140 dB Umbral del dolor130 dB Avión despegando120 dB Concierto de “The Who”100 dB Perforadora eléctrica90 dB Tráfico70 dB Aspiradora

50/60 dB Aglomeración de Gente40 dB Conversación20 dB Biblioteca10 dB Ruido del campo0 dB Umbral de la audición

RUIDOS A BORDO

• El oído humano no percibe igual las distintas frecuenciasextremas y alcanza el máximo de percepción en los valoresmedios, de ahí que para aproximar más la unidad a la realidadauditiva, se ponderen las unidades de distintas maneras (dBA,dBC…)

• La unidad dBA es un buen indicador del riesgo auditivode la exposición de las personas al ruido.

• El decibelio A (dBA), es una unidad de nivel sonoro que analizala señal mediante un filtro que acota un rango central defrecuencias para considerar sólo las más dañinas para el oído.

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TEMA 3: EL BUQUE Y EL MEDIO MARINO