- - 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.
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,
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 sepre-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 buquenavegando 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
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
particularmentegrande.
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 delos 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 seensaya-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 citaIse 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
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 elfinde 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
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 aumentode 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 elbu-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 entanto 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 0,4250,078
0,265 1,37 0,086 0,172 0,180 0,265función 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 deensayos 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 enel 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
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 granEslora 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 pesqueraes-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 lasbandas. 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.
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 agi6äo
e s AYfl//ÇRDO4'ES OSCILADOR TRAPECOL tp m -JASTRES MOVILES / MEDIDOR OLA EN MAESTRA
-j-J
CARRO ALELEROMETRO DE BALANCE CL NO MET RO MOTOR PRO P FTJ
>w.,;34'
I U iLoc ÇPR/OO -o Fig. 3puede 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
aiI
- 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
8
RED DE NYLON
t,
]
/
LASTRESlibrados 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
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
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 esconstan-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 adrizamientopa-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 obtenidosen 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 Fnormales 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 quese 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 vientora-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 vecesla 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 quedanre-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
1 BR 11ALI PROA - GM GM 0LI. RI MA)XL
-
V Fig. 12tc:ría usual a una
variación cíclica dei par adri-vante. Si suponernos que esta variación essinu-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 encuentroFig. 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 cagrande.
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
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, losmovimientos 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 formarelati-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 otracrcst.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
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 deproa.
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
/
/
ot--
-ARRAS 110EEFEC 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
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
elángulo 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
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 tuvoinfluen-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'ornointcrosa 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 habersido 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.
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.. --'.500becera 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.
BIBLIOGRAFIA
FAO. Fishing Vessel Stability meeting. Gdansk. 1963. Influencia de Ja velocidad dei buque en la Estabilidad. A. Basili.vsky. r'.iorskoy Flot. Navires, Ports et Chan-tiers, junio 1958. A, -e. . e -3.. VC. AC.
,
9.000 F*.13.61)0 . f q 19.003 2 .000 t 10-VIA. #33. -3.3" -2.833 -1.009 -0.840 0.303 t .060 2.3,2 i 00G P.300o 'soc A6.VO.
I i .084 0.763 3.53' 0.233 (.314 -0.126 0* e 17 + I '1.0 -10.8v'. '.541 2.168 (.567 pl.., ;: - 14,22* -53 ('9 3 .872 2.4775..214 '2. 56' 15,'67 2.9T8 ('.62e -1.676 2).
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* * 0* *f..
e I. 0 1. .1+1
* O 1. e r -I + * t't
e e t I .1s
lJntersuchungen zur Bestimmung der Mind'est
Stabifl-tät von Fiselikuttern. Pubi. núm. 32 tIel H. S. V. A.
1971.
The stability of fishing vessels. V. P. Nadeinakl y J.
E. L. Jens. IMCO. RINA. 1967.
Theory of Ship Motions. Blagoveshchensky.
Cálculo numerico de los movimientos del buque y de
la.s cargas hidrodinámicas. Angel Rodriguez Rubio. Te-sis doctoral mayo 1971.
Rollschwingunger. Stabilität und Sicherheit im Seegang. O. Grim. Schiffstechnik, 192.
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