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  • 7/23/2019 Dinmica Informe 4ta Nestor

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    UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA MECNICA

    ANLISIS DE CRITERIO DE FRECUENCIA DE EMERCIN

    DEL DOMO SONAR EN UNA FRAGATA

    ALUMNO Gmez Rojas Nestor Juan de Dios

    CDIGO 20102085J

    PROFESOR De la Torre Cortez Dennys Dunker

    CURSO Dinmia del !u"ue

    (05/12/2013)

    1 RESUMEN

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    El estudio del comportamiento y rendimiento marinero presenta antecedentes

    de cerca de un siglo, los fundamentos de las teoras estudiadas se basan en

    investigaciones de diversas instituciones, universidades y escuelas

    especializadas en el mbito naval tal y como MARIN (!, "#N$R"%, I##%,

    etc&

    El estudio del 'seaeeping) realizado en esta monografa universitaria se

    delimita *nicamente al criterio N+- del ndice de rendimiento marinero

    estudiado en el libro '.rinciples of Naval Arc/itecture 0ol& III Motions in 1aves

    and %ontrollbility) ' (2!)& $e /ar uso del soft3are computacional $eaeeper

    (Ma4$urf! para el desarrollo de la presente monografa, evalundose los

    criterios se5alados para determinar el ndice de rendimiento marinero de la

    embarcaci6n, referido al criterio N+ - de la tabla - del libro mencionado (2!&

    $e observa a su vez las grficas de RA7 en el sonar y los diagramas polares

    correspondientes al criterio marinero se5alado y se establecen conclusiones

    referentes al estudio computacional y te6rico realizado&

    NDICE RE$8MEN999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999992

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    2 MAR%7 "E RE:EREN%IA9999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999;

    2& AN#E%E"EN#E$99999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999;

    2&2 MAR%7 %7N%E.#8A :8N%I?N "E

    #RAN$:EREN%IA9999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999=2&2&2 %RI#ERI7 @7ERNAN#E999999999999999999999999999999999999999999999999999999999

    2&2&B "IA@RAMA .7

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    El estudio del comportamiento y rendimiento marinero de las embarcaciones se

    /a venido realizando por una serie de instituciones cientficas interesadas en

    estos aspectos, en -;F el instituto MARIN construy6 el canal de 'seaeeping),

    este fue uno de los primeros canales con la capacidad de generar sus propias

    olas de direcci6n arbitraria respecto del desplazamiento del modelo& A raz de

    estas investigaciones se logr6 el desarrollo de diversos dispositivos de control

    del posicionamiento marino&

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    2.1 ANTECEDENTES

    El dise5o de una embarcaci6n conlleva un estudio de gran magnitud, por lo Kue

    no basta con el dise5o de un casco, sino tambiLn con la respuesta Kue muestra

    este baJo diferentes caractersticas del medio en el Kue navega&

    "entro de los estudios realizados tenemos las investigaciones del instituto

    MARIN, cuyos aportes /an permitido el desarrollo de diversos dispositivos de

    control de movimiento tales y como las aletas estabilizadoras y tanKues

    estabilizadores& El canal /idrodinmico de MARIN posee un generador de olas

    arbitrarias al desplazamiento del modelo, de manera Kue se pueden generar

    los diagramas polares Kue se elaboran en el presente informe con el uso del

    soft3are Ma4$urf ($eaeeper!& @racias a esto desarroll6 un sistema de

    evaluaci6n del rendimiento marinero de una embarcaci6n&

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    :igura "escripci6n general del procedimiento de evaluaci6n del desempe5o de

    comportamiento en la mar&

    8n diagrama ms completo se muestra a continuaci6n, de la publicaci6n

    '$EAHEE.IN@ .ER:7RMAN%E A$$E$$MEN# :7R A %7N#AINER$I. IN

    A $.E%I:I% $EA AREA (B!), donde /ace referencia a la aplicaci6n de los

    criterios del ndice marinero y los diagramas de dispersi6n de olas& Estos

    valores podrn ser obtenidos mediante el soft3are '$eaeeper)&

    5

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    :igura 2 "escripci6n general del procedimiento de evaluaci6n del desempe5o de

    comportamiento en la mar& (B!

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    2.2 MARCO CONCEPTUAL

    2.2.1 CURVAS DE RAO, ESPECTRO DE RESPUESTA Y FUNCIN DE

    TRANSFERENCIA

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    $in embargo cuando una embarcaci6n se encuentra en el mar, las curvas de

    RA7 no son del todo *tiles por s mismas, por lo Kue se recurre a los espectros

    de respuesta de una embarcaci6n& Estos espectros de respuesta vienen

    representados en los grados de libertad Kue posee una embarcaci6n& En la

    figura B se observa un espectro mar a diferentes estados de mar& (C!

    $eg*n los diagramas de fluJo de las figuras y 2, un paso anterior a la

    obtenci6n de los espectros de olas y de respuesta, se presenta una funci6n de

    transferencia (B!& Esta funci6n denota una curva de RA7 en funci6n de la

    relaci6n de la longitud de onda de la ola y la longitud de la embarcaci6n&

    :igura C :unci6n de transferencia (%urvas de RA7 en funci6n de la relaci6n de longitud de

    ola y eslora de la embarcaci6n!

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    2.2.2 CRITERIO GOBERNANTE

    Es aKuel criterio Kue al ser analizado no cumple con los valores referenciales

    para Kue se pueda llevar acabo la misi6n para la Kue se est destinando la

    embarcaci6n& El criterio gobernante se evaluar utilizando las tablas - y 2 del

    libro '.rinciples of Naval Arc/itecture 0ol& III Motions in 1aves and

    %ontrollability (2!)&

    2.2.3 DIAGRAMA POLAR DE VELOCIDADES

    Este diagrama es una representaci6n del ne4o e4istente entre las velocidades

    de la embarcaci6n con los ngulos de incidencia de las olas y el estado de mar

    de manera Kue se puede determinar baJo KuL condiciones la embarcaci6n no

    podra llevar a cabo su misi6n& "e encontrarse en esta situaci6n la

    embarcaci6n deber o cambiar de rumbo o disminuir la velocidad de avance

    para poder cumplir su cometido& $i la embarcaci6n reduce su velocidad antes

    de llegar al estado de mar para el Kue fue dise5ado, entonces se determina

    Kue esta no es marinera& (2!

    %ada embarcaci6n posee un diagrama polar diferente a*n siendo del mismo

    tipo y cumpliendo la misma misi6n&

    En la figura ; se presenta un eJemplo de un diagrama polar, se /an

    superpuesto dos diagramas polares de dos misiones diferentes& Entre las

    caractersticas de este diagrama tenemos las siguientes

    En sentido anti /orario, + corresponde al mar de popa, 'follo3ing seas)

    en el grfico, -+ corresponde al mar de estribor, =+ corresponde al

    mar de proa, '/ead seas) en la grfica y 2F+ corresponde al mar de

    babor&

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    :igura ; "iagrama polar de velocidades de las misiones de un destructor en estado de mar &

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    "e esta manera se clasifican las misiones de las embarcaciones en las tres

    siguientes

    #ransporte de puerto a puerto de bienes o personas sea por

    embarcaciones de trabaJo continuo o de itinerario fiJo& Misiones militares llevadas a cabo enteramente en la mar tal y como

    operaciones defensivas u ofensivas& #ambiLn de reabastecimiento& Misiones comerciales en la mar como pesca, perforaci6n petrolera o

    tendida de cables&

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    2.3 MARCO TERICO

    2.3.1 RESPUESTAS DERIVADAS (2)

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    | 1|=|1|+z |5|y |6|

    "onde

    Pnson los RA7 de los movimientos en los eJes '4), 'y) y 'z)& Qnson los RA7 de los B primero grados de libertad (surge, s3ay y

    /eave!&

    Movimientos relativos

    | 3|=|3|+ y |4|x |5|ek x

    | 2|=|2|+ x |6|z |4|ek x

    | 1|=|1|+z |5|y |6|ek x

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    "onde 'n) toma los valores de , 2 y C&

    2.3.2 EVALUACIN DE COMPORTAMIENTO DEL BUQUE EN LA MAR

    $t& "enis (-F! estableci6 el concepto de 'operatividad medio ambiental),

    mediante este tLrmino estableca los parmetros Kue afectan el

    comportamiento de un buKue en la mar& Entre estos tenemos la misi6n a la Kue

    la embarcaci6n fue destinada, el ambiente en el Kue se desarrolla esta misi6n

    (estado de mar! las respuestas de dic/a embarcaci6n ante la velocidad y los

    ngulos de incidencia de las olas y los criterios de rendimiento marinero& (2!

    .ara la evaluaci6n del comportamiento de un buKue en la mar se /ace uso de

    las curvas de RA7 y los espectros de respuesta de los determinados puntos a

    evaluar&

    2.3.3 NDICE DE RENDIMIENTO MARINERO

    E4isten dos valores medibles Kue determinan el comportamiento de un buKue

    en la mar, son llamados 'ndices de rendimiento marinero)& El primero es

    llamado $.I9 y el segundo $.I92&

    El $.I9 es definido como la efectividad de la misi6n& 0iene dado como la

    relaci6n entre los tiempos Kue le toma a una embarcaci6n realizar una

    determinada misi6n en ciertas condiciones, respecto de un mar calmo&

    El $.I92 es definido como un ndice de tiempo de trnsito& Este ndice es

    aplicado especficamente a las embarcaciones Kue realizan misiones entre

    puertos, tambiLn relaciona los tiempos de las misiones respectos del desarrollo

    en condiciones calmas& (2!

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    embarcaci6n es marinera, de lo contrario, si esta velocidad se reduce de forma

    voluntaria, antes de llegar al estado de mar para cumplir la misi6n, se dice Kue

    la embarcaci6n no es marinera&

    En la figura F se observa la manera en Kue se afecta la velocidad conforme

    aumenta el estado de mar y la causa de la disminuci6n de la velocidad de la

    embarcaci6n& (2!

    :igura F Reducci6n de la velocidad de forma voluntaria e involuntaria&

    .ara determinar el ndice de rendimiento marinero de una embarcaci6n se /ar

    uso del diagrama polar para obtener el 7I (ndice de operatividad! mediante la

    siguiente formulaci6n

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    !"=#

    $

    p i pv pu

    "onde

    pi Es la probabilidad de operatividad local& pv Es la probabilidad de velocidad& p Es la probabilidad de ngulo de incidencia de las olas de mar&

    Mediante estos B valores obtenidos estadsticamente& $e muestra un eJemplo

    de estos valores en las figuras 2 y B del libro '.rinciples of Naval

    Arc/itecture 0ol& III Motions in 1aves and %ontrollability (2!)&

    "espuLs de obtener este valor se adicionar a la tabla de 7I como se muestra

    en la tabla 2 del mismo libro&

    :inalmente, mediante la siguiente formulaci6n se obtendr el ndice de

    rendimiento marinero

    S%""= t&das las unci&nes

    t&daslasunci&nes

    !" pS "R

    "onde

    7I ndice de operatividad& ps .robabilidad de estado de mar&

    IR Importancia relativa de las misiones&

    $e formar una segunda tabla en donde se ubicar el 7I, la probabilidad de la

    frecuencia estimada de las olas y la importancia relativa de las misiones como

    se muestra en la tabla 22 del mismo libro&

    2.3.4 CRITERIO A EVALUAR

    16

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    7bservando al tabla - del libro '.rinciples of Naval Arc/itecture 0ol& III Motions

    in 1aves and %ontrollbility), se pueden e4traer las misiones especificadas para

    la embarcaci6n utilizada en este libro& .ara esta monografa se /ar uso de del

    criterio N+- ':recuencia de emersi6n del domo sonar)&

    El sonar o s6nar (del inglLs $7NAR, acr6nimo de $ound Navigation And

    Ranging, navegaci6n por sonido! es una tLcnica Kue usa la propagaci6n

    del sonidobaJo el agua (principalmente! para navegar, comunicarse o detectar

    obJetos sumergidos&

    El sonar puede usarse como medio de localizaci6n ac*stica, funcionando de

    forma similar al radar, con la diferencia de Kue en lugar de emitir se5ales

    de radioelectr6nica se emplean impulsos sonoros& "e /ec/o, la localizaci6n

    ac*stica se us6 en aire antes Kue el @.$, siendo a*n de aplicaci6n

    el $7"AR(la e4ploraci6n vertical aLrea con sonar! para la investigaci6n

    atmosfLrica&

    El tLrmino SsonarT se usa tambiLn para aludir al eKuipo empleado para

    generar y recibir el sonido de carcter infrasonoro&

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    realizar el reconocimiento de la zona a estudiar se debe mantener el sonar

    sumergido durante todo este tiempo, de realizarse el reconocimiento de zonas

    localizadas a mayor distancia de millas el domo sonar deber encontrarse

    sumergido ms tiempo (2!&

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    3 METODOLOGA

    .ara el desarrollo del informe se /ar uso del soft3are computacional

    $eaeeper (Ma4$urf!, se establecer a continuaci6n los pasos Kue son

    reKueridos para determinar el ndice de rendimiento marinero de la

    embarcaci6n Kue se escoger&

    3.1.1 SELECCIN DEL MODELO

    A continuaci6n se muestran las caractersticas de la embarcaci6n Kue se

    escogi6&

    $e modific6 el modelo base de una fragata de la librera de Ma4$urf para

    agregarle el domo sonar en el fondo de proa como bulbo&

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    3.1.2 ESTABLECIMIENTO DE PARMETROS EN SEA5EEPER

    .ara iniciar el estudio en el soft3are, se importa el modelo modificado&

    :igura = :ragata con bulbo

    :igura - ulbo de la fragata

    8bicaci6n del domo sonar para el anlisis&

    :igura %oordenadas del bulbo para analizar

    $e ingresan los valores de las velocidades de dos a 2 nudos con variaciones

    de 2 nudos&

    &

    :igura 0elocidades

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    $e ingresan los valores de los ngulos de incidencia de las olas&

    :igura 2 Gngulos de incidencia

    $e ingresan los estados de mar a los Kue se calcular el ndice rendimiento

    marinero&

    :igura B MLtodo de retsc/ineider de parVmetro y estados de mar

    3.1.3 DATOS DE SEA5EEPING

    8na vez colocados los datos y /abiLndose desarrollado el anlisis de

    seaeeping, se procede a se5alar los diagramas polares de velocidad a cada

    estado de mar para cada criterio&

    $eg*n el criterio observado en la tabla ya mencionada, el lmite para este

    criterio viene a ser de 2 oscilaciones por /ora& Entonces, aplicando la

    formulaci6n e4plicada en el punto B&B&C del presente informe, se pueden

    obtener los lmites de velocidad y ngulos de incidencia para cada estado de

    mar&

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    3.1.3.1 ESTADO DE MAR 4 (ALTURA SIGNIFICATIVA PROMEDIO 1.85 M)

    :igura C "iagrama polar de velocidades en estado de mar C (RM$ Rel& 0ert& Motion!

    $ea la frecuencia de 2 oscilaciones en una /ora y el periodo de cala ciclo

    (#z! igual a C&=C segundos, se obtiene Kue la emersi6n del domo sonar ocurre

    2 veces cada FCB&=; ciclos& "e esto se obtiene Kue su probabilidad de

    emersi6n sea de &BBC&

    %ds=e

    '2

    2m0=0.161334

    Entonces mW 2&CF&

    R(S=m0=1.57058m

    22

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    #omando el valor ms cercano antes de llegar al lmite en el diagrama polar, se

    procede a se5alar el lmite&

    :igura ; "iagrama polar de velocidades en estado de mar C (RM$ Rel& 0ert& Motion! con el

    lmite de velocidad y ngulos de incidencia de olas&

    Entonces, el rea superior a la lnea lmite roJa viene a ser las condiciones a

    este estado de mar en Kue la embarcaci6n no puede cumplir su misi6n&

    $e repetir este mismo proceso en los estados de mar ; y &

    23

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    3.1.3.2 ESTADO DE MAR 5 (ALTURA SIGNIFICATIVA PROMEDIO 3.25 m)

    :igura "iagrama polar de velocidades en estado de mar ; (RM$ Rel& 0ert& Motion!

    24

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    :igura F "iagrama polar de velocidades en estado de mar ; (RM$ Rel& 0ert& Motion! con el

    lmite de velocidad y ngulos de incidencia de olas&

    En este caso el rea fuera del lmite de la lnea roJa corresponde a la zona donde la

    embarcaci6n no podr realizar la misi6n&

    25

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    3.1.3.3 ESTADO DE MAR 6 (ALTURA SIGNIFICATIVA PROMEDIO 5 m)

    :igura = "iagrama polar de velocidades en estado de mar ; (RM$ Rel& 0ert& Motion!

    26

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    :igura - "iagrama polar de velocidades en estado de mar ; (RM$ Rel& 0ert& Motion! con ellmite de velocidad y ngulos de incidencia de olas&

    $e observa Kue el rea con las caractersticas de velocidad y ngulos de

    incidencia de olas va reduciLndose y se conserva la simetra en el eJe y&

    27

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    4 ANLISIS Y RESULTADOS

    "e los diagramas polares presentados anteriormente se determinarn las

    probabilidades locales& .ara realizar este clculo se pasaran las coordenadas de las

    curvas al soft3are A8#7%A" de modo Kue el clculo de las reas sea ms sencillo y

    e4acto&

    4.1 INDICE DE OPERATIVIDAD

    4.1.1 PROBABILIDAD DE OPERATIVIDAD LOCAL

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    :igura 2 .robabilidades de velocidad y de ngulos de incidencia&

    %on lo mencionado se puede entonces calcular los ndices de operatividad

    para cada estado de mar&

    29

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    4.1.3 ESTADO DE MAR 4

    :igura 2 %A" del diagrama polar de movimiento vertical relativo del domo sonar en estado

    de mar C&

    #abla 2 #abla de ndice de operatividad en estado de mar C

    | 0.3 0.5 0.2

    ngulos

    15-20

    nudos

    20-25

    nudos

    25-

    30

    nudo

    spi pu pi*p

    u

    pi pu pi*pu pi pu

    pi*pu345-15

    1 0.25 0.25 1 0.0833 0.083

    3

    1 0.08

    33 0.0833

    15-45 1 0.1 0.1 1 0.0833 0.0833

    1 0.08

    33 0.0833

    345-315

    1 0.1 0.1 1 0.0833 0.083

    3

    1 0.08

    33 0.0833

    45-75 1 0.025 0.025

    1 0.0833 0.083

    3

    1 0.08

    33 0.0833

    315-

    285

    1 0.025 0.02

    5

    1 0.0833 0.083

    3

    1 0.08

    33

    0.0833

    75- 0 0 0 1 0.0833 0.083 1 0.08 0.0833

    30

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    105 3 33285-255

    0 0 0 1 0.0833 0.083

    3

    1 0.08

    33 0.0833

    105-135

    1 0.025 0.02

    5

    1 0.0833 0.083

    3

    0.97

    71

    0.08

    33 0.0814

    255-225

    1 0.025 0.025

    1 0.0833 0.0833

    0.9771

    0.0833

    0.0814

    135-165

    1 0.1 0.1 0.880

    4

    0.0833 0.073

    3

    0.17

    8

    0.08

    33 0.0148

    225-195

    1 0.1 0.1 0.880

    4

    0.0833 0.073

    3

    0.17

    8

    0.08

    33 0.0148

    165-195

    1 0.25 0.25 0.899

    1

    0.0833 0.074

    9

    0.00

    2

    0.08

    33

    0.0001

    40.3 0.485

    6

    0.155 0.9408

    34.1.4 ESTADO DE MAR /

    :igura 22 %A" del diagrama polar de movimiento vertical relativo del domo sonar en estado

    de mar ;&

    #abla B #abla de ndice de operatividad en estado de mar C

    pv 0.3 0.5 0.2

    ngulos

    15-20nudos

    20-25nudos

    25-30nudos

    31

  • 7/23/2019 Dinmica Informe 4ta Nestor

    33/38

    pi pu pi*pu pi pu pi*pu pi pu pi*pu

    345-15

    0 0.25 0 0 0.0833 0 0 0.0833 0

    15-45 0 0.1 0 0 0.0833 0 0 0.0833 0345-

    315

    0 0.1 0 0 0.0833 0 0 0.0833 0

    45-75 0.057

    0.025 0.0014 0.079

    1

    0.0833 0.006

    6

    0.008

    8

    0.0833 0.000

    73315-285

    0.05

    7

    0.025 0.0014 0.079

    1

    0.0833 0.006

    6

    0.008

    8

    0.0833 0.000

    7375-105

    1 0 0 1 0.0833 0.083

    3

    0.807 0.0833 0.067

    22285-255

    1 0 0 1 0.0833 0.083

    3

    0.807 0.0833 0.067

    23105-135

    1 0.025 0.025 0.943

    7

    0.0833 0.079 0.203

    7

    0.0833 0.017

    5255-225

    1 0.025 0.025 0.943

    7

    0.0833 0.079 0.203

    7

    0.0833 0.017

    5135-165

    0.17

    1

    0.1 0.0171 0.016

    7

    0.0833 0.001

    4

    0 0.0833 0

    225-195

    0.17

    1

    0.1 0.0171 0.016

    7

    0.0833 0.001

    4

    0 0.0833 0

    165-195

    0 0.25 0 0 0.0833 0 0 0.0833 0

    0.0261

    15

    0.17 0.034

    7

    0.23

    1

    4.1./ ESTADO DE MAR 6

    32

  • 7/23/2019 Dinmica Informe 4ta Nestor

    34/38

    :igura 2B %A" del diagrama polar de movimiento vertical relativo del domo sonar en estado

    de mar ;&

    #abla B #abla de ndice de operatividad en estado de mar C

    pv 0.3 0.5 0.2ngul

    os15-20

    nudos

    20-25

    nudos

    25-30

    nudospi pu pi*pu pi pu pi*pu pi pu pi*pu

    345-15

    0 0.25 0 0 0.0833 0 0 0.0833 0

    15-45 0 0.1 0 0 0.0833 0 0 0.0833 0345-

    315

    0 0.1 0 0 0.0833 0 0 0.0833 0

    45-75 0 0.025 0 0 0.0833 0 0 0.0833 0315-285

    0 0.025 0 0 0.0833 0 0 0.0833 0

    75-105

    1 0 0 1 0.0833 0.083

    3

    0.807

    1

    0.0833 0.067

    2285-255

    1 0 0 1 0.0833 0.083

    3

    0.807

    1

    0.0833 0.067

    2105-135

    1 0.025 0.025 0.94 0.0833 0.078

    6

    0.203

    65

    0.0833 0.016

    97255-

    225

    1 0.025 0.025 0.94 0.0833 0.078

    6

    0.203

    65

    0.0833 0.016

    97135- 0.251 0.1 0.025 0.03 0.0833 0.003 0 0.0833 0

    33

  • 7/23/2019 Dinmica Informe 4ta Nestor

    35/38

    165 4 7 1225-195

    0.251

    4

    0.1 0.025 0.03

    7

    0.0833 0.003

    1

    0 0.0833 0

    165-195

    0 0.25 0 0 0.0833 0 0 0.0833 0

    0.0301

    0.165 0.03368

    0.2288

    4.2 PROBABILIDAD DE ESTADO DE MAR

  • 7/23/2019 Dinmica Informe 4ta Nestor

    36/38

    #abla C .robabilidades de estados de mar del atlntico norte&

  • 7/23/2019 Dinmica Informe 4ta Nestor

    37/38

    4.3 IMPORTANCIA RELATIVA DE LA MISIN

  • 7/23/2019 Dinmica Informe 4ta Nestor

    38/38

    1. MAR!.Marine Nesearch Institute Netherlands. !n "#nea$ 2013. %itadoe"& 19 de no'ember de 2013.$ (ttp&)).marin.n").

    2. "!AM#.+o". III ,otion in a'e and %ontro""abi"it/. Principles of NavalArchitecture. 1989.

    3. SEAKEEPING PERFORMANCE ASSESSMEN FOR A CONAINER S!IP IN A

    ESPECIFIC SEA AREA. $a%men 'aspa%otti( )iliana Rusu.ni'ersit/ oa"ati & ,e(ania" estin and ianosis +o". I. ISS 2247 9635.

    4. E"ect of criteria on sea#eepin$ perfor%ance assess%ent. *a+i%"a%io,( #/%u !a%li.Oean !nineerin Istanbu" ur:e/ & !;S!+I!. !n "#nea$ 13 de no'iembre de 2013. %itado e"&23 de no'iembre de 2013.$ (ttp&))es.i:ipedia.or)i:i)Sonar.

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