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Contribution to the study of the stability on waves of stern trawlers

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- - JUNI 1976

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Lab.

y. Scheepbouwktirde

CONTRIBUCION AL ESTUDIO DE LA

1ABILIDJCb1

Deift

PESQUEROS 1)1: 1RASTRE POR FOFA

Contribution to the study of the stability on waves of sterm

t raw i e r s

by buis de Mazarredo

and

Enrique Lecuona

This paper is a preliminary report of a research ori the stability of fishing boats at Sea. The whole program com-prises tests with a model of each of the following ships: one

stern trawler of 37.66 m. length, one seiner of 36,5 m. length and one conventional trawler of 314,7 m. length, All of them will be tested in the Naval Architect School basin ìn Madrid.

The present report gives, first, some results of

statical calculations of two boats with changes on Bld and D/d(d being used for draught, since T in used for period) in order to assess the effect of ship proportions on the stability on

waves.

Then, after showing the test methods used, the results of some tests carried out with the stern trawler are given:

In par. 3,2 the ship response in still water to the

variable moments imposed by an oscillator show the stabilizing effect of the ship speed,

Par. 3,3 refers to tests performed with regular waves

in a bow sea, both in free sailing and in trawling. The waves

encounter exciter the roll, according to the period, in both

cases.

Par. 3.4 copes with stern seas of the sime regular wa-ves as Par. 3.3. The roll is not excited as in the former case, but the ship trends to lay on the maximun roll angles.

(2)

Finally, Par. L refers to a simulation program which

is the final aim of this research, An example is given of the ship response in still water,

(3)

CONTRIBUCION AL ESTUDIO DE LA ESTABILIDAD

EN OLAS DE PESQUEROS DE ARRASTRE

POR POPA

(*)

1. L1'4TROI)UCCLÓN

Por ser fundamental para la seguridad de los bar-cos de superficie y de los hombres que navegan en

ellos, es la estabilidad una caracteristica importan-te para cualquier tipo de buque. Pero quizá lo sea aún más en los pesqueros: debido a la variedad de condiciones en que trabajan, a que realizan faenas

en mar abierto y por ser de tamaño, por lo general, menor que los demás barcos de alta mar.

La respuesta de estos barcos debe ser positiva y

de magnitud adecuada a las fuerzas y momentos que

puedan ponerlos en peligro, cualquiera que sea la

causa que origina dichas perturbaciones: bien sean

agentes externos, tales como las olas, viento, agua embarcada, y la formación de hielo; o agentes in-ternos, como son el corrimiento de la carga y los

errores de los propios hombres que gobiernan y tri-pulan el barco.

No se discutirá, sin embargo, aquí lus factores

citados, de sobra conocidos, ni las recomendaciones

o medios a adoptar para evitar el vuelco o el

hun-dimiento debidos a falta de estabilidad. Por el

trario, este trabajo se limita a hacer algunas

con-sideraciones sobre los factores geométricos que in-fluyen en la seguridad en la mar, y en una segunda

parta, a dar algunos resultados de ensayos

reali-zados, cofl el modelo de un pesquero de arrastre por popa, con el fin de estudiar los aspectos que se

pre-sentan y poder hacer así una contribución a la se-lección de los criterios de estabilidad a emplear.

La primera parte se inició hace años en la A. I. C. N. F'ué objeto de una noticia a sus miembros y rosteriormente de una nota destinada a ser

presen-ta'Ia a las reuniones celebradas en 1968 por el IMCO

para el estudio de la estabilidad de pesqueros. Se

emprendi al considerar que el radio metacéntrico

las curvas de estabilidad tradicionales no podian

Tm b; n pr;senta10 en 1a IX Sesinnes Técnkas de

J r;g.-i;ierta Nava! hbradj en Ja Tt,i;j en el mes de

sep-t r I 97, e ha n rttne s rio a 1go nos letal les, pero s in

rnbia J (flttflj,1O

Por Luis de Mazarredo

y

Enrique Lecuona

ser más que indicadores dei comportamiento del

barco en la mar, ya que al suponerse en los cálculos de carenas rectas e inclinadas que conducen a la

de-terminación de aquellos datos, que el barco está

quieto en mar llana, raramente tendrán relación di-recta con la respuesta dei buque real una vez fuera de puerto. No significa esto que los criterios basados en dichos valores no puedan ser correctos. De hecho, están reconocidos internacionalmente. Pero han de estar basados en la experiencia, ya que adolecen, en principio, de un defecto de planteamiento cuando se aplican para juzgar la seguridad que ofreceun buque

navegando en mar agitada y, por tanto, no deberán ser aplicados, sin más, a aquellos tipos de buques de

los que no se poseen estadísticas suficientes para

poder relacionar la características antes menciona-das con los resultados en servicio.

Calculando los mismQs datos con el barco

flotan-do en aguas cuya superficie libre tenga la forma

que se supone puedan tener las olas más peligrosas, se habrá eliminado una fuente de error. Parece, por consiguiente, que los cálculos de estabilidad dei

bu-que sobre la ola darán un menor margen de error que con mar liana, aunque el perfil de ola que se

introduzcan en el cálculo no sea dei tipo que

normal-mente haya de encontrar ei barco, y se prescinda

de los movimientos dei agua y dei buque. Ya que si estas simplificaciones no permiten esperar que con

este método se obtengan resultados correctos, hay

una mayor aproximación a las condiciones reales de contorno, y ésta l)uede lograrse fácilmente con los actuales ordenadores.

El método había sido utilizado por varios autores anteriormente y por la misma AICN para enjuiciar la estabilidad de algunos barcos, pudiéndose citar a

estos efectos el Castillo de Monjuitch. No es, por

consiguiente, ninguna novedad. Pero no por ello ca-rece de interés mostrar su aplicación a los l)esqtIe-ros: que es precisamente en este tipo de barcos

don-de mayor interés puedon-de tener, don-debido a que por su

pequeña eslora se encuentran con frecuencia con olas

(4)

de su misma longitud y de mayores pendientes que

las que tienen las que igualan la eslora de los

bu-ques normales de carga. Lo cual, unido al pequeño

coeficiente de bloque de la mayor parte de los

bu-ques de pesca da lugar a que en ellos la pérdida de

estabilidad por

esta causa sea

particularmente

grande.

Al tiempo de ser realizado aquel trabajo, unas ex-periencias realizadas con modelos en Dinamarca y Rusia mostraron diferencias sensibles entre los

re-sultados experimentales y los obtenidos por medio de cálculo. Por ello no fue publicado. Pero no se con-sideró que debiera descartarse esta forma de cálcu-lo antes de estudia.r la cuestión con mayor detalle. El hecho de que los ensayos habían sido realizados

con olas estacionarias respecto al modelo permi-tía, por otra parte, suponer que los resultados

ob-tenidos no daban una respuesta definitiva ai riesgo

que podia correr el barco navegando en olas, aun-que éstas fueran del tipo con el aun-que había sido en-sayado el modelo: el factor tiempo es importante

y convenía conocer la influencia que podía tener el período propio del barco con respecto al de las olas

y la diferencia de fase entre ambos movimientos,

que podía dar lugar a que se amortiguaran o, por el

contrario, se excitara los movimientos de balance.

En consecuencia, en cuanto se dispuso de medios suficientes para poder ensayar con olas, se procedió

a redactar un programa de ensayos que permitiera dilucidar algunas de las cuestiones planteadas o,

al menos, obtener una experiencia directa dei com-portamiento dei buque en la mar.

El enfoque que se dio a este programa es

distin-to al de la primera parte del trabajo, ya que en

este estudio de base experimental no se prevé una

variación de carenas sobre un buque ba.se, para

de-terminar la

influencia de determinados factores geométricos, sino observar el comportamiento de

los diferentes tipos de barcos que se engloban en la denominación genérica de pesqueros.

Se trata, pues, de dos trabajos independientes. Si

bien, por ser uno consecuencia del otro, se dé no-ticia de ambos al mismo tiempo.

En esta ocasión se publican algunos de los resu!-tados obtenidos de los ensayos realizados en aguas

tranquilas y con olas longitudinales regulares con

el modelo de un buque de arrastre por popa de

37,66 metros de eslora. Posteriormente se

ensaya-rán los modelos de un buque normal de arrastre

hou, baka) de 34,7 metros de eslora, de un

atu-nero de pesca al cerco de 36,50 metros y posible-mente alguno más, de acuerdo con los resultados

que se vayan obteniendo.

2. Cáicuio de estabiliriad con y .'in ola.

Como en cualquier otra clase de barco, en los pea-queros, la, estabilidad depende de sus formas y

di-mensiones, por una parte, y por otra, de la

distri-bución de sus pesos. Ambas cuestiones son

relativa-mente independientes entre sí, ya que la altura del

centro de gravedad puede variar para una mkma

ca-rena con el tipo de máquina, las superestructuras

que se monten, la cantidad, clase y estiha de la

car-ga, etc. Esto es particularmente cierto en los

pes-queros, en los que tanto el desplazamiento como la

situacicn vertical del centro de gravedad pueden

variar ampliamente a lo largo de una marea.

Mien-tras, la estabilidad de formas depende

exclusiva-mente de éstas y de las dimensiones Principales del

buque, si se comprende entre estas áltimas los

ca-lados de proa y popa. Es por ello, por lo que se

consideró que sin olvidar, naturalmente, la altura

del centro de gravedad en el proyecto, la seguridad del buque debia basarse en la estabilidad de formas

yconvenía, por ello, estudiar los factores de los quo depende.

El tipo de formas tiene una clara influencia, y es en principio de esperar que sea mejor, desde el pun-to de vista de la estabilidad en aguas tranquilas, un

buque con formas en V que otro con formas en U, aunque este último pueda tener en ciertas circuns-tancias mayor estabilidad de pesos. En cambio, es

de suponer también que se producirá mayor

pérdi-da de estabilipérdi-dad con el buque sobre la ola si las formas son en V que si son en U. Análogamente resulta intuitivo que la estabilidad inicial será

tan-to mayor cuantan-to menor sea el coeficiente cilindri-co vertical C,r y que las pérdidas de estabilidad por

la ola serán menores cuanto mayor sea el

coefi-ciente de bloque C1. Pero como, por lo general, no se eligen las formas pensando en la estabilidad,

si-no en disminir la potencia del motor u otras de las

muchas consideraciones que hay que tener en

cuen-ta en el compromiso que es el proyecto de un pes-quero, no se ha considerado que fuera demasiado

interesante hacer cálculos con distintas formas y sí en cambio, el estudiar el efecto de las dimensiones principales, que hay necesariamente que ajustar dit-rante el anteproyecto.

Para ello, se comparan los resultados de cálculo

que se obtienen al variar las dimensiones principa-les, pero conservando las mismas formas. Así, para

obtener las semimangas de las nuevas carenas e

multiplicaron las de las formas originales por la relación entre las mangas supuestas y para

modi-ficar el francoordo se hizo variar de tal forma I

distancia entre las distintas líneas de agua de l.

obra muerta, que las cuadernas siguieran siendo li-neas continuas en la flotación, por debajo de la citaI

se ha mantenido la distancia original entre líne'is de agua. Para ello se redactó un programa basado

en esta condición.

El estudio se realizó con varios barcos nacionales.

Los datos que aquí se incluyen se refieren a dos

(5)

No se hizo variar la eslora, por cuanto no afecta

a la estabilidad transversal. La manga se modificó

lara el buque A de forma que B11d tuviese

ade-más dei valor dei proyecto, 2,62, los valores dc 2 y

3. El puntal dei buque A se modificó de forma que los valores de D/d fueran: 1,08, 1,14 y 1,37. Res pecto al buque B, se incluyen los resultados para

B/d 2,06 y 2,50 y DIT 1,08 y 1,37.

Tanto el buque A como el B tienen castillo, que re ha incluido en los cálculos y una caseta a popa,

que no lo ha sido.

Los cálculos realizados consistieron

fundamental-mente en hallar el radio metacéntrico, la curva de brazos de palanca y su integral o estabilidad

diná-mica, tanto para el buque en aguas tranquilas como

para el buque sobre una ola de su misma longitud.

Estudios previos realizados por la propia AICN ha-bian determinado que otras situaciones o longitudes de la ola no representaban mayor riesgo, o que la di-ferencia

por la longitud de la ola- no tenia

en-tidad suficiente para ser tenida en cuenta. Con elfin

de dar valores absolutos, que hagan resaltar las di-ferencias encontradas, se supuso que la altura dei

centro de gravedad era KG 0,75 D. De esta

for-ma han sido presentados algunos de los resultados de cálculo. Todos ellos se refieren a los calados de proyecto, que corresponden al desplazamiento

má-ximo.

Corno ya se ha indicado, la razón de haber hecho

los cálculos para el buque sobre la ola no está en

el deseo de mostrar una visión de lo que pueda

suceder cuando el buque real navegue en mar agi-tada, sino en poder comparar el efecto que pueda tener el paso de la ola sobre la pérdida de estabi-lidad en barcos de distintas dimensiones. No se ha modificado para estos cálculos el programa origi-nal, redactado en la Asociación, en el que el per--fil de la ola era el tradicional, trocoidal, la altura normal de 1/20 de su longitud y en todos los casos

se ha supuesto que no se producía cambio de

asien-to como consecuencia de la escora, si bien se han realizado algunos cálculos corn plementarios para ver el efecto a que esto daba lugar.

2.1. Re.altados.

En el Cuadro I se incluyen los valores de la es-tabilidad inicial GM correspondientes al buque A, indicándose en las filas superiores los cálculos

pa-ra aguas tpa-ranquilas, en la segunda fila loe del

bu-que sobre la ola y en las últimas, la pérdida de

esta-bilidad por esta causa.

CUADRO I Vuore.s de GM

(En aguas tranquilas, sobre la ola, diferencias)

Si se prescinde de la posición supuesta dei C. de

G. y se adimensjonaljzan los valores de GM.

divi-diendo por B/d, se obtienen, como es lógico, los

va-lores constantes ----salvo algunos errores de cálculo,

que no se han corregido- que se indican en el

cua-dro II para los barcos A y B. Como la altura del

centro de carena no varía, para los buques en

aguas tranquilas y la subida, debida a haberse

corrido por efecto de la ola el desplazamiento, de

debajo de la flotación en los extremos a encima de la misma en el centro, es relativamente pequeña y prácticamente independiente del francobordo, no ie incluye este dato entre los resultados.

CUADRO II Valores de GM/(B2/d)

(En aguas tranquilas, sobre la ola, diferencias i

Aparte de loe conocidos efectos de la manga y altura dei centro de gravedad sobre la estabilidad inicial que ya se muestran en el Cuadro T, puede

3 B/d 2 2.622 3 DJd 0.636 1.46 2.130 0.082 0.314 0.619 1.08 1.182 0.718 1.511 0.496 1.356 1.90 0.100 0.579 1.070 1.142 0396 0.777 0.92-a 0-.025 0.835 1.469 ---0.069 0.718 1.310 J.372 0.044 0.117 0.159 B/d DId Barco A Barco B 2 0,0991 0.0389 3 2,06 2r5 6,1003 0,0589 0,0414 1,08 0,0991 0,0403 0,1003 0,0591 0,0602 0,0588 0,0412 1,37 0,0991 0,0911 0,0080 0,0991 0,0912 0,0079 0,1003 0,0904 0,0099 0,1003 0,0905 0,0098 Buque A Buque 8

Este ra eut re perpendiculares 3680 40,00

t lade de proyecto Imedlo, en carga). 3,02 4,05

Fra uci bordo/pulita! 1,37 1,08

Coeficiente de bloque 0,509 (1.521

(6)

observarse en ambos cuadros cómo varia la pérdi-da de estabilipérdi-dad por el paso de la ola con ei

au-mento de francobordo y los grandes valores

a1solu-tos que alcanza esta pérdida cuando la manga es

grande. Parece ésto demostrar que, no sólo para

mejorar la curva de estabilidad, sino simplemente para obtener una estabilidad inicial, con garantía en todas las condiciones, es conveniente aumentar

el francobordo no hacer, por otra parte, la

man-ga innecesariamente grande.

El valor de D/d

1,14, que aparece en ei cua-dro I, corresponde a una recomendación japonesa. Puede observarse que supone un notable aumento

de seguridad, aun cuando el francobordo real al

pa-sar de 1,08 al valor citado sólo aumente 187 mm. Es ésto debido a que la cresta de la ola cubre

par-te de la cubierta en el caso dei menor de los franco-bordos citados.

En el cuadro III se indican los va'ores de CZ

dei barco A para una escora de 30', en las mismas

condiciones con que se han presentado los cuadros anteriores.

CUADRO III Vakres de CZ,

(En aguas tranquilas, sobre la ola, diferencias)

Una vez tenida en cuenta la variación de altura

del C. de G. vuelve a observarse aqUÍ la importancia que tienen la manga y el francohordo en los brazos

de palanca en aguas tranquilas. En cambio, en la

pérdida de estahilidad por efecto de la ola influyen mucho menos las dimensiones del 'buque.

2.2. Comentarios.

Aunque los resultados obtenidos con estos cálcu-los no sean exactos, puede suponerse que sean indi-cativos deJ comportamiento dei buque en aguas

agi-tadas, por la misma razón que puedan serlo los

cálculos realizados suponiendo que la superficie li-bre es horizontal.

Partiendo de esta base, se observa que las

dife-rencias entre los valores de la estabilidad inicial del

buque en aguas tranquilas y sobre la ola pueden

alcanzar grandes valores absalutos. Por lo que, dde este punto dde vista, es interesante estudiar la

es-tabilidad sobre la ola antes de proceder al dimen-sionamiento finaj del barco: ya que es posible que

aún siendo GM T 0,35 en aguas tranquilas puedan

obtenerse valores nulos o incluso negativos con el barco sobre la ola. Por ello, es por lo que se han incluido en el cuadro II resultados en forma adi-mensional,

En cambio, como las variaciones de manga o

pun-tal apenas influyen en la pérdida de estabilidad

cuando el barco está escorado 30", no parece tenga mucho objeto calcular carenas inclinadas con el

bu-que sobre la ola, ya bu-que poco se podrá hacer para

corregir directamente este defecto modificando las

dimensiones.

De la estabilidad dinámica a 30 se ha

prescindi-do, puesto que habiéndose fijado en el IMCO los va-lores de la estabilidad inicial y dei brazo de palanca

ai mismo ángulo, queda el área situada debajo ie

la curva más o menos definida.

Cabe, por último, observar de nuevo la

importan-cia que tiene el francobordo en la pérdida de esta-bilidad inicial, sobre todo cuando aquél es tan

pe-queño que las olas pueden cubrir el trancanil

cuan-do, aún estando el barco adrizacuan-do, pasen por la

maestra o el punto más bajo del arrufo. Puede

co-mentarse a estos efectos el hecho de que aunque ni por el IMCO ni por el reglamento de 1966 se haya

definido el francobordo minimo para esta clase de

buques, no por ello debe dejarse esta dimensión, co-mo han propuesto algunos autores, a lo que

resul-te de la capacidad de las bodegas y del coeficienresul-te

de estiba dei pescado,

Aparte de llevar ai conocimiento de los patrones el peligro que puede suponer llevar un francobordo

demasiado pequeño, o incluso negativo, deben los

ingenieros hacer por dificultar o evitar la necesidad ---si se prefiere--- de sobrecargar el barco.

Aunque sea mejor aplicar el reglamento de 1966

que dejar que las cosas salgan a su aire, debe oh-servarse que dicho reglamento está redactado para

buques grandes que estando ei francobordo

bá-sico dado aproximadamente por F 0,0086 L,

re-sulta un valor muy pequeño cuando se trata de bar-cos que también lo son. Las correcciones por

pun-tal o escotillas no parecen suficientes para

asegu-rar la reserva de flotabilidad, ni el embarque de

agua que de acuerdo con Goodrich se producirá en

tanto que F < 0,11 L.

Pero sobre todo, el francobordo, que indica la al-tura que debe tener una ola para que alcance la

i'u-bierta y el ángulo de escora que toma el barco

cuando el trancanil entra en el agua y que adems es fundamental, como antes se ha visto, en la

es-tabilidad, debe estar relacionado con las

dimensio-nes transversales de las que estos factores

depen-den. Los japoneses han propuesto que el mínimo se;l

P./d Barco A Barco B D/d 2 3 2.06 2,5 0,032 0,275 0,225 0,495

0,072

0,145 0,074 0,292 1,08 0,104 0,130 0,151 0,203 0.016 0,597 0,102 0,530 ---0,070 0,425

0,078

0,265 1,37 0,086 0,172 0,180 0,265

(7)

función lineal dei puntal, conio se sabe, debiendo

siempre ser su valor superior a 15 cm., lo que sien-do bien pequeño, es mayor que el mínimo de 10 cm. que aparece en el Reglamento de francobordo para

lucues de L < 100 m., que naveguen en el

Atiánti-co Norte.

i. En.uqos con olas.

L1S consideraciones que hasta ahora se han pre-centado están basadas en cálculos realizados con la

suposición de (lue el barco se encuentra en

equili-brio estático sobre la ola. Evidentemente, esto no es

así: como consecuencia del paso de la ola se

pro-duce un corrimiento dei desplazamiento, que

origi-na un giro en ei piano diametral y uorigi-na traslación en sentido vertical. Estos movimientos dan lugar a que entren en juego las fuerzas de inercia, y por tanto, presiones hidrodinámicas, además de las

hi-drostáticas. La superficie libre supuesta para el

agua es, por tanto, irreal, y la flotación sólo corres-ponderá, en algún momento, a la que podría definir se por simples consideraciones de estática.

Utilizando un programa de ordenador en el que

se tengan en cuenta todas las variables que intervie-nen podría ilegarse a determinar las fuerzas que

ac-téan en cada momento. Pero si las olas son gran-des, como interesa para poder determinar la segu-ridad que ofrece un buque en mar agitada, no caic la linearización y el problema se complica de tal

forma que no Parece lógico optar por esta solución. Un programa más sencillo, corregido en su caso por factores adquiridos por medio de la experiencia, po-dría ser una solución y éste es el objetivo (lue

final-mente se persigue con los ensayos realizados. Experiencias para determinar las fuerzas que

ac-túan sobre el tarco cuando éste navega con olas, han sido realizadas en varios países. La solución clásica consiste eri medir directamente las fuerzas

por medio de un dinamómetro adecuado. Pero exis-te también una segunda solución que es dejar el

mo-delo libre y medir los efectos de aquellas fuerzas,

que se pueden deducir luego, por medio dei

cálcu-lo, de los resultados de los ensayos. Este ha sido

el método empleado en el presente caso.

Aún dentro de esta idea, cabe guiar el modelo de forma que sólo se deje en libertad en aquellos

movi-mientos que más pueden influir en las magnitudes

que se deseen medir o dejarlo completamente libre, gobernándolo en la misma forma que se gobiernan los buques en la realidad, es decir, por medio dei

li-món. Este último ha sido el método escogido, por tener la indudable ventaja de que el barco no está

sometido a ninguna limitación y, por consiguiente, los resultados son fiel reflejo de la realidad. Los

in-convenientes de no poder precisar con exactitud la velocidad instantánea del modelo y sobre todo, de los errores debidos a las guiñadas que éste pueda

el operador introduzca para corregirlas, frenaron la decisión de adoptar el método. Pero después de

al-gunos ensayos previos para determinar la

viabili-dad del sistema, se vio que había un piloto con ha-bilidad suficiente y que no cambiando de operador y repitiendo, si era necesario, algún ensayo, se po-día llegar a resultados concordantes.

La transmisión y mando se hizo por el clásico sis

tenia de uiia percha de la cual cuelga un cable

fIe-xil)le que puede deslizarse a lo largo de ella. Se

desechó el radio-control que también fue objeto de

ensayos previos como consecuencia de que el

nú-mero de datos que se vio convenía tomar, exigía un sistema de telemetría, muy costoso, del que la

Aso-ciación no dispone.

En estas condiciones se han hecho ensayos con las tres posibilidades que ofrece el canal de la

Es-cuela de Ingenieros Navales donde se han realizado estos ensayos: en aguas tranquilas, con olas

longitu-dinales de proa y con olas de popa. En todos los

casos se han hecho corridas con el modelo en con-diciones en navegación libre, a un régimen que co-rresponde a una velocidad de 12 nudos aproxima-damente dei buque real en mar llana y por otra

par-te, en arrastre, a la velocidad que corresponde a

4 ó 4,5 nudos en el buque real.

En alguna ocasión las olas han sido irregulares,

para observar los efectos que éstas producían. Pci-o

dadas las limitaciones de longitud del canal, no se

ha. instalado un sistema mediante el cual Se pueda predecir y fijar el espectro deseado. Por lo que, ca-reciendo estas experiencias de rigor cientifico, sólo

se hace menciin en este informe de los resultados

conseguidos con olas regulares.

Para excitar los movimientos de balance, que en

principio no deben producirse en un barco

adriza-do naveganadriza-do perpendicularmente a las olas, se

construyeron dos osciladores para ser montados en

el modelo. Se entendió que era preferible

introdu-cir una oscilación forzada que un simple momento transversal por desplazamiento de un peso, por

po-der dar al estudio un carácter más general.

Se observa, por último, que prácticamente en es-te informe sólo se dan resultados experimentales y no de forma completa. Algunos aparatos han

llega-do tarde para poderlo hacer de otra forma, tanto que algunos todavía no han sido estrenados. Pero

sobre todo, se ha hecho así porque se entiende que

no basta con los resultados de un solo barco para

poder llegar a conclusiones válidas. Se publica, sin

embargo, porque no se ha querido dejar de parti-cipar y dar a conocer estas primicias en unas

Se-siones Técnicas Nacionales dedicadas a la pesca.

3.1. El modelo y su instrumentación. Di.posicimn de los ensayos.

El modelo que se ha ensayado corno muestra

dar y a las variaciones en el ángulo del timón que de los pesqueros

or arrastre por 1oIa

(8)

6

ponde a un buque ya construido, dc proyecto mo-derno. Ha sido escogido porque es un buque real

y sus características se aproximan a las

de gran

Eslora total

Eslora entre perpendiculares

Manga

Puntal a la cubierta superior

-Calado medio Francoboido i)e.splazamiento

('oeficiente de bloque

Coeficiente prismático vertical Altura nietacént rica su puesta Período propio de balance resultante

La caja de cuadernas está representada en la

fi-gura 1. Tanto estas formas de la carena, como las

superestructuras que pudieran tener influencia en ta estabilidad a grandes ángulos han sido reprodu-cidas en el modelo, que ha sido construido de ma-dera y hecho estanco en la cubierta y otras partes por las que pudiera entrar agua.

N

Fig. t

Para realizar tos ensayos se ha dotado a este mo-delo de una instrumentación especial. Un esquema

de su distribución a bordo se ouede observar en la

figura 2.

En primer lugar, lleva los elementos necesarios para su propulsión y gobierno. Es decir, un motor propulsor cuyas revoluciones son controladas

des-de el carro y un servomotor que acciona el motor y

que también está mandado desde el carro, por el

operador que ejecuta el ensayo. /

número de

unidades de la

flota pesquera

es-pañola.

Las características principales de este barco son:

En segundo lugar cabe citar la instrumentación

que tiene por objeto excitar pares escorantes

y que se ha diseñado pensando que con ella se

dan reproducir algunos de los momentos que

pue-den presentarse durante la navegación. Se ha incor-porado para ello un oscilador senoidal, que en

ecia consiste en dos pesos iguales situados en

sen-dos brazos giratorios que se mueven en sentido

con-trario, de forma que produzca un par escorante al-terno en sentido transversal al barco, pero sin in-ducir par alguno en sentido longitudinal (véase

fi-gura 4). Variando los pesos se puede modificar la

magnitud dei tar escorante, cuya frecuencia puede

ser también variada mediante un regulador de las

revoluciones dei motor que acciona dichos pesos

mó-viles (ver figura 3). Se supone que el momento, de

variación senoidal con el tiempo, corresponde a la

componente alterna de un viento racheado

calcu-lada en función de la superficie transversal de la

obra muerta y la presión que sobre la misma

pro-duce la velocidad dei viento considerado,

Para proporcionar al barco un par escorante

cons-tante, debido, bien a la componente continua del

viento, bien a un corrimiento de carga, se instaló

en el modelo un dispositivo que permite desplazar

uno o varios pesos de crujía a

cualquiera de las

bandas. El dispositivo consiste simplemente en dos motores eléctricos que mueven un carrito

portape-sos a través de un tornillo sin fin. Como la ley de variación dei movimiento es trapecial (triangular, si no se paran los pesos en el extremo del recorri-do) se ha denominado con este nombre (véase de nuevo la figura 4).

En tercer lugar, cabe citar los transductores

pa-ra medir las distintas magnitudes que intervienen

en el ensayo. Para la medida de los movimientos 'je balance dei barco, se ha diseñado un clinómetro que mediante extensimetros y el puente

correspondien-te permicorrespondien-te medir y registrar dicha magnitud.

A proa, popa, y a babor y estribor del modelo se

colocaron medidores de altura de ola, consistente

Simbolo Buqui' 11,1 Ide!,)

L 45$60 rn. 2,61 m. L,,, B 37,666 in. 9,50 m. 2,15 0,54 m. m. D 6,50 m. 0,37 ru. d 3,80 m. 0,217 m. F 2,70 m. 0,154 ru. 850 Tm. 154 Kg. C,, CI, GM 0,35 ni. 0,603 0,765 0,02 in. 13,38 seg. 3,20 seg.

(9)

cada uno de ellos en dos alarnres paralelos de

ace-ro inoxidable. Midiendo mediante un puente de

Wheatstone la resistencia entre dichos electrodos,

que es inversamente proporcional a la altura de agua,

MEDIDOR OLA DE POPA

ZOMBA DE SENTI7' ç..PO1ENC IOMETRO

LSER1

PR4(1 M ,'l,74'.O aid agi

6äo

e s AYfl//ÇRDO4'ES OSCILADOR TRAPECOL tp m -J

ASTRES MOVILES / MEDIDOR OLA EN MAESTRA

-

j-J

CARRO ALELEROMETRO DE BALANCE CL NO MET RO MOTOR PRO P FT

J

>w

.,;34'

I U iLoc ÇPR/OO -o Fig. 3

puede obtenerse esta última magnitud, una vez

am-plificada la señal y registrada en los aparatos que

lleva ei carro que sigue ai modelo. Estos medidores que también han sido construidos y previamente

ca-r

ESOS MOVILES DEL OSCILADOR SENOIDAL OTE NC IO ME 1RO ALIMENTAdOs ESTAILJZADA ACELEROME TROS MOTOR ACELEROMETRO DE PROA

MEDIDOR OLA A PROA

MODELO ANU T,fló,./ -J CL/MO np roo

(LA/()

AJI POOl 4 0SC £1NOI5L OST ROC 7R,IL/I/1R

.U(.E./ Liz AÑCE OC.Oh. POAO

----Ii

ai

I

- aiR.e,srRLa.t

Jj POMP MOT filiflhzSOR

MUT O.SC lITT

itR.'OMO TOR

ì:oq 4E.N DISPOSIOON DE LA INSTRUMENTACION Y EOUJPO DEL MODELO

Fig. 2

(10)

8

RED DE NYLON

t,

]

/

LASTRES

librados en la AICN permiten además de medir el

movimiento relativo dei modelo con respecto al agua, obtener la frecuencia de encuentro eon las olas.

También se ha incorporado al barco un

aceleró-metro de balance con objeto de medir directamente

la aceleración de dicho movimiento, y posterior-mente, cuando pudo disponerse de ellos, de otros

acelerómetros para determinar los movimientos de

cabezada y oscilación vertical. Se montaron

ade-más, varios potenciómetros: en la mecha, para me-dir el ángulo de timón y en los osciladores, para

Co-nocer el momento instantáneo. Puede, por último,

citarse que se dispuso en el modelo una pequeña

bomba de juguete para que achicara el agua, (lue pesar de todas las precauciones puede entrar en

en-sayos de este tipo.

Fig. 4

Fig. 5

Para que los ensayos se realizaran permitiendo al modelo los 7 grados de libertad previstos, es decir, los 6 de los movimientos del barco (cabeceo, balan-ce, guiñada, oscilación vertical, oscilación longitu-dinal y oscilación lateral) y el dei ángulo del timón se adoptó la disposición general que puede verse en la figura 4. Es decir, e montaron tres perchas, una

para la medida de olas no perturbadas por el

mo-delo, otra para los cables de alimentación, mando y toma de datos (que pueden correr ongitudinalmen-te con muy POCO rozamiento) y tina tercera para ki

toma (le fotografías.

La instrumentación colocada en el carro del ca-nal consistía en el medidor de ola que se acaba de

mencionar, cinco amplificadores, un panel de

man-do y un registraman-dor óptico de 18 canales. Algunos

MODELO

(11)

Fig. (

de los ensayos fueron registrados también en una

cinta magnética analógica de 7 canales, para su

pos-terior análisis.

Para los ensayos en condiciones de

arrastre se

preparó una red de nylon de forma que tuviera una

forma aproximada a la que utilizan los pesqueros

de arrastre por popa. La red fue dotada de las

con-sabidas portas y de lastres regulados de forma que

el tiro debido a la red obligara al modelo a navegar

a la velocidad correspondiente a los 4 ô 4,5 nudos

del buque real con el 85 por loo de la potencia má-xima. La disposición adoptada en estos ensayos pue-de verse en la figura 5.

El modelo fue lastrado convenientemente, de

for-ma que su momento de inercia longitudinal fueri

el standard adoptado por la ITTC, es decir, que su

radio de giro longitudinal fuera igual a 0,25 L.

Es-ta operación se efectuó en una mesa con muelles construida especialmente para la determinación de

momentos de inercia, como se observa en la f

igu-ra 6. La inercia tigu-ransversal se ajustó de forma que su radio de giro transversal fuera igual a 0,40 B, mediante ensayos de oscilaciones libres en aguas

tranquilas.

La altura metacéntrica del modelo fue fijada cri

0,02 metros (para el buque real 0,35 metros)

me-diante la clásica experiencia de estabilidad. Dicho

valor fue elegido por ser el mínimo recomendable.

Con posterioridad a la realización de los ensayos

se recibió la documentación del buque real y pudo

comprobarse que este valor prefijado de

la altura

metacéntrica coincide aproximadamente con el

va-br real dei barco en la condición de menos

estabi-lidad, que es la de buque en lastre. El valor

co-rrespondiente a los ensayos (plena

carga) es de

0,817 metros. Se a.djunta las curvas de estabilidad

del barco (figura 7), tanto en aguas tranquilas

co-mo para distintas posiciones de la ola que se indica y el desplazamiento con que ha sido ensayado.

3.2. Ensayos con oscilador en ugu.o. tranquila&

Ès necesario conocer el efecto que pueda tener la velocidad del buque sobre la respuesta de éste

en lo que a estabilidad se refiere. Por ello, fueron

realizados ensayos para determinar los ángulos de balance que se alcanzan con los momentos excitados por los osciladores girando a distintas frecuencias

en aguas tranquilas, tanto con el buque quieto

co-mo en condiciones de autopropulsión.

Con el buque quieto se midieron los ángulos de balance a distintas frecuencias y con tres momen-tos, dos de ellos variables según la ley senoida! del

oscilador empleado para ello y el otro, también

va-riable según la misma ley, pero con una componen-te constancomponen-te, simulando asi un viento racheado. En la figura 8 se dan los resultados indicándose en ella la velocidad o Beaufort correspondientes a los

mo-mentos empleados.

Ls resultados obtenidos con distintas

frecuen-cias del oscilador y velocidades del modelo S dan

en la figura 9 en la que aparece el ángulo máximo

de escora medido, en función de la relación de fre-cundas --o la inversa de los períodos - de las fuer-zas excitadoras y de las propias de balance de)

mo-"No

20 50 EOA

Fig. T

(12)

lo

UETO -. R65PULS1 EN FRECUEMLA PARES ESCORAPlLS RbLE

/

D ,oriDbl. -88

3h S nDdD vriøbl. .60 ndø, COnSIDDI.

D L8flDdO

rabl.-I0-Fig. 8

delo, en reposo, para distintos números de Froude.

Puede observarse en dicha figura que las

ampli-tudes máximas varian considerablemente, lo que su-pone un mayor amortiguamiento al aumentar la ve-locidad. La frecuencia de resonancia, o es

constan-te, o aumenta ligeramente con la velocidad, lo que

parece indicar cierto incremento en las fuerzas

adrizantes. El momento máximo de excitación fue

constante en todos los ensayos e igual al correspon-diente a 9 tm. o un viento alterno de través de 34,5 nudos en el buque real.

En la figura 10 se dá la variación dei máximo

án-gulo de escora, una vez adimensionalizado con el

ángulo que en mismas circunstancias se obtuvo con el buque en reposo, en función dei número de F'rou-de. Dichos datos corresponden a un período dei os-cilador de 3,20 seg. y a los pares escorantes que n

el tamaño real tomarían los valores que se indican

al pie de la citada figura. No aparece en ella de una

manera clara cual es la ley de variación de la

am-plitud del movimiento con la velocidad del buque,

por no haberse podido medir con suficiente

preci-sión los valores de para números de Froude

in-feriores a G,16 y aún existir una cierta dispersión

para valores superiores. No obstante, el tipo de cur-va no puede ser muy distinto del que parece dedu-cirse de la figura 11, que representa los ángulos de

escora de equilibrio a distintas velocidades con el

mismo momento de escora constante para todas las

corridas y que es como han hecho estos estudios

otros autores. Se deduce de dicha figura que la

velocidad disminuye la escora inicial, confirmándo-se así que aumenta el momento de adrizamiento

pa-ra cada ángulo o, si se prefiere, que }asta un

án-gulo de escora menor para compensar el momento escorante introducido.

Es prematuro sacar conclusiones definitivas tie

estos ensayos. Para ello debe disponerse de los re-sultados obtenidos con otros modelos de caracterís-ticas

conocidas. Pero cualitativamente están de

acuerdo con otros resultados de ensayos obtenidos

en otros lugares (Basiliefsky (2,

Blagoveshchens-ky (5) y puede adelantarse, que la explicación de la reducción experimentada en los balance puede estar en que al momento adrizante debido a la presión

es-tática y que es el que se considera en los cálculos

C ç-, O too Ojo 000 Q25 Fig. 11 PAR ESCORANTEC 57 l,n, PAR ESCORANTE, 28 txrr

r-yt

9;-ê I I 3 -' .

\

N .

/",

/,/-O 02 Ai F Fig. lo 04 06 12 14 Tp FIg. 9 06 08

/I

"T,

/

01 0.2 03 0.4 F

(13)

normales de estabilidad se suma el debido a las pre-siones inducidas por el movimiento del buque. Está claro que si el buque está adrizado, las presiones que

actúen en los diferentes puntos de la superficie d

la earena se anulan en sentido transversal, aunque

por supuesto, no lo hagan en sentido longitudinal

(resistencia al avance) o en sentido vertical

(sui;-tentación). Pero cuando se rompe la simetría como consecuencia dei balance, se introduce una cuña al

mismo tiempo que emerge otra, que --como en la dedución dei radio metacéntrico dan lugar a que se Produzca un momento no compensado de fuerzas en

las secciones transversales.. Estas fuerzas variarán con el área de la cuña, y por consiguiente, con B .

y con la presión dinámica 1/2 p V2. Por consiguien-te, y prescindiendo de las olas, el momento

adrizan-te será, para ángulos pequeños, aproxinladament2

proporcional a:

M

.GM. + K.B-.p. V. çb

siendo K una función que dependerá

fundamental-mente de las formas, proporciones y KG dei barco

y en segundo término, de su velocidad y ángulo de

escora.

La estabilidad dinámica o trabajo de estas

fuer-zas adrizantes M. de deberá sar igual a la ener-gía E constante dei oscilador, o sea, que suponiendo K y V constantes, se obtendrá:

-(GM.+ KB1pV2) I

døE

i o

o bien, una vez despejado ' y tomando los dos pri-meros términos dei desarrollo en serie,

a - a V2

siendo , ei ángulo de escora inicial, con velocidad

cero, y a un coeficiente que a efectos de este

razo-namiento puede suponerse constante.

Las curvas parecen obedecer, en efecto, a una

ley de este tipo, que se indica aquí solamente con

ei propósito de señalar el tipo de variación de la

estabilidad que puede esperarse al cambiar la

ve-locidad de avance.

Con ello y siempre que, como em' este caso, sea

K > O queda todavía en peores condiciones de

es-tabilidad el barco con mar de popa en relación con

ei buque avanzado en aguas tranquilas y aún sube más la estabilidad efectiva dei buque con mar de

proa. Esto, particularmente si la velocidad es

gran-de, ya que siendo una parábola la

curva dc mo-mentos en función de la velocidad, apenas se ha de producir variación cuando ésta es pequeña, caso que

se produce en la mayor parte de los barcos y en los pesqueros en condiciones de arrastre, por io menos.

En dichas circunstancias serán otros los factores

que decidan su comportamiento en relación con los

balances.

Estos resultados se han confirmado con ensayos

realizados con el oscilador trapecial, y con otros,

realizados con el mismo oscilador senoidal con que se hicieron los antes mencionados, pero con un

án-gulo de escora estática inicial. De todos estos

en-sayos no se dan los resultados por no hacer

dema-siado extenso este trabajo. Tampoco se dan los

re-sultados conseguidos en condicionesde arrastre, por

no aportar nada nuevo y ser, por otra parte, de una precisión dudosa.

Se confirma, pues, que puede existir una fuerza

estabilizadora adicional como consecuenciade la

ve-locidad de avance del buque, que puede tener

impor-tancia para ciertas formas y velocidades.

3.3. La estabilidad durante la navegación con mar

de proa.

En los ensayos realizados en estas condiciones

se han utilizado como pares escorantes: uno

está-tico de 28 t. X m. (referido al

buque real) equi-valente al par escorante producido por un viento de Una velocidad de 60 nudos, y un par escorante al-terno de 9 t. X m., correspondiente a un viento

ra-cheado (alterno) de 35 nudos. El período dei

os-cilador estaba ajustado al de balance del modelo

en aguas tranquilas, T't - 3,2 s., si bien, como

con-sec uencia de la amplitud de los balances

u otras

causas durante este ensayo el período del modelo nc fue estrictamente constante, bajando a veces hasta 2,8 s,

3.3.11. Navegación libre.

Durante estos ensayos se generaron olas de

al-tura constante, correspondientes

a 3 m. en el

bu-que real, variando su longitud desde 1,20 a 2 veces

la eslora del barco. Por tanto, las pendientes

ensa-yadas variaron entre h/X

1/15 y 1/25. La.

po-tencia propulsora se ajustó de forma que

corree-pondiera en una tanda de ensayos al 85 por 100 de

la máxima potencia y en otra, al 75 por 100, con

objeto de ver ei efecto sobre el comportamiento dei

buque de la reducción deliberada del régimen de máquinas que puede producirse en la navegación

del buque real cuando el patrón lo estime

necesa-rio por la magnitud de

sus movimientos. Los re-sultados obtenidos en estas condiciones quedan

re-flejados en la parte superior de la figura 12. De la comparación de estos resultados con los indicados en las figuras 8 y 9 se deduce que

exis-te una clara y fuerte excitación de balance debida

a las olas, fenómeno, éste, sobre el cual algunos au-tores, particularmente Grimm, hal.ían llamado ya

la atención.

La excitación debida a las olas cuando el mod3-lo navega con mar de proa ha sido asimilada en la

(14)

1 BR 11ALI PROA - GM GM 0LI. RI MA)XL

-

V Fig. 12

tc:ría usual a una

variación cíclica dei par adri-vante. Si suponernos que esta variación es

sinu-soicial y que el momento perturbador varía

tam-bién de esa forma, la ecuación dei balance dei

bar-co será:

j GM

¡ ¿t + K . + p g GM f i + - sen , t

GM

=M. sen t

lina aproximación a la solución de esta ecuación iuede obtenerse simplificándola mediante la supre

sión dei término independiente M sen w t ---esdecir,

suponiendo que no existe perturbación

y dei tr

mino tn ----es decir, despreciando los efectos

dJ

amortiguamiento. Con ello, la ecuación

queda en a

formi:

sen t )

-que se conoce en Matemáticas con el nombre de

ecuación de Mathieu. Estudiando esta ecuación se deduce que existen ciertas

îrecuencis

que hacen que su solución sea inestable. Es decir, que en esas condiciones se puedan dar ángulos de balance muy grandes. Esto sucede cuando el periodo T - 2 -/ que corresponde a , toma los valores:

fl Tçf,

T-=---- -- n=- 1, 2, 3, etc.

2

donde T representa el

período propio de balance dei barco en aguas tranquilas. Por tanto, si las olas actúan sobre un barco con un período de encuentro

Fig. 13

de 0,5-1,0-1,5, etc., veces el periodo propio de ba-lance, aquél podrá experimentar importantes ángu-los de eseora. Ya que, teóricamente, para estos

pe-ríodos de encuentro, la amplitud de balance sería

infinita y aunque por entrar en uego el

amortigua-miento antes despreciado y suprimido de la

ecua-ción, deje dicho ángulo de ser infinito, alcanza una

gran amplitud si

dicho amortiguamiento no ca

grande.

La respuesta del barco puesta en función de esta relación de períodos, se puede observar en la

figu-ra 13. En ella se representan por líneas de puntor

las zonas de respuesta reales o que se supone

ha-bría dado el modelo si se hubiera podido ensayar

con períodos de encuentro iguales al período propio de balance o 1,5 veces mayor.

Durante los ensayos se llevaron a un registradir x-y las señales de la altura de la ola en la maestra y los movimientos de balance ohteniéndose gráficos

similares al de la figura 14 donde se aprecia

cla-ramente el aumento progresivo de las escoras en

cada ciclo del movimiento dei barco, debido a la

ex-citación arriba citada. ï

'L / - L

IO I) II

(15)

3.3.2. Arrastre.

Se generaron para estos ensayos olas de 2,5 y

3 metros de altura (en el barco real) y lasmisrmis

longitudes que para los ensayos dei modelo en na-vegación libre Çh../X = 1/15 a 1/30).

De los resultados de estos ensayos se desprende

que en este caso se presentan los mismos

fenóme-nos que con navegación libre y aún más acusados,

Cs decir, con mayores escoras. Es probable que este

aumento se deba a que por ser menor el periodo dc encuentro, el buque está mayor tiempo en cada po-sición, dando ocasión a que la variación de las

fuer-zas adrizantes que autoexcitan su movimiento,

ac-túen durante un tiemo ms largo.

Una vez que la excitación debida a las olas ha

llegado a establecerse de una forma permanente, los

movimientos dei barco son muy similares en cada ciclo, alcanzando la maxima escora cuando la ola llega a la proa dei ibarco, es decir, estando la

ma-yor parte de él en el seno. La eacción es lenta al

principio, pero se adriza, pasando de forma

relati-vamente rápida por la situación de equilibrio que

no corresponde a escora nula, por el momento

per-manente introducido) cuando la cresta cruza el

cuerpo central, para escorarse a la banda opuesta y alcanzar la escora máxima cuando vuelve otra

crcst.a a la proa. Este ciclo del movimiento dei modi

-lo queda reflejado en la figura 15, reproducción de la gráfica obtenida durante uno de los ensayos,

lle-vando al eje Y del registrador la señal de la altura

de ola a proa y al eje X los ángulos de balance.

Pue-de observarse que aunque esta figura difiera

sen-siblemente de la 14, los fenómenos son análogos y

también en aquélla se observa que una vez alean-AI.TUA 01 OLA N

A MAEsrIA

FIg. 14

zado al régimen pasa rápidamente de babor a e-tribor mientras la ola está en las proximidades de

la maestra, y que, en cambio, el barco tiende a dor-mirse cuando está tumbado sobre el seno de la ola. Puede observai-se el peligro que supone esta

situa-ción: un golpe de mar, incluso de poca intensidad,

puede dar lugar a que el barco zozobre, Lo cual, en

una mar real, irregular, puede suceder con facili-dad, como ha sido mostrado en otra investigación

del mismo carácter que ésta y cuyos resultados han

sido ya publicados (3). Aunque este riesgo no sea muy real, ya que ante la violencia de los balances

--en amplitud y frecuencia-- el patrón cam hiará las

condiciones ---velocidad y rumbo que originaron la resonancia, no dejan estas circunstancias de te-ner interés. Sobre todo, porque no suelen tete-nerse

en cuenta en el proyecto, al contrario de lo que

sucede, por ejemplo, con el efecto escorante del viento, que tantas veces se ha adoptado para fijar la estabilidad y que en este caso pierde

importan-cia: ya que al ser los balances muy fuertes (hasta

34' en estos ensayos) y del mismo orden de

magni-tud a ambas bandas, el barco puede zozobrar por una escora a barlovento o a sotavento.

3.3.3. En el gráfico inferior de la figura 12 pue-de verse que el mopue-delo entra en resonancia cuando

la relación entre el período de encuentro con las

olas y el período propio de balance (en aguas

tran-A

ç

E,.

13

NAYü'.ON ro,. ML, s moo

LRR4S1

-

i

n- , .5.,,

Fig. 15

quilas), es aproximadamente de 0,4. Como

quie-ra que dados los fundamentos de este

fenóme-no,

la resonancia debe ocurrir cuando la

men-cionada relación sea igual a 0,5 o a 1 debe dedu-cirse que el período de balance real ha sido modi-ficado como consecuencia de la variación de las fuerzas que entran en juego, disminuyendo de 3,2 seg. a 2,6 aproximadamente. Puede interpretarse

(16)

14

esto como si el barco navegando con olas de proa tuviera niayor estabilidad y amortiguamiento que en aguas tranquilas. Lo cual está de acuerdo cou las ideas antes expuestas.

Otra consideración que surge de los períodos mc

didos, es la semejanza de éstos en condiciones de arrastre y navegación libre, lo que, en principio,

puede extrañar, ya que siendo muy distintas las ve-locidades supuestas (4 y 12 nudos) tami-ién debie-ran serlo los períodos de encuentro con las mism.ia olas. La explicación de esta aparente anomalía es-tá en la magnitud de la pérdida de velocidad dei

mo-delo ensayado con mar de proa: en navegación

li-bre y con el 85 por 100 de potencia la velocidad dis-miuiuyó en muchos casos por bajo de los 4 nudos, al encontrarse con las olas, permaneciendo luego

prác-ticamente constante durante ei recorrido.

3-l. La esta liiida4 durante lu navegación con mar

de poPa.

En los ensayos realizados en estas condiciones se han empleado los mismos pares escorantes que

con mar de proa. Es decir, uno estático,

correspon-diente a 28 t. X m. y otro alterno de 9 t.

X rn

(referidos al buque real). El período dei oscilador

también estuvo en estos ensayos ajustado al del

ba-lance dei modela en aguas tranquilas.

El régimen de máquinas supuesto para estos en-sayos ha sido constante e igual al 85 por loo de la

potencia máxima dei motor. No se ha ensayado, por

consiguiente, al 75 por 100, por estimarse que las

condiciones que realmente había que estudiar eran aquellas en que el período de encuentro con las olas fuera el mayor posible, ya que en esas condiciones

el riesgo es máximo: por estar durante más tieni-uo el buque en la situación de estabilidad minima.

3.4.1. Navegación libre.

Durante estos ensayos se generaron olas de 3 y 4 metros de altura, variando las longitudes de 0,8

a 1,6 veces la eslora del modelo. Los resultados

ob-tenidos en estas condiciones quedan reflejados en la parte superior de la figura 16 en la que se han indicado las escoras máximas alcanzadas en

fun-ciCn de la longitud y altura de la ola. Puede

obser-varse en dicha figura que las ct;rvas tienen un

má-ximo para la longitud de ola que es igual a la

es-lora dei barco, de acuerdo con lo que de un simple

razonamiento teórico cabía prever. El máximo no está, sin embargo, muy acusado y aún con olas de

bastante pendiente como son las de 4 metros de

altura se obtienen escoras menores que con olas de

proa.

Para estudiar el efecto dei aumento de la

compo-nente alterna se hicieron otros ensayos con el

mis-mo mis-momento estático, pero aumentando el alterno

del correspondiente a 35 a otro equivalente a 48

nu-dos dc velocidad del viento. En la parte media de la figura 16 se dan las máximas escoras alcanza-das durante estos ensayos, comparándolas con las

correspondientes a la misma altura de olas y un

par alterno menor. Se observa en esta figura que

NAVEGACION CON OLAS DE FORA

30 20 lo 30 OR

/

/

o

t--

-ARRAS 110E

EFEC U ORIA ALIJRA 0E OLA

38.bU

LS

Fig. 16--Variación del (tnguto de escora mkximo en función de la longitud de ola. ]dn tanto, no se indiquE- otra cosa tos

momentos fueron de 35 + .

el móximo se desplaza hacia olas de una longitud del orden de 1,2 veces la eslora del barco. Débese

ésto a que por ser la excitación más fuerte también

lo son las escoras y como consecuencia de ello el barco pierde velocidad y disminuye el periodo (le

encuentro con las mismas olas.

En cualquier caso el período de encuentro

duran-te estos ensayos osciló entre 2,6 y 3 seg., lo que

AMOCrdud ola its en nudos

n 3b6Ofl t4tn

EnECTO 0E LA ALTURA 0E

OA

3eiaRO h .4e,,

Velti dad InI3

o.Enlntwn4nt

_I4AVEI5 LJRRE

EFECTO EJi. .odMEtTO 0E LA

(17)

quiere decir que dicho período es dl mismo orden

que el propio dei barco en aguas tranquilas. Por

ello, este se escora a babor (el par constante está aplicado sobre esta banda) cada vez que la cresta

pasa por la maestra llegando a la escora máxima

de una forma relativamente rápida para permane-OLA EN LA MAESTRA

4I

NI.ENAÇ 0* L]SRE s as CE POPS

Fig. 17

cer en esta situación, con escasa capacidad de

re-cuperación hasta que una nueva ola incide en popa adrizândolo y haciendo caer el barco a estribor

oa-ra volverse a repetir el ciclo. En la figuoa-ra 17, que

reproduce un gráfico obtenido llevando al registra.

dor XY la altura de la ola en la maestra y

el

ángulo de balance, puede observarse cómo se pro-duce el ciclo que se acaba de describir.

YAPP,CÑ GELA 51513rOs8 OES MODELO SON M4 DE POPS

-Fig. V4

AL enjuiciar esta figura debe tenerse en cuenta que la velocidad dei modelo no es constante y que éste se acelera cuando la ola está en popa y se fre-na cuando aquélla le sobrepasa y alcanza la proa.

En la figura 18 se dan las variaciones de velocidad

dei modelo, comparándolas con las correspondienteb

a la altura de la ola que simultáneamente existe en

la popa dei mismo. Se observa que la velocidad

me-dida muestra variaciones del orden del 40 pot loo

de máximo a minimo, sobre la velocidad media que es del orden de la que alcanza el barco con la misma

potencia en aguas tranquilas.

Esta pérdida de velocidad puede ser causa par-cial de la mala estabilidad de ruta que presenta el barco con mar de popa: la reacción de aquél ai

ti-món es menor, por serlo su velocidad, cuando la ola

está en la zona de proa y menor también cuando la ola está en popa como consecuencia de la velo-cidad orbital del agua y su tendencia a iniciar una

guiñada en ese momento. La situación se hace aún peor si existe un movimiento de balance, ya que las

presiones hidrodinámicas a que se ha hecho

men-ción al tratar de las mayores fuerzas adrizantes que

se presentan en c-1 barco cuando su velocidad au-menta en aguas tranquilas, producirán un

momen-to de giro alrededor dei eje vertical que sumado a

las causas anteriores darán lugar a que el barco

tienda a atravesarse a la ola. Estos fenómenos que

han sido observados durante los ensayos, haciendo

que éstos fueran muy difíciles de llevar y hubiera que repetirlos con frecuencia, suponen un riesgo

bien conocido de hundimiento dei barco por vuelco,

particularmente si las olas son rompientes.

3.4.2. Arra.strc.

Debido a la red que arrastra, la velocidad del

bar-co en esta situación es francamente menor y por tanto, lo es también el período de encuentro, que oscila entre 1,50 y 1,70 seg. (referido al modele.

El período de balance dei barco es, pues,

sensible-mente el doble dei período de encuentro con las

olas. Por ello, cuando la cresta pasa por la maestra

(situación más peligrosa) el barco se escora

alter-xiativamente a babor y a estribor. Como en el caso anterior, las escoras máximas se produjeron

duran-te el paso de la cresta desde la maestra a la proa

del barco. Llevando a un registrador X Y la altura de ola en proa y los ángulos de balance, se obtll-vieron gráficos similares al do la figura 19, donde

se aprecia la pequeña capacidad de recuperación dei

barco una vez escorado, que no se recupera hasta

que una nueva ola incide en popa.

En la parte baja de la figura 16 se representan

las curvas correspondientes a la respuesta dei bar-co en esta situación bar-con olas de 3 y 4 metros.

Ciñéndonos a las olas dc 4 metros se observa,

como antes, que el pico de resonancia (muy

amorti-guado) se ha desplazado a una longitud de la ola

igual a 1,31 veces la eslora del barco. Otra vez cabe explicar este desplazamiento por la disminución dcl período de encuentro con las olas en esta situación. Este máximo es menor que en el caso de navegación

(18)

libre, lo que confirma que el riesgo es menor cuaa» do el período de encuentro con las olas disminuye En esta situación, el mayor peligro que cabe

pre-ver para el buque es el embarque considerable de

agua a popa. No obstante, este embarque no es

im-portante con las alturas de ola con que se ha

dii-0L4 A PROA

Fig. 19

sayado. Con olas de 4 metros, ei agua sube por la

rampa de popa y salta las portezuelas de cierre,

pasando a la cubierta principal, pero la cantidau

es pequeña y puede estimarse que no tuvo

influen-cia en las escoras experimentadas por el modelo.

4. Programa de .im.uiació-n.

Se ha redactado un programa para predecir la

respuesta dei buque en aguas tranquilas o en olas longitudinales a un par escorante variable o fijo. Las bases de dicho programa no tienen todo el ri-gor científico que fuera deseable, ya que lo que se pretende es disponer de un instrumento con el que

pueda obtenerse una nredicción aproximada de los

balances máximos del buque en unas olas

deter-minadas sin necesidad de realizar ensayos en ei c-nal y sin dedicar un tiempo excesivo en programa-ción o cálculo.

Parte dicho programa de la ecuación diferencial dei movimiento del buque, que puede expresarsc por:

1- K»') - K' M.

en donde:

J,. Es cl momento de inercia del buque respecto

eje longitudinal r.

Es el ángulo de escora, que con una o dos tildes indica la velocidad o aceleración de balance.

K' . Es rl coeficiente de amortiguamiento de balance.

K" El corficiente de inercia añadida.

M.. -: El nomf'nto escorante.

M, EH momento adrizante.

'WFGACiDP» CO,, OLSS DF PIPA

Se supone que el par escorante es conocido, es decir, un dato de entrada. El par adrizante se cal-cula mediante las presiones hidrostáticas que ac-túan sobre la carena, es decir, como si se tratara

de carenas inclinadas; y los valores de K' y K"

pue-den obtenerse mediante los programas de cálculo de los movimientos del buque que fueron redacta-dos basánredacta-dose en la teoría lineal (6).

El método de cálculo a partir de la ecuación

di-ferencial antes indicada supone que se conocen

to-dos los datos necesarios para ir calculando c

par-tiendo de una situación inicial 4. Sobre esa base se obtiene la solución de aquella ecuación, por

in-cremento finitos del tiempo - 1:

M,M,--K'.

I + K"

Repitiendo el proceso, se obtiene la variación de

con el tiempo y, por tanto, la respuesta buscada, Para tener en cuenta el efecto que sobre el

ba-lance tienen los movimientos de cabeceo y oscila-ción vertical que pueden ser importantes cuando las

amplitudes son grandes, se calculan

hidrostática-mente las variaciones que van teniendo los calados a proa y popa en los intervalos de tiempo antes con-siderados. Habiéndose hallado previamen te

median-te el programa de movimientos dei buque la res-puest.a de éste a los movimientos citados, pueden incluirse así el cálculo de M,, las fuerzas hidrodi-námicas inducidas como consecuencia de los mismos.

Estas bases de cálculo no son correctas,

parti-cularmente si los movimientos son grandes, t'orno

intcrosa al fin buscado. Por ello los datos han de

completarse con coeficientes empíricos o

semiem-píricos con los cuales se logre que los resultados

de cálculo coincidan con los reales.

Es ésta razón suficiente para realizar ens;i.os

dei tipo que se ha descrito y otros (oscilación ver-tical y dc balance )que no lo han sido, por no haber

sido realizados todavia. Por ello no se ha aplicado

el programa a las oscilaciones que se presentan con

olas. Pero los resultados conseguidos hasta ahora para el caso del buque navegando en aguas

tran-quilas permiten esperar resultados aceptables en los demás casos.

Respecto a la salida del ordenador, puede ser nu mérica o gráfica, según se desee en cada momento.

(19)

Se adjuntu una muestra de esta salida para el

bu-que en reposo, oscilando en aguas tranquilas.

Apa-recen en ella, el par excitador, la ola y

Sucesiva-mente, el desplazamiento en sentido vertical, la di-ferencia de calados o cabezada y la escora o

balan-ce, todos ellos con sus derivadas, es decir, con las

velocidades y aceleraciones correspondientes. l)ebe observarse que aunque el intervalo de tiem-po que aparece en dicha hoja sea de medio segundo,

los cálculos Se realizan para cada décima. El

or-denador 113M 1130 con el que se ha hecho este

tra-bajo tarda dei orden de I seg. para cada punto,

in-cluyendo, por supuesto, en dicho tiempo el cálculo dei brazo de adrizamiento para la situación

instan-tánea de la ola y dei barco, para ei desplazamiento

constante de éste.

5. Reconocimientos.

Con toda justicia aparece como coautor de este trabajo Enrique Lecuona, que ha desarrollado la

instrumentación y llevado a cabo los numerosos

en-sayos realizados. Pero aunque no figure en la

ca-I .3 1.3 24 3 p -00. 0.30C' CA#. 9A(' - A. ('.300 'lLA l8,I31 1 I

.,

. 1t OUQ(Ìf* '12' '. 0,000 P.N.4. 4.951 8.OL4. (.900 P#. T'.. VV. 0 I t T". 500 VV. -3.000 A.. --'.500

becera de este trabajo, no puede dejar de citai-se a

Angel Rodríguez Rubio, que encontró la forma de calcular en tiempo razonable los movimientos del

barco, a Gabriel Iriarte que en su tiempo se ocupó

de resolver los problemas que se presentaban en los cálculos de estabilidad sobre la ola y en general al

personal de la Asociación que en uno u otro nivel han colaborado en este trabajo.

También desea el Director del centro citado

ex-presar su agradecimiento a don Leandro Fernández, don Guillermo Gefaell, don Fernando García dei

Va-lle y a todos aquellos que con sus opiniones han

confirmado o mejorado los puntos de vista de que

se partió para programar los ensayos. Por último,

a los Astilleros que han prestado sus planos y con-sentimiento para que Se publicaran los cálculos rea-lizados con ellos, nuestro agradecimiento y enhora-buena por la calidad de SUS proyectos.

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Terminado de presentar este trabajo se proyec-tO una película relativa a los ensayos realizados y

la instrumentación dispuesta para ello.

DISCUSION

J). Ohe Röhl:

En cuanto al comportamiento dei modelo, que es

mejor en condición de arrastre que en marcha

li-bre ---lo que coincide con la película de la HSVA,

mostrada por el señor Hormann opinó el autor

que esto es debido a la menor velocidad en

condi-ción de arrastre. Mi pregunta es que si la causa

no podría ser también la mejor estabilidad de ruta en esta condición; la velocidad relativa a las olas aún podría ser mayor (valor negativo), en caso de

olas de popa, en condición de arrastre.

D. Hans Suckow:

Por casualidad hemos tenido ocasión de ver esta

tarde dos películas sobre ensayos de buques

pes-queros en olas. Aunque cada película fue hecha con

diferentes intenciones y para demostrar otra cosa,

se 'puede admitir el comparar las dos. Hemos

podi-do observar en la conferencia que el buque ensa-yado en e] Canal de Hamburgo ha sido ufl buque de una sola cubierta con un castillo de ballena, un buque arrastrero clásico de costado. Este modelo

ha zozobrado en varias ocasiones y se podría

apre-ciar que la cubierta quedaba prácticamente seca

hasta el último momento, cuando llegó la cubierta

al agua debido al vuelco.

En la segunda película me llamó la atención el

momento en (lUe se podía ver que la proa entró

fuer-temente en ei agua y el modelo, que representaba un buque de dos cubiertas con una amurada, em-barcaba gran cantidad de agua. Creo que este

di-ferente comportamiento de los dos buques

pesque-ros es, principalmente, dthido a diferentes formas

de proa. Sería muy interesante si se pudieran

con-seguir las formas dei buque alemán desde el Ca-nal de Hamburgo y comparar con las formas ud

modelo ensayado en Madrid. Quizás se pueda llegar

a conclusiones respecto a cómo se puede mejorar las formas de proa para conseguir una mayor

se-guridad del buque pesquero.

D. Jarme Lioret:

Muy interesante la película y la comparación con la anterior con el modelo alemán.

En las películas exhibidas puede compararse el comportamiento de un buque fino de proa que si-gue el perfil de las olas que le llegan, muy

mari-nero, frente al comportamiento un tanto' brusco dei modelo español navegando con mar de proa.

¿Podremos algún día disponer de ensayos

siste-máticos de comportamiento de un buque en la mar

y los coeficientes y variables que determinan un

buen o mal comportamiento?

¿Se notó en los ensayos si el modelo

embar-ca agua por la popa? En la flota pesquera de

bu-ques de rampa, los golpes de mar que se embarcan por la popa llegan a la maquinilla y aún más arriba.

D. Pascual O'Dogherty:

Debemos felicitar a los autores por poner a

pun-to un equipo experimental que permite estudiar

el comportamiento en la mar, midiendo las altu-ras de las olas y los ángulos de balance,

pudien-do al mismo tiempo reproducirse diversas acciones escorantes que actúen sobre el modelo. Este

intere-sante trabajo en el que se describen los resultados obtenidos en las primeras experiencias realizadas, podrá ser continuado con otros estudios que nos permitan conocer más de cerca las circunstancias que pueden presentarse en las condiciones de ser

vicio de los buques pesqueros, para poder preverlas con antelación en el proyecto, contribuyendo en for-ma decisiva a su seguridad.

Los resultados indicados en el apartado 3.3.2. de

este trabajo concuerdan con nuestra experiencia

sobre estabilidad, ya que, en este tipo de buques, la

acción escorante producida por el viento no es, en

general, la causa determinante de la posible zozobru

del buque, debiendo en cambio asegurarse que la

acción de las olas bien sea con el buque atravesado

a la mar, o con mar de popa, constituye el ináxi-:no peligro para la seguridad del buque en la mar.

Autor:

De acuerdo con el señor Röhl en que la

estabili-dad de ruta es mayor en condiciones de arrastre, pe-ro cpe-roemos que es importante el mayor período de

encuentro con las olas en marcha libre, porque en

esas condiciones está el barco durante mós tiempo

sobre ¡a cresta, con una estabilidad reducida. Es

decir, precisamente al ser menor la velocidad

rela-tiva a las olas de papa se encuentra el barco más

a merced de cada una de ellas.

Respecto a la observación dei señor Suckow, es

Cytaty

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