Estudio y Diseño de una Embarcación de Recreo · i Resumen La razón del presente proyecto reside...
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EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
TrabajoFinaldeGrado
FacultaddeNáuticadeBarcelonaUniversidadPolitécnicadeCataluña
Trabajorealizadopor:MariaMagdalenaRebassaCrespí
Dirigidopor:
Marcel·laCastellsiSanabra
GradoenSistemayTecnologíaNaval
Barcelona,Marzode2016
DepartamentodeCienciaeIngenieriaNáutica
i
Resumen
Larazóndelpresenteproyectoresideenlaaplicacióndelosconocimientosadquiridosdurante
elgrado,asícomo,comprenderyaplicarlametodologíapropiaparaeldiseñodeunaembarcación.
Elprincipalrequisitodeldiseñodeunaembarcaciónderecreoesconseguirunejemplarcapazdecubrir
todaslasnecesidadesdelosfuturosusuarios.Elanálisissecentraráenofrecerunmodeloacordealos
estándaresdemercadoperointentandoabastecerlascarenciasdelasembarcacionesyaexistentes.
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
ii
Abstract
Thereasonbehindmycurrentresearchliesintheapplicationoftheknowledgeacquiredduring
mybachelordegree,aswellas,tounderstandandapplythemethodologyforthedesignofaboat.
Themainoutcomeistobeabletoobtainamodelthatwillcoveralltheneedsoffutureusers.The
analysiswillfocusonprovidingamodelaccordingtothemarketstandarsbutwhilealsotryingtosupply
thedeficienciesofthecurrentboat.
iii
Índice
Resumen
Abstract
Índice
ListadeFiguras
ListadeTablas
1. INTRODUCCIÓN
1.1 OBJETIVO
1.2 METODOLOGÍADEDISEÑO
2. CONSIDERACIONESPRELIMINARES
3. GEOMETRÍADELCASCO
3.1 DIMENSIONAMIENTO
3.1.1 Basededatos
3.1.2 Relacionesentredimensiones
3.1.3 Resultados
3.2 DISEÑODEFORMAS
3.2.1 Estudiodeformasparaunaembarcacióndesemi-planeo
3.2.2 Generacióndeformas
3.2.3 Resultados
4. CÁLCULODELSISTEMAPROPULSIVO
4.1 DEFINICIÓNDELSISTEMAPROPULSIVO
4.1.1 Estudiodemotoresintrabordavsmotoresfueraborda
4.2 DETERMINACIÓNDELARESISTENCIAALAVANCEYLAPOTENCIAREQUERIDA
4.2.1 MétododeSavistky
4.2.2 Hullspeed
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
iv
4.2.3 Resultados
4.3 ELECCIÓNDELMOTORPRINCIPAL
5. DISPOSICIÓNGENERAL
5.1 DISTRIBUCIÓNDEESPACIOS
5.2 DEFINICIÓNDEESPACIOS
6. MATERIALESYPROCESOSDEFABRICACIÓN
6.1 RESINAS
6.2 ROCESOSDELAMINADO
6.3 RECUBRIMIENTOS
6.4 MATERIALESDEREFUERZO
6.5 ESTRUCTURASÁNDWICH
6.6 EVALUACIÓN
7. DISPOSICIÓNESTRUCTURAL
7.1 ÁMBITODEAPLICACIÓN
7.2 PANELES
7.2.1 Panelesdefondo
7.2.2 Panelesdecostado
7.2.3 Panelesdecubierta
7.3 ESPEJODEPOPA
7.4 REFUERZOSLOCALES
7.4.1 Quilla
7.4.2 Roda
7.4.3 Codillos
7.5 REFUERZOS
7.5.1 Mamparodecolisión
7.5.2 Sombrerodecopa
7.6 SECUENCIASDELAMINADO
7.6.1 Secuenciadelaminadodecostado
7.6.2 Secuenciadelaminadodefondo
7.6.3 Secuenciadelaminadodecubierta
7.6.4 Secuenciadelaminadodelespejodepopa
v
7.6.5 Secuenciadelaminadodelosrefuerzos
8. EVALUACIÓNDEPESOS
8.1 EVALUACIÓNDELAESTRUCTURA
8.1.1 Evaluacióndelcasco
8.1.2 Evaluacióndelacubierta
8.1.3 Evaluacióndelosrefuerzos
8.2 EVALUACIÓNDEEQUIPOSYSISTEMAS
8.3 RESULTADOS
9. EVALUACIÓNHIDROSTÁTICA
9.1 CONDICIÓNDEDESPLAZAMIENTOENROSCA
9.2 CONDICIÓNDEMÁXIMACARGA
10. ESTUDIODEESTABILIDADYFLOTABILIDAD
10.1 ENSAYODECOMPENSACIÓNDECARGAS
10.1.1 Ensayodecompensacióndecargasencondiciónderosca
10.1.2 Ensayodecompensacióndecargasencondicióndemáximacarga
11. CONCLUSIONES
12. BIBLIOGRAFÍA
13. ANEXOS
13.1 ANEXOI.BASEDEDATOS
13.2 ANEXOII.MÉTODODESAVISTKY
13.3 ANEXOIII.PLANODEFORMAS
13.4 ANEXOIV.PLANODISPOSICIÓNGENERAL
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
vi
ListadeFiguras
Figura1.Excel;GráficoEslora-Manga
Figura2.Excel;GráficoEslora-Calado
Figura3.Excel;GráficoEslora-Desplazamiento
Figura4.Excel;GráficoEslora-Potencia
Figura5.Fuerzasejercidassobreunaplacaplana.PrinciplesofYachtDesign;L.Larsson&R.EEliasson
Figura6.FuerzasejercidassobreuncascoenV.PrinciplesofYachtDesign;L.Larsson&R.EEliasson
Figura7.Esquemasdeembarcacionesconcodillospronunciados.FormasdeCascosdeEmbarcaciones
Rápidas;JoseMªGonzálezAlvares-Campana
Figura8.Rhinoceos;Vistasmodelodefinitivo
Figura9.Rhinoceros;Planodeformas
Figura10.Hullspeed;GráficoTrimado–Velocidad
Figura11.Hullspeed;Tabladeresultados
Figura12.Excel;GráficoResistencia–Velocidad,Pre-planing
Figura13.Excel;GráficoResistencia–Velocidad,Planning
Figura14.Excel;GráficoPotencia–Velocidad
Figura15.Excel;Tabladeresultados,MétodoSavitsky
Figura16.Excel;GráficaPotencia-Velocidad,MétodoSavitsky
Figura17.Motorprincipal,modeloSuzukiMarineDF225;www.suzukimarine.com
Figura18.EspecificacionesprincipalesdelmotorSuzukiMarineDF225
Figura19.Planodisposicióngeneral
Figura20.Laminaciónmanual.Materialescompuestos.Procesosdefabricación.BESENDJAKA.Ed.UPC;
Barcelona2005
Figura21.Secuenciade laminado.Materialescompuestos.Procesosde fabricación.BESENDJAKA.Ed.
UPC;Barcelona2005
vii
Figura22.Comparaciónestructuramonolítica–estructurasándwich.Materialescompuestos.Procesos
defabricación.BESENDJAKA.Ed.UPC;Barcelona2005
Figura 23. Elementos de la estructura sándwich. Materiales compuestos. Procesos de fabricación.
BESENDJAKA.Ed.UPC;Barcelona2005
Figura24.Distribucióndelospanelesdefondo
Figura25Distribucióndelospanelesdecostado
Figura26.Gráficabrazoadrizanteencondiciónderosca
Figura27.Gráficabrazoadrizanteencondicióndemáximacarga
Figura 28. Sistema de fuerzas que actúa sobre una embarcación planeadora. Proyecto del buque y
artefactosnavales.GradoenIngenieríaenSistemasyTecnologíaNaval.JulioGarcíaEspinosa
Figura29.Relaciónincrementodelarelacióneslora-mangamojada,trimado,ángulodeastillamuerta.
PrinciplesofYachtDesign;L.Larsson&R.EEliasson
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
viii
ListadeTablas
Tabla1.Dimensionesprincipalesinicialesdelmodelo
Tabla2.Especificacionesfinalesdelmodelo
Tabla3.Dimensionesdelospanelesdefondo
Tabla4.Resultadosdelospanelesdefondo
Tabla5.Dimensionesdelospanelesdecostado
Tabla6.Resultadosdelospanelesdecostado
Tabla7.Dimensionesdelpaneldereferenciadecubierta
Tabla8.Resultadosdelospanelesdecubierta
Tabla9.Configuraciónresultantedelospanelesdecubierta
Tabla10.Configuraciónresultantedelespejodepopa
Tabla11.Espesoresdelmamparodecolisión
Tabla12.Resultadosdeldimensionamientodelosrefuerzos
Tabla13.Resultadosfinalesdelosrefuerzos
Tabla14.Secuenciadelaminadodecostado
Tabla15.Secuenciaadicionaldellaminadodefondo
Tabla16.Secuenciadelaminadodecubiertaparacadapiel
Tabla17.Laminadodelespejodepopa
Tabla18.Secuenciadelaminadodelespejodepopade5mm
Tabla19.Secuenciadelaminadodelosrefuerzoslocales
Tabla20.Desglosedeldesplazamientodelcasco
Tabla21.Resultadosdeldesplazamientodelcasco
Tabla22.Evaluacióndelpesodecubierta
Tabla23.Desglosedeldesplazamientodelosrefuerzostransversales
ix
Tabla24.Desglosedeldesplazamientodelosrefuerzoslongitudinales
Tabla25.Resultadosevaluacióndepesosdelosrefuerzos
Tabla26.Desglosedelosequiposysistemas
Tabla27.Resultadosdelaevaluacióndeequipos
Tabla28.ResultadosglobalesdedesplazamientoyCDG
Tabla29.Resultadoshidrostáticosdedesplazamientoenrosca
Tabla30.Resultadoshidrostáticosdedesplazamientoenmáximacarga
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
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1. INTRODUCCIÓN
1.1 OBJETIVO
El objeto del presente proyecto es el análisis del casco de una embarcación de recreo de,
aproximadamente,9metrosdeeslora.
Sepretende lacreacióndeunmodelode líneasencillayelegante,quedaría lugaraunaembarcación
capazdedarconfortaunos8tripulantes,porloqueelprincipalpropósitoseráoptimizarlosespaciosde
la embarcación. Se trata de una embarcación a motor, dentro del rango de embarcaciones de
semidesplazamiento,pensadaparaalcanzarunavelocidaddecrucerodeunos15nudos.
Para ello, y una vez establecidos los requisitos principales, se procederá al diseño de las formas del
casco, partiendo de la confección de una base de datos que concuerde con las expectativas del
proyecto.Secrearáunmodelopreliminaraptoparatrabajaryconcluirlosprincipalesparámetros;estos
seiránajustandoamedidaqueavanceelproyecto.
Serealizaráelcálculodelescantillonado,yaconunosmaterialesasignadosalaestructura,conelfinde
garantizar losrequisitospreestablecidos.También,secalculará laresistenciaalavanceparaestimar la
potencia requerida por el modelo y así, elegir un sistema propulsivo adecuado. Posteriormente se
llevará a cabo un estudio de estabilidad para verificar el comportamiento en el mar de la futura
embarcación.
Elmodeloquesepretendequieresatisfacerlasnecesidadesbásicasdelosamantesdelmar,loscuales
soloprecisenunaformaciónbásicaparasumanejo.Detalmanerapuedandisfrutardeunaembarcación
capazdenavegarcómodamenteaunavelocidaddecrucero,asícomoalcanzarvelocidadespropiasdel
rangodesemi-planeo.
1.2 METODOLOGÍADEDISEÑO
Dadoquesebuscaqueelmodeloseaóptimoparaelfinpreestablecido,debeseñalarsequeel
diseñodeunaembarcaciónesunprocesoiterativo;demaneraqueelobjetivoesqueencadapasolas
característicasdelproyectomejoren.
Estas propiedades llevan a representar este proceso en forma de espiral, simbolizando dos aspectos
clave,iteratividadyciclicidad.
11
Elproyectodelbuquehabitualmentesedivideentresfases:proyectoconceptual,proyectocontractual,
yproyectodeconstrucción.
Elobjetodelafasedeproyectoconceptualesladeterminacióndelaviabilidaddelproyecto,partiendo
deunosdatosmuybásicossedefineunacombinacióndemayorrendimientoeconómico.Losresultados
deesteprocesoson ladeterminaciónde laviabilidaddelproyectoono, laestimacióndelcostede la
obradeconstrucciónyoperación,yladefinicióndelasespecificaciones.
Enelpresenteproyecto,altratarsedeunestudiotécnico,noseconsideraestafase.
El desarrollo de la segunda fase, el proyecto contractual, obedece a la necesidad de ofrecer soporte
técnicoalafasedeconstruccióndelaembarcación.Partiendodelasestimacionesobtenidasapartirde
lascaracterísticasdeembarcacionessimilares,sepuedenestimarlosaspectoscríticosdelproyecto,tal
como, dimensiones principales, potencia, etc. Debe tenerse en cuenta que las estimaciones iniciales
puedennecesariamentecambiaramedidaqueelproyectoavance.
Elpresenteestudiosecentraenestafasedelproyecto,enelcualseincluyeunaprimeraestimaciónde
lossiguientesaspectos:
• Definicióndeformas;realizacióndelplanodeformasdelaembarcaciónintentandocumplir
conlosrequisitosestablecidos.
• Cálculodepotenciaypropulsión;estimacióndelapotencianecesariaydelascaracterísticas
básicasdelequipopropulsor.
• Disposicióngeneral;determinacióndelosprincipalesespaciosdelaembarcación.
• Cálculo de pesos, de la estructura y de todos los elemendos básicos que conforman la
embarcación.
• Cálculodeestabilidad
En última instancia, el proyecto detallado o de construcción, incluye el desarrollo pleno del proyecto
hasta la obtención de toda la documentación necesaria para la construcción del modelo. Esta fase
tampocosecontemplaenelpresenteestudio.
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
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2. CONSIDERACIONESPREVIAS
De antemano, se hace necesario fijar unos requisitos para determinar la finalidad del proyecto.
Estos deben establecerse considerando que elmodelo debe satisfacer las necesidades de los futuros
usuarios,enelcasodeejecutarseelproyectodeconstrucción.
Al tratarsedeunaembarcacióncon fin recreativo,ypara titulacionesbásicas (PER1),debeserde fácil
manejo, con una óptimadistribución de espacios que garanticen una buena accesibilidad a todos los
ellos.Notendráespaciosinteriores,porloqueseconsideraunaembarcaciónqueseusaráenépocas-o
días, de buenas condicionesmeteorológicas y pensada para una navegar en Zona deNavegación 4 -
NavegaciónenAguasCosteras,desdelacostahastaunmáximode12millasnáuticas(ampliablesegún
actualizaciónnormativaPER).Lazonadeproasereservarápara instalarunsolarium.Sepretendeuna
embarcaciónparaeldisfrutedeunos8tripulantesduranteunajornada.
Encuantoalalíneadediseñosebuscaráunmodeloatractivo,delíneassencillasysuaves,pretendiendo
un aspecto elegante, caracterizándose por una punta de proa ligeramente lanzada, recordando a un
clásico.
Se estudiará el sistema propulsivo –fueraborda o intraborda, más adecuado para este modelo en
particular,atendiendoprimero, lasnecesidadesquepretendecubrirelproducto,tantoanivel técnico
comocomercial,yluego,considerandolatendenciadelmercado.Enunprimeresbozo,secalculapara
que la embarcación navegue entre 12 y 16 nudos velocidad de crucero, y sea capaz de alcanzar una
velocidadmáximadeunos25-30nudos.Sintetizando,sepretendeeldiseñodeunaembarcaciónpara
un amplio abanico de clientes, funcional y ergonómica, centrando la atención en una navegación
confortable.
1PER.PatróndeEmbarcacionesdeRecreo;Atribucionesbásicas:Gobiernodeembarcacionesderecreoamotordehasta15metrosdeeslora,quefacultaparanavegarenlazonacomprendidaentrelacostayunalíneaparalelaalamisma,trazadaa12millasdeésta;gobiernodeembarcacionesderecreoamotordehasta15metrosdeeslora,quefacultaparalanavegaciónentreislasdentrodelarchipiélagobalearycanario;gobiernodemotosnáuticas,dentrodeloslímitesespecíficosdenavegaciónaplicablesaéstas,deacuerdoconsuscaracterísticastécnicas[…];Ref:www.fomento.es.
13
3. GEOMETRÍADELCASCO
3.1 DIMENSIONAMIENTO
Paralarealizacióndeestetipodeproyectosescomúnpartirdelosresultadosobtenidosdeuna
base de datos, confeccionada con la información de embarcaciones ya existentes en el mercado,
similares a la que se pretende. Se recopilarán las características relativas a dimensiones principales y
potenciadeestosmodelos;deestamanera,seestableceránunasdimensionesprincipalesiniciales.
3.1.1Basededatos
Se confecciona una base de datos con la búsqueda de embarcaciones similares para una
estimación inicial; no sondefinitivas, yaquepuedenvariar con libertad conformeavanceel estudio -
duranteeldiseñodeformas,paraasísatisfacerlosrequisitosestablecidosdeantemano.
Losparámetrosmássignificativosatenerencuentaparaunprimerdimensionadodelproyecto,sonla
eslora,lamanga,elcalado,eldesplazamientoylapotencia.Asimismo,lacapacidaddecombustible,la
capacidaddel tanquedeagua, y las velocidadesde cruceroy velocidadesmáximas, sondatosque se
registraráncomoinformacióncomplementaria.
Se analizan 20 embarcaciones, con esloras comprendidas entre 8 y 12 metros, actualmente
comercializadas,queseajustaríana los requerimientosdelmodelo.Parasuselecciónseha tenidoen
cuenta, además de la eslora, la forma de la embarcación, ya que es uno de los factores junto a la
potencia,entreotros,quedeterminaráelrangodedesplazamientodelaembarcación.
EnelAnexoIserecogentodoslosdatossignificativosdelaselecciónmencionadade20embarcaciones.
3.1.2Relaciónentredimensiones
Unavezconcluidalabasededatos,seprocedealaobtencióndelasdimensionespreliminares.
Se realiza mediante el uso de regresiones lineales y las ecuaciones pertinentes a cada una de las
relacionesentrelosdiferentesparámetros.
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
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Para ello, es necesario establecer un parámetro fijo, que condicionará todas las relaciones.
Considerandoquelaesloraeslavariablemáscaracterísticadecadaembarcaciónsefijaunaeslorade9
metros.
Conunvalordeesloraestablecidoymedianteregresiones linealesquerelacionenéstacon lasdemás
características, se obtendrán las primeras estimaciones del modelo –en cuanto a manga, calado,
desplazamientoypotencia.
Cada relación presenta una ecuación que hace referencia a la línea de tendencia generada en cada
gráfica.Ademássepresentauníndicedecorrelación-R2,cuyovalorindicaelgradoderelaciónentrelas
dosvariables.Sebuscaráunvalorpróximoa1,aunqueunvalorde0,5omayor,seconsideraaceptable
paraelusodelaecuaciónalacualcorresponde;teniendoencuentaademás,quesetratadeunprimer
cálculodelprocesoiterativoantesjustificado.
! RelaciónEslora-Manga
Figura1.Excel;GráficoEslora-Manga
y=0,298x+0,164
R2=0,712
Siendoelvalordelíndicedecorrelaciónunvaloraceptadodentrodelmargenestablecido,secalculael
valorde“y”,correspondientealamanga.
Siendo“x”elvalordelaesloratotal,9metros,resolviendolaecuaciónseobtieneunvalorde:
Manga=2,846metros
2
2,5
3
3,5
4
7 8 9 10 11 12
15
! RelaciónEslora-Calado
Figura2.Excel;GráficoEslora-Calado
y=0,034x+0,568
R2=0,321
En este caso el índice de correlación presenta un valor suficientemente bajo; al tratarse de una
embarcaciónderecreo,algunadelascaracterísticasprincipalesdecadaunodelosmodelosdelabase
de datos pueden distar considerablemente entre sí. Esto se debe a la diversidad de opiniones y
corrientes entre los diferentes diseñadores, y también del uso previsto para la futura embarcación.
Además,interesaunvaloramodoorientativo.
Por loque,siendo“x”elvalorcorrespondientea laeslora -9metros,e“y”elvalorquedeterminael
calado,seobtieneunvalorde:
Calado=0,874metros
Desde un primermomento, ya se considera un valor de calado excesivo para la embarcación que se
pretende.
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
7 8 9 10 11
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
16
! RelaciónEslora-Desplazamiento
Figura3.Excel;GráficoEslora-Desplazamiento
y=1066x–5822
R2=0,778
Se procede de la misma manera que para las relaciones anteriores. Por lo que correspondiendo la
variable“x”denuevoalaeslora,e“y”aldesplazamientoenestecaso,seobtieneunvalorde:
Desplazamiento=3.772Kg
! RelaciónEslora-Potencia
Figura4.Excel;GráficoEslora-Potencia
y=36,05x+26,09
R2=0,651
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
7 8 9 10 11 12
200
250
300
350
400
450
500
7 8 9 10 11 12
17
De lamismamanera, siendo 9 el valor de la variable “x”, la potencia requerida correspondiente a la
esloradeseada,segúnlaecuaciónobtenidaesiguala:
Potencia=350,54HP
3.1.3Resultados
Los resultados obtenidos a partir de las relaciones establecidas anteriormente permiten
determinarunasdimensionesprincipalespreliminaresdeldiseño.
Enlasiguientetablaserecogendichosparámetros.
DIMENSIONESPRINCIPALESINICIALESDELMODELO
Eslora 9(m)
Manga 2,85(m)
Calado 0,80(m)
Desplazamiento 3750(kg)
PotenciaMáxima 350(HP)
Tabla1.Dimensionesprincipalesinicialesdelmodelo
Estas características se especifican estimando una velocidad de crucero de 16 nudos, y 25 nudos de
velocidadmáxima.
Con estas dimensiones, sujetas a posibles variaciones a medida que avance el proyecto, se inicia el
estudiodelmodelo.
3.2 DISEÑODEFORMAS
Todaembarcaciónsediseñadependiendodelafinalidadparalaqueserequiera.
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
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Talycomosehamencionadoanteriormente,elfinrecreativoqueseestableceparaelmodeloimplica
buscar undiseño confortable queproporcioneun eficaz rendimiento de los espacios, aumentando el
áreaútildelaembarcación.Todoello,conunalíneadediseñosuave,sencillaydistinguida.
Elcascodesemidesplazamientoproporcionaequilibrioentreelcasodedesplazamientoyeldeplaneo.
Su quilla otorga buena estabilidad a cualquier velocidad, pero su principal ventaja es que cuando se
aplicasuficientepotencia,puedellegaraplanear.
3.2.1Estudiodeformasparaunaembarcacióndesemi-planeo
SegúnelprincipiodeArquímedes,“todocuerpototaloparcialmentesumergidoenunfluidoen
reposo,experimentaunempujeverticalhaciaarribaigualalpesodelvolumendelfluidodesalojado”.La
capacidaddeflotaciónsedebealapresiónhidrostáticaejercidasobreelcascoque,conunavelocidad
igualacero,elbalancedefuerzashidrostáticasesigualalpesodelvolumendelaguadesalojada.
Parasimplificar, seconsideraelcascodelbuqueuna“placaplana”,queunavez iniciaelmovimiento,
ejerceunafuerzahidrodinámicaqueprovoca laaceleraciónde laspartículasdeaguacontiguasaella.
Éstasejerceránunafuerzadeigualdirecciónysentidoquelaproducidaporlamismaplaca.
En la siguiente imagen se muestra el balance de fuerzas ejercidas sobre una placa plana. La fuerza
resultanteeslaresponsabledellevantamientodelaplacaydelángulodetrimadodelaembarcación.
Figura5.Fuerzasejercidassobreunaplacaplana.PrinciplesofYachtDesign;L.Larsson&R.EEliasson
Lapresiónhidrodinámicaaumentaráamedidaqueaumentelavelocidaddelaplaca,levantándolahasta
alcanzarlacondicióndeplaneo;loqueseconocecomofenómenodesustentación.
19
Teniendoencuenta la condiciónquesepretendeparaelmodelo,noalcanzarádichascaracterísticas,
porloqueelestudiosecentraráenlaspeculiaridadesdeunaembarcacióndesemidesplazamiento.
Paradefinir lasfronterasentreunaembarcacióndedesplazamiento,semidesplazamientooplaneo,se
recurre a la interpretación del número de Froude de cada embarcación. Éste, es un número
adimensionalquerelacionalasfuerzasdeinerciaylasfuerzasdegravedadqueactúansobreunfluido.
Fn=[V/√(g·L)]
Dónde,
V:velocidad(m/s)
g:gravedad(m/s2)
L:eslora(m)
Según el valor obtenido, se puede determinar el régimen de desplazamiento de la embarcación. Se
definen:
! Régimen de desplazamiento: propio de las embarcaciones con un número de Froude
comprendidoentre0y0,6.Enestecaso,lasustentaciónesdespreciable.
! Régimen de semidesplazamiento: embarcaciones con un número de Froude con valor
comprendido entre 0,6 y 1,3; el centro de gravedad recupera su posición inicial debido a la
contribucióndelasfuerzashidrodinámicas.
En el intérvalo régimen de semidesplazamiento y régimen de planeo, cabe diferenciar,
dependiendo siempre de las características de la embarcación, la condición de pre-planeo,
cuandoelcentrodegravedadempiezaasituarseenvalorespositivosylasustentacióndinámica
cobra importanciaconrelacióna las fuerzasde flotabilidad.Esdecir, la superfíciemojadayel
desplazamientopresentanunosvaloresinferioresacuandoseencuentraenreposo.
! Régimen de planeo: aquella embarcación con un número de Froude mayor a 1,3. La mayor
fuerzahidrodinámicaprovocaqueelcentrodegravedadsesitúeenvalorespositivos.Elplaneo
totalsedacuandolasustentacióndinámicaesigualalpesodelaembarcación,percibiendoque
laembarcaciónsedeslizasobreelagua.
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
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Elcascoeselquepermitelaflotabilidadytambiénquiendeterminaengranmedidalamaniobrabilidad
delaembarcación;porestemotivoesimportanteconocersusparticularidades.
Característicasdeloscascosdesemidesplazamiento
• Popasdeespejoparcialmentesumergidasymásanchasquelasembarcacionesdedesplazamiento.
Proporcionantantoflotabilidadabajasvelocidades,comosustentacióndinámicaaaltasvelocidades.
Estediseñopermiteque,elbarco,unavezalcanzadaciertavelocidad, seacapazde sobrepasar laola
generada, para así levantar ligeramente el casco y reducir el trimado; aunque el barco no alcanza la
condicióndeplaneo,seestabilizaenlaconocidafasedepre-planeo.
• Formasredondeadasenpopaypantoque.
• Longitudinalesrectilíneosconsuavespendientesquepermitanunflujocorrectoascendentedesde
lasecciónmáximahastasuseparaciónenelespejo.
• Curvasdeáreasprácticamenterectas.
3.2.2Generacióndelasformas
Para obtener el máximo rendimiento de las fuerzas sustentadoras debería proyectarse el
modelo con un fondo plano, ya que la placa plana es la superficie de planeo que proporciona más
eficiencia. Pero al tratarse de una embarcación, un casco con forma plana presentaría una pobre
capacidad demaniobra y experimentaría aceleraciones e impactos excesivos en condiciones demala
mar.
Según J.M. González, para poder alcanzar altas velocidades en el agua es necesario un diseño que
permita una transición rápida hacia el planeo.Así, este tipode cascos tieneunabaseplanadesde la
secciónmediadelbarcohaciapopa.Pero, comoseha comentado, conunabase totalmenteplana la
embarcaciónnoresultaríafácildecontrolarytenderíaaembestirlasolas,porloque,darlealaproauna
formamáspuntiagudapermitealcascoabrirsecaminoydeslizarseentrelasolas.Estedetalletieneun
granimpactoenlamaniobrabilidadyenlacomodidaddelanavegación.
Porello,lasembarcacionesrápidasdisponendecascosconformadeV,quebuscauncompromisoentre
ambosrequisitos.
Estoscascossemidenporsuángulodeastillamuerta.Escomúndiseñarfondosconunángulodeastilla
muertavariableycrecientealolargodelaesloradesdepopahastaproa.Estadistribucióncrecientede
astilla muerta produce longitudinales no paralelos que incrementarán ligeramente la resistencia al
21
avanceenaguastranquilasabajasvelocidades;peroporotraparte,mejoraráelcomportamientoglobal
delaembarcaciónentodoelrangodesusvelocidadesdeoperación.
Paratratardeminimizarlosefectosnegativosdeestetiposdecascos,aumentodelasuperficiemojada
ydisminucióndellevantamientodelaembarcación,sesitúan,alolargodelaeslora,“sprayrails”,conel
findefavorecerlasustentación.Ladefinicióndeestoselementossedeterminaenfasesmásavanzadas
delprocesodediseño,porloquenosedefiniránenelpresenteproyecto.
Finalmenteyamododeresumen,sehaoptadoporuna formaenVparaeldiseñodelcasco,por las
siguientesrazones:
" Proporcionaseguridadencuantoalgobiernodelaembarcación.
" Permitealcanzarvelocidadespropiasde la condicióndesemi-planeoen todas las condiciones
demar.
" Mejoralaestabilidaddelaembarcación.
" Presenta buen comportamiento al paso de las olas; reduce las aceleraciones negativas
producidasporeloleaje,quepodríandarseenunahipotéticaembarcacióndecascoplano.
EnlasiguienteimagensemuestraladescomposicióndefuerzasenuncascoenV.
Figura6.FuerzasejercidassobreuncascoenV.
PrinciplesofYachtDesign;L.Larsson&R.EEliasson
La siguiente figuramuestraalgunosesquemasdeembarcacionesconcodillospronunciados,dóndese
aprecialaformaenVdelcasco.
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
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Figura7.Esquemasdeembarcacionesconcodillospronunciados.
FormasdeCascosdeEmbarcacionesRápidas;JoseMªGonzálezAlvares-Campana
Contodolomencionadoanteriormente,seprocedeadiseñarlasformasdelaembarcaciónmedianteel
programainformáticoRhinoceros.
Evolucióndelproceso
Enprimerlugarsehaescogidounmodelobasedecaracterísticassimilaresalaspretendidas,de
talmaneraseconsigueagilizarelanálisis.
Al hacer un primer cálculo hidrostático se comprueba, como era de esperar, que un calado de 0,8
metros proporciona un desplazamiento excesivo con los demás parámetros fijados; además debe
tenerseencuenta laalturadelequipopropulsor,que requiereuncaladonosuperiora70cm.Por lo
que,antetodo,seprocedearebajarladimensiónencuestión.
Serealizanpruebasbarajandoentreuncaladode0,5y0,4metros;alaparsepronuncialaformaVdel
casco,sobretodoamediaeslora,buscandoaumentarelcaladoyalavezrebajarlalíneadeflotación.
Conestasaccioneseldesplazamientosereduceconsiderablemente.
Seamplia laanchura inicialdel“chine”conel findedisminuirmáseldesplazamiento,aumentando la
relaciónentre ángulode astillamuerta y el ángulode la cuadernamaestra.Denuevo, semodifica el
ángulodel“chine”(setiraligeramentehaciaabajo)parafavorecerelplaneo,evitandolassalpicadurasal
conducirelaguahaciaelcostado.
23
Por último, se han adentrado las líneas de popa para controlar los desprendimientos y suavizar el
diseño.
3.2.3Resultados
Acontinuaciónsemuestraelmodelofinalgenerado.
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
24
Figura8.Vistasmodelodefinitivo
Enlasiguientetablasemuestranlasespecificacionesfinalesdelmodelo.
ESPECIFICACIONESFINALESDELMODELO
Eslora 9(m)
Esloraenflotación 8,083(m)
Manga 2,80(m)
Mangaenflotación 2,65(m)
Caladodediseño 0,45(m)
Desplazamientodediseño 4.340(kg)
Centrodeflotación(desdepp) 3,35(m)
Cb(Coeficientedebloque) 0,49
Tabla2.Especificacionesfinalesdelmodelo
Entodopproyectodeberealizarseunplanodeformasparalacorrectaevaluacióndelmismo.
EnelAnexoIIpuedeapreciarseconmásdetalle.
25
Figura9.Planodeformas
Valoración
Unavezobtenidoslosresultadosfinalesdelmodelo,seobservanciertasvariacionesrespectoa
losvalorespreliminaresfrutodelasregresioneslineales.
Seobtieneunvalordedesplazamientomayordebidoalafinalidaddelaembarcacióndelestudio.Varias
delasembarcacionesquecomprendelabasededatospuedenalcanzar lacondicióndeplaneo,por lo
quesehacecondiciónnecesariaaligerareldesplazamiento.Enestecasoeldiseñadorpuedejugarcon
estavariable, juntocon lapotenciaysiempredentrodeunrangoestablecido,paraobteneruntipou
otro de embarcación. El modelo de estudio pretende una embarcación que puede permitirse más
desplazamiento,yaquenosetratadeunaembarcaciónpuramenteplaneadora.
También se observa una diferencia considerable en el valor del calado. Varias de las embarcaciones
analizadastienenuncaladomayordebidoaquelamayoríacuentanconmotoresintraborda.Larazón
deelloesque,aunquelatendenciaestecambiandodebidoalamejoríadelosmotoresfueraborda,en
lamayoríade embarcacionesdemásde7u8metrosescomún instalarmotores intraborda.Eneste
1Embarcación Semi Planeadora
Referéncia documento
Tipo de documento
Revisión
PF 1
Pendiente de aprobación
Referéncia
Creado por
Febrero de 2016
Plano Detallado
Escala
1/40
Aprovado por
Plano de FormasMagda
Título suplementarioMAGDA REBASSA
Título
es
Idioma
Estado del documento
Fecha
Departamento responsable
TFGFNB-UPC GESTN
51 2
2
E
A
86
B
F
6 7
A
D
1 3
C
E
3 4
B
D
C
84
7
5
F
PLANO DE FORMAS
800
1000 1000
400
1200
1400 B
CL
450
0 B
800
0 T
1200
200
600
250
1000 2000
DWL
200
3000 4000
1500 T
5000 6000
DWL
9000 mm8083 mm2800 mm2650 mm450 mm4340 Kg250 Cv30 Kn3350 mm3,216,220,49
7000 8000
WL 3
9000 L0L
WL 2
1400 B 1000
WL 1
500 500
600
1000 1400 B
1400 B
0
1500 T
400
450
800
0 B
250
0 T
800
ESLORAESLORA EN FLOTACIÓNMANGAMANGA EN FLOTACIÓNCALADODESPLAZAMIENTOPOT. MÁXVEL. MÁXLCBESLORA/MANGAMANGA/CALADOCb
Especificaciones
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
26
proyecto se ha optado por un motor fueraborda, primero por el cambio de tendencia antes
mencionado,yporotrosaspectos,talescomo,costedemantenimiendooreparación,justificadosenel
apartadodondeseanalizasistemapropulsivo.
La razón de la estimación de los parámetros principalesmediante el sistema de regresión, tiene por
objeto mostrar la tendencia de embarcaciones similares y obtener valores con los que empezar a
trabajar.Debetenerseencuentaqueladiferenciaentrelosparámetrosdeunauotraembarcación,con
eslorassimilares,puedevaríarsignificativamentedependiendodelafinalidaddecadaunadeellas.
27
4. CÁLCULODELSISTEMAPROPULSIVO
4.1 DEFINICIÓNDELSISTEMAPROPULSIVO
4.1.1 Estudiomotoresintrabordavsmotoresfueraborda
A continuación se realiza la determinación del sistema propulsivo de la embarcación, valorando
primero,losaspectosdedostiposdepropulsión.
Secontemplandosposiblesopciones,propulsiónintrabordaypropulsiónfueraborda.
! Propulsiónintraborda
Cuandosehabladeciertasesloras,laopciónmáshabitualenbarcosderecreoesunmotorintraborda.
Se trata de un sistema complejo para el cual deben darse unas dimensiones que favorezcan su
acoplamiento; además, requiere otros sistemas auxiliares para el funcionamiento de la máquina
principal.Esunsistemaenquepartedesuselementos,talcomolahéliceoeleje,estánsumergidosde
manerapermanente,por loquepuedecontribuiraldeteriorode lamáquina,ademásde incrementar
loscostesdemantenimientoeincomodarlareparacióndelamisma.Ademásexisteelriesgodeentrada
deaguaporlabocina.
Bienesciertoquealestarelpesomásbajoymásaproa,laestabilidadyelasientodelaembarcaciónse
venmejoradosrespetoalosmotoresfueraborda;además,norequieredeciertocalado,yaquetodoel
sistemaseencuentrasumergido.
! Propulsiónfueraborda
Lasofisticacióndelosnuevosmodelospermitenmonitorizarembarcacionesqueantesseconsideraban
exesivasparaestetipodepropulsión.
Lasclavesquefavorecenestaopciónson:
• Máquinascompactasyligeras.
• Bajocosteyoperacióndemontaje.
• Apenasrequieresubsistemasparaelfuncionamientodelamáquina;porloqueelsistemase
simplifica.Sóloprecisaunaconexióndecombustibleyotraconexióneléctricaala/sbatería/s.
• El hecho de contar con partes móviles que puedan sacarse del agua y así no estar en
permanente contacto con el medio, sólo cuando trabaja, favorece demanera significativa el
costedemantenimientoyalargasuvidaútil;eldeterioroesmuchomenorqueenmotoreslos
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
28
cuales sus piezas permanecen siempre en contacto con el agua. Se puede definir que su
mantenimiento es rápido y económico; en la mayoría de reparaciones no se requiere dique
seco.
• Aseguranunaperfectamaniobrabilidaddelaembarcación,yaqueelconjuntopuederotar
alrededordeunejevertical.
• Larelaciónpotencia/pesoesmayorqueenmotoresintraborda(pesanmenos).
• En cuanto a seguridad, los motores fueraborda se consideranmás seguros ante posibles
infiltracionesdeagua;además,minimizanlosriesgosdeexplosión.
• Estetipodemotoressecomercializanconelconjuntoyaensambladoyfabricadoenserie;
nollevantimón,yaqueelmotorfuerabordaejercetalfunción.
Encontra,debeconsiderarseelespacioqueocupanestetipodemotoresenlapopadelaembarcación,
ademásdereflejarseenunamenoreficienciadelmotordebidoaquedichaacomodacióndesplazael
centrodegravedadhaciapopa.
Aunqueseaprovechamejorelvolumeninteriordelcaso,sepierdeespacioen laplataformadepopa,
traduciéndoseenunbañomásaparatosoparalostripulantes.
Porlogeneral,lasembarcacionesconmotoresfuerabordanosepuedenamarrardepopasinelementos
adicionales(“finger”).
Valoración
Valorando los aspectos económicos, técnicos, la tendencia del mercado y la mejoría de los
modelosactuales,hallevadoaelegirunmotorfuerabordacomomáquinaprincipaldelmodelo.
Teniendo en cuenta las pretensiones del proyecto, se considera que este tipo de motores ofrece
mejores resultados y se adecúa a las necesidades tanto de la embarcación como de los tripulantes -
categoríaamateur;facilitandoelmanejoyelmantenimiento,yproporcionandoseguridad.
Se rechaza la posibilidad de colocar dosmáquinas propulsoras porque, comomencionado en puntos
anteriores, uno de los objetivos del proyecto es optimizar los espacios para dar una sensación de
amplitudyconfort,conunazonalomásdespejadaposibleenlaplataformadebaño.Esterequisitose
traduceenunmodeloquenopersigueunobjetivodealtavelocidad,sinounanavegacióntranquilaque
norequieredeunaaltísimapotencia.
Como se ha comentado anteriormente, los motores fueraborda se comercializan con unas
especificacionesestablecidasquecondicionaráneldiseñodelmodelo.
29
4.2 DETERMINACIÓNDELARESISTENCIAALAVANCEYLAPOTENCIAREQUERIDA
Enelsiguienteapartadoseprocedeacalcularlaresistenciaalavanceparapoderdeterminarla
potenciarequerida,yasíescogerelmotorfuerabordaadecuadoparalaembarcación.
La determinación de la potencia que requiere el sistema debe cumplir con la siguiente normativa:
CircularNº7/952y ISO12215-53.En laprimeradeellas seestablececomocalcular lamáximapotencia
propulsoraparaembarcacionesconmotorfueraborda[Ref.10.4.7.2].
F=L·B
Donde,
L:esloratotal(m)
B:mangamáxima(m)
Segúnlasespecificacionesdelproyecto,
L=9m,y
B=3,35m;
SeobtieneunvalordeF:
F=30,15
Mediantelasiguientefórmulasecalculalapotenciamáximaquepodríasoportarlaembarcación.
Potenciamáxima=16·F–66,5
Potenciamáxima=415,9kW
Debetenerseencuentaqueesundatomeramenteorientativo.
Conlanormativaqueaplicaalproyectoencuantoa limitacionesdepotencia,seprocedeacalcular la
resistenciaalavancedelaembarcación.
2CircularNº7/95:Construcción,EquipoyReconocimientodeEmbarcacionesdeRecreo.3ISO12215-5:Pequeñasembarcaciones.Construccióndecascostescantillones.Parte5:Presionesdediseño,tensionesdediseñoydeterminacióndelescantillón.
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
30
Además, se tendrá en cuenta que la potencia final se sobredimensionará para vencer todas las
circunstanciasposibles,yafrontarlaspérdidasqueseproducenenelsistema.
4.2.1MétododeSavitsky
Para determinar la resistencia al avance y potencia necesaria existe un método empírico, el
métododeSavitsky,queadaptadoaembarcaciones,sebasaenestudiosrealizadossobreplacasplanas
enrégimendeplaneo.
Como se ha comentado anteriormente, aunque el presente proyecto se centre en el estudio de una
embarcacióndesemidesplazamiento,seasumequeelmodeloalcanzarárangosdepre-planeo,aúnsin
considerarsepropiamenteunaembarcaciónplaneadora.Detalmanera,secalculaelnúmerodeFreud
paralasvelocidadesqueyasehandeterminado.
Fn=[V/√(g·L)]
Dónde,
V:velocidad(m/s)
g:gravedad(m/s2)
L:eslora(m)
Paraunavelocidaddecrucerode16nudos(V=8,231m/s),seobtieneunvalorde:
Fn=0,87
Paraunavelocidadmáximade25nudos(V=12,86m/s)seroza lacondicióndeplaneoalobtenerun
valordeFreudiguala:
Fn=1,36
Seconsidera,portanto,quelaembarcaciónseestudiaencondicióndepre-planeoyaqueéstaseasume
apartirdeunvalorde0,7denúmerodeFreud.
Dadalalaboriosatareaquesuponelarealizacióndeloscálculosamano,paralaaplicacióndelmétodo
se programa una hoja de cálculo que servirá para evaluar el comportamiento hidrodinámico de la
embarcación. En el Anexo III se detallan los pasos a seguir para llevar a cabo el estudio demanera
manual,yasí,comprenderelcálculoqueserealizamedianteelprograma.
Además, hoy en día, el diseñador se ayuda de un programa informático, que combinado con la
aparatosafaenaquepuedesuponerrealizarloscálculosamano,seobtieneunresultadoóptimo.
31
4.2.2Hullspeed
DentrodelconjuntoMaxsurf,programasdediseñoyanálisis,seincluyeelprogramaHullspeed,
el cual proporcionará unos resultados tan solo definiendo la línea de flotación y estableciendo un
régimendevelocidades.Elprogramapermiteescogerentrediferentesmétodosdeanálisis;enestecaso
seprestaráespecialatenciónenelmétodoSavistkyPre-planning.
4.2.3Resultados
Acontinuaciónseexponenlosresultadosobtenidos,loscualesseconsideranlosdeseadospara
elproyecto.
En la siguiente gráfica se muestra el comportamiento de la embarcación según la variación de los
parámetrostrimadoyvelocidad.Seobservaqueparaunanavegacióndecrucerode16nudossealcanza
unángulodetrimadodeapenas5,5º.Esunresultadoconsiderablementepositivo.
Figura10.Hullspeed;GráficoTrimado-Velocidad
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
32
Figura11.Hullspeed;Tabladeresultados
Conlosresultadosobtenidosseanalizaelcomportamientoamedidaqueaumentalavelocidad.
En la Figura 12, gráfica Resistencia (kN) – Velocidad (kn), resultado del análisis de Pre-planing, se
observa el comportamiento esperado; un aumento rápido de la resistencia desde los 8 nudos hasta
alcanzarunavelocidadde11nudosaproximadamente,estabilizándosecuandoseconsiguelavelocidad
de crucero. El comportamiento obtenido a partir de los datos del análisis Planing, muestra como la
embarcaciónsufremásresistenciaalavanceamedidaqueaumentalavelocidad.Nollegaaplanear,las
fuerzasdesustentaciónnoseigualanelpesodelaembarcación,porloquelaresistencianodisminuye.
33
Figura12.Excel;GráficoResistencia–Velocidad,Pre-planing
Figura13.Excel;GráficoResistencia–Velocidad,Planning
Talycomoseobservaenlasiguientegráfica,Potencia(kW)–Velocidad(Kn),paralograrnavegarauna
velocidadde25nudoslaembarcaciónrequieren80,41kW.
0
1
2
3
4
5
6
7
6 8 10 12 14 16
55,25,45,65,86
6,26,46,66,87
10 15 20 25 30 35
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
34
Figura14.Excel;GráficoPotencia–Velocidad
Comosehaespecificadoanteriormente,yaqueelprogramapuedeacarrearciertoserrores,paratener
unapredicciónmásexactadelapotencianecesaria,serealizaunasegundaevaluaciónconunahojade
cálculoprogramadasegúnelmétodoSavitsky.
Figura15.Excel;Tabladeresultados,MétodoSavitsky
Elángulodetrimadoobtenidoparaunavelocidadde16nudosesde5,7º,ylaresistenciaalavance6,1
kN,valoresligeramentesuperioresalosobtenidosenlaprimeraevaluación.
Laprediccióndepotenciamuestralasiguientetendencia:
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20 25 30 35
35
Figura16.Excel;GráficaPotencia-Velocidad,MétodoSavitsky
Valoración
Losresultadosobtenidosconambosmétodosmuestranunosvaloressimilaresóptimos,buena
relaciónpotencia-velocidad,ángulosdetrimadodentrodelrangopretendido,etc.;porloquesepuede
establecerqueparaunavelocidadmáximade25nudosserequierenunos80HP.
Comosehacomentado,alresultadofinalestimadodebenaplicarsepérdidasconsiderables,haciéndose
necesariosobredimensionarelresultadofinal.
Seaplican:
- Pérdidasporfricción(10%)y,
- Pérdidasporeficienciadelahélice(35%).
Potenciamínimarequeridaaproximada=80,41Kw+8,04kW(10%)+39,9Kw(35%)=128,35kW
Porlotanto,seestimaquelaembarcaciónrequiereunos129kWparaalcanzarunavelocidadmáxima
de25nudos;quetraducidoacaballosdevaporson175CV.
Potenciamínimarequerida=175CV
Cabeseñalarquelapotenciafinalresultantedistadelaestimaciónrealizadaalprincipiodelestudio.Se
observaque losprimeros resultadosobtenidos, frutode la información recogidaen labasededatos,
unavezmás,procedendeembarcacionesconcaracterísticassimilaresperoconfinalidadesdistintas.
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
36
4.3 ELECCIÓNDELMOTORPRINCIPAL
Delaampliagamademotoresexistentesenelmercadosehaoptadoporunejemplardelafirma
SUZUKI,porvariasrazones,tantoeconómicasytécnicas,comocuestionesdemantenimientoylíneade
mercado.
Modeloelegido:SuzukiMarineDF225,conunapotenciamáximadesalidade165kW.
Figura17.Motorprincipal,modeloSuzukiMarineDF225;www.suzukimarine.com
En la siguiente imagen se detalan las carácteristicas del motor seleccionado, proporcionadas por el
fabricante.
ESPECIFICACIONESMOTORSUZUKIMARINEDF225
Longituddeleje(mm) L:508
X:635
XX:762
Dirección Remoto
Sistemadearranque Eléctrico Pasodehélice(Pulgadas) 15”-27,5”
Peso(Kg) L:257
X:263
XX:268
Capacidaddecárterdeaceite(L)
8
37
Tipodemotor DOHC24Válvulas Sistemadeencendido Completamentetransistorizado
Sistemadealimentación Inyecciónelectrónicasecuencialmultipunto
Alternador
12V54A
Númerodecilindros V6(55–grados) Sujecióndelmotor Silemblockdegoma
Cilindrada(cm3) 3,614 Métoodebasculación PowerTrim&Tilt
Diámetroporcarrera(m/m)
95x85 Relacióndedesmultiplicación
2,29:1
Potenciamáximadesalida(kW)
165 Cambiodemarchas F-N-R
Máximofuncionamiento(rpm)
5.000–6.000 Escape Escapeporelbujedelahélice
Figura18.EspecificacionesprincipalesdelmotorSuzukiMarineDF225
Laeleccióndelmotorprincipalpuedealbergarciertaflexibilidadatendiendolosdeseosdelcliente.De
tal manera, la misma firma Suzuki, cuenta con modelos similares pudiendo escoger tranquilamente
entreunmotorconunapotenciadesalidainferior(ModeloDF200),obienunmotorconunapotencia
superior(ModeloDF250).
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
38
5. DISPOSICIÓNGENERAL
5.1 DISTRIBUCIÓNDEESPACIOS
En las primeras fases del proyecto es de suma importancia definir una disposición general de
espacios,quecondicionaráelavancedelproyecto.
Porloque,amodoesquemático,acontinuaciónsemuestradequemanerasedistribuyeelespaciode
laembarcación.
Figura19.Planodisposicióngeneral
EnelAnexoIVpuedeapreciarseconmásdetalle.
5.2 DEFINICIÓNDEESPACIOS
Enesteapartadosepretendedescribirbrevementelosdistintosespaciosdelaembarcación.
39
Paraelestudio, sehaconsideradocomomaterialdel sueloyparedesde toda la cubierta,elmaterial
básico –resina de poliéster, que también se constituirá el casco de la embarcación, con acabados de
gelcoat.Losmaterialesescogidossedetallanenelsiguientecapítulo.
Comosehacomentadoanteriormente laembarcaciónnodispondedezonas interiores,por loquese
diferenciancuatrozonas,ydetalladasdeproaapopa:
! Solariumdeproa
Se trata de una zona amplia, proporcionada por la temprana anchura de la manga, sin elementos
separadores; una única plataforma acolchada pensada para albergar un máximo de tres personas
cómodamentedurante lanavegación.Elmóduloqueconformaestazonaestácompartimentadopara
albergarmaterial,tantomaterialnáuticocomoequipacióndelpasaje.
Elextremodeproasereservaparauncompartimentodestinadoalainstalacióndelmolineteyparael
cobijodelancla.
Encuantoalaequipaciónbásicadeestazona,secontaráconcuatrocornamusasderigor,unaanclacon
surespectivacadena,unmolinete,unapunteraylucesdenavegación.
! Zonademando
Estazonacuentacondosmódulosseparados,unoqueconstituyelaconsolademandoyelsegundo,el
puestodemando.
Laconsolademandodeberáalbergartodoslosequiposysistemasnecesariosparalanavegación,tales
como, navegador GPS o sistema de radiocomunicación, indicadores de control de nivel, luces de
navegaciónyextras(porejemplo:radio,altavoces,etc.).
El puesto de mando es un módulo multifuncional; además de contar con un confortable sillón que
permita unas buenas condiciones de visibilidad, poseerá algunas prestaciones para la comodidad del
piloto, armarios de almacenaje, y piezas desmontables guardadas en su interior (por ejemplo: mesa
desplegable,etc.).
Ambos,segúnrequerimientosdelosposiblesclientes,podríanserprediseñados,juntoalconjuntodela
estructura,comomódulosdefibra;obien,podríanadquirirsemódulosprefabricadosyacopladosa la
embarcación,siempredentrodeunosparámetros.Paraelestudioseconsideraindiferenteyaquesolo
seplanteaparaunaestimacióndelpesodelosequiposydelaestructura.
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
40
! Zonadebañera
Esta zona comprende el resto de espacio de la embarcación, zona pensada para la estancia de los
pasajeros.
CuentaconunmódulodefibrasencilloenformadeL,acolchado,siguiendolalíneadelazonadeproa.
Enestecasolasparedestambiénestaránforradas(encimadelazonaL)dematerialblandoparamayor
confort.Comotodos,estemódulocontaráconespacioparaalmacenaje.
Situadospordebajocubiertasecolocaránla/sbatería/s(unaprincipalyotraderespeto)yeldepósito
decombustible.
! Plataformadepopa
Laplataformadepopaeslazonacomprendidaentrelazonadebañerayelextremomásapopadela
embarcación.Eslazonaquealbergaelmotorfueraborda.
Comoaccesoriosbásicosenestazona,seinstalaráunaescalerayunabarandaparafacilitarelbaño,dos
cornamusasylucesdecortesía.
Cabeseñarsequeladescripciónquesedetalladetodoslosmódulosesmeramenteorientativayconla
finalidad de estimar un peso total a la embarcación. Así como, debe ternerse en cuenta que la
determinacióndefinitivadetodoslosmateriales,esunaprácticacomún,dejaraeleccióndelclientela
decisiónsobrelosúltimosacadabos.
41
6. MATERIALESYPROCESOSDECONSTRUCCIÓN
Enestecapítulosedefinenlosmaterialesqueseutilizaránparalaconfiguracióndelcasco,una
vezevaluadaslasdistintasopcionesexistentesenelmercado.
Paraello,setendránencuentavariosaspectos,asícomoelmaterialensíyelprocesodefabricación;
todoellosuponeunfactordeterminanteenelpresupuestofinaldeunproyectodeestetipo.
6.1RESINAS
Para elmodelo en cuestión se han barajado varias opciones, prestandomayor atención a las
resinas epoxi y las resinas de poliéster. Ambas, se han contemplado por su extensa aplicación en el
mercado.
Las resinas epoxi son las más utilizadas en materiales de alta calidad, ya que ofrecen mejores
propiedadesfísicasymecánicasqueotrasresinas;además,loscompuestosdeepoxiyfibra,aunqueson
más caros que las resinas de poliéster, ofrecen piezas con mayor resistencia. En el mundo de la
construcción naval, suelen utilizarse para embarcaciones que requieren una fuerte resistencia con el
mínimopeso,porloqueescomúnencontrarlasenbarcosderegata,embarcacionesdealtavelocidad,
etc.Suprecioesrelativamentealto.
Enelpresenteproyectosebuscauncompromisoentreunabuenarelaciónresistencia-pesoyuncoste
económico accesible para que éste no suponga un inconveniente; por lo que las resinas de poliéster
satisfacen las necesidades establecidas, siendo, de hecho, el material por excelencia para la
construcción de embarcaciones de estas características. Este tipo de resinas presentna un buen
comportamientoanteeldeterioroproducidoporelcontactopermanenteconelmediomarino;aúnasí,
sediferenciaráentrelasresinasutilizadasparalaobravivayparalaobramuerta.
A continuación, y para la futura estimación económica, se citan ejemplos de resinas actualmente
comercializadas:
- CRONOLITA 2009 ACTIVADA. Según el fabricante “Resina isoftálica preacelerada para
aplicaciones donde la resistencia química y térmica es importante. No incluye catalizador”.
Precioactual:10,48€/Kg
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
42
- CRONOLITA 1012 ACTIVADA. Comentarios del fabricante: “Resina ortoftálica preacelerada de
usogeneralparalaminadosconfibradevidrio.Noincluyeelcatalizador”.Supreciodemercado
es7,91€/Kg
- CATALIZADOR C-201 (20g por cada kg de resina). Peróxido de metiletilcetona al 50%.
Comentariosdelfabricante:“Catalizadorespecíficoparalasresinasdepoliésterpreaceleradas”.
Preciodemercado:2,30€por100gramos.
6.2PROCESODELAMINADO
Porotraparte,laeleccióndelprocesodefabricacióntambiénrequiereespecialatención.Ante
losdistintosprocesosdefabricaciónconocidos,sehaoptadoporunalaminaciónporcontacto,laminado
manualcomoprocesoconstructivo.
Aunquemediante la construcciónpor laminaciónmanual seobtienenmateriales demásbaja calidad
comparando con laminación en vacío, esta última se encarece sustancialmente debido al proceso y
recursosqueimplica.Deigualmanerasucederíaconlaúltimaopcióncontemplada,infusiónderesina.
Ésteesunmétododeproduccióndóndelacalidaddelmaterialesdemuchomejorcalidadqueconlos
métodos citados anteriormente. Su inconveniente es que requiere cierto grado de maquinaria y
conocimientodelmétodo,porloquesuelecciónsereservaríaparaproduccionesposteriores.
Elprocesodelaminadomanual
La técnica de laminado manual es la más antigua de todas las técnicas conocidas en la
fabricación de piezas con materiales compuestos. Una de sus grandes ventajas es que no precisa
aportacióndecalorexternoparasupolimerizaciónalcompleto,nidealtapresióndemoldeoparasu
estratificación.Hoy día, sigue siendo el procesomás difundido gracias a su técnica sencilla y de bajo
coste,ysuadecuaciónapiezasdediferentestamañosyformas.
Este proceso, que depende en granmedida de la destreza del operario, consiste en la aplicación de
sucesivas capas dematerial de refuerzo sobre elmolde, impregnadas con una resina, y consolidadas
medianteelusodeunrodilloobrocha.Conestemétodosepersiguendoscosas:laprimera,ayudarala
impregnacióndelrefuerzo,ysegunda,intentarevitaroclusionesdeaireentrelascapas.
Acontinuación,sedetallanlasventajasdeestemétodo.
• Se trata de un método que dada su simplicidad, no requiere mano de obra altamente
cualificada.
43
• Elcostedelequipamientonecesarioymateriaprimaparadesarrollarlatécnicaesinferioral
deotrosmétodosdeproducción;comoporejemploelpreciodelosmoldes.
• Noexistenlimitacionesencuantoaltamañodelaspiezasaproducir.
• Comosehacomentado,norequiereprocesostérmicosdecurado.
• Es un proceso apto para construir tanto estructuras tipo sándwich como estructuras
monolíticas.
• Es un método idóneo para producciones cortas debido a que no requiere una fuerte
inversióneconómica.
Porcontrapartida,comotodosistema,acarreaciertasdesventajas.
• Como se ha comentado previamente, la calidad del producto final dependerá en gran
medida de la habilidad del operario que realice la tarea; por lo que es frecuente que los
laminadospresentenirregularidadesencuantoalauniformidaddelespesor.
• Otradelasdesventajas,esquedependiendodeltamañodelapiezaarealizar, lamanode
obrapuederesultarnumerosa.
• Altratarsedeunmétodoartesanal,elritmodeproduccióneslento.
• Losproductosdeestemétodocontienenbajasdosisdematerialderefuerzo.
• Esunatécnicanecesariamentecondicionadaalosfactoresambientales,pueslahumedady
temperaturadelazonadetrabajoinfluyendirectamenteenelresultado.Latemperaturaincide
en el gradode curadode la pieza, siendo recomendable trabajar entre unos 17ºC y 22ºC. En
cuanto a la humedad, ésta se recomienda que no exceda del 75%, para que no afecte a las
propiedadesmecánicasdelosmaterialesderefuerzo.
• Conestemétododeproducengrandescantidadesdedesperdicios.
• Medianteesteprocesoseemitenelevadasemisionesdecompuestosvolátiles.
Figura20.Laminaciónmanual.Materialescompuestos.Procesosdefabricación.BESENDJAKA.Ed.UPC;Barcelona
2005
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
44
SegúnA.Besendjak,paralosmaterialesymétodoselegidos,lasecuenciadelaminadomásfrecuentees
laquesemuestraacontinuación.
Figura21.Secuenciadelaminado.Materialescompuestos.Procesosdefabricación.BESENDJAKA.Ed.UPC;
Barcelona2005
6.3RECUBRIMIENTOS
Elrecubrimientoes lacapaexternaqueseocupadeocultaryprotegerel laminadodelmedio
exterior;esdecir,eslaprimeracapaderesinaqueseaplicasobreelmolde.
Existendostiposderecubrimientos,elgelcoatoeltopcoat,yladiferenciaentreambosresideenqueel
segundo,eltopcoat,contieneparafina.Estehechoimplicaque,sisequiererealizarunlaminadosobre
el recubrimiento, debe eliminarse la capa de parafina para garantizar una óptima adhesión del
laminado.
Paralaembarcación,sehaoptadoporelusodegelcoat,mayormenteextendidoenelsector.Setrata
deunmaterial creadoparaconferirunacabadodealtacalidaden la superficievisibledeunmaterial
compuesto. Cabe destacar que de su aplicación dependerá el acabado superficial del modelo.
Usualmente se usan pigmentos con el gelcoat, confiriendo acabados de superficies lisas, brillantes y
coloridasqueincrementanlaaparienciaestéticadelmodelo.
Acontinuación,unrecubrimientogelcoatcomercializadoactualmente:
- GELCOAT CRONOGEL BLANCO. Según el fabricante “Gelcoat de poliéster osoftálico. Para la
aplicacióndeprimeracapaenmoldesparaposterioraplicaciónderesinayfibra.Altaresistencia
alaguayUV.Noincluyecatalizador–2%C201”.Suprecioesde10,14€/Kg.
45
6.4MATERIALESDEREFUERZO
Lafuncióndelmaterialderefuerzonoesotraqueaportarrigidezalaestructura,yaqueseráel
encargadodesoportarlastensionesenlamisma.
Existenvarios tiposdematerialesde refuerzo,perodentrodelabanicodisponible, las fibrasdevidrio
son las más extendidas en el ámbito naval, por su manejo sencillo y atractivo coste económico. Se
comercializan en distintas estructuras textiles, y combinándolas se pueden aportar multitud de
propiedades.
ParaelmodelosedefineunacombinacióndetejidoRoving,queaportaunamayorresistenciaaunque
únicamenteendosdirecciones,yunaestructuraMAT,queofreceunaresistenciamenorperocon las
mismaspropiedadesen todas lasdirecciones.Enel apartadodecálculoestructural sedeterminaráel
espesordeambostejidos.
Amododeejemplo:
- MAT. FIBRA. Según el fabricante “Mat de hilos cortados por un ligante en emulsión. Especial
paralaminarconresinadepoliésterydemuyfáciladaptación”.Conunadensidadde300gr/m2
supreciodemercadoesde3,17€pormetrocuadrado.Parauntejidocondensidadde150gr/m2
elprecioesde2,36€yconuntejidode450gr/m2elprecioesde4,51€pormetrocuadrado.
- TEJIDOROVING.Loscomentariosdelfabricante:“Tejidoplanodefibradevidrio.Paradaralta
resistencia a los laminados de resina”. Su precio de mercado, para un tejido con densidad
50g/m2esde7,17€pormetrocuadrado.
6.5ESTRUCTURASÁNDWICH
Se entiende por estructura sándwich una estructura constituida por dos pieles de material
resistente entre las cuales se ubica unmaterial ligero de baja densidad, el cual recibe el nombre de
núcleo. Éste, supondrá un aumento de espesor comportando el mínimo peso, traduciéndose en un
aumentoconsiderablederigidez.
Enlasiguienteimagenseaprecianlosbeneficiosdelusodeestaestructura.
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
46
Figura22.Comparaciónestructuramonolítica–estructurasándwich.Materialescompuestos.Procesosde
fabricación.BESENDJAKA.Ed.UPC;Barcelona2005
Enunaestructurasándwich,sediferenciantrespartes:
• Pielexterior;sonloselementosresistentes.
• Adhesivo;conocidotambiéncomointerfase,actúacomounióndelconjunto.
• Núcleo;sufunciónesmantenerseparadaslasdospielesexteriores,aislartérmicamenteytransmitir
losesfuerzoscortantesdeunacaraalacaraopuesta.
Enlasiguienteimagenseclarificalaestructura.
Figura23.Elementosdelaestructurasándwich.Materialescompuestos.Procesosdefabricación.BESENDJAKA.Ed.
UPC;Barcelona2005
Para la confección del núcleo existen multitud de materiales; para la embarcación del proyecto se
utilizarán espumas de cloruro de polivinilo –PVC. Su elección se debe a que ofrecen mejores
propiedades que las espumas sintéticas y además, son las que poseen una mayor aplicación en el
mercado.
47
6.6EVALUACIÓN
Teniendo en cuenta tantomateriales como procesos de fabricación, se definen las siguientes
estructuras:
- Unaestructuramonolíticaconresinadepoliésterisoftálicaparaelcasco;siendoestetipode
resina el que permite una menor humedad. No se contempla una configuración tipo
sándwichdebidoalmaterialblandodelnúcleo.
- Una estructura tipo sándwich constituida con resina de poliéster ortoftálica y cloruro de
polivinilo (núcleo) para la cubierta. Con esta estructura se logra aumentar la rigidez, sin
aumentarenexcesoelpeso.
Comomaterial de refuerzo, se utilizará fibra de vidrio con una combinación de tejido Roving y una
estructuraMAT.
En el siguiente capítulo se realiza el cálculo estructural de la embarcación teniendo en cuenta esta
valoración,yaqueellaminadocondicionarálastensionesmáximassufridasporlaembarcación.
TodoslosproductosmencionadosenestecapítulosehanextraídodelapáginawebdePlastiform4.
4www.plastiform.com
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
48
7. DISPOSICIÓNESTRUCTURAL
Enestecapítuloserealizaelcálculoestructuraldelaembarcación,queconsisteendeterminar
losespesoresycalculareldimensionamientodelosrefuerzos.
Para ello, se recurre a la Normativa ISO 12215 – Pequeñas embarcaciones. Construcción de cascos y
escantillones.Laparte5delacitadanorma–Presionesdediseño,tensionesdediseñoydeterminación
delescantillón,y laparte6–Dispositivosestructuralesydetallesdeconstrucción,es lanormativaque
aplicaalmodelodeestudio.Todosloscálculosrealizadosparaestasecciónserealizaránatendiendolas
directricesmarcadasenellas.
Amodo de resumen; se calcula la presión que se ejerce sobre el casco de la embarcación, a fin de
dimensionarloparaquepuedaresistirdichapresión.Pararealizarestecálculoseprocededelasiguiente
manera:
I. Se descompone la estructura del casco en paneles, divididos por las interacciones de los
refuerzos; éstos atendienden a las necesidades de la distribución realizada y a la normativa
vigente.
II. Secalculalapresióndediseñodecadapanel;éstadependedelasdimensiones,delaposicióny
demáscaracterísticasdecadaunodelospaneles.
III. Finalmente, sedeterminaelescantillonadoparacadapanel,paraasídefinirunasecuenciade
laminado.
7.1ÁMBITODEAPLICACIÓNDELANORMA
Para la adecuación del modelo a la normativa antes citada, debe comprobarse que la
embarcacióncumpleconlasespecificacionesestablecidasenella.
Loslímitesdeaplicacióndelanorma,sonlossiguientes:
" Esloracomprendidaentre2,5y24metros.
" Velocidadnosuperiora50nudos.
" Cumplirlarelaciónestablecidaparaembarcacionesdeplaneo(semiplaneoenestecaso):
(V/√LWL)≥5
Dónde,Eslora(LWL)=9metros
49
Serealizaelcálculoparaunavelocidadde16nudos,correspondientealavelocidaddecrucero,ypara
unavelocidadde25nudos,correspondienteavelocidadmáxima.
Paraambasvelocidadessecumpleelrequisito;por loque, laembarcaciónseencuentradentrodelos
límitesdeaplicacióndelanorma.
7.2PANELES
Sediferenciaentrelospanelesdefondo-regióncomprendidapordebajolalíneadeflotación,
lospanelesdecostado-zonacomprendidaentre la líneadeflotacióny launióncon lacubierta,y los
panelesdecubierta.
Alahoradedeterminarlospaneles,debeprestarseespecialatenciónaunadistribuciónequitativapara
que no resulten presiones irregulares en paneles contiguos. Interesa que cada zona tenga un
escantillonado único ,y que éste sea acorde a la presión sufrida por cada panel, sin excederse en el
espesordelospanelesquesufrenunamenorpresión.
7.2.1Panelesdefondo
Lospanelesqueconformanestegruposonlospanelessituadospordebajolalíneadeflotación;
enlasiguienteimagensemuestralarepartición.
Figura24.Distribucióndelospanelesdefondo
Losrefuerzos longitudinalesde lazonadefondosehandispuestounoencadasemimanga,yotro
refuerzonaturalen laquilla.A lapar,elcascoquedadivididomediantecincorefuerzos transversales,
acordesaladistribucióndelaembarcación.Estosúltimosafectantantolospanelesdefondocomode
costado.Elrefuerzodemásproacorrespondeaunmamparoestanco,odecolisión.
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
50
Cálculodelapresióndediseñoyespesordelospanelesdefondo.
Paralaobtencióndelespesorrequerido,esnecesariocalcularpreviamentelapresióndediseñoalaque
estásometidacadaunodelospanelesdefondo.
Para facilitar la tarea se ha configurado una hoja de cálculo Excel, donde los datos comunes para la
operaciónquedanasignados,siendoúnicamentenecesario introducir lasdimensionesdecadaunode
lospaneles.LainformacióndecadapanelseextraemedianteelprogramadediseñoRhinocerous.
PANEL X(mm) ÁREA(mm2) L(mm) B(mm)CUERDA(mm)
12 6163,155 667932,07 1544,676 562,707 0
13 4743,167 887979,934 1501,547 599,261 0
14 3257,592 877510,964 1500,435 599,261 0
15 1764,263 803905,828 1501,235 564,674 0
16 508,497 480464,78 1001,236 504,176 0
17 6268,839 1008687,03 1515,912 735,85 0
18 4752,05 947542,476 1500,386 638,616 0
19 3250,2 940503,884 1500,004 627,849 0
20 1749,752 941077,142 1500,007 628,118 0
21 499,9 628661,834 1000,006 629,154 0
22 7538,09 903820 1654,162 960,926 37,48
Tabla3.Dimensionesdelospanelesdefondo
Losparámetrosrecogidosenlatabla:
X:posicióndelcentrodegravedaddelpanelrespectolapopa(m)
A:áreadelpanel(m2)
L:longitudmediadelpanel(mm)
B:longitudmenosdelpanel(mm)
C:cuerda(curvaturadelpanel)
Condichasdimensionesseobtienenlossiguientesresultados:
PANEL T(mm) W(kg/m2) P(kN/m2)
12 9,763409685 5,579091249 43,97087816
51
13 9,941405996 5,680803426 40,19669433
14 9,654526492 5,516872281 37,91025241
15 8,915772984 5,09472742 36,4123886
16 8,320589549 4,7546226 40,03186686
17 10,07722586 5,75557633 38,85598269
18 10,49350206 5,996286893 39,43556452
19 10,00886205 5,719349742 37,11810033
20 9,682646796 5,532941026 34,70822864
21 9,662266889 5,521295365 36,9144491
22 8,758097482 5,004627133 40,15690598
Tabla4.Resultadosdelospanelesdefondo
Donde,
T:espesordelpanel(mm)
W:pesoensecodelmaterialderefuerzo(kg/m2)
P:presióndediseñodelpanel(kN/m2)
Elvalorde lacuerda,esunparámetroquerepresenta lacurvaturade lasuperficie–elpaneleneste
caso.Enlamayoríadepanelesnosehaconsideradoestedatoarazóndeque;amayorvalordecuerda,
se tiende a minimizar el espesor del panel, y dado que los resultados obtenidos se adecúan a la
normativa,noresulta interesantereducirlo.TalycomopuedeapreciarseenlaTabla3,únicamentese
havalorado la curvaturadelpanelnúmero22.Al tratarsedeunpanel situadoenunazonade fuerte
impacto,yademássereldemayorvalordecuerdadebidoasusituación,denotenerseencuenta la
curvatura,elespesorresultaríaexcesivo(T=15,63mm,yW=5kg/m2).
7.2.2Panelesdecostado
Lospanelesdecostadosonaquelloscomprendidosentrelalíneadeflotaciónylauniónconla
cubierta.
Encuantoalasdivisionesqueafectanalospanelesdecostado,sedisponeunrefuerzolongitudinalalo
largo de toda la eslora, con el que quedan divididos los paneles. De talmanera se proporciona una
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
52
mayor resistencia a la embarcación frente a posibles golpes. En la siguiente imagen semuestran los
panelesdecostado.
Figura25.Distribucióndelospanelesdecostado
Seprocededelamismaformaqueparalospanelesdefondocalculadosanteriormente.
Cálculodelapresióndediseñoyespesordelospanelesdecostado
Introduciendolosdatosdelospanelesdecostadoenlahojapre-configuradaseobtienenlossiguientes
resultados.
PANEL X(mm) ÁREA(mm2) L(mm) B(mm) CUERDA
2 6268,053 975466,287 1534,481 685,528 0
3 4759,662 888799,472 1500,786 611,511 0
4 3259,989 837125,191 1500,44 574,561 0
5 1760,66 787701,718 1501,615 514,618 0
6 505,026 496826,024 1003,528 507,539 0
7 6216,794 558479,841 1556,955 415,42 0
8 4737,895 667188,219 1502,494 464,638 0
9 3247,43 711804,552 1500,272 481,269 0
10 1750,285 726516,158 1500,956 485,506 0
11 500,521 485893,358 1001,368 485,506 0
1 7889,547 1963000 2347,454 977,436 275
Tabla5.Dimensionesdelospanelesdecostado
Conlosvaloresintroducidosseobtienenlosvaloresquesemuestranenlasiguientetabla.
53
PANEL T(mm) W(kg/m2) P(kN/m2)
2 6,227691299 3,558680742 5,755460438
3 5,659839354 3,234193917 5,974147999
4 5,236492024 2,992281156 5,792751799
5 4,688406197 2,679089256 5,788377314
6 4,651960135 2,658262934 5,899593711
7 4,313701262 2,46497215 7,519719547
8 4,654853328 2,659916188 6,999368636
9 4,62443833 2,642536189 6,439001452
10 4,500057269 2,571461296 5,991329352
11 4,496257652 2,569290087 5,981216083
1 3,949620856 2,256926203 4,36482
Tabla6.Resultadosdelospanelesdecostado
El panel número 1, por lamisma razón que el panel número 22 en los paneles de fondo, se analiza
detenidamente.Considerandoelvalordelacuerdaparaelcálculo,seobtienenunosvalores(marcados
en rojoen laTabla6), significativamente inferioresa loestipuladoen lanormativa.Apesardeello,y
debidoalsobredimensionamientoquesufriráelpanelatendiendoalosresultadosdelospanelesdela
misma zona, los resultados se consideranaceptables; yaquedeno considerar la cuerda, indicaríaun
valordesmesuradodeespesorrequerido.
Para el análisis de los paneles de costado, es común, además de los parámetros mencionados,
considerarotravariablequecaracterizacadapanel.Setratade“laproporcióndealturadesdelalínea
de flotación hasta el centro del panel estudiado”, conocido como H. La razón de no estimar este
parámetro reside en que, si se considera, los resultados se ajustan notablemente, reduciendo el
espesor. Dado que los valores obtenidos, siguiendo la tendencia del caso de la curvatura antes
explicado, cumplen con las expectativas y con la legislación vigente, no se contempla el valor del
parámetroH.
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
54
7.2.3Panelesdecubierta
Elestudiodeestegrupodepanelesnorequiereunprocesotanexhaustivocomolosdosgrupos
antesanalizados.Setomaunpaneldereferenciaparaelcálculodeescantillonado.Elpanelanalizado
correspondealpaneldemayoresdimensionesymayorsolicitacióndebidoasuposición.
PANELESDECUBIERTA
(paneldereferencia)
ÁREA(mm2) 1,7295
L(mm) 1500
B(mm) 1153
Tabla7.Dimensionesdelpaneldereferenciadecubierta
Conestosdatosseobtienenlossiguientesresultados:
PANELESDECUBIERTA
T(mm) 6,130420477
W(kg/m2) 3,503097415
P(kNn/m2) 3,00473648
Tabla8.Resultadosdelospanelesdecubierta
Considerandounaestructuramonolítica, los resultadosobtenidoscumplencon los requisitosdictados
en la normativa. En el Capítulo 6 se ha definido una estructura tipo sándwich para la cubierta,
proporcionandoalacubiertaunasensacióndemayorseguridad.Porloque,atendiendoalosresultados
obtenidos y a las directricespreestablecidas, se concluyeel siguiente sobredimensionamientopara la
cubierta,consiguiendomantenerelpesodelafibraensecoyganarinercia.
55
CONFIGURACIÓNESTRUCTURADE
LOSPANELESDECUBIERTA
TPIEL(mm) 3
TNÚCLEO(mm) 30
TPIEL(mm) 3
Tabla9.Configuraciónresultantedelospanelesdecubierta
7.3ESPEJODEPOPA
Escondiciónnecesaria reforzar la zonadepopacuandose tratadeembarcacionesconmotor
fueraborda.Porello,sedefineunaestructuratiposándwichparaestazona.
Segúnlanormativa,paradefinirdelaconfiguracióndelespejodepopa,debeprocedersedelasiguiente
manera:
1. Primero,secalculaelespesordelalmamediantelafórmula:
TALMA=35+0,15·P
Donde,
P:potenciaenkW;siendoéstaiguala168kW.
Seobtieneunvalorde:
TALMA=60,2mm
Siendonecesarioredondearelresultado:
TALMA=60mm
2. Ensegundolugar,seprocedealcálculodelespesorrequeridoparalacapainteriordelsoporte
delmotor.Paraello,seutilizalaecuación:
TINT=LH0,55
SiendoLHlalongitudtotal,esdecirlaeslora(9metros);seobtieneunvalorde:
TINT=3,34m
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
56
3. Porúltimosecalculaelespesormínimorequeridoparalacapaexterior.
TEXT=LH0,55+0,85·P0,5
Seobtieneunvalorde:
TEXT=4,45mm
A pesar de cumplir con la normativa aplicable, se sobredimensionan los espesores de las dos pieles,
quedandoambasdelmismogrosor.
ESPEJODEPOPA
TINT(mm) 5
TALMA(mm) 60
TEXT(mm) 5
TEESPEJOPP(mm) 70
Tabla10.Configuraciónresultantedelespejodepopa
7.4REFUERZOSLOCALES
7.4.1Quilla
Según la normativa ISO, para una anchura del refuerzo igual [80 · B; siendo B el valor de la
manga],laseccióndelachapaefectivasecalcula:
SMQUILLA=1,4·10-3·(130/σfu)·mT·LH
Donde,
σfu:cargaderoturaalaflexióndellaminado;iguala146N/m2
mT:masadelaembarcación;iguala9m
LH:esloradelaembarcación;4.340Kg
SMQUILLA=48,69cm3
Además,debecumplirconunpesomínimodefibrasecaiguala[2,2·WMIN;WMIN4,7kg/m2].
Pesomínimodefibraseca=10,34kg/m2
57
7.4.2Roda
La roda se sitúa en el extremo de proa de la embarcación. La anchura de este refuerzo se calcula
cumpliendolarelación[2·WMIN;siendoWMIN=2,46kg/m2]paraelcálculodelpesomínimorequerido
delafibraseca.
Pesomínimodefibraseca=4,92kg/m2
7.4.3Codillos
Segúnlanormativa,lazonadeloscodillosdebereforzarsehastaunaanchurade:
[40·B]
cumpliendocon1,7·WMIN;WMIN=2,46Kg/m2.
Pesomínimodefibraseca=4,18kg/m2
7.5REFUERZOS
7.5.1Mamparodecolisión
EnlanormativaISOantesmencionada,sedetallaelcálculodelosmamparosestancos.
Lapresióndediseñodelmamparoestancodebecumplircon:
Ptb=10·Hb
Donde,
Ptb:presióndediseño(kN/m2)
Hb:alturadecargadeagua;desdelapartesuperiordeltanqueopuntoderebosesituadoa2/3delaalturatotaldelpanel.Conunvalorde0,784m.
Ptb=5,23kN/m2
Mediante una hoja Excel pre-configurada según la normativa, se obtienen los siguientes resultados,
dondeTCrepresentaelespesordelnúcleodecontrachapado,yTI/TOlosespesoresdeloslaminados.
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
58
MAMPARODECOLISIÓN
TC(mm) 10
TI/TO(mm) 1
Tabla11.Espesoresdelmamparodecolisión
7.5.2Sombrerodecopa
Los refuerzos en sombrero de copa son los refuerzos transversales que han quedado ya
definidosmediantelasparticióndelcascoenpaneles.
Paradefinirlosrefuerzosquesedispondrán,setomacomoreferenciaelpaneldemayoresdimensiones
decadaunadelasdoszonas,dependiendoelcálculodelascaracterísticasdelospanelesadyacentes.
Sedistingueentrelosrefuerzosdispuestosenlazonadefondo,losrefuerzosdispuestosenlazonade
costado,ylascuadernas.
POSICIÓN Lu(mm) S(mm) Aw(cm2) SM(cm3) SM”(cm3) I(cm4)
Fondo 626 1500 7,103 40,478 39,281 102,555
Costado 541 1500 1,104 5,44 5,28 11,91
Cuaderna 1500 638 7,239 42,004 40,801 108,566
Tabla12.Resultadosdeldimensionamientodelosrefuerzos
Donde,
Lu:longituddelrefuerzo
S:separaciónentrelosrefuerzosadyacentes
P:presióndediseño(kN/m2)
Aw:superficiedelalma(cm2)
Sm:módulodeinerciamínimo(cm3)
I:segundomomentodeárea
Enfuturas iteraciones,podríanconsiderarsedosfactoresadicionalesparaelcálculo,Cu(curvaturadel
refuerzo) y Kcs (factor de ajuste de curvatura). Siguiendo la línea del estudio, para una primera
estimacióndelespesordelrefuerzo,nosetienenencuentaestosparámetros.
Conlosvaloresobtenidos,valoresmínimosdelosrefuerzos,serecurrea lanormativaparaescogerel
refuerzoquecubralasnecesidadesdecadazona.
59
POSICIÓN FONDO COSTADO CUADERNA
h(mm) 100 40 100
bb(cm2) 50 40 100
bc(cm2) 50 35 85
TP(cm3) 5 15 5
SM(cm3) 41,3 6,3 56,2
AW(cm4) 8,4 1,1 8,4
I(cm4) 289 34 225
TIPO ALTO CUADRADO CUADRADO
Tabla13.Resultadosfinalesdelosrefuerzos
Correspondiendoh,bb,bc,lasdimensionesdelosrefuerzos,yTp,alespesordelcostado.
7.6SECUENCIASDELAMINACIÓN
Enesteapartadosedesglosanlassecuenciasdelaminadoparacadazonaestudiada.Ellaminado
serealizarádemanerauniformeentodoelcasco,hastaalcanzardemaneraindependiente,elespesor
deseadoparacadazona.
Paraladefinicióndelasecuenciadelaminadosehantenidoencuentaciertoscriterios:
" Incorporacióndetrescapasdeveloparalaprevencióndelaósmosisenlascapasexternasyun
acabadomásuniforme.Éstasnoseconsiderancomomaterialderefuerzo.
" UnasprimerascapasdetejidosMATyRovingmásfinas.
" La alternancia de los dos tipos de tejido proporciona una buena adherencia interlaminar, así
comounusodetejidosRovingdemayorgramajedebidoasusmejorespropiedades.Porello,se
alternancapascondistintosgramajes.
7.6.1Secuenciadelaminadodecostado
Para lazonadecostadoharesultadounespesorde6mmyunpesodefibraensecode3,55
kg/m2.
LAMINADODECOSTADO
CAPA PESOeng/m2
GELCOAT
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
60
VELO 30
VELO 30
VELO 30
MAT 100
MAT 200
ROVING 300
MAT 200
ROVING 450
MAT 200
ROVING 450
MAT 200
ROVING 450
MAT 200
ROVING 450
MAT 300
TOTAL 3500
Tabla14.Secuenciadelaminadodecostado
7.6.2Secuenciadelaminadodefondo
Enestazona,aunquepodríandiferenciarsedostiposdelaminadodebidoalespesorrequerido,
paraunaprimeraestimacióndeconsideraunlaminadoúnicode11mmyunpesodefibraensecode
5,99Kg/m2.
Una vez laminado todo el casco con la secuencia anterior, secuencia de laminado de costado, se
laminarálazonadefondoconlasiguientesecuencia.
LAMINADODEFONDO
CAPA PESOeng/m2
MAT 300
ROVING 450
MAT 300
ROVING 450
MAT 300
ROVING 450
61
MAT 300
TOTAL 6050
Tabla15.Secuenciaadicionaldellaminadodefondo
7.6.3Secuenciadelaminadodecubierta
Paralacubiertasehadefinidounaestructuratiposándwich,dondedeberátenerseencuentael
núcleoy,posteriormenterealizarunlaminadode3mmparacadapiel.
LAMINADODECUBIERTA
CAPA PESOeng/m2
MAT 100
MAT 200
ROVING 300
MAT 200
ROVING 300
MAT 200
ROVING 300
MAT 200
TOTAL 1800
Tabla16.Secuenciadelaminadodecubiertaparacadapiel
7.6.4Secuenciadelaminadodelespejodepopa
Anteriormente,sehadefinidounaestructuratiposándwichparaelespejodepopa,conelfinde
reforzardichazona.Sehaconsideradonecesariounespesordel laminado interioryexteriorde5mm
cadauno,máselespesordelnúcleo,materialquedeberáadherirsemedianteencolado.
Teniendoencuentaqueelespesordeestazonayacuentaconunlaminadosuperiora5mm(11mmde
lalaminacióndefondo),seránecesarioúnicamenteañadirelnúcleo,medianteencolado,yellaminado
exteriorde5mm.
Quedandodelasiguientemanera:
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
62
ESPEJODEPOPA
TINT(mm) 10
TALMA(mm) 60
TEXT(mm) 5
TEESPEJOPP(mm) 75
Tabla17.Laminadodelespejodepopa
Amedidaqueavanzaelproyecto,deberíaconsiderarselaposibilidadderealizarunlaminadosimétrico
encuantoallaminadointerioryexterior.
Dadoqueelespesordelazonadecostadoyacubrelanecesidaddellaminadoexterior,únicamenteserá
necesarioadherirelnúcleoy,posteriormentelaminarconlasecuenciadescritaacontinuación.
LAMINADODELESPEJODEPOPA
CAPA PESOeng/m2
MAT 100
MAT 200
ROVING 450
MAT 200
ROVING 450
MAT 200
ROVING 450
MAT 300
TOTAL 2350
Tabla18.Secuenciadelaminadodelespejodepopade5mm
7.6.5Secuenciadelaminadodelosrefuerzoslocales
Atendiendo los resultados obtenidos para los refuerzos naturales, y según las exigencias de
escantillonado,sedefineunlaminadode15mmdeespesor.
Ellaminadodelcascodondeseencuentranlosrefuerzosnaturales,disponedeunlaminadode10mm
correspondientealazonadefondo.Porloque,únicamenteseránecesarioseguirlasiguientesecuencia
afindeobtenerelespesordeseadoenlaszonasencuestión.
63
LAMINADODELOSREFUERZOSLOCALES
CAPA PESOeng/m2
MAT 100
MAT 200
ROVING 500
MAT 200
ROVING 500
MAT 200
ROVING 500
MAT 300
TOTAL 8550
Tabla19.Secuenciadelaminadodelosrefuerzoslocales
Añadiendounlaminadoalquecorrespondeunpesode2500kg/m2,seobtieneunespesortotalconun
pesode8550kg/m2.
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
64
8. DISTRIBUCIÓNYCÁLCULODEPESOS
Enesteapartadose realizaunaevaluaciónparaestimar,de lamaneramásprecisaposible,el
pesodelapropiaestructuraydetodosycadaunodeloselementosqueconformanlaembarcación.
Además, la distribución de los pesos más significantes permitirá calcular el centro de gravedad del
conjunto,queresultanecesarioparaelposterioranálisisdeestabilidad.Porello,elcálculodepesoses
unapartedelproyectodegranimportancia,quedeberealizarseconlamayorprecisiónposible,paraasí
garantizar el comportamiento deseado de la embarcación. Obviamente, en la ya conocida espiral de
diseño,esunapartadoenelqueseprestaespecialatenciónconformeevolucionaelproyecto.
Losresultadosdelestudiodebenasegurarunbuencomportamiento,quesetraduceenelcumplimiento
dedoscondiciones:
- enprimerlugar,queeldesplazamientototalcoincidaconeldesplazamientodediseñodela
obraviva,
- yensegundolugar,queelcentrodegravedadsesitúelomáspróximoposiblealcentrode
flotación.
Estasdoscondicionespuedenpresagiarunbuentrimadoestático.
Para obtener unos valores óptimos de desplazamiento y LCF –Longitud al Centro de Flotación, se
procedealaevaluacióndetodaslaszonasdelaembarcación.
8.1 EVALUACIÓNDELAESTRUCTURA
8.1.1 Evaluacióndelcasco
Con los resultados obtenidos en el capítulo anterior, se puede estimar el peso de la fibra
mojada, calculandounporcentajede fibra-resinade30%. Se consideraunporcentajepocooptimista
debidoalmétodode laminaciónmanual. Elpesoque seespecificaen las tablas se refierealpesode
fibramojada.
65
Tabla20.Desglosedeldesplazamientodelcasco
Para el cómputo total del peso del casco debe tenerse en cuenta que los cálculos realizados
correspondenalamitaddelaembarcación.
RESULTADOSEVALUACIÓNDELCASCO
PESOLAMINADO(Kg) 678,22
Mx(Kg·m) 2791,61
My(Kg·m) 120,38
Tabla21.Resultadosdeldesplazamientodelcasco
8.1.2 Evaluacióndelacubierta
A continuación sedescribe el cálculodedesplazamientode la cubiertade la embarcación.A
diferenciadelosotroscasos,elcálculoserealizateniendoencuentalacubiertaentera.
Tabla22.Evaluacióndelpesodecubierta
ZONA
PESOFIBRASECA
(Kg/m2)
ÁREA(m2)
PESO
LAMINADO(Kg)
X
(mm)
Y
(mm)
Z
(mm)
Mx
(Kg·m)
My
(Kg·m)
COSTADO5,55 9,09 107,68 4467 0 121 481,01 13,02
FONDO6,75 9,1 204,3 3900 0 211 796,77 43,11
QUILLA11,16 2,43 27,13 4,95 0 0,15 118,03 4,06
ZONA
PESOFIBRASECA
(Kg/m2)
ÁREA(m2)
PESO
LAMINADO(Kg)
X
(mm)
Y
(mm)
Z
(mm)
Mx
(Kg·m)
My
(Kg·m)
CUBIERTA3 5,5 550 4122 0 970 2267,1 533,5
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
66
8.1.3 Evaluacióndelosrefuerzos
Seprocededelamismamaneraparacalculareldesplazamientoylosmomentosprovocadospor
losrefuerzos,transversalesylongitudinales.
Tabla23.Desglosedeldesplazamientodelosrefuerzostransversales
Tabla24.Desglosedeldesplazamientodelosrefuerzoslongitudinales
Finalmente,secalculaelpesoglobaldetodoslosrefuerzosconsiderandolaestructuraensutotalidad.
RESULTADOSEVALUACIÓNDELOSREFUERZOS
PESOLAMINADO(kg) 70,06
Mx(kg·m) 289,22
My(kg·m) 42,88
Tabla25.Resultadosevaluacióndepesosdelosrefuerzos
ZONA
PESOFIBRASECA
(Kg/m2)
ÁREA(m2)
PESOLAMINADO(Kg/m2)
X(mm)
Y(mm)
Z(mm)
Mx(Kg·m)
My(Kg·m)
CUADERNA1
1,8 1,12 2,016 1000 0 260 2,02 0,52
CUADERNA2
1,8 1,12 2,016 2500 0 260 5,04 0,52
CUADERNA3
1,8 1,12 2,016 4000 0 260 8,06 0,52
CUADERNA4
1,8 1,12 2,016 5500 0 260 11,08 0,52
MAMPARODE
COLISIÓN
10 0,778 5,71 8047 0 116 46,02 6,62
ZONA
PESOFIBRASECA
(Kg/m2)
ÁREA(m2)
PESOLAMINADO(Kg/m2)
X(mm)
Y(mm)
Z(mm)
Mx(Kg·m)
My(Kg·m)
FONDO1,8 2,46 4,42 3500 0 180 15,48 0,79
COSTADO1,8 2,71 16,26 3500 0 735 56,91 11,95
67
8.2 EVALUACIÓNDEEQUIPOSYSISTEMAS
La evaluación de los equipos corresponde al análisis de todos los elementos necesarios y no
estructurales,queconformanlaembarcación.Porelementosseentiendedesdeelanclasituadaaproa
delaembarcación,hastalaescaleradebañoinstaladaenlazonadepopa.
Enlasiguientetablasedetallanloselementosbásicosquecomponenlaembarcación.
ELEMENTOMODELO
CANTIDAD
PESOTOTAL
X(L)
Y(B)
Z(T)
Mx(Kg·m)
Mz(Kg·m)
SOLARIUMDEPROACORNAMUSA CORNAMUSAACERO
INOXIDABLECIÍNDRIA 2 0,4 0 0 0 0 0MOLINETE ITALWINCHSmart
700 1 10 8,66 0 1,5 69,28 12LUCESDECORTESÍA LEDCourtesyLight,
roundwhite 4 1 0 0 0 0 0ANCLA SIMPSON-LAWRENCE
DELTA 1 22 9,2 0 1,5 184 30CADENA CADENACalibrada
DIN766 1 70 8,66 0 1,5 519,6 90PUNTERA CANBarracura50mm 1 0,15 0 0 0 0 0
SOFÁ-MUEBLEMULTIUSOS FABRICACIÓNPROPIA 1 20 6 0 1 90 15
ZONADEMANDOPANELDEMANDO FABRICACIÓNPROPIA 1 40 4,2 0 126 0PUESTODEMANDO FABRICACIÓNPROPIA 1 35 3,3 0 82,5 0
LUCESDENAVEGACIÓN
EVOLED360ºMOORINGLIGHT
WITHLED 2 0,5 0 0 0 0 0EQUIPOSDENAVEGACIÓN varios varios 40 4,15 0 166 0
ZONADEBAÑERASOFÁ-MUEBLEMULTIUSOS FABRICACIÓNPROPIA 1 30 1,6 0 1 0 0
EQUIPAMIENTOOBLIGATORIO varios varios 35 2,2 0 0,5 66 15
PLATAFORMADEPOPABATERÍA VARTA
PROFESSIONALDUALPURPOSE129Ah 2 110 0,3 0 0,3 13,5 13,5
MOTOR SUZUKY 1 263 -0,2 0 0,5 -52,6 131,5DEPÓSITO
COMBUSTIBLEISSUU112073360
LITROS 1 400 3,6 0 0,3 900 75LUCESDECORTESÍA LEDCourtesyLight,
roundwhite 4 1 0 0 0 0 0ESCALERADEBAÑO ESCALERAINOX
195mm90º 1 0,5 0 0 0 0 0CORNAMUSA CORNAMUSAACERO 2 0,4 0 0 0 0 0
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
68
INOXIDABLECIÍNDRIA
Tabla26.Desglosedelosequiposysistemas
RESULTADOSEVALUACIÓNDELOSEQUIPOSPESOTOTAL(Kg) 1058,95Mx(Kg·m) 2164,28My(Kg·m) 383,5
Tabla27.Resultadosdelaevaluacióndeequipos
Loselementosque suponenunpesodespreciableparael cálculono sehanconsideradoa lahorade
establecer el punto de aplicación de su peso. Estos elementos se consideran al aplicar un
sobredimensionamiento.
EnelgrupoEquiposdeNavegación,seincluyentodosloselementosnecesariosy/uobligatoriosparala
navegación; tales como, VHF y antena VHF equipo GPS, bocina, brújula, otros accesorios y material
náutico.
DentrodeEquipamientoObligatorioseconsideraelpesodelasdefensas(4defensassegúnlanormativa
aplicable),elmaterialdesalvamentoobligatorio(salvavidas),señalesdesocorro,botiquín,entreotros.
8.3 RESULTADOS
Para conocer el resultado global del peso de la embarcación y la situación del centro de
gravedad,serealizaelsumatoriodelasevaluacionesindividualesantesdetalladas.
RESULTADOSGLOBALES
PESOTOTAL(kg) 2397,23Mx(kg·m) 7512,21My(kg·m) 1080,26
CDGLongitudinal 3,13
CDGVertical 0,45
Tabla28.ResultadosglobalesdedesplazamientoyCDG
69
9. EVALUACIÓNHIDROSTÁTICAEnestecapítulosedescribeelcomportamientodelaembarcaciónenposiciónestática,unavezya
definidoycalculadoelpesodelaembarcación.
Paraello,seanalizaelcomportamientoendoscondicioneslímite,esdecir,seevalúaelcomportamiento
del modelo en estado de máxima carga y el comportamiento en condición de rosca. Esta segunda
condición,suponelamínimacargaquesoportarálaembarcación.Enambossupuestos,laembarcación
debecumplirconlasexigenciasdelanormativaISOreferentealaevaluacióndelaestabilidad.
ElanálisisdelasdistintassituacionesdecargaserealizaráconelprogramaMaxsurfStability.
9.1 CONDICIÓNDEDESPLAZAMIENTOENROSCA
Elpesoenroscasuponeelanálisisdelaembarcaciónteniendoencuentaelpesodelaestructura,
delamaquinaria,ydetodoslosequiposquecomponenlaembarcación.Respectoalvalorobtenidode
peso totalde laembarcación, seaplicaunsobredimensionamiento; suponiendoeldesplazamientoun
valorde2800kg.
Caladoenelcentrodelbuque(m) 0,369
Desplazamiento(kg) 2800
Heel(deg) 0
CaladoenFP(m) 0,373
CaladoenAP(m) 0,364
CaladoenLCF(m) 0,368
Trimado(+veporpp)(m) -0,008
WLEslora(m) 8,001
MangamáximaextendidaenWL(m) 2,604
Áreamojada(m2) 17,617
Áreaflotación(m2) 16,502
CoeficientePrismático(Cp) 0,8
CoeficientedeBloque(Cb) 0,378
CoeficientedeMáximaSeccióndeÁrea(Cm) 0,481
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
70
Coeficientedeflotación(Cwp) 0,792
LCBdesdeceropt.(+vefwd)(m) 3,351
LCFdesdeceropt.(+vefwd)(m) 3,364
KB(m) 0,247
KGfluid(m) 0,7
BMt(m) 2,596
BML(m) 22,396
GMtcorrecto(m) 2,142
GML(m) 21,943
KMt(m) 2,842
KML(m) 22,643
Immersión(TPc)(toneladas/cm) 0,169
MTc(toneladas·m) 0,081
RMat1deg=GMt.Disp.sin(1)(kg·m) 112,166
Máximainclinacióndelacubierta(deg) 0,0595
Ángulodetrimado(+vebystern)(deg) -0,0595
Tabla29.Resultadoshidrostáticosdedesplazamientoenrosca
Los resultados del análisis hidrostático en condición de rosca muestra los valores deseados. El
parámetromáscrítico,eltrimadodelaembarcación,sepresentaenunbaremofavorable;yelcentro
degravedadpresentaunvalorpróximoalcentrodegravedaddediseño.
9.2 CONDICIÓNDEDESPLAZAMIENTOENMÁXIMACARGA
EnlanormativaISO12217-1:2013,sedefinecondicióndemáximacargacomolacargamáximapara
laquesediseñalaembarcación.Esdecir,elpesodelcasco,delamaquinaria,dellastre,máselpesode
lamáximacargaquesevayaaembarcaropesomuerto.
Se incluyeelmáximopeso recomendado (tripulación ypertrechos) y se consideran todos los líquidos
(porejemplo,combustibles,aceites,aguadulce,etc)hastalamáximacapacidaddesustanquesfijoso
portátiles.Elpesodelatripulaciónsecalcúlaarazónde80kgporpersona,ysesitúanparaelcálculoen
unpuntopróximoalcentrodeflotaciónparanoalterareltrimadodediseño.
Caladoenelcentrodelbuque(m) 0,377
71
Desplazamiento(kg) 4100
Heel(deg) 10,4
CaladoenFP(m) 0,375
CaladoenAP(m) 0,378
CaladoenLCF(m) 0,377
Trimado(+veporpp)(m) 0,002
WLEslora(m) 8,006
MangamáximaextendidaenWL(m) 2,148
Áreamojada(m2) 16,702
Áreaflotación(m2) 14,67
CoeficientePrismático(Cp) 0,801
CoeficientedeBloque(Cb) 0,394
CoeficientedeMáximaSeccióndeÁrea(Cm) 0,689
Coeficientedeflotación(Cwp) 0,853
LCBdesdeceropt.(+vefwd)(m) 3,35
LCFdesdeceropt.(+vefwd)(m) 3,533
KB(m) 0,297
KGfluid(m) 0,867
BMt(m) 1,414
BML(m) 17,705
GMtcorrecto(m) 0,835
GML(m) 17,126
KMt(m) 1,688
KML(m) 17,709
Immersión(TPc)(toneladas/cm) 0,15
MTc(toneladas·m) 0,076
RMat1deg=GMt.Disp.sin(1)(kg·m) 52,476
Máximainclinacióndelacubierta(deg) 10,4406
Ángulodetrimado(+vebystern)(deg) 0,016
Tabla30.Resultadoshidrostáticosdedesplazamientoenmáximacarga
En condición de máxima carga, el modelo muestra el comportamiento deseado, conservando un
trimadodediseñofavorableyacordealresultadoesperado,sinvariarelcentrodegravedad.
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
72
10.EVALUACIÓNDEESTABILIDADYFLOTABILIDAD
Enesteúltimocapítuloseanaliza lacondicióndeestabilidady flotabilidadde laembarcación.
Para ello, se atienden los requisitos descritos en la normativa ISO 12217-1:2013 – Pequeñas
embarcaciones. Evaluación y clasificación de la estabilidad y flotabilidad. Parte 1: Embarcaciones no
propulsadasaveladeesloraigualosuperiora6m.
Existenvariosensayosdescritosenlanormaparadeterminarelcomportamientodelaembarcaciónen
cuantoaestabilidadyflotabilidad.Según lacategoríadeproyecto,debenelegirseentre lasdiferentes
opciones de evaluación; cada una de ellas, especifica distintos ensayos a realizar. La opción que se
adecúaalacategoríadelproyecto,establecerealizarcuatroensayosdistinos.Estosson;
- Ensayodeaperturasdeinundación
- Ensayodealturadeinundación
- Ensayodeinundación
- Ensayodecompensacióndecargas.
A pesar de los requisitos establecidos, y dada la finalidad del estudio, se analiza la estabilidad del
modelomedianteelensayodecompensacióndecargas.Además,segúnlanormativa,esteensayoesel
másrestrictivo;yaque, losresultadosde losprimerossóloseconsideransatisfactoriossisesuperael
ensayodecompensacióndecargas.
De nuevo, el análisis de la estabilidad de la embarcación, para las distintas situaciones de carga, se
realizaconelprogramaMaxsurfStability.
10.1ENSAYODECOMPENSACIÓNDECARGA
Segúnlanorma,sedefineelensayodecompensacióndecargascomo:“ensayoquesirvepara
comprobar que la embarcación cargada con el peso de desplazamiento en máxima carga, tiene una
estabilidad suficiente ante un movimiento de pesos realizado por la tripulación. Dicho ensayo debe
realizarseutilizandobienelensayofísicoobienlosmétodosdecálculo,medianteloscualesseobtiene
elángulodeescoradecompensacióndepesos”.Sintetizando,sepretenderealizarelcálculodelángulo
máximodeescora,paraasíverificarenquéángulodeescora,laembarcaciónpierdelaestabilidadyes
incapazderegresarasuposicióninicial.
73
Elángulomáximodeescoramáximopermitidoparalaembarcación,segúnsedetallaenlanormativa,se
calculaenfuncióndelaesloradelaembarcaciónymediantelasiguientefórmula:
Ángulodemáximaescorapermitid[φ0(R)]=10+(24–L)/600
Seobtieneunresultadodeángulomáximodeescorade15,62º.
10.1.1Ensayodecompensacióndecargacondesplazamientoenrosca
El Brazo del par de adrizamiento (GZ), es la distancia, tanto en los planos horizontal como
transversal,entreelcentrodecadenayelcentrodegravedad.Esunmomentoproducidoalescorarsela
embarcación, el desplazamiento y el empuje forman un par. Se denomina adrizante porque, en
condicionesdeoperaciónseoponealaescoradelbuque,tratandodedevolverloasuposiciónadrizada.
Elbrazoadrizanteesunadelasprincipalesmedidasdelaestabilidaddeunaembarcación.Sisuvalores
elevado, la respuestadelbuqueaunaescora (momentoadrizante)es importante, y losbalances son
rápidosycortos.Cuandoestarespuestaesexcesiva,sehabladeembarcacionesduras.Porelcontrario,
cuandolaestabilidadesescasa,losbalancessonlentosylargos,yentonces,sehabladeembarcaciones
blandas.
Comoesevidente,elvalordelbrazoadrizantedelaembarcacióndependedesuescora,yportanto,es
posiblecalcularunacurvadebrazoadrizanteenfuncióndelángulodeescora.
Conlasdatoscalculadosenelcapítuloanterior,lasespecificacionesencondicióndecarga,seobtienela
siguiente gráfica. El punto señalado en la gráfica define la denominada estabilidad inicial. Este valor
coincideconelvalordelaalturametacéntricatransversal.
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
74
Figura26.Gráficabrazoadrizanteencondiciónderosca
ElángulodemáximaescorapermitidoesinferioralmáximopermitidosegúnlaNorma.
10.1.2Ensayodecompensacióndecargacondesplazamientoenmáximacarga
Con lasespecificacionesde la condicióndemáximacargadefinidasenel capítuloanterior, se
obtieneunresultadodeángulomáximoquecumpleconlosrequisitosdeestabilidad.
75
Figura27.Gráficabrazoadrizanteencondicióndemáximacarga
Valoración
Se concluye que, para ambas condiciones de carga estudiadas, la embarcación presenta unos
valoresdeángulomáximodeescoraaceptables,paralosrangosdenavegaciónpre-establecidos.
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
76
11.CONCLUSIONES
Tras la realización del proyecto puede concluirse que se han alcanzado los objetivos
establecidos. La principal finalidad del estudio era poner en práctica los conocimientos adquiridos y
profundizareneldesarrollodeunprocesodediseño.Asuvez,tambiénsehapretendidoobtenerunos
resultadosaceptablessegúnlanormativa.
Demaneraobvia,losresultadosobtenidos,talycomosehacomentadoalolargodelproyecto,podrían
ajustarse.Elfindelestudionoerallegaraunniveldeprecisiónejecutivo,sinocomprenderyencaminar
unproyectorealizandolasprimerasvueltasdelespiraldediseño.Unavezcomprendidoelproceso,se
tratadeaplicarlametodologíaiterativaprestandoespecialatenciónaalgunosapartados.Elánalisisde
estabilidad, que al fin y al cabo envuelve la mayor parte del proceso (ya que se precisa el valor de
desplazamiento),esdondeusualmenteeldiseñadorexigemásprecisión;ydóndeenestecaso,también
seharepetidovariasveces.
Junto con laevaluaciónde lospesos, enel cálculodeescantillonadoesdónde sehanacarreadomás
errores, debido entre otros aspectos, a la laboriosa tarea que supone el cálculo. Tal y como se ha
mencionadoduranteelprocedimiento,elvalordealgunosresultadosobtenidossehatomadoamodo
orientativo,tomandocomoreferenciaembarcacionesexistentesenelmercado.
Tanto en el capítulo de escantillonado, como en la evaluación de pesos, se han sobredimensionado
algunos valores, tomando factores de seguridad, a fin de garantizar un buen comportamiento de la
futuraembarcación.
En cuanto a la selección de embarcaciones realizada para la configuración de la base de datos, debe
puntulizarse que la finalidad de las embarcaciones analizadas ha supuesto algunas diferencias
importantesentrelosresultadospreviamentecálculadosapartirdeella,conlosresultadosfinalmente
obtenidos.
Además, destacar que a día de hoy, la evolución de los programas informáticos ha contribuido
notablementealaagilizacióndelprocesodecálculo.Ensucontra,lacomplejidaddealgunosdeellosha
supuestountiempoañadidodeaprendizajemuyimportante.Cabeseñalarqueeldiseñoyconstrucción
de una embarcación, aparentemente un proyecto sencillo, resulta un arduo proceso que requiere
agilidadydestreza,dondeademás,aumentaladificultadamedidaqueaumentaelgradodedefinición.
A modo de conclusión personal, la elaboración de este estudio ha supuesto un reto al tratarse del
primer proyecto de diseño de una embarcación de estas características, un proyecto atractivo y
77
multidisciplinar. Considero que ha implicado un aprendizaje autodidacto muy gratificante, y los
resultadosobtenidossatisfacenlafinalidaddelestudio.
En cuanto a las futuras líneas de trabajo, además del ajuste de los parámetros mencionados, una
descripción detallada de todos los acabados y elementos, así como una planificación de proyecto
exhaustiva a nivel de presupuesto, y un diseño 3D (donde queden detallados los elementos
estructuralesde fabricaciónpropia), seríanaspectosnecesariosparapoderejecutar la tercera fase,el
proyectodetalladoodeconstrucción.Detalmanera,obtenertodaladocumentaciónnecesariaparala
construccióndelaembarcación.
Finalmente, resultaría interesante realizar un análsis de viabiliad económica, para determinar y
acomodaralgunosaspectosquegaranticenunabuenaaceptaciónenelmercado.
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
78
12.BIBLIOGRAFÍA
Librosypublicaciones
Principles of YachDesign, Lars Larsson and Rolf E Eliasson; Second Edition published by Adlard Coles
Nautical,London2000.
Materiales Compuestos. Procesos de Fabricación de Embarcaciones, BesendjakA.; Ed.UPC, Barcelona
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en–Ingenieríanaval,Madrid1991.
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Normativa
CircularNº7/95.Construcción,EquipoyReconocimientodeEmbarcacionesdeRecreo.
AENORUNE-ENISO12215-5.Pequeñasembarcaciones.Construccióndecascosyescantillones.Parte5:
Presionesdediseño,tensionesdediseñoydeterminacióndelescantillón.Madrid,2008.
AENORUNE-ENISO12215-6.Pequeñasembarcaciones.Construccióndecascosyescantillones.Parte6:
Dispositivosestructuralesydetallesdeconstrucción.Madrid,2008.
AENORUNE-EN ISO 12217-1. Pequeñas embarcaciones. Evaluación de la estabilidad y la flotabilidad.
Parte1:Embarcaionesnopropulsadasaveladeesloraigualosuperiora6m.Madrid,2013.
Páginasdigitales
MinisteriodeFomento,GobiernodeEspaña.www.fomento.es
www.upcommons.upc.edu
http://www.nauticexpo.es
79
www.movilmotors.com
www.suzuki.es
www.nauticaexpo.es
www.plastiform.com
TodaslaspáginasdigitaleshansidoconsultadasenvariasocasionesentreJuniode2015yFebrerode2016.
14.1ANEXOI.BASEDEDATOS
Model Make
LOA [m]
Beam [m]
Draft [m]
Displacement [Kg]
Fuel [L]
Water
[L]
Engine [HP]
Aquariva Super Riva 10,07 2,8 0,96 5250 480 130 370
Launch 32 Chris Craft 10,4 3,1 0,99 4513,2 700.3 34 380 Open 36´ Fjord 10,8 3,65 0,9 6000 600 160 2 x 260
H190 Four Winns 9,17 2,87 0,91 3990 76 BR302 Cobalt 9,07 3,02 0,7 4481 568 114 350 BR336 Cobalt 10 3,23 0,7 5579 659 102 380 265 SS Crownline 8,08 2,59 0,61 2631 284 320
29 Coho Windy 8,85 2,7 0,85 3250 400 70 25 Classic Kimera 8,1 2,45 0,65 350 75 300 29 Giada Cranchi 9,39 3,26 0,7 2 x 150
310 Sun Sport Sea Ray 9,49 2,89 0,9 4800 600 200 2 x 300 C30 Sessa Marine 10,6 3,53 0,8 2 x 260
Endurance 33 Cranchi 10,63 3,1 0,9 5000 630 150 2 X 285 CSL 28 Cranchi 8,75 2,83 0,86 3400 340 100 2 x 170
272 Crowne Chris Craft 9,39 2,98 0,6 3500 350 100 S26 Sessa Marine 8 2,5 0,66 400 50 Flyer Beneteau 8,5 2,98 0,9 3700 400 100
R7 Bowrider Cobalt 8,7 2,59 0,94 290 40 256 Ssi Chaparral 8 2,6 0,9 300 50
270 Sundeck Sea Ray 8,3 2,59 0,96 2678 246 76
1Embarcación Semi Planeadora
Referéncia documento
Tipo de documento
Revisión
PF 1
Pendiente de aprobación
Referéncia
Creado por
Febrero de 2016
Plano Detallado
Escala
1/40
Aprovado por
Plano de FormasMagda
Título suplementario
MAGDA REBASSA
Título
es
Idioma
Estado del documento
Fecha
Departamento responsable
TFGFNB-UPC GESTN
51 2
2
E
A
86
B
F
6 7
A
D
1 3
C
E
3 4
B
D
C
84
7
5
F
PLANO DE FORMAS
800
1000 1000
400
1200
1400 B
CL
450
0 B
800
0 T
1200
200
600
250
1000 2000
DWL
200
3000 4000
1500 T
5000 6000
DWL
9000 mm8083 mm2800 mm2650 mm450 mm4340 Kg250 Cv30 Kn3350 mm3,216,220,49
7000 8000
WL 3
9000 L0L
WL 2
1400 B 1000
WL 1
500 500
600
1000 1400 B
1400 B
0
1500 T
400
450
800
0 B
250
0 T
800
ESLORAESLORA EN FLOTACIÓNMANGAMANGA EN FLOTACIÓNCALADODESPLAZAMIENTOPOT. MÁXVEL. MÁXLCBESLORA/MANGAMANGA/CALADOCb
Especificaciones
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
82
13.3ANEXOIII.MÉTODODESAVITSKY
El más famoso método de estimación de potencia para embarcaciones planeadoras es el
MétododeSavitsky,propuestoporuninvestigadorestadounidense.Estemétodoempírico,sebasaen
la realización de estudios experimentales sistemáticos con formas prismáticas en régimen de planeo.
Mediante su aplicación se puedeestimar la resistencia al avance, por lo que se obtendrá la potencia
necesariadelaembarcación.
Enlasiguientefigurasepuedevercomoenlasituacióndenavegación,laembarcaciónestáenunsutil
equilibriodefuerzasymomentos,conciertoángulodetrimadodinámico,τ.
Figura28.Sistemadefuerzasqueactúasobreunaembarcaciónplaneadora
Proyectodelbuqueyartefactosnavales.GradoenIngenieríaenSistemasyTecnologíaNaval
Lasfuerzasqueactúanson:elempujedelahéliceT,queformaunángulosobrelalíneadequillaε, la
resistencia al avance R, la sustentación L y el desplazamiento Δ. De los valores de estas fuerzas
dependeráelequilibriodelaembarcación,suresistenciaalavanceysuempuje.ElmétododeSavistky
sebasaenelcálculodelequilibriodelaembarcaciónmediantelaestimacióndichascomponentes.
Acontinuaciónsedetallaelprocesoaseguirparaelcálculo.
PROCEDIMIENTO
Sedefinenprimerolossiguientesparámetros.
V:velocidad[m/s]
g:aceleracióndelagravedad[m/s2]
b:mangamáxima[m]
mLDC:pesodelaembarcaciónencondicióndemáximacarga[kg]
ρ:densidaddelagua[kg/m3]
83
β:ángulodeastillamuerta[º]
τ:ángulodetrimado[º]
λ:relacióneslora-mangamojada[LW/b]
ν:velocidadcinemática[m2/s]
VCG:distanciaverticalentrelaquillayelcentrodegravedad[m]
LCG:distancialongitudinalentrelaperpendiculardepopayelcentrodegravedad[m]
1. Calcularelcoeficientedevelocidad,CV.
2. Calcularelcoeficientedesustentaciónparaunaplacaplana,CLo,flat.
3. Mediantelasiguientefórmulaseestudialarelaciónentreelcoeficientedesustentación,CLo,y
elcoeficientedesustentacióndeunaplacaconciertoángulodeastillamuerta,CLβ.
Para realizar el cálculo anterior, primero se debe calcular el valor del coeficiente de
sustentación,CLo.Inicialmente,seestimaráunvalordeλ .
EstudioyDiseñodeunaEmbarcacióndeRecreo
84
4. Calcularlaesloramojada,Lw.
5. CalcularelnúmerodeReynolds,Rn.
ν=1·10-6m2/s
6. Calcularelcoeficientedefricción,Cf.
7. Calcular la resistencia por fricción,Rf. Ésta, depende del incremento deλ (Δλ ), que a su vez
dependedel ángulode astillamuerta y el trimado. SegúnLarsson y Eliasson, esta relación se
obtieneapartirdelasiguientetabla.
Figura29.Relaciónincrementodelarelacióneslora-mangamojada,trimado,ángulodeastillamuerta.Principles
ofYachtDesign;L.Larsson&R.EEliasson
85
8. Calcular la distancia vertical entre la dirección de la resistencia friccional y el centro de
gravedad,ff.
9. Calcular ladistancia longitudinalentre laperpendiculardeproayelpuntodóndeseproducen
laspresiones,LCP.
10. Calcularelbrazoe,queeslarelaciónentreelLCGyelLCP.
11. Calcularelmomentoejercidoporlapresióndelaguasobrelaembarcación,MH.
12. Calcularelmomentoejercidoporlaresistenciadefricción,MF.
13. Sumademomentos,M.
14. Calcular laresistencia,R,mediante lassiguientes interpolacionesparaobtenerelvalordeτ0y
Rfo.
0 B
12009000 mm8083 mm2800 mm2650 mm450 mm4340 Kg250 Cv30 Kn3350 mm3,216,220,49
800
450
Especificaciones
5000 7000
200
800
DWL
600
400
800
WL 1
2000
600
1400 B
0 B
8000
400
0L
ESLORAESLORA EN FLOTACIÓNMANGAMANGA EN FLOTACIÓNCALADODESPLAZAMIENTOPOT. MÁXVEL. MÁXLCBESLORA/MANGAMANGA/CALADOCb
200
0 T
WL 3WL 2
1500 T
1000 9000 L
DWL
3000 4000
DISPOSICIÓN GENERAL
1200
1400 B
6000
250
1000 1000
Creado por
es
Referéncia
Referéncia documento
Pendiente de aprobación
Tipo de documento
Disposición General
Febrero de 2016
Fecha
MAGDA REBASSA
TFGFNB-UPC GESTN
EscalaRevisiónAprovado por
Magda
1/40Embarcación Semi Planeadora
1
Departamento responsable
DG 1
Título
Idioma
Estado del documento
Título suplementario
Plano
B
A
F
A
B
E
D
C
E
F
C
D
54 8
62 43 51
3
7 8
2 761