ESTIMACIÓN DE POTENCIA DE BUQUES

RÁPIDOS,

EVALUANDO LAS FORMAS DE LA CARENA

YUNIOR GARCÍA SÁNCHEZ

RESISTENCIA AL AVANCE Y PROPULSIÓN

ÍNDICE• INTRODUCCIÓN

• EVALUACIÓN DE LAS FORMAS DE CARENA

• ESTIMACIÓN DE LA RESISTENCIA SIN APÉNDICES

• INCREMENTO DE LA RESISTENCIA INDUCIDA POR DISTINTAS

• CONFIGURACIONES DE APÉNDICES

• PREDICCIÓN POTENCIA-VELOCIDAD

• GENERACIÓN DE FORMAS

• CONCLUSIONES

INTRODUCCIÓN• LA ENORME CANTIDAD DE INFORMACIÓN ACUMULADA, EN EL CANAL DE EXPERIENCIAS HIDRODINÁMICAS DE EL PARDO,

SOBRE FORMAS DE CARENA, MUCHAS DE ELLAS VARIANTES DE UN MISMO PROYECTO, ASÍ COMO EL DISPONER DE LOS RESULTADOS DE SUS CORRESPONDIENTES ENSAYOS DE REMOLQUE, SE HA UTILIZADO DESDE HACE MUCHO TIEMPO [1] PARA REALIZAR PREDICCIONES DE VELOCIDAD Y LOCALIZAR BUQUES DE REFERENCIA PARA NUEVOS PROYECTOS. OTRAS INSTITUCIONES O EMPRESAS HAN DESARROLLADO ANÁLOGOS PROCEDIMIENTOS ESTADÍSTICOS, UTILIZANDO SUS PROPIAS BASES DE DATOS [2]. JUNTO A ESTOS MÉTODOS, QUE UTILIZAN INFORMACIÓN GENERALMENTE CONFIDENCIAL, EXISTEN EN LA LITERATURA TÉCNICA DISTINTAS PUBLICACIONES QUE PROPORCIONAN UNA FORMULACIÓN EMPÍRICA PARA PREDECIR LA RESISTENCIA DE REMOLQUE DE UNA DETERMINADA CARENA. ALGUNOS ESTÁN SÓLO INDICADOS PARA TIPOS CONCRETOS DE BUQUES [3], [4], [5], MIENTRAS QUE OTROS SON MÁS GENERALISTAS [6]. TANTO LOS PROCEDIMIENTOS ESTADÍSTICOS COMO POR SUPUESTO LOS EMPÍRICOS, UTILIZAN UNA SERIE DE PARÁMETROS GEOMÉTRICOS DE LA CARENA PROYECTO PARA REALIZAR LA PREDICCIÓN DE VELOCIDAD, PERO NO SON CAPACES DE DISCERNIR SOBRE LA INFLUENCIA QUE TIENEN EN DICHA PREDICCIÓN LAS FORMAS ADOPTADAS PARA LA CARENA, AUNQUE ALGUNOS INTRODUCEN ALGÚN TIPO DE MODIFICACIÓN EN SU FORMULACIÓN EN BASE A INFORMACIÓN CUALITATIVA, DEL TIPO “CUADERNAS EN U O V”.

• EN [7] SE PRESENTÓ UN AVANCE DEL TRABAJO REALIZADO PARA OBTENER UNA EVALUACIÓN DE LAS FORMAS DE UNA CARENA MEDIANTE EL CÁLCULO DE SU ENTROPÍA. UTILIZANDO ESTE PROCEDIMIENTO SOBRE LAS CURVAS DE ÁREAS Y DE FLOTACIONES, SE HA COMPROBADO QUE ES POSIBLE DEDUCIR UNOS PARÁMETROS NUMÉRICOS QUE PERMITEN EVALUAR LA INFLUENCIA DE LAS FORMAS DE CARENA AL REALIZAR UNA PREDICCIÓN DE VELOCIDAD.

• DE ESTA FORMA SE HA DESARROLLADO EN EL CEHIPAR EL PROYECTO DE I+D+I DENOMINADO MJ-3A,

QUE, PARA UN BUQUE RÁPIDO, PERMITA EVALUAR SUS FORMAS, PREDECIR SU RELACIÓN POTENCIA-

VELOCIDAD Y EN EL CASO DE QUE LAS FORMAS INICIALES SEAN DE INFERIOR CALIDAD A LAS DE ALGUNO DE LOS BUQUES BASE SELECCIONADOS, PROPONER UNAS FORMAS DE CARENA ALTERNATIVAS PARA EL BUQUE PROYECTO, MANTENIENDO SUS DIMENSIONES PRINCIPALES, CON LA GARANTÍA DE QUE, EN CUANTO A RESISTENCIA AL AVANCE SE REFIERE, TENGAN UN MEJOR COMPORTAMIENTO QUE LAS INICIALMENTE PREVISTAS.

• LOS TIPOS DE BUQUES RÁPIDOS PARA LOS QUE SE HA DESARROLLADO ESTA INVESTIGACIÓN SON: FRAGATAS, CORBETAS, PATRULLERAS, FERRIES, ROLL-ON ROLL-OF Y CARGUEROS RÁPIDOS, COMO SON LOS PORTACONTENEDORES

En la figura 1 se presenta un diagrama del trabajo desarrollado en esta investigación. En la exposición del presente trabajo se hará referencia a los distintos apartados que se muestran en esta figura.

EVALUACIÓN DE LAS FORMAS DE CARENA• PARA UN BUQUE DE 216 M DE ESLORA Y UNA MANGA DE 35.5 M DEL QUE SE DISPONE DE LOS

RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE REMOLQUE PARA CUATRO MODIFICACIONES DE FORMAS, SE HAN OBTENIDO LOS SIGUIENTES VALORES

• EN LAS FIGURAS 2 Y 3, RESPECTIVAMENTE, SE REPRESENTA LAS VARIACIÓN LINEAL DEL COEFICIENTE DE RESISTENCIA VISCOSA CV Y DE RESISTENCIA POR FORMACIÓN DE OLAS CW, EN FUNCIÓN DE LOS RESPECTIVOS COEFICIENTE DE MÉRITO CCA Y CCF.

• FIGURA 3 TAL Y COMO PUEDE VERSE EN ESTAS FIGURAS EL COEFICIENTE DE RESISTENCIA VISCOSA Y, POR TANTO EL FACTOR DE FORMA, AUMENTA AL AUMENTAR CCA, MIENTRAS QUE EL COEFICIENTE DE RESISTENCIA POR FORMACIÓN DE OLAS DECRECE AL AUMENTAR CCF. EN AMBOS CASOS LOS VALORES DE R2 SON MUY ELEVADOS, LO QUE INDICA UNA CLARA DEPENDENCIA ENTRE LA RESISTENCIA Y LOS COEFICIENTES DE MÉRITO

ESTIMACIÓN DE LA RESISTENCIA DEREMOLQUE SIN APÉNDICES

• LOS ENSAYOS DE REMOLQUE DE LOS BUQUES BASE SE CALCULAN TENIENDO EN CUENTA LA ESCALA A LA QUE SE CONSTRUYERON LOS MODELOS Y LA DE SU CORRESPONDIENTE TRANSFORMACIÓN

• DE ESTA FORMA PARA UNA CIERTA GAMA DE VELOCIDADES SE TIENEN LOS VALORES DE CW, PREDICHOS PARA EL BUQUE PROYECTO, EN FUNCIÓN DE CADA UNO DE LOS BUQUES BASE.

• Y DEL MISMO MODO LOS CORRESPONDIENTES VALORES DEL FACTOR DE FORMA 1 + K

• LOS VALORES DEFINITIVOS DE CW Y DE 1 + K PARA EL BUQUE PROYECTO, SE OBTIENEN PONDERANDO LOS VALORES DE LAS TABLAS ANTERIORES MEDIANTE LOS COEFICIENTES DE SIMILITUD DE CADA UNO DE LOS BUQUES BASE.

• SE OBTIENE ASÍ LA PREDICCIÓN DE LA RESISTENCIA DE REMOLQUE SIN APÉNDICES PARA EL BUQUE PROYECTO:

donde CFS y ΔCF son, respectivamente, los coeficientes de fricción y de corrección por rugosidad propuestos por la ITTC, es la densidad del agua del mar a 15ºC y SSAP es la superficie mojada de la carena proyecto sin apéndices.

INCREMENTO DE LA RESISTENCIA INDUCIDA POR DISTINTAS CONFIGURACIONES DE APÉNDICES

• EN LA FIGURA 4 SE MUESTRA LA APROXIMACIÓN CONSEGUIDA AL PREDECIR EL INCREMENTO DE RESISTENCIA DE UNA CIERTA CONFIGURACIÓN DE APÉNDICES EN UN RO-RO

PREDICCIÓN POTENCIA-VELOCIDAD• SI NO SE CONOCEN LAS CARACTERÍSTICAS DEL EQUIPO PROPULSOR SE PUEDE REALIZAR UNA

PREDICCIÓN DE LA POTENCIA PROPULSIVA ESTIMANDO UN COEFICIENTE PROPULSIVO

• ND MEDIANTE UNA DE LAS MUCHAS FÓRMULAS QUE EXISTEN EN LAS PUBLICACIONES [12],

PERO EN TODAS ELLAS SE PRECISA CONOCER EL VALOR DE LAS RPM DEL PROPULSOR POR LO

QUE O BIEN SE ESTIMAN ESTAS O COMO APROXIMACIÓN SE TOMARÁ UN NDCOMPRENDIDO ENTRE 0.6 Y 0.7.

• DADO QUE LA HÉLICE PROYECTADA CORRESPONDE A UNA SERIE SISTEMÁTICA SE CONOCE SU PROPULSOR AISLADO Y COMO DE LA PREDICCIÓN DE LA POTENCIA DE REMOLQUE SE CONOCEN LOS VALORES DE CTS, SE PUEDEN ESTIMAR LOS VALORES DE BHP Y RPM PARA DISTINTAS VELOCIDADES. PARA ELLO SE TIENE EN CUENTA QUE:

• DONDE TODO ES CONOCIDO EXCEPTO LAS REVOLUCIONES N DE LA HÉLICE, SE PUEDEN DETERMINAR LOS VALORES DE ÉSTAS PARA CADA UNA DE LAS VELOCIDADES DE LA PREDICCIÓN. CON LOS VALORES DE J YA DETERMINADOS SE PUEDEN OBTENER LOS CORRESPONDIENTES DE KT Y DE KQ Y POR TANTO LOS DEL EMPUJE T, QUE NOS PERMITIRÁN COMPROBAR LA ESTIMACIÓN DEL COEFICIENTE DE SUCCIÓN Y LOS VALORES DEL PAR Q, ABSORBIDO POR LA HÉLICE Y, EN CONSECUENCIA, LOS DE PD Y BHP, SIN MÁS QUE APLICAR UN RENDIMIENTO MECÁNICO

Todo este proceso se realizará de forma iterativa hasta que el valor de la velocidad V, introducido como dato en el proyecto de la hélice, coincida con el de la predicción obtenida en el resultado final

GENERACIÓN DE FORMAS

• TRANSFORMAR LAS FORMAS DEL BUQUE BASE A LAS DIMENSIONES DEL BUQUE PROYECTO.

• EL CRITERIO SOBRE CUAL DE ESTAS DOS TRANSFORMACIONES ES LA MÁS CONVENIENTE VENDRÁ DADO POR EL COEFICIENTE DE MÉRITO DE LA FLOTACIÓN, CCF

CONCLUSIONES

• SE DISPONE DE UN PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR LA PREDICCIÓN POTENCIA –VELOCIDAD DE UN BUQUE, QUE COMO NOVEDAD PRESENTA LA POSIBILIDAD DE:

• INTRODUCIR UNOS FACTORES DE MÉRITO CCA Y CCF QUE PERMITEN EVALUAR LA INFLUENCIA DE LA DIFERENCIA DE FORMAS ENTRE UN BUQUE BASE Y EL BUQUE PROYECTO.

• ESTUDIAR EL INCREMENTO DE RESISTENCIA QUE IMPLICARÍAN DISTINTAS CONFIGURACIONES DE APÉNDICES, DETERMINANDO ASÍ LA CONFIGURACIÓN ÓPTIMA EN CUANTO A RESISTENCIA AL AVANCE SE REFIERE.