Estudio de formas y potencia de un buque




ESTUDIO DE FORMAS Y POTENCIA DE UN BUQUE
















Proyectos del Buque y Artefactos Navales
Facultad de Náutica de Barcelona, UPC
Barcelona, Octubre 2013

El presente proyecto estudia el sistema propulsivo de un buque cuyo propósito es el transporte de productos químicos. Este sistema se divide en la elección tanto de la hélice como del motor. Para ello, sesigue un procedimiento no lineal, es decir, que no se podrán establecer los parámetros de estos elementos hasta que todos cumplan con las condiciones necesarias de propulsión. Así, primero se harán los cálculos con una hélice que se acerque a los parámetros que interesan y una vez elegido el motor para dicha hélice, se estudiará que se cumplen las condiciones, siendo así muy probable la posibilidad derectificar el número de palas, la relación paso diámetro, etc.
El buque a estudiar, será el mismo con el que se trabajó en el proyecto pasado, en el que se fijaron las dimensiones y los coeficientes de éste. Por lo tanto, una vez se obtengan las formas del casco, ya se podrá proceder a la elección del sistema propulsivo.

ÍNDICE




DERIVACIÓN DE LAS FORMAS DEL BUQUE

El buque conobjeto de estudio es el mismo con que ya se trabajó anteriormente, en el cual dimensiones y los coeficientes ya fueron fijados. Para trabajar este buque, primero se diseñarán las formas del casco.
A partir de un modelo del programa de diseño Maxsurf, se han derivado dichas formas del buque mediante transformación paramétrica. A continuación se muestran las especificaciones básicas con las que ya separtían:

ESPECIFICACIONES BÁSICAS DEL BUQUE
Tipo de buque
Transporte Productos Químicos
Espacios de carga
6000
m3
Peso Muerto a plena carga
5300
ton
Velocidad a plena carga
15
kn
Densidad máxima de la carga
1000
kg/m3
Autonomía
10000 millas a 14kn
Volumen bajo cubierta pp
7200
m3
L
104,16
m
B
16,9
m
T
6,4
m
D
8,2
m
∆
8260,2
ton
Cb
0,714
 
Cm
0,987
 
Cp0,723
 
Xcc
3,03352
%

Tabla - Especificaciones básicas

En las siguientes imágenes se observan las cuatro perspectivas de las curvas finales del casco.


Figura - Perspectivas del buque




CURVA DE RESISTENCIA AL AVANCE

Se ha analizado la resistencia que sufre el casco al aumentar la velocidad, viendo esta relación reflejada en la curva de resistencia al avance. Para ellose ha estudiado el comportamiento que tiene el buque para diferentes valores de número de Froude.


Figura - Gráfica Resistencia al avance según número de Froude

Esta gráfica muestra el crecimiento exponencial de la resistencia al avance a medida que el número de Froude va aumentando. Esto supone que el buque necesitará aumentar exponencialmente la potencia para conseguir un aumento develocidad lineal.
El buque diseño tiene la función de transportar productos químicos, por lo que no es de interés que navegue a velocidades altas. Por esto, se ha estudiado su velocidad a 15 kn, es decir un número de Froude de 0,24.



SELECCIÓN DE LA HÉLICE

Para la selección de la hélice se ha hecho uso de la serie B. El objetivo a tener en cuenta a la hora de elegir una hélice óptima para elbuque, es obtener el máximo rendimiento en aguas libres para un empuje (T) dado. El motor propulsor tiene que ofrecer un empuje determinado para desplazar el barco a una velocidad deseada.
Se ha procedido de la siguiente manera:
1. Se ha fijado un número de palas de la hélice y el diámetro de ésta en función del espacio máximo disponible en el codaste del buque.
Para fijar estos parámetros seha tenido en cuenta los siguientes aspectos:
A mayor diámetro, mayor rendimiento de la hélice. Puede estimarse a partir de la siguiente fórmula: D = 15.75 · MCR0.2 / n0.6
El número de palas no debe ser múltiplo del número de cilindros, para evitar el posible fenómeno de resonancia.

Figura - Espacio de la hélice en el codaste del buque
Además, también se ha fijado otro...