Resistencia al Avance.

La resistencia al avance de una barcaza así como sus diferentes

componentes hidrodinámicos esta basada en estudios realizados a la carena

del buque, en consiguiente se realizaran los cálculos respectivos para

obtener el valor estimado de la resistencia al avance del buque y con sí la

potencia necesaria con la cual se desplazara el buque recolector de

desechos sólidos.

Calculo del número volumétrico de Froude.

Para definir el tipo de embarcación es necesario hallar el número

volumétrico de Froude, con el cual se define la carena de las embarcaciones

si este esta comprendido entre 0 y 2,2 se dice que la embarcación es

desplazante, y si esta entre 2,2 y 2,5 se denomina semi-planeante y de 2,5 a

3 es planéante. (SNAME, 1963).

Disv = (L/R) 3 R=7; L=52 m.

Dv = 2149,056 m3 DEZPLAZAMIENTO VOLUMETRICO.

FnV = V / (g * (Vs) ^1/3) ^1/2

Donde:

FnV: Numero volumétrico de Froude

V: Velocidad del buque en m/s, (velocidad de la embarcación 10 Nudos).

G: Gravedad (9.81 m/s²)

Vs: volumen sumergido. (2096,64 m3).

FnV = 0,435369016

Debido a que el número de Froude es un valor menor a 2, se puede

definir que se trata de una embarcación o buque de desplazamiento. Una vez

evaluado el número de Froude es necesario evaluar los factores

hidrodinámicos los cuales componen la resistencia al avance no solo del

remolcador sino del buque a remolcar.

Resistencia Superficial o Friccional (Rf).

La resistencia superficial o friccional esta completamente relacionada

con la velocidad del buque, y la rigurosidad de la carena, indicando en texto

que su valor es calculado por la expresión de Froude. (Bonilla, 1979)

Rf = f * Sm * V1,825

Donde:

f = coeficiente de fricción de Froude en función de la eslora 0,00891394

Sm = superficie mojada del buque, al caldo máximo del diseño

Sm = L * (1,5 * Tm + (0,09 + Cb) * B); Tm = 3 m.

Sm = 10746,689 Pies2

V = velocidad del buque en nudos.

Rf = 6402,427 lb ó Rf = 2906,702 Kg

Resistencia por Formación de Olas (Ro).

La interacción existente entre las formas del buque y la velocidad la

cual logra alcanzar el buque, tiene como resultado la formación de unas

series de olas que son divergentes de popa a proa. Tal fenómeno es

causante de una disminución en la rapidez de la embarcación lo que se

traduce en un aumento de la resistencia. (Bonilla, 1997)

Ro = Ko * (des2/3 * V4/L)

Donde:

Ro: Resistencia del oleaje en kilogramos

Ko: Coeficiente de fricción el cual se encuentra entre valore de 0.04 y 0.07,

0.065para buques de coeficiente de bloque alto y velocidad moderada

Des: Desplazamiento en la mar de la embarcación en toneladas, 2149,056 Ton.

V: Velocidad de la embarcación en nudos, 10, (5,144 m/s)

L: Eslora del buque es de 52 metros.

Ro = 145,797 Kg

Resistencia por Formación de Remolinos (Rr).

Todos los elementos o apéndices que forman parte de la

embarcación, causan remolinos a su paso lo cual aumenta la resistencia del

buque en un valor comprendido entre el 5 % y el 8%. (Bonilla, 1997).

Rr = 8% * Rf

Rf: Resistencia friccional o superficial del modelo, 2906,702 Kg

Rr = 232,54 kg

Resistencia por Apéndice (Ra).

Los efectos de los apéndices son de dos clases, por una parte

aumenta la superficie mojada y por otra parte si no se tiene formas correctas,

aumenta el valor de la resistencia por remolinos, ambos efectos pueden

llegar hasta un 20% de la resistencia friccional. (Bonilla, 1979).

Ra = 20% x Rf

Rf: Resistencia friccional o superficial del modelo, 2906,702 Kg

Ra = 581,340 Kg

Resistencia al Remolque (Rt).

La resistencia es un factor que depende de ciertos parámetros tales

como:

Resistencia superficial o de fricción, resistencia por formación de olas,

resistencia por formación de remolinos. (Bonilla, 1979)

Rt = Ro + Rr + Rf + Ra

Donde:

Rf: Resistencia friccional o superficial, 2906,702 Kg

Ro: Resistencia por formación de olas, 145,797 Kg

Rr: Resistencia por formación de remolinos, Rr = 232,54 kg

Ra: Resistencia por apéndices, Ra = 581,340 Kg

Rt = 3866,375 Kg

Resistencia al avance por el aire (Rv).

El viento al ejercer una fuerza contra la embarcación también puede

crear una resistencia negativa al avance. (Bonilla, 1997).

Rv = Ka * SF * (Vb ± Va * cos a)2

Donde:

Ka: coeficiente experimental aerodinámico, valores comprendidos entre

0.025 y

0.032.

Sp: Simetría de las áreas proyectadas de la obra muerta del buque.

Vb: Velocidad del buque en nudos 10.

Va: Velocidad del viento en nudos, velocidad promedio en costas 12 nudos.

a: Angulo formado por la dirección del viento en el plano diametral, siendo la

condición desfavorable en la cual el viento forma un ángulo de 0º con

respecto a la eslora de la embarcación.

Rv = 12204,544 Kg

Resistencia a la Propulsión (Rp).

En concordancia con lo expresado por Bonilla (1997), la resistencia a

la propulsión tiene un valor comprendido entre el 10% y el 20% de la

resistencia al remolque, por lo tanto:

Rp= 10% al 20% Rt

Rp = 773,27 Kg

Resistencia Total (Aguas Tranquilas).

La resistencia al avance de la embarcación en aguas tranquilas

depende de una serie de factores combinados como los son la resistencia al

remolque así como la resistencia a la propulsión y la resistencia por la

oposición del aire.

Rtotal = Rt + Ra + Rp

Rtotal = 16844,194 Kg

Resistencia Total (Aguas con Corrientes anulado).

Rtt = 16844,194 Kg

Propulsión.

Potencia Efectiva (EHP).

La potencia efectiva (EHP) representa el requerimiento de la

embarcación para alcanzar una velocidad (V), venciendo una resistencia

(Rt). En su desarrollo, el texto Principles of Naval Engineering, define la

potencia efectiva de la siguiente manera:

EHP = 0.00307 * V * Rt

Donde:

V = 10 nudos

Rt = Resistencia total al avance. (Rtotal = 16844,194 Kg)

EHP = 1139,725 hp

Potencia Indicada (IHP).

Se define la potencia indicada con una relación directa entre la

potencia efectiva y el rendimiento propulsivo. (Bonilla, 1979).

IHP = EHP / npr

Donde:

npr: rendimiento propulsivo.

npr = nm x nt x np x nc

Donde:

nm: Rendimiento mecánico, definido por Bonilla (1979) para motores de

cuatro tiempos con un valor de 0.85

nt: Rendimiento de transmisión, definido por Bonilla (1979) para buque con

caja reductora con un valor de 0.95

np: Rendimiento del propulsor, definido por Bonilla (1979) con un valor de

0.65

nc: Rendimiento de la carena, definido por Alemán (1979) para buques de

doble hélice de la siguiente manera:

nc = (1 - t) / (1 - w)

Donde:

w: Coeficiente de estela.

nc = (1-t) / (1-w)

t: Coeficiente de empuje.

t = 0.7 * w + 0.06

nc = 1

Por lo tanto:

npr = 0,650

IHP = 1753,424 hp

Potencia al Freno (BHP).

A través de una relación directa entre la potencia indicada (IHP) y el

rendimiento mecánico (nm), es posible determinar la potencia al freno, por

medio de la cual será seleccionado el motor propulsor, debido a que

comercialmente son escogidos por este parámetro.

BHP = IHP x nm

Donde:

BHP = potencia al freno.

nm = rendimiento mecánico. 0,85

BHP = 1490,410 hp

Cabe destacar que este valor se tomará en cuenta para la elección del

motor del buque recolector de desechos sólidos, en los catálogos Caterpillar

u otros fabricantes.

Potencia en el eje (SHP).

El cálculo de la potencia requerida en el eje realiza mediante la

obtención del coeficiente de transmisión, el cual considera las pérdidas a lo

largo de la línea y se calcula a través de la siguiente ecuación:

SHP = BHP x nt

SHP = 1415,890 hp

La potencia en el eje para el motor es de 1415,890 hp.