República Bolivariana de Venezuela Universidad Marítima del Caribe Escuela Náutica de Venezuela Ingeniería Marítima Asignatura: Manejo y Estiba de la Carga (MAN-604)
C ues ues tionari ionario o Unidad Unidad I: E s tabilida bilidad d del del B uque. uque.
Nombre:
Sección:
Correo:
Bastidas A., Darliana B.
A-OP
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Cubides C., Fernando A.
A-OP
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Quintero M., Luis J.
B-OP
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Catia la Mar, Julio de 2018.
Actividad N° 1:
Explique y grafique cómo se forma el par adrizante (GZ) que estabiliza el buque en la mar.
Para comprender la forma en la cual se determina el par adrizante (que está identificado con las letras GZ), es primordial comprender los principios básicos de la estabilidad de una embarcación. Como estabilidad podemos entender a la capacidad que tiene una embarcación de recobrar su posición inicial de equilibrio, una vez este ha sido afectado por elementos exteriores como el viento y la mar y la han modificado. En la Fig. 1 se puede observar al buque de pasaje de bandera bahameña Clelia II siendo afectado por el viento y la marea, situación que altera la estabilidad del buque.
Fig. 1
El centro de gravedad (G) es el punto donde la sumatoria de las fuerzas gravitatorias externas es nula en un cuerpo. En un buque, el centro de gravedad se encuentra mediante una prueba de inclinación. La posición del centro de gravedad es medida en metros verticalmente desde una posición de referencia específica, la quilla del buque (K). El centro de carena (B) es el punto donde la fuerza de flotación es considerada que actúa verticalmente. Este punto es representado en los diagramas que se exponen a continuación con la letra B, debido a que se equipara con el “center of buoyancy” del inglés, aunque también se identifica
con la letra (C). Este punto se considera el centro geométrico de la sección sumergida de la embarcación, es importante saber que cuando se conoce la forma de la embarcación, el diseñador del buque puede calcular el centro de carena a partir de cualquier combinación de la relación carga-escora. En la Fig. 2 se puede observar la relación entre el centro de gravedad y el centro de carena en un buque adrizado.
Fig. 2
Los metacentros son líneas verticales que van desde el centro de flotación en pequeños ángulos de escora que se intersectan en un punto llamado (M). El metacentro puede ser considerado como un punto de pivote cuando el buque se encuentra inclinado a pequeños ángulos. La distancia del metacentro (M) se mide en metros desde el punto de referencia que vendría siendo la quilla (K), por lo tanto se denota con las letras KM. En la Fig. 3 se puede observar la diferencia angular entre el centro de carena y el metacentro.
Fig. 3
Cuando el buque se escora por alguna fuerza externa, el centro de gravedad (G) no varía. La fuerza de la gravedad actúa verticalmente hacia abajo a través del G. El centro de carena (B), a diferencia del anterior, si cambia a una nueva posición, debido a que como se mencionó anteriormente, es el centro geométrico de la sección sumergida de la embarcación; esta nueva posición del centro de carena se llamará B 1 y actuará a partir de allí una fuerza verticalmente hacia arriba. La distancia horizontal que se mide desde el centro de gravedad (G) hasta la línea vertical que parte desde el nuevo centro de carena B 1 se denomina par adrizante y se denota con las letras GZ. En la Fig. 4 podemos observar el alcance del GZ y la forma en la que se mueve el B de la Fig. 2 hacia B 1.
Fig. 4
Es importante señalar que la fuerza que ayuda al buque a retornar a su posición inicial es el peso del buque, el cual actúa hacia abajo por el centro de gravedad (G), multiplicado por el par adrizante (GZ). Este resultado se denomina momento de estabilidad estática. El centro de gravedad del buque tiene distintos efectos en el par adrizante y consecuentemente en la habilidad del buque de retornar a su posición inicial. Por lo tanto, mientras menor sea el centro de gravedad, mayor será el par adrizante.
Actividad N° 2:
Describa visualmente el efecto longitudinal, transversal y vertical de movimiento de pesos a bordo sobre los ejes referenciales de estabilidad del buque: K, G, C, B, M. En la actividad anterior pudimos observar las condiciones para que la estabilidad se cree en una embarcación con un centro de gravedad fija, pero, a continuación estudiaremos los efectos que pueden ocurrir a la estabilidad del buque en caso de que haya un peso o carga en la cubierta que pueda ser movida por los distintos ejes de la embarcación, la cual modificaría el centro de gravedad. Esto indica que el centro de gravedad se va a mover en la misma dirección en la que el peso es movido, debido a que el G no es más que el punto de aplicación de una fuerza la cual es componente directa del par adrizante. De acuerdo al traslado longitudinal de un peso, es decir, en dirección proa – popa o viceversa, en la embarcación se provocará una diferencia de calados de acuerdo al movimiento de la carga, por lo tanto, el calado del buque aumentará en el extremo hacia donde se mueva el peso y disminuirá al contrario. En la Fig. 5 se puede observar el efecto del cambio de un peso ha cia la popa del buque, lo que resulta en un asiento hacia la popa, buque apopado o también llamado escora longitudinal. El centro de gravedad del buque cambia a una nueva posición que se denomina G 1, el cual causa el asiento. Como el buque ahora está asentado a popa, se determina, como se mencionó con anterioridad, que el calado de la popa aumenta y el de la p roa se reduce. Esto causa una variación en el centro de carena de la embarcación, que se traslada de B hacia B 1, la estabilidad del buque se logra una vez se alinean el nuevo centro de gravedad con el nuevo centro de carena.
Fig. 5
El metacentro del buque en su dirección longitudinal se denomina Metacentro Longitudinal (ML) y por lo tanto, la distancia vertical entre el centro de gravedad y el ML se denominará GML. Lo importante a tener en cuenta aquí, es que los valores del GM longitudinal suelen oscilar entre 100 y 110 veces el valor del GM transverso. Y dado que los valores del GM transversal de todas las embarcaciones varían de 0.2 a 0.5, implica que el GM en dirección longitudinal es generalmente mayor a 100 metros. Debido a esto, los barcos son intrínsecamente altamente estables en la dirección longitudinal, y por lo tanto, la mayoría de los estudios sobre la estabilidad del buque se centran en la estabilidad transversal del buque. El movimiento de un peso transversalmente en la embarcación alterará de igual forma las fuerzas que actúan en el equilibrio del buque. En la Fig. 6 se tiene un peso que se mueve a babor de forma transversal, el cual altera la posición del centro de gravedad de la nave (de G a G1). La distancia que se crea entre el peso que actúa a través de G 1 y la carena que actúa a través de B creará el momento de escora. El buque
escorará a un punto en el cual se creará un nuevo centro de carena (C1), en el cual pasarán las fuerzas de peso y carena por la misma línea.
Fig. 6
Esta condición puede ocurrir a bordo cuando el agua de lastre es transferida de un tanque a otro o cuando es tomada de un solo costado de la embarcación. En el caso de los buques de pasaje, puede ocurrir cuando la mayoría de los pasajeros se aglomeran en un solo costado. Es importante señalar que aunque es una posición de equilibrio, el buque no debe ser operado con esta condición, por lo tanto, medidas correctivas deben ser tomadas en el menor tiempo posible. Cuando un peso es movido en la embarcación de forma vertical, de igual forma puede afectar las condiciones de equilibrio de la embarcación. En la Fig. 7 podemos observar un peso que, en una posición inicial estaba en una cubierta inferior y se cambia a la cubierta principal del buque, esto genera una variación en el centro de gravedad, el cual pasa de una posición G a G’. También muestra que si trasladamos el peso p hacia abajo el brazo adrizante aumenta en GA mientras que si lo trasladamos hacia arriba el brazo disminuye en GA.
Actividad N° 3:
1) Determinar un GZ aproximado, sin correcciones, para una posición even keel. 2) Calcule KM en Curvas Hidrostáticas del Buque E, anexa, para un calado de 3,3 m, indicando según resultado, posición longitudinal a proa o a popa. 3) A continuación extrapolar en tabla hidrostática Guárico – Zulia – Lara, para el mismo calado medio, la obtención de KC. Realizar finalmente diferencia KM – KC para determinar Radio Metacéntrico (CM).
Para una posición even keel o de estabilidad inicial, el brazo o par adrizante (GZ) es sustituido trigonométricamente por la siguiente expresión matemática:
× × Y como la posición even keel alinea el centro de gravedad con el metacentro, no se forma ángulo, por lo tanto, esa operación matemática dará 0.
= × × = 0
De acuerdo a las curvas hidrostáticas del Buque E, el calado dado (3,3m) no está dado de manera implícita en ellas, por lo tanto se debe calcular el KM mediante interpolación, se conoce el valor de KM en el calado de 3,2m y en el calado de 3,4m. Por lo tanto se efectúa la siguiente operación matemática:
C 0,1 0,2
3,2 3,3 3,4
KM
46,2 46,6
x 0,4
0,2 0,4 4.10− = → = = 2.10− ~ 0,2 . − 0,1 2.10 46,2 + 0,2 = 46,4 .
KM3,3m = 46,4 cm.
De igual forma que en ejercicio anterior, no se conoce el calado en las tablas dadas, el calado menor conocido en la tabla es de 3,50m; y el máximo es de 10,50m. Se debe extrapolar con dos valores conocidos de la tabla, para calcular el valor desconocido. Por lo tanto se efectúa la siguiente operación matemática: C
KC
4,50 6,50 3,30
2,39 3,45
Para resolver esta ecuación con respecto a y 3 se utilizará la siguiente fórmula:
=
(, , ) . , ,
Por lo tanto:
=
3,45 2,39 6,5 4,5
=
1,06 = 0,53 2
, = , [(, , ) ∗ ] = 1,52
Una vez obtenido el valor de KC, se debe determinar el valor de KM con el mismo procedimiento, el cual genera un resu ltado de:
C
KM
4,50 6,50 3,30
11,58 10,03
KM3,3=11,5m.
Una vez obtenidos los dos valores, de acuerdo a la fórmula del CM, que es la siguiente, se obtienen los resultados:
= = 11,5 1,5 = 10 .
