DOS CASOS PRACTICOS DE INGENIERIA APLICADA EN EMBARCACIONES MENORES ENFOCADOS EN MEJORAR LA PERFORMANCE

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1 DOS CASOS PRACTICOS DE INGENIERIA APLICADA EN EMBARCACIONES MENORES ENFOCADOS EN MEJORAR LA PERFORMANCE Ing. Horacio Chakass (UNQ, Ing. Mario Colpachi (FIUBA, RESUMEN Se describen los fundamentos técnicos de la reforma de la carena realizada en la lancha de prácticos SEAPILOT de 40 pies de eslora total, que opera en el Puerto de Montevideo y de la reforma del barco a motor clásico EDEN ROCK de madera, de 85 pies de eslora. En el caso de SEAPILOT, el buque había sido primitivamente modificado para permitir la re-motorización pero a consecuencia de la reforma se presentaron fenómenos de inestabilidad dinámica y decayó la performance. En este trabajo se exponen los parámetros que, ante la consulta, fueron tomados en cuenta para permitir que la embarcación recuperara su capacidad operativa y ampliara su rango de operación. En el caso del EDEN ROCK se trató de una reforma integral de la embarcación incluyendo entre otros aspectos el diseño y la construcción de nuevos interiores, el replanteo global de la sala de máquinas a causa de la re-motorización y la reforma de la estructura requerida por los cambios mencionados. Se realizó un análisis de la resistencia al avance y luego se ensayó el modelo en el Canal de Experiencias de Arquitectura Naval de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires. Se determinó el valor de LCG óptimo, sobre el que se basaron las propuestas para determinar la nueva línea de eje, la distribución de pesos, la ubicación de los motores, transmisiones, tanques, silenciadores, etc. Se determinó la velocidad máxima alcanzable y el rango más conveniente para la operación de crucero. Las previsiones fueron corroboradas en los ensayos y en la navegación.

2 OPTIMIZACION DE LA CARENA EN LA EMBARCACION SEAPILOT DE 40 PIES DE ESLORA QUE OPERA EN MONTEVIDEO (R.O.U.) La lancha de tráfico SEAPILOT original tenía un desplazamiento en operación (half load) de aprox. 11 [t]. Con dos motores diesel de 180 [CV] cada uno, alcanzaba una velocidad de servicio de 12 [kt] (Figura 1:Lancha SEAPILOT). Figura 1:Lancha SEAPILOT Figura 2: La SEAPILOT luego de la primera reforma Para ampliar su desempeño el armador cambió la motorización por dos motores de 375 [CV], con un desplazamiento en servicio de [t] y mayor capacidad de combustible (Figura 2: La SEAPILOT luego de la primera reforma). Debido a la remotorización se presentaron fenómenos de inestabilidad dinámica que conducían a una escora permanente, no se alcanzaba el régimen de planeo y no era posible llevar carga en la cubierta de popa (Figura 3: Tipos generales de inestabilidad). Figura 3: Tipos generales de inestabilidad

3 Ante la consulta del armador se procedió al análisis del problema. No encontrar una solución hubiera llevado a restringir el servicio que prestaba el buque. Fundamentalmente se evaluó el coeficiente de carga de barcos de planeo: A P / 2/3 y la separación entre el centro de gravedad del área de planeo A P y el centro de gravedad longitudinal, siendo estos los parámetros clásicos que permiten posicionar el caso en el gráfico que muestra los distintos casos de inestabilidad dinámica transversal no-oscilatoria para barcos de planeo 1. Se observan las posiciones del buque antes y después de la reforma propuesta. (Figura 4: Separación LCG-Centroide área entre cantoneras, Figura 5: Botes con y sin estabilidad dinámica, Figura 6: Regiones de estabilidad). Figura 4: Separación LCG-Centroide área entre cantoneras. =Original, Modificado Luego se estudió la performance del buque mediante el método de predicción de Savitsky para embarcaciones de planeo, variando los parámetros del ángulo de astilla muerta (β) y la manga en cantonera (B CH ). También se analizó alternativas de desplazamiento y posición 1 D.L.Blount, L.T.Codega, Dynamic stability of planning boats, Marine Technology, Vol 29, N 1

4 longitudinal del centro de carena (C P - LCG) para las distintas condiciones de carga, incluyendo el caso de llevar carga en la cubierta de popa (Figura 7) Figura 5: Botes con y sin estabilidad dinámica Como resultado del análisis se recomendó reformar la carena aumentando la manga en cantonera B CH. Se obtuvo un aumento del coeficiente de carga A P / 2/3 y un ángulo de astilla muerta (β) más bajo (Figura 8, Figura 10, Error! No se encuentra el origen de la referencia.). Otro parámetro analizado fue C = /B 3 CH, que claramente mejoró. La reforma abarcó tres cuartos de la eslora del casco desde popa resolviendo de manera adecuada la transición con la zona de proa. Se atendió el aspecto estético dándole curvatura inversa (tumblehome) al costado del buque en la zona de popa. En la popa se diseñó una prolongación del fondo a modo de alerón fijo (Figura 11, Figura 12, Figura 13, Figura 13).

5 En definitiva, resultó una carena más marinera, con mayor estabilidad y susceptible de alcanzar mejores prestaciones debido a la mayor superficie de planeo, cualidades que se confirmaron en la práctica y se pueden constatar en el ámbito donde opera actualmente. Figura 6: Regiones de estabilidad. Original, Modificado Además el buque cuenta con un doble casco, con las ventajas que ello implica en el aspecto de seguridad ( Error! No se encuentra el origen de la referencia., Error! No se encuentra el origen de la referencia.).

6 Figura 7 Figura 10 Figura 8 Figura 11 Figura 9 Figura 12

7 Figura 13 Figura 14 Figura 15

8 OPTIMIZACION DE LA PERFORMANCE EN LA REFORMA DEL CRUCERO DEPORTIVO A MOTOR EDEN ROCK (2008) Se describen los análisis que fundamentaron el proyecto de reforma de un barco clásico de madera, de 85 pies de eslora, cuyo casco original anteriormente ya había sido alargado 1.8m en la flotación y la popa sufrido una reforma con el agregado de una amplia plataforma que favoreció su styling y su funcionalidad (Figura 16: Eden Rock). Figura 16: Eden Rock El presente caso se trató de una reforma integral de otros aspectos de la embarcación incluyendo el diseño y la construcción de nuevos interiores, la re-motorización y consiguiente replanteo global de la sala de máquinas y la reforma de la estructura obedeciendo a los cambios de los ítems mencionados (Figura 17, Figura 18, Figura 19, Figura 20: Estructura modificada). Se reemplazó los motores originales de 800 CV cada uno con otros de 1100 CV cada uno. Este cambio obligó a reordenar los equipos de la sala de máquinas. El replanteo de interiores, a pedido del armador, implicaba eliminar mamparos transversales y longitudinales en la zona central del barco que debían ser reemplazados por otro tipo de estructuras. También se instalaron comodidades a popa, para la tripulación, en un espacio que antes pertenecía a la sala de máquinas. Todo esto implicaba un cambio sustancial en la distribución de pesos. La estructura fue reformada para cumplir con las normas del Registro Italiano Naval para embarcaciones menores de madera. Se utilizaron estructuras de madera maciza en los refuerzos longitudinales y estructuras mixtas de madera maciza y aluminio en los elementos transversales (anillos bulárcamas). Era imperativo, antes de realizar las reformas, analizar la distribución longitudinal de pesos resultante, determinar el nuevo desplazamiento y en base a ello predecir las prestaciones finales del barco. Sin duda se trataba de un caso de análisis en el que la solución modificaba las condiciones del problema y los resultados finales debían ser re calculados.

9 Figura 17 Figura 18 Figura 19 La determinación de la posición adecuada del Centro de Gravedad se realizó mediante ensayos de un modelo a escala una vez que el desplazamiento del barco luego de las reformas estuviera determinado con razonable aproximación. Se describe a continuación la evolución de los ensayos y sus resultados. CARENA La carena del Eden Rock corresponde a un casco de semi-planeo, con una sola arista y secciones transversales rectas en el fondo. Posee un skeg en la quilla de poca profundidad que le confiere suficiente estabilidad de ruta. También posee un deflector longitudinal a cada banda siguiendo la curvatura de la arista que abarca un cuarto de la eslora en proa. El casco fue relevado ya que no se contaba inicialmente con el plano de líneas original (Figura 21)

10 Figura 20: Estructura modificada Figura 21 PROPULSION Se llevó a cabo un análisis preliminar de la resistencia al avance por el método de Mercier- Savitsky para cascos de semi-planeo a fin de evaluar la velocidad alcanzable con el cambio de motorización. En general, para los autores, este método no siempre refleja el desempeño real de la carena en valores de F entre 1.45 y 1.90 sino que ha sido detectado en casos de otros barcos en los que

11 nos tocó actuar. Los resultados, comparados con los ensayos de modelo a escala que se realizaron a posteriori, verifican esta observación. En nuestra opinión la diferencia puede deberse a que los casos analizados se refieren a carenas con una sola arista o con arista interna y externa, mientras que el método de Mercier- Savitsky se basa en ensayos de modelos que en el 90% tienen pantoque redondeado. Solo la serie 62, que completa el 10% restante de datos del método exhibe arista en el pantoque. Una propuesta vertida a raíz de esta observación sería corregir la curva del método de Mercier en el mencionado rango de F. A continuación se llevaron a cabo las pruebas de un modelo a escala de la embarcación en el Canal de Experiencias de Arquitectura Naval de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires (Figura 22, Figura 23, Figura 24 ). Figura 22 Figura 23 Figura 24 Se realizaron mediciones con un desplazamiento del buque de [t] variando la posición longitudinal del centro de gravedad (LCG) en incrementos de 0.7% de LWL respecto a la condición original. Se ensayaron dos posiciones a popa y dos a proa, una de ellas con el aditamento de un flap fijo (Figura 25). De los ensayos se obtuvieron datos del ángulo de asiento, del hundimiento del casco, de la resistencia al avance y de la potencia efectiva de remolque para cada condición.

12 Estos dos últimos se resumieron en gráficos comparativos cuyo análisis permitió obtener las conclusiones que siguen. Figura 25 Se puede apreciar que todas las curvas evidencian un primer hump alrededor de los 17 nudos, que corresponde a un valor del coeficiente de F de 1.4 (dentro del rango de semi-planeo). A raíz de esto se recomendó que la velocidad de crucero se establezca antes o después de los 17 nudos, es decir por debajo y hasta los 16 nudos en un caso, o a partir de los 18 nudos en adelante en el otro. Las distintas curvas para cada valor de LCG a proa y a popa de la condición original indican que la posición del centro de gravedad más favorable es a proa de la posición actual. La medición del asiento mostró cierta inestabilidad en coincidencia con las pequeñas variaciones de la resistencia. Se estableció un valor de LCG óptimo del 43.7%L de LWL, sobre el que se basó la propuesta para la reforma de la sala de máquinas, que resultó en la práctica ser la variable más flexible para adecuar el LCG al valor establecido. CONDICIONES DE ENSAYO Se ensayaron 5 condiciones manteniendo el desplazamiento constante, variando la posición longitudinal del centro de gravedad (LCG) (Figura 26). El desplazamiento elegido es el correspondiente al barco con la reforma de interiores y de motorización. La primer condición ensayada conserva la misma distribución de pesos del barco antes de la reforma, es decir se mantuvo el LCG actual en 8065mm desde la referencia (0,0). Las condiciones #2 y #3 reflejan corrimientos de 150mm del LCG a popa, resultando valores de 7915mm y 7765mm respectivamente de la referencia (0,0). La condición #4 implica un corrimiento de 150mm del LCG a proa de la condición #1, quedando a 8215mm de la referencia (0,0). Finalmente se ensayo la condición #5 en la cual se agrego una cuña transversal al fondo del casco a todo su ancho de 2.25º, con una profundidad de 95mm en el espejo disminuyendo a 0 a una distancia de 2100mm del mismo.

13 Figura 26