Informa Barco Fluidos

Ingeniería Mecánica Mecánica de Fluidos

INFORME TECNICO DEL BUQUE CARGUERO A ESCALA Bolaño Karen, Donado Donaldo, Barrios Nicolás, Zapata Gonzalo; Estudiantes de Ingeniería Mecánica. Duarte Forero Jorge; Profesor de Mecánica de Fluidos.

Resumen. El presente informe describe como construir un buque carguero a escala el cual se apoyó en fundamentos teóricos adquiridos por los participantes a lo largo del curso de Mecánica de Fluidos, y los cálculos que requiere su construcción ya que sabemos que Un buque de carga es un tipo de nave o barco utilizado para transportar mercancías, bienes y materiales desde un puerto a otro. De acuerdo con las especificaciones del prototipo, se trabajó en la idea de crear, diseñar y construir un buque carguero en madera. El diseño estuvo basado en una cartilla de trazado y planos de formas de un buque real, llevándolo a la escala deseada. En este documento se intenta mostrar la información acerca de los parámetros básicos para construir un barco capaz de mantenerse a flote, estable y soportar una carga. Palabras clave: Ingeniería, Mecánica de Fluidos, Barco, Carga, Estabilidad, Flotabilidad.

Abstract. This report describes how to build a cargo ship scale which was based on theoretical foundations acquired by participants during the course of Fluid


Mechanics, and calculations required by your building because we know that A cargo ship is a type ship or boat used to transport goods, goods and materials from one port to another. According to the specifications of the prototype, we worked on the idea of creating, designing and building a wooden freighter. The design was based on a chart plotting and flat shape of a real ship, leading to the desired level. This paper attempts to display information about the basic parameters to build a ship capable of staying afloat, stable and supporting a load. Keywords: Engineering, Fluid Mechanics, Boat, Cargo, Stability, Buoyancy.

Introducción. Desde sus inicios, el hombre se ha visto en la necesidad de crear medios que le permitan acortar caminos, transportándose más rápido y más seguro. Por ejemplo, en el ámbito náutico los primeros hombres utilizaban los mares para navegar porque tenían la necesidad de alimentarse, transportar sus mercancías, descubrir y explorar nuevas tierras. Es por eso que su ímpetu y pasión lo han motivado siempre a diseñar y construir barcos cada vez más eficientes y con distintos objetivos, como los barcos para pesca, para turismo, para transportar mercancías, para el comercio, para carga entre otros. Este último es el centro de atención de este proyecto. Es necesario aclarar que un buque de carga es un tipo de barco utilizado para transportar mercancías, bienes y materiales desde un puerto a otro. Hoy en día, miles de buques de carga atraviesan los mares y océanos del mundo cada año y soportan el peso de la mayor parte del comercio internacional. Los buques de carga normalmente están diseñados específicamente para esta tarea, y están equipados con grúas u otros mecanismos que facilitan la carga y descarga. Pueden ser de muy diversos tamaños. En la actualidad suelen estar construidos de acero y, salvo algunas excepciones, su vida media es de entre 25 y 30 años antes de ser desmantelados. A continuación presentaremos los detalles puntuales de nuestro proyecto.

Objetivos Objetivos generales 

Diseñar y construir un buque carguero a escala.


Objetivos específicos 

Analizar la estabilidad y flotabilidad del sistema con carga y sin carga.

Fundamentación teórica. Antecedentes. La intervención de la habilidad humana en elementos naturales susceptibles de flotar, dio origen a la embarcación. Con anterioridad, se utilizaron medios para navegar, flotadores, pero el hombre no intervino en ellos, a lo más, se limitó a complementarlos con un instrumento de impulsión y de dirección: el remo. Los primeros y más elementales flotadores fueron junto a los troncos y cortezas de los árboles, los haces de tallos de plantas como el bambú, el papiro y la totora, así como algunos frutos como la calabaza. También se valió el hombre de otros objetos que destinaba a diferentes usos, como los odres de pieles y las piezas de alfarería. Pero ninguno de estos medios puede considerarse embarcación, porque no fueron creados por él para navegar y porque esta palabra implica la acción de «meterse dentro» y no la de «flotar con». Hasta poder disponer de útiles de corte y de conocimientos de hacer ligazones con los propios flotadores ya citados no surgió el barco. Un tronco hueco de árbol, debidamente equilibrado y acondicionado, dio origen a la canoa monóxilo. La unión por medio de sogas y fibras vegetales de varios troncos ligeramente desbastados o de haces y fajinas de plantas secas formando una plataforma, creó la balsa o almadía. Ambas fueron las embarcaciones más primitivas que, sin embargo, han llegado hasta nuestros días como parte integrante de la cultura de los pueblos más primitivos. La embarcación simple dio paso a los cascos de piezas ensambladas y surge la quilla como espina dorsal de un esqueleto que se forra formando un todo impermeabilizado con grasas y betunes, cuando el descubrimiento del bronce permite fabricar herramientas como azuelas, sierras y clavos. El timón central y único, sustituye a las espalderas. La conquista del mar desde el río y para objetivos no meramente pesqueros, se inicia con la vela que para poder recoger el viento precisa estar desplegada perpendicular al casco y sostenida por un palo o mástil, de igual forma que el


dominio del río o del lago había exigido previamente la transformación del palo impulsor en canalete de ancha pala. Dominado el mar, surgió la especialización y los barcos destinados al transporte de mercaderías aumentaron sus portes y adoptaron formas panzudas; mientras que los destinados a la guerra se convirtieron en largos y ligeros, primando la seguridad, la capacidad y el ahorro de esfuerzos en los mercantes. En los barcos bélicos, la velocidad, el espolón de proa y la fuerza de penetración obtenida por la boga de combate de los remeros determinaban la victoria. Las naves de guerra de egipcios, hicsos, cretenses, fenicios y, posteriormente, las de los griegos, cartagineses y romanos serían el precedente de las galeras posteriores. Recibían su nombre del número de filas de remos; se descubrieron las birremes fenicias, las birremes y trieras o trirremes griegas y romanas, las cuadrirremes o tesara contos para los griegos, y las enormes quinquerremes que utilizaron casi todas las potencias navales del momento.

Conceptos. Flotabilidad Tendencia que tiene un fluido a ejercer una fuerza que da apoyo a un cuerpo que esta sobre él. Equilibrio de cuerpos flotantes: Se basa en el Principio de Arquímedes: "todo cuerpo sumergido dentro de un líquido experimenta un empuje vertical, de abajoarriba, igual al peso del volumen del líquido desalojado".

W =m cuerpo ∙ g Fb =γ fluido ∙ V desplazado

Equilibrio estable de un cuerpo flotante: Se produce cuando el centro de carena está: -En la vertical del centro de gravedad. -Centro de gravedad por debajo del metacentro. 

Centro de carena: Centro del volumen sumergido o bien punto de aplicación de la fuerza ascendente.




Metacentro: Punto de intersección de las líneas de fuerzas ascendentes sobre la línea de equilibrio normal al escorarse el barco un ángulo pequeño (< 15º).

Flotabilidad: Es la presión ascendente que ejerce el agua sobre el barco. 

Flotabilidad = Peso del agua desplazada.

Desplazamiento: Es el peso del barco. 

Desplazamiento = Volumen de carena*densidad

 Carena: Parte sumergida del casco. Volumen de carena: Volumen del líquido desalojado. Centro de carena (C): Centro del empuje ascendente o centro de la fuerza de flotación. Punto de aplicación de la fuerza ascendente. Centro de gravedad (G): Punto de aplicación de la resultante de todas las fuerzas de la gravedad. Generalmente el centro de gravedad no coincide con el centro geométrico. Altura del centro de gravedad sobre la quilla (GK): Distancia vertical desde el canto bajo de la quilla (K) al centro de gravedad (G). Francobordo: Distancia vertical desde el costado del buque y en la medianía de su eslora entre la línea de flotación a máxima carga y la línea de cubierta principal. Cubierta principal: Es la que posee medios permanentes de cierre. Reserva de flotabilidad: Volumen comprendido entre la cubierta estanca superior y la superficie de flotación a máxima carga. El disco Plimsoll y la línea horizontal que lo atraviesa es la base para trazar las demás líneas de máxima carga según el tipo de aguas y la estación del año. Empuje: Fuerza ascendente aplicada al centro de carena. Centro de empuje o centro de presión: Coincide con el centro de carena. Desplazamiento: Es el peso del buque. Se expresa en toneladas métricas. Desplazamiento en rosca: Peso del buque totalmente descargado (al terminar su construcción). Desplazamiento en lastre: Peso del buque con su dotación, sin carga pero listo para navegar. Desplazamiento máximo o total: Peso del buque a máxima carga y listo para navegar.


Desplazamiento estándar: Para los buques de guerra. Desplazamiento en superficie e inmersión: Para los submarinos. Momento de un punto respecto al centro de gravedad: Es el producto del peso aplicado en el punto por la distancia al centro de gravedad. Si el cuerpo está en equilibrio la suma algebraica de momentos respecto al centro de gravedad es cero.

Estabilidad: Capacidad que tiene un cuerpo de regresar a su posición original después de inclinarse con respecto de un eje horizontal. Estabilidad inicial: Tendencia del buque a drizarse por sí mismo cuando los ángulos de escora son pequeños (hasta unos 15º). Altura metacéntrica (GM): Distancia entre el centro de gravedad (G) y el metacentro (M).

GZ = Brazo de adrizamiento. GM = Altura metacéntrica. Momento de adrizamiento (M): puede aumentar bajando G (cargando pesos por debajo de G). M=PGZ=PGM senα Brazo de adrizamiento (GZ): Brazo de adrizamiento es la altura metacéntrica por el seno del ángulo de escora. GZ = GM senα -Si GM es grande, el momento de adrizamiento es grande, lo que implica gran estabilidad inicial con resistencia al balance y recuperación brusca o rígida.


-Si GM es pequeña, el momento es pequeño con tendencia al balanceo de recuperación lenta (se dice que duerme). Finalmente, podemos considerar la estabilidad y la flotabilidad juntas. Si el bloque de madera flotante se empuja hacia abajo ligeramente, el bloque se inclina en dirección del empujón descendente. Esto cambia la forma del agua desplazada y cambia la posición del centro de flotabilidad.

En el diagrama (arriba a la derecha) hay más agua desplazada en el lado izquierdo. Por lo tanto, el centro de flotabilidad se localiza a la izquierda del centro. La fuerza de flotación que actúa hacia arriba a través del centro de flotabilidad es la fuerza de restablecimiento. Cuando el empuje descendente se retira, la fuerza de flotación y el peso que actúan a través del centro de gravedad hacen girar el bloque para regresarlo a su posición original. El bloque flotante es estable.

Si se coloca una moneda en el centro de la parte superior de un bloque de madera que flota en agua, el bloque se hunde en el agua hasta que se crea una fuerza de flotación igual al peso del bloque y de la moneda juntos. Entonces deja de hundirse, porque la fuerza de flotación ascendente equilibra exactamente el peso descendente combinado del bloque y la moneda.


Observa en este diagrama que el volumen del agua desplazada ha aumentado, ya que el bloque está más hundido en el agua. La posición del centro de flotabilidad está en el centro geométrico de este volumen de agua desplazada. El peso del bloque y la moneda juntos actúa hacia abajo a través del centro de gravedad. La fuerza de flotación correspondiente actúa hacia arriba a través del centro de flotabilidad. Si se empuja un extremo del bloque con la moneda ligeramente, éste se inclina en dirección del empuje hacia abajo, como lo hizo sin la moneda. De nuevo, el centro de flotabilidad cambia a la izquierda del centro. La fuerza de flotación que actúa hacia arriba a través del centro de flotabilidad es la fuerza de restablecimiento. Cuando el empuje hacia abajo se retira, la fuerza de restablecimiento inclina el bloque de nuevo a su posición original.

El bloque flotante con la moneda en el centro de la parte superior es estable, ya que vuelve a su posición de equilibrio. Si la moneda se mueve hacia un extremo del bloque, el centro de gravedad del bloque y la moneda juntos se mueve descentrándose hacia la moneda.


Como el centro de gravedad está ahora descentrado, el bloque con la moneda flotante se inclina hacia abajo en el extremo que tiene la moneda. Esto cambia la forma del agua desplazada y cambia la posición del centro de flotabilidad. Sin embargo, esto no cambia el volumen total de agua desplazada, ya que el peso del bloque y la moneda juntos es aún el mismo. En el diagrama (extremo derecho), hay más agua desplazada en el lado izquierdo. Por lo tanto, el centro de flotabilidad se localiza a la izquierda del centro. El bloque sigue inclinándose hasta que el centro de flotabilidad esté directamente debajo del centro de gravedad. En este punto, la fuerza de flotación ascendente que actúa en el centro de flotabilidad equilibra exactamente la fuerza descendente del peso combinado del bloque y la moneda que actúa a través del centro de gravedad.

Nota: La moneda permanece sobre el bloque porque el ángulo de equilibrio no es lo suficientemente inclinado para ocasionar que se deslice hacia abajo. Si la moneda se colocara más cerca del extremo, el bloque flotante podría inclinarse lo suficiente para que la moneda se deslice y caiga al agua. La presión sobre el extremo del bloque cerca de la moneda ocasiona que el bloque se incline hacia abajo aún más. Como resultado, la forma del agua desplazada cambia, y modifica así la posición del centro de flotabilidad a la izquierda del centro de gravedad. Esto se muestra en el siguiente diagrama.

Esto crea una fuerza de flotación que actúa hacia arriba en el centro de flotabilidad como una fuerza de restablecimiento. Cuando el empuje hacia abajo


se retira, la fuerza de restablecimiento inclina al bloque de nuevo a su posición inclinada original. El bloque con la moneda descentrada es estable.

Un objeto flotante que es redondo no cambia la forma del agua que desplaza cuando gira o se inclina. Por lo tanto, no puede usar su fuerza de flotación como una fuerza de restablecimiento.

Si el objeto flotante del diagrama anterior gira, el centro de gravedad y el centro de flotabilidad permanecen en la misma posición relativa.

Sin embargo, si una moneda se coloca encima de un objeto redondo flotante, la situación es inestable. En realidad, es muy difícil colocar una moneda exactamente sobre el centro de gravedad. Una variación mínima es todo lo que se necesita para que el objeto y la moneda comiencen a girar. Conforme lo hacen, el centro de gravedad del objeto y la moneda juntos se mueve hacia fuera del centro de flotabilidad.


Nota: Algunos objetos redondos, como los limones, tienen una orientación de flotación preferida. Esto se debe a la distribución del peso dentro del objeto. Sin embargo, esto no afecta considerablemente la posición de la fuerza de flotación, por lo que una moneda colocada sólo un poco fuera del centro encima del limón ocasionará que el limón gire hasta que la moneda se caiga.

Resistencia estructural o solidez: Para soportar los violentos esfuerzos que sufre el buque sobre las olas sin que varíen sus formas. Estanqueidad: o impermeabilidad de su estructura, que impida la entrada de agua a su interior, que afecta a su flotabilidad. Velocidad: La máxima que sea compatible con un consumo económico. Evolución y capacidad de gobierno: Es la propiedad que ha de tener el buque para que pueda cambiar de rumbo en el menor tiempo y espacio posible.

Buque de carga: Un buque de carga es un tipo de nave o barco utilizado para transportar mercancías, bienes y materiales desde un puerto a otro. Otros nombres por el que se conoce a este tipo de embarcación son barco de carga, barco de cabotaje o sencillamente carguero, o bien buque mercante. En la actualidad se les denomina buque contenedor.

Tipo de buques 

Buque de contenedores


Diseñado con una sola cubierta y bahía de carga que incluye arreglos especiales con divisiones de celdas para el transporte de contenedores. Características adaptables -Cubiertas sin apertura o escotillas superiores. -Bahía adicional de carga para el traslado de carga seca o líquida. -Puntos específicos para contenedores eléctricos de refrigeración. -Bahía de carga totalmente refrigerada para el transporte de perecederos.

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Buque de carga refrigerada

Diseñado con cubiertas y bahías de carga que incluyen arreglos especiales para el transporte de carga de perecederos. Características adaptables -Elevadores especiales a los lados para la carga de vehículos de carretera



Buque de carga general

Diseñado con una sola bahía de carga que incluye un compartimiento o varios entre cubiertas, específicamente para varios tipos de carga seca. Características adaptables -Bahía única de doble recubrimiento exterior y amplias aperturas para la carga. -Refuerzos para el traslado de carga pesada (incluido hierro / aluminio). -Bahías de carga equipadas con arreglos de seguridad para contenedores -Tanques especialmente diseñados para carga de mercancía líquida.


-Espacio refrigerado para la carga de perecederos. -Carga adicional y espacios de carga para pallets.



Buque de carga a granel

Diseñado con una sola bahía de carga, que incluye arreglos para tanques y bahías diseñadas específicamente para el transporte de carga suelta de varios tipos de naturaleza homogénea. Características adaptables -Bahías de carga a los lados. -Refuerzos para carga pesada (incluido hierro / aluminio). -Bahías equipadas para el transporte de contenedores y vehículos. -Cubierta superior provista con anclaje para el transporte de bultos. -Restricciones de diseño y servicio relativo a operaciones en los Grandes Lagos de Norteamérica



Buque cisterna o tanque

Diseñado con una sola bahía de carga que incluye un arreglo para uno o más tanques independientes diseñados específicamente para el traslado de mercancía en forma líquida. Características adaptables -Carguero de combustible. -Carguero de químicos. -Carguero de combustibles/químicos. -Carguero de gas líquido (usualmente tanques independientes).


-Carguero de gas líquido/químicos. -Otros (carguero de agua, de vino, jugos, etc.).

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Buque de carga rodante

Diseñado con cubiertas específicas para el traslado y transporte de vehículos ferroviarios y vehículos rodo viarios, y para mercancía que puede ser cargada y descargada por vehículos con ruedas. Características adaptables -Cubiertas con rieles fijos para la carga de vehículos exclusivamente o simultáneamente con vehículos rodo viarios.

ferroviarios

-Mercancía adicional para ser descendida o ascendida desde la bahía de carga por las compuertas superiores o alternativamente, por equipo especializado de muelle. -Cabinas para los conductores de vehículos. -Maquinaria para la carga de pallets por los laterales de la nave. -Rampas internas o elevadores para el movimiento de la carga entre cubiertas. -Áreas o cubiertas equipadas con establos para el transporte de carga viva (estos establos pueden ser o no removidos).

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Buque de carga de vehículos

Diseñado con cubiertas y una superestructura específica para el traslado y la carga de vehículos carreteros nuevos.

Nomenclatura de las partes más importantes de un buque


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Proa: Es la parte delantera del buque, construida de forma de cuña para cortar fácilmente el agua.

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Popa: Es la parte posterior del buque.

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Casco: Se da este nombre al conjunto de piezas de madera o hierro, que fuertemente ligadas entre sí, tienen una forma adecuada para transportar personas, carga, etc.

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Estribor: Es la parte que queda a la derecha de un observador situado a popa, mirando hacia proa.

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Babor: Es la parte situada a la izquierda del mismo observador.

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Amuras: Son las partes más curvas de los costados arriba de la flotación desde la mesa de guarnición del trinquete, hasta la proa.

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Aletas: Son las partes curvas del costado cerca de la popa.

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Quilla: Es la primera pieza que se pone en los varaderos cuando se construye un buque. Es de forma cuadrangular, pudiendo ser de una o varias piezas empalmadas entre si y sobre ésta se empalma la:



Cuadernas: Son unas piezas de madera o hierro que toman la forma de U o V, según el lugar que ocupen y que constituyen con la quilla, roda y codaste, el esqueleto del buque. Las cuadernas van unidas por su parte inferior a la quilla, constando cada una de varias partes, a saber: varengas, genoles, ligazones y barraganetes.

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Cuaderna maestra: Es la que tiene mayor distancia entre sus barraganetes y es donde se mide la manga.

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Plano de flotación: es el plano formado por la superficie del agua, en la cual el barco está flotando.

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Ligazones: Son los trozos casi verticales.

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Barraganetes: Son los extremos superiores.

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Dormidos: Las cuadernas se ponen sobre la quilla y los espacios que quedan entre cuaderna y cuaderna, se rellenan con unos maderos que toman el nombre de dormidos.

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Baos: Son unas piezas que unen los extremos de una misma cuaderna impidiendo que esta se cierre o abra. Son ligeramente curvos para que el agua corra hacia los costados. Sobre los baos se coloca la tablazón de cubierta.

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Durmientes: Son piezas colocadas horizontalmente de popa a proa, sirven para sostener los baos por sus extremidades.


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Trancaniles: Son unas piezas de madera o planchas de hierro que se colocan longitudinalmente de popa a proa, yendo asentados sobre baos y unidos a las cuadernas.

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Barrotes y barrotines: Son piezas de madera o hierro que unen los baos entre si y van colocadas de popa a proa.

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Latas: Son unos cuadrados de madera que se colocan entre bao y bao.

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Forro exterior: Es el conjunto de planchas o tablones unidos que cubren la parte exterior de un barco.

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Alefriz: Es una ranura triangular que se hace en la quilla y en la que encastra la: Aparadura: Que es el primer tablón que se coloca para forrar el casco.

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Escotillas: Son aberturas practicadas en la cubierta para dar entrada al interior del buque.

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Obra viva: Es la parte del casco que va debajo del agua.

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Obra muerta o costado: Es la parte del buque que está fuera del agua, comprendiendo desde la línea de flotación a la borda.

Dimensiones más importantes de un buque 

Eslora: Es el largo del buque, contado de popa a proa.

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Manga: Es el ancho del buque en la cuaderna maestra.

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Puntal: Es la altura del buque en la cuaderna maestra.

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Calado: Es la altura medida verticalmente de la parte sumergida del buque desde la cara baja de la quilla (sea del tipo que sea) hasta el nivel del agua.

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Francobordo: distancia entre la línea de carga asignada y cubierta de francobordo. Tipos de barcos de acuerdo al material

Los materiales de los botes no han cambiado mucho en varias décadas. Los botes que navegaron los océanos en tiempos antiguos tenían formas y estructuras similares a las de sus contrapartes modernas. Algunos materiales han evolucionado, y otros han mejorado con mejores métodos de producción, hacer botes ahora es más confiable y más duradero que aquellos del pasado.


Barcos de Madera: Un casco de madera es bello, pero siempre requerirá un mantenimiento alto especialmente si tenemos el barco en una base en los trópicos. Por ello cada vez hay menos barcos de madera y los profesionales que trabajan correctamente este material van desapareciendo poco a poco. A pesar de ello, el moldeado en frío de la madera con nuevas resinas epoxis, está logrando un nuevo resurgir para este material ya que se obtienen pesos bajos y coste comedidos. El resultado son cascos no demasiado resistentes para las condiciones extremas que necesita un yate oceánico. Tipos de maderas más usados en la fabricación de barcos: -Roble -Roble Rojo -Teka -Cedro -Fresno -Olmo -Abeto Barcos de Acero: El acero es el material por excelencia de los grandes barcos dada su extraordinaria dureza, aunque a veces los cascos de aluminio bien diseñados puede llegar a ser más duros que estos en la práctica. Los tratamientos anti oxidación son fundamentales y delicados ya que de ellos depende directamente la duración del casco. Permite cualquier diseño por complicado que este sea sin comprometer por ello la resistencia final obtenida. Para un acabado de calidad deben ser limpiados con chorro de arena para dejarlos completamente desnudos de otras capas de pinturas, antes de aplicárseles las nuevas, y esto debe ser efectuado cada 5 o 10 años. El aislamiento térmico del casco en el interior es un grave problema ya que en aguas frías se producen marcados efectos de condensación y por el contrario en los trópicos se convierten en auténticos hornos. La aplicación de espuma sin más está muy desaconsejada, pues aunque aísle el interior, puede producir condensaciones entre la capa aislante y la pared interior del casco, produciendo oxidaciones imposibles de localizar. Una importante ventaja es la de poder soldar directamente distintos accesorio y elementos del barco a la cubierta de acero o al casco sin tener por ello que perforar y producir de esta manera posibles pérdidas de estanqueidad. Los cascos de acero son mucho más compactos y rígidos que los barcos de fibra o madera.


Barcos de Aluminio: El ratio de dureza/peso del aluminio es excelente, especialmente si tenemos en cuenta su ductilidad para poder recibir impactos accidentales sin fracturarse. Los cascos de aluminio resisten mucho mejor que la fibra, los roces con el fondo, golpes y otros abusos. Son totalmente inmunes al proceso de ósmosis, no requieren pinturas de ningún tipo al resistir extremadamente bien la corrosión. Los antiguos problemas de electrolisis al actuar como ánodos en reacciones electrolíticas son perfectamente evitados mediante la aplicación de principios básicos como la de la instalación de un ánodo de sacrificio de magnesio o de zinc. La aleación utilizada es la 5086 o la 5083 que es menos resistente que el aluminio 6000 pero es mucho más estable frente a corrosiones. Al ser inerte frente al agua marina, el interior del casco puede ser ‘tapizado’ por una capa de 3 a 6 centímetros de espuma de poliuretano para conseguir un aislamiento efectivo frente a temperatura y ruidos. Son mucho más compactos que los cascos de fibra y los distintos elementos de cubierta o del interior pueden ser directamente soldados evitando perforaciones susceptibles de provocar pérdidas de estanqueidad. Si el casco necesita tener las características verdaderamente oceánicas el resultado puede ser ligeramente más liviano que con otros materiales pero sin producirse tampoco excesivas diferencias. El coste de reventa es siempre muy bueno ya que su conservación es excelente. Barcos de Ferrocemento: Muy utilizado en los años 70, se caracteriza por unos costes muy bajos de materiales en la producción del casco. Pero al ser solo aplicable al casco, la repercusión sobre el coste total del barco no es tan espectacular como en principio pudiera parecer. Es bastante seguro para navegación oceánica y su mantenimiento parecido al de los cascos de fibra, y en cualquier caso mucho más bajo que el de los cascos de madera o de acero, pero más alto que el del aluminio. Son cascos pesados y con relativamente poca reserva de resistencia en caso por ejemplo, de una colisión y de nada vale mejorar en el diseño avanzado en hidrodinámica para luego malgastarlos con un material poco adecuado. Tienen un bajo valor de reventa aunque quizás esto le pueda interesar si es usted el comprador. No conseguirá ver ni uno solo en un puerto deportivo, pero si viaja por puertos perdidos de otros países menos occidentales podrá encontrar un gran número de ellos. Los cascos de ferrocemento deben tener una capa aislante en su interior, y una manera cómoda y fácil para conseguirlo suele ser el uso de espumas de poliuretano. Actualmente está relegado a una construcción tipo ‘amateur’ y la mejor manera de garantizar una buena compra consiste en conocer bien la técnica constructiva, poder certificar que el barco ha navegado por todos


los mares incluso en malas condiciones y que no ha sido recientemente pintado, para posiblemente esconder alguna reparación estructural peligrosa y siempre de complicados resultados. Barcos de Fibra de vidrio: En 1933, Everett Pearson exitosamente construyo su primer bote de fibra de vidrio y empezó una tendencia que continúa hoy en día. La fibra de vidrio es resistente, un material a prueba de agua que no tiende a la corrosión como lo es el metal y no se pudre de la manera que lo hace la madera. Sin embargo, los primeros botes de fibra de vidrio utilizaban marcos de madera. Si cualquier área de la resina de fibra de vidrio se había quebrado o astillado, el agua podía meterse dentro y causar que el marco se pudriera. Las fábricas modernas vierten fibra de vidrio dentro de moldes y elaboran cascos libres de madera que no se pudrirán. Por muchas diferencias y por muchas razones es el material más utilizado. Para grandes tiradas de un mismo barco la fibra es el tipo más económico y de acabado impecable, permitiendo realizar cubiertas, mamparos y distintos elementos interiores en el mismo material. Muchos modelos en fibra son fabricados teniéndose en cuenta que navegarán pocos días al año y que pasarán la mayor parte del tiempo en el amarre. Es relativamente sencillo y barato construir cascos de fibra que no deban soportar muchos esfuerzos estructurales. Pero si son sometidos a esfuerzos intensos, las zonas sometidas a mayor estrés comenzarán a deteriorarse y partirse debido al sometimiento repetido de altas tensiones como las producidas en un velero. No suelen degenerar en roturas trágicas pero requieren caras reparaciones. Los mejores cascos en fibra utilizan refuerzos estructurales de acero inoxidable unidos y laminados con la propia resina que suele ser de tipo epoxídica o vinílicas (vinyl-ester) ya que estas suelen ser de mejor calidad y propiedades. Son pocos los astilleros que utilizan este tipo de resinas epoxis frente a la tradicional de poliéster debido a su elevado precio. Actualmente los problemas de ósmosis se han paliado bastante respecto a los producidos en cascos de hace 20 o 30 años, pero naturalmente siguen siendo un problema muy importante en este tipo de cascos. Los cascos de fibra también sufren con los rayos ultravioletas del sol. Para esloras superiores a los 13 metros, si se pretende obtener un casco de alta calidad con sus debidos refuerzos estructurales y máximas calidades en las resinas, y si además no se producen muchos barcos del mismo modelo, los costes de la fibra comienzan a igualarse con los de un casco de acero o de aluminio. Los cascos de fibra utilizan sandwich de madera de balsa o espuma ‘foam’ entre dos capas de fibra de vidrio, para reducir peso, especialmente en las cubiertas, pero esta técnica debe cuidase mucho especialmente si taladramos el casco o la cubierta para la colocación de instrumentos o distintos elementos. Debemos


evitar que tales perforaciones permitan la introducción del agua entre las capas hasta alcanzar el foam o la balsa, ya que daría lugar a una lenta pero inexorable deslaminación. Las reparaciones a posteriori pueden llegar a ser muy caras. Una garantía de éxito en la adquisición de un barco de fibra consiste en la compra a un prestigioso e importante astillero que fabrique muchos barcos de ese mismo modelo de tal forma que pueda amortizar la inversión en el molde y no escatime en la aplicación de resinas y en su correcta manipulación. Si puede elegir entre la balsa y el foam, para los laminados, escoja esta última al ser mucho más efectiva como aislante térmico.

Descripción y construcción. Al comenzar este proyecto nuestro objetivo principal fue el desarrollo de un diseño que cumpliera con las especificaciones de carga y dimensiones requeridas, para ello se realizaron varios diseños mediante la herramienta de solidworks. El material que utilizamos para plasmar el diseño en la vida real fue seriamente discutido y al final se llego a la conclusión que la madera sería la mejor opción. Mediante la ayuda de un profesional, el casco del barco fue hecho gracias a varios procesos de carpintería. Al final cuando obtuvimos el casco, procedimos al montaje de la parte interior que constaba de toda la parte eléctrica, finalmente ya con todo el montaje se procedió a la parte final del proyecto que constaba de la pintura. Dimensiones y partes internas se pueden encontrar en los anexos.

Cálculos. CAPACIDAD DE CARGA MAXIMA PRESUPUESTADA EN Kg. ¿Cómo la estimó? Utilizando las herramientas de solidworks se calculo el volumen sumergido (FIGURA 1), se utilizo la ecuación de fuerza de boyamiento y se despejo la cantidad de masa total.


FUERZA DE BOYAMIENTO Utilizando la misma ecuación determinamos la fuerza de Boyamiento.

ALTURA METACENTRICA GARANTIZANDO ESTABILIDAD Utilizando la ecuación para determinar la altura metacéntrica y utilizando los valores obtenidos por solidworks se obtuvo estos resultados.


Se determinó ι restando las alturas del Ῡ trazo del volumen total con el peso total y el Ῡ trazo del volumen sumergido. Centroide del cuerpo lleno X

-0.0003256

Y

-0.0250000

Z

-0.0494012

Centroide del cuerpo sumergido X

-0.77

Y

0.10

Z

-0.17


MOMENTO RESTAURADOR


Agradecimientos. Agradecemos al profesor Jorge Duarte Forero por su confianza durante todo el curso de mecánica de fluidos, gracias a él y a su aporte durante la elaboración de este proyecto, por darnos el conocimiento suficiente y las herramientas para finalizarlo satisfactoriamente. Gracias especiales a nuestros padres que nos ayudaron con la parte económica y por confiar en nuestro trabajo. Gracias a cada una de las personas involucradas durante la realización de este proyecto sin ellos esta meta final no hubiera sido posible

Anexos y Dimensiones del barco


Parte interna (circuitos)



Conclusiones. Con este proyecto en el que pudimos diseñar y construir un buque de carga, nosotros estudiantes de ingeniería mecánica pudimos aplicar conceptos aprendidos en la asignatura de mecánica de fluidos y a demás tener una experiencia muy enriquecedora puesto que en nuestro futuro como ingenieros y diseñadores llevaremos una idea más completa a cerca de los tipos de trabajos o proyectos a recibir. El diseño y fabricación de cualquier componente de maquinaria implica un proceso iterativo, en el cual se fortalece el pensamiento crítico y creativo del ingeniero, a través de la toma de decisiones. Se realizó un proceso de optimización de recursos, utilizando solo material necesario y utilizando suministros teniendo en cuenta cuestiones ambientales. En cuanto al trabajo en equipo, es pieza fundamental del proyecto, debido a que el aporte de ideas distintas, es propicio para la complementación de las mismas y construcción de nuevas ideas para optimizar el proyecto. Se incrementa la capacidad de resolver problemas al instante, además se pueden ofrecer alternativas de mejoramiento.


Bibliografía  MECANICA DE LOS FLUIDOS, Streeter. fluidos. Tomo II. 8° edition. Ed. Mc Graw Hill. México. 2002.  Cengel, Yunus; Cimbala, John – Mecánica de fluidos.  Streeter, Victor; Wyley, Benjamin – Mecánica de fluidos.  Notas de clase.  Google Docs: https://docs.google.com/presentation/d/1qA-66kTVmn_VToYDzNXROcOVCbcLL_fOCJ9x_rdNSs/embed? hl=en&size=s#slide=id.g8babf01_1_35  Wikipedia: Buque de Carga http://es.wikipedia.org/wiki/Buque_de_carga  Carga Info: Tipos de barcos http://cargainfo.com/front_content.php? idcat=1519 tipos de barcos  Fondear: Cascos oceánicos http://www.fondear.org/infonautic/barco/Diseno_Construccion/Mat_Casco s_Oceanicos/Mat_Cascos_Oceanicos.htm  Scribd: Materiales http://www.scribd.com/doc/78374011/Materiales-barcos

Barco

 Ehow en español: Materiales usados para hacer un bote, Escrito por Tami Parrington. Traducido por Catalina Díaz García http://www.ehowenespanol.com/materiales-usados-bote-lista_399249/


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