RESISTENCIA AL AVANCE:
En el proyecto de un remolcador de empuje es necesario determinar, en primera instancia, el valor de la potencia propulsora necesaria para trasladar el convoy de barcazas a la velocidad que determina el armador, y luego en base a esto considerar las dimensiones principales, formas y demás aspectos que hacen al proyecto de un buque. Para ello es necesario recurrir al cálculo de resistencia al avance, este método debe servir para decidir cuál de las alternativas que se barajan en cada momento es la mejor. Se puede decir que existen tres tipos de métodos que pueden ayudar en esta tarea: -Métodos experimentales: experimentales: Tradicionalmente, los ensayos con modelos han sido la única manera de determinar el comportamiento de unas formas. Basta decir, que en muchos casos, la l a experimentación resulta un proceso caro y lento, por lo que normalmente se relega a las últimas fases del proyecto, con el objeto de validar las expectativas expectativas sobre el proyecto final.
-Métodos numéricos: En los últimos años han aparecido diferentes herramientas de simulación por computadora que permiten estudiar el comportamiento de unas formas, como por ejemplo el programa Maxsurf. La ventaja de estos métodos reside en la posibilidad de evaluar los efectos de modificaciones en un diseño, a medida que se van realizando. Por otro lado, la complejidad de estas herramientas, aplicada al diseño de formas, requiere de un ingeniero naval o usuario experto.
-Métodos estadísticos: Estos métodos se basan en análisis de regresión sobre ensayos de modelos y mediciones de velocidad en buques reales. Existen varios de estos métodos publicados. La gran ventaja radica en su sencillez, pues permiten evaluar la resistencia al avance o potencia necesaria, mediante la aplicación de unas fórmulas muy sencillas. Su desventaja está en la imprecisión de los resultados obtenidos, que en algunos casos es muy importante.
Los métodos utilizados para el cálculo de resistencia al avance en el caso de remolcadores de empuje son del tipo estadísticos y encuentran a Howe y Balau como sus principales exponentes, a continuación se describen ambos métodos:
1- MÉTODO DE HOWE: Permite determinar la resistencia al avance por medio de la siguiente fórmula: Rt = 0,07289 x e 1,46/(h-T) x V2 x T 0,6 + 50/(W-B) x L0,38 x B1,19
Donde: Rt: Resistencia total del tren de barcazas, en libras. e = 2,71828 h: Profundidad del canal, en pies. T: Calado uniforme del tren, en pies. V: Velocidad del tren en aguas quietas, en millas por hora. W: Ancho del canal, en pies. B: Manga del tren, en pies. L: Eslora del tren, en pies. En base a estos datos, se arma una tabla similar a la que se observa a continuación:
Velocidad EHP Knts milla/hora Cargado 1 1,15 24 2 2,30 95 3 3,45 213 (Valores esquemáticos) esquemáticos)
Rt (lbs) Cargado 7.589 30.356 68.300
Y en función de la velocidad, solicitada por el armador, se obtiene Rt.
2- METODO DE BALAU: Se utiliza para determinar la potencia para la propulsión de trenes integrados. EHP = Fs x [K1 + (NCL – 1) x K2]
Donde: K = 0,001872 x V 2,9 x (B/H) 0,34 K1 = K x
∇ 0,63 x
K2 = 0,05 x K x
(L/B) -0,06 ∇1 0,63
x (2 x LC/B)
B = NCT x BC
Manga total del tren, en metros.
L = NCL x LC
Eslora total del tren, en metros.
= NCL x LC x H x NCT x BC – 4,55 x H2 x NCT x BC B C Volumen de carena del tren, en m3. ∇
∇1 =
2 x LC x H x NCT x BC – 4,55 x H2 x NCT x BC
Fs: Factor de servicio. V: Velocidad del tren, en nudos. NCT: Cantidad de barcazas en el sentido transversal. NCL: Cantidad de barcazas en el sentido longitudinal.
Este análisis se lleva a cabo para trenes de barcazas que caen dentro de los siguientes parámetros: 3,2 < L/B < 10,1 6
< B/H < 13,9
2
< V < 10 nudos
500 <
∇
< 35.000 m3
Sin embargo en este último tiempo, debido a que la obtención de resultados difiere con la realidad, se opta por un tercer método, el cual es equivalente al de Howe, en donde un conjunto de ingenieros provenientes de Brasil realizaron los pasajes de unidades para trabajar con el sistema internacional, y además, agregaron un factor de corrección de acuerdo a la conformación del convoy, parámetro que antes no era tenido en cuenta, de allí la falta f alta de eficacia del método anterior.
3- MÉTODO DE HOWE (BRASIL): Para el cálculo de resistencia al avance, más precisamente de la potencia efectiva o al freno, se utiliza el método de Howe (Brasil), aplicando la siguiente fórmula:
PE = 0,14426 x F x e 0,445/(h – Tc) x
Tc 0,6 + 15,24 / (w – Bc) x Lc 0,38 x Bc 1,19 x V 3 0,3048
Donde: Pe: Potencia efectiva, en KW. Tc: Calado uniforme del tren de barcazas, en metros. Lc: Eslora del tren de barcazas, en metros. Bc: Manga del tren de barcazas, en metros. V: Velocidad del tren en aguas tranquilas, en metros por segundo. h: Profundidad del canal, en metros. w: Ancho del canal, en metros. F: Coeficiente que depende de la formación del convoy. Formación del convoy Una barcaza (1F, 1C) Dos barcazas en líneas (1L, 2C) Dos barcazas en paralelo (2L, 1C) Tres barcazas en línea (1L, 3C) Cuatro barcazas (2L, 2C) Seis barcazas (2L, 3C) Seis barcazas (3L, 2C) Otras
F 0,040 0,050 0,043 0,040 0,045 0,058 0,070 0,070
Empuje efectivo: Ahora bien para poder determinar la potencia de la planta propulsora es necesario verificar el equilibrio entre el empuje efectivo y la resistencia calculada anteriormente. anteriormente. El empuje efectivo se obtiene por medio de la siguiente fórmula: EP = 38,82 x BHP – 0,0039 hp2 + (0,38 hp) x h – 172,05 x V 2 – 1,14 x V – BHP Siendo: EP: Empuje efectivo, en libras. V: Velocidad del tren, en millas por hora. h: Profundidad del canal, en pies.
Al confeccionar la tabla y realizar el gráfico se determina que el equilibrio se alcanza para una velocidad sensiblemente inferior a 6 nudos, sin embargo considerando que el remolcador navegará la mayor parte del tiempo por zonas con calados superiores a los 12,44 pies (valor utilizado para el cálculo), se decide continuar con el desarrollo del proyecto dado que los valores finales se obtendrán en función del comportamiento de la hélice, cuando se realice el cálculo de la misma. De esta manera se obtiene que la potencia total de la planta propulsora debe ser de 4.880 BHP. Esta potencia debe ser dividida por la cantidad de líneas de ejes a considerar. Y por último resta buscar en los distintos catálogos de motores aquellos que presenten una potencia igual o superior a la calculada. Considerando los valores obtenidos en el cuadernillo N°5 de cálculo de hélice, se establece que la mejor opción es colocar tres líneas de ejes. En base a todo esto, se decide utilizar tres motores “Caterpillar “Caterpillar 3516C” de 1.650 BHP a 1.200 r.p.m cada uno.
