UNIVERSIDAD NACIONAL FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA

DE INGENIERÍA - UNI ESPECIALIDAD DE INGENIERÍA NAVAL

LIMA – PERÚ 2015

1. CÁLCULO DE SISTEMA DE FONDEO Y

NUMERAL DE EQUIPO.

4TA PRÁ CT ICA

MÁQU INAS MA RINAS I

ALUMNO:

TANNER HUGO ESPINOZA HUILLCA

PROFESOR:

ING. VICTOR NILO ACOSTA PASTOR

CURSO DE ESPECIALIDAD:

MÁQUINAS MARINAS I

UNIVERSIDAD:

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA - UNI

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TABLA DE CONTENIDO

LISTA DE ILUSTRACIONES ...................................................................................................... II

INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 1

CAPÍTULO I: TEORÍA GENERAL .............................................................................................. 2

1.1. SISTEMA DE FONDEO ......................................................................................................... 2

1.2. ANCLAS ........................................................................................................................... 2

1.3. TIPOS DE ANCLAS .............................................................................................................. 3

1.4. EFICIENCIA DEL ANCLA ................................................................................................ 5

1.5. CADENAS ....................................................................................................................... 5

1.6. CAJA DE CADENAS ........................................................................................................ 7

1.7. EL ESTOPOR .................................................................................................................. 9

1.8. EL ESCOBÉN ................................................................................................................. 10

CAPÍTULO II: TEORÍA PARA EL CÁLCULO DE FONDEO DE AMARRE ................................... 11

2.1. CALCULO POR NORMAS DE CASA CLASIFICADORA ................................................................. 11

CAPÍTULO III: BUQUE DE ESTUDIO ....................................................................................... 13

3.1. CARACTERÍSTICAS DEL BUQUE DE ESTUDIO ......................................................................... 13

CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 15

BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................ 16

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LISTA DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1: Partes del ancla. ................................................................................................................3

Ilustración 2: Cadenas de fondeo. ........................................................................................................ 6

Ilustración 3: Ubicación de caja de cadena. ........................................................................................ 8

Ilustración 4: Eslabones entrando a caja de cadena. ........................................................................... 8

Ilustración 5: Detalle de estopor. ......................................................................................................... 9

Ilustración 6: Detalle de esconbèn. ..................................................................................................... 10

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INTRODUCCIÓN

El trabajo elaborado es con la finalidad de calcular el sistema de fondeo,

admisión, gases de escape, y sistema contraincendios para un buque propuesto por el

profesor.

Así mismo se presenta un esquema de un submarino nuclear para conocer el

funcionamiento de su sala de máquinas.

Estos trabajos constituyen la 4ta nota del curso de Maquinas Marinas I y

complementan el estudio de las salas de máquinas y sistemas que lo componen.

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CAPÍTULO I: TEORÍA GENERAL

1.1. S ISTEMA DE FONDEO

El sistema de fondeo es el encargado de inmovilizar el buque y substraerle a la

acción de las corrientes y del viento mediante aparatos que unidos al buque son capaces

de fijarse en el fondo del agua.

El ancla es el elemento principal encargado de fondear el buque por la acción de

su propio peso y por sus uñas, funciona de manera que, si es sometida a una fuerza

paralela al fondo del agua, tiende a clavarse en él. Es necesario, que el buque al fondear,

el ancla conserve una pequeña velocidad para arrastrar aquella por el fondo de manera

que se agarre a él.

Partes fundamentales de un sistema de fondeo, aunque se pueden encontrar

más elementos, en esta acción se enumera las partes fundamentales de un sistema de

fondeo:

1.- Anclas.

2.- Cadenas.

3.- Molinete.

4.- Escobén.

5.- Estopor.

6.- Tubo de cadena.

7.- Caja de cadenas.

1.2. ANCLAS

Las anclas, son unos dispositivos fabricados de hierro o acero que unido al

buque mediante un cabo o cadena le permite fondear en un fondeadero.

PARTES DEL ANCLA

Caña: La parte del ancla desde la cruz al arganeo y que también se denomina asta. Brazo:

cada una de las dos partes que van por ambos lados desde la cruz hasta la uña.

Cruz: El punto en que se une la caña del ancla con sus brazos.

Uña o pico del loro: El extremo de cada brazo del ancla.

Mapa: Superficie sensiblemente plana que limita la uña del lado de la caña. También

denominada pestaña oreja.

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Cepo: Madero grueso o barra metálica que traviesa al caña del ancla perpendicularmente

al plano de la cruz y en el extremo opuesto, con objeto de asegurar el agarre de aquella

en cualquier posición que caiga en el fondo. El cepo ofrece la ventaja de dotar al ancla de

una mayor estabilidad, pero tiene el inconveniente de reducir la maniobrabilidad y

facilidad de estiba de la misma.

Arganeo: Grillete que juega dentro del ojo del ancla y en el cual se engrilleta la cadena.

Ojo del ancla: Orificio de la parte superior de la caña a través del cual se pasa el bulón del

grillete de arganeo.

ILUSTRACIÓN 1: PARTES DEL ANCLA.

1.3. T IPOS DE ANCLAS

Las anclas se pueden clasificar desde varios puntos de vista, entre ellos

destacaremos lo siguiente:

1. Según su función a bordo.

2. Según sus características constructivas

En función del papel que desempeñan a bordo, se clasifican en:

1. Anclas de “leva”, son las anclas principales para realizar las tareas de

fondeo y se disponen estibadas en las amuras.

2. Anclas de “esperanza o de espía” que se usa para retener el buque en

una dirección determinada. Como el caso de un buque amarrado en un río

y sometido a la corriente. Se disponen en popa.

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3. Los “anclotes”, son anclas de poco peso y se suelen usar en faenas

ligeras.

Desde el punto de vista constructivo, podemos distinguir las anclas de brazos

articulados de las de brazos fijos. En la práctica tenemos una clasificación como la

siguiente:

1. Anclas con cepo.

2. Anclas sin cepo o Articuladas.

3. Anclas Danforth.

4. Anclas de mar profundo.

5. Anclas tipo hongo.

Según tengan o no tengan cepo:

a. Con cepo:

•Ancla antigua •Ancla David

•Ancla almirantazgo •Ancla Rogers

•Ancla martín •Ancla Trotman

b. Sin cepo:

•Ancla Hall •Ancla Turbot

•Ancla Danforth •Ancla gruson

•Ancla Tyzach •Anclas para submarinos.

•Ancla de Arado

Otros tipos de anclas:

•Anclas de hongo •Anclas de gran poder de agarre

•Ancla rezón •Ancla almirantazgo

•Ancla Arpeo •Ancla trotman

•Anclas de botes salvavidas •Ancla tipo Hall

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1.4. EFICIENCIA DEL ANCLA

Se conoce como eficiencia de un ancla como la relación entre su poder de agarre y su peso fuera del agua:

H 0

Pa

Ho : poder de agarre. Pa: Peso fuera de agua.

1.5. CADENAS

Antiguamente y hasta los principios del siglo XIX se usaban para fondear las anclas de cabos de cáñamo u otras fibras vegetales, posteriormente se generalizó el empleo de cadenas de acero y en algunos casos se emplearon cables de acero. En una cadena de un ancla se puede distinguir los siguientes elementos:

1. Grillete de ancla 4. Eslabón giratorio

2. Eslabón final 5. Eslabón ordinario

3. Eslabón grande 6. Eslabón de unión

Hay dos tipos distintos de cadenas, las cadenas con contrete y sin contrete. Se

denomina concrete a la pieza que se coloca en el interior del eslabón en sentido del eje menor para evitar que este se deforme cuando trabajan a tracción, además de aumentar la resistencia a la tracción del orden del 20%.

Debido al hecho que los eslabones tienen que pasar por los dientes del

barboten, deben ser normalizados y estandarizados, especialmente aquellos que tienen que pasar por el barboten del molinete. El tamaño de los eslabones es define a partir del diámetro “d” (normalmente en mm) del redondo con el cual se ha formado el eslabón.

Los eslabones se unen durante su fabricación para formar lo que se denomina un

largo de cadena o grillete. Los largos de cadena tienen normalmente una longitud de 27.5 metros (15 brazas), independientemente del valor de “d”. La longitud del eslabón es de 6d y la anchura 3.6d.

TIPOS DE ESLABONES SEGÚN SU FUNCIÓN

Eslabón desmontable de unión

Eslabón desmontable de ancla

Grillete giratorio

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SEGÚN SU POSICIÓN

Eslabón normal

Eslabón grueso

Eslabón final

ILUSTRACIÓN 2: CADENAS DE FONDEO.

BOZAS DE CADENAS

Las bozas de cadenas consisten en un trozo de cadena fijado a la cubierta por un

lado y por el otro termina en un grillete que se puede trincar en un eslabón del trozo de la cadena situado entre el estopor y la teja del escobén.

ACEROS PARA CADENAS DE ANCLA

Para acero moldeado

Tenemos que cumplir que la carga de rotura sea entre 41-45 kg por milímetro

cuadrado, se alargue menos del 20%, y tenga un plegado en frío sobre una probeta normalizada que será un cilindro de 60 mm de diámetro efectuando un giro de 120º y comprobando que no haya aparecido ninguna grieta.

Para acero forjado

Tenemos que cumplir una carga de rotura entre 44 – 45 kg por milímetro cuadrado, un alargamiento menor del 20% y un plegado en frío sobre una probeta que será un cilindro de 12,4 mm de diámetro efectuando un giro de 180º y comprobamos que no se haya producido ninguna grieta.

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1.6. CAJA DE CADENAS

Se denomina caja de cadenas de un buque al lugar donde se estiban las cadenas de las anclas. Las cajas de cadenas deben colocarse debajo del molinete y en las proximidades de su vertical. Las cadenas de cada ancla deben estibarse por separado, por eso las cajas de cadenas deben tener un mamparo de separación que las divida en dos partes para evitar que se junte la cadena de una con la de la otra. Este mamparo de colisión no tiene por qué ser estanco ni llegar hasta la parte superior. En los buques con molinetes independientes para cada ancla, las cajas de cadenas pueden instalarse totalmente independientes.

El fondo de la caja de cadenas debe cubrirse con una capa de cemento de 50 mm. También debe hacerse en el fondo un imbornal para poder achicar el agua y fango que en ella se deposite. El achique puede hacerse mediante un bombillo o una pequeña bomba de lodos.

Las cajas de cadenas deben tener unos registros de acceso para que una persona

pueda introducirse con facilidad en el interior de ellas, aunque toda la cadena esté estibada.

En el mamparo divisorio de la caja de cadenas suele hacerse unos aligeramientos

semicirculares con la finalidad de poderse emplear de escala para descender al fondo de la caja de cadenas.

Se ha deducido que el volumen aparente ocupado por una cadena en metros

cúbicos está dado por:

V 0,082 d

2 LC 10

4

Donde d es el diámetro del redondo del eslabón en milímetros, y L es la longitud

de la cadena en metros. Si la base es circular el diámetro de la caja de cadenas será entre 26 y 35 veces el diámetro del redondo de la cadena. Al volumen calculado se le ha de considerar el espacio de drenado, el espacio de caída o el de acceso a la cadena que será entre 1,2 y 1,5 metros por la parte superior, y 0,5 metros por la parte inferior.

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ILUSTRACIÓN 3: UBICACIÓN DE CAJA DE CADENA.

ILUSTRACIÓN 4: ESLABONES ENTRANDO A CAJA DE CADENA.

Caja de cadenas

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1.7. EL ESTOPOR

El estopor es un artefacto de hierro o acero colocado en la cubierta del castillo, entre el molinete y el escobén, este muerde la cadena del ancla reteniéndola e impidiendo que la tensión de esta ejerza una acción directa sobre el molinete. El estopor retiene a la cadena tanto en navegación como en fondeo. El estopor es u n elemento de retención, si se intenta detener el movimiento del ancla y cadena con el estopor, esta acción será brusca y posiblemente saltará el estopor o se romperá las cadenas. Hay varios tipos de estopores:

1. De tipo patín o husillo

2. De rodillos

Podemos decir que todos los estopores tienen dos partes principales:

1. Una parte fija dotada de una ranura por donde puede pasar un eslabón en

posición vertical.

2. Una parte móvil que trata de amordazar al eslabón q ue se encuentra dentro de

la ranura.

Los armadores rehúsan del empleo de estopores por entender que:

1. La cadena sufre un fuerte desgaste por el rozamiento a su paso por él.

2. El eslabón que muerde el estopor cuando el ancla es tá en su posición dentro del

escobé, siempre es el mismo y por tanto sufre una deformación. Este

inconveniente puede subsanarse cambiando de posición los diferentes largos de

la cadena.

Si no hay estopor se deberá equipar con un sistema de freno al molinete.

ILUSTRACIÓN 5: DETALLE DE ESTOPOR.

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1.8. EL ESCOBÉN

El escobén es cada uno de los conductos circulares o elípticos que se abren entre la cubierta castillo y la amura de un buque a un lado y otro de la roda para el paso por ellos de las cadenas de las anclas y alojamiento de la caña del ancla sin cepo. Dentro del escobén hay que distinguir tres partes diferentes, la concha del escobén, la boca o teja del escobén, la bocina del escobén.

1. La concha del escobén es la pieza de salida y refuerzo de la amura. Es una pieza

soldada a la bocina y a la estructura del buque. Suele ser de acero fundido.

Normalmente los escobenes están provistos en su extremo de costado de un

“nicho” para poder alojar el ancla y protegerla de la acción de la mar.

2. La boca o teja del escobén es la pieza análoga en la cubierta del castillo. Es una

pieza de acero fundido y constituye la zona de roce de la cadena con la cubierta.

3. La bocina del escobén es el tubo que une las piezas anteriores.

4. Escudo o alojamiento del escobén.

El diámetro interior de la bocina del escobén será:

Si d es el diámetro del redondo del eslabón y k es un coeficiente entonces:

D k d 0.03867 100 d 75 d

ILUSTRACIÓN 6: DETALLE DE ESCONBÈN.

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CAPÍTULO II: TEORÍA PARA EL CÁLCULO DE

FONDEO DE AMARRE

2.1. CALCULO POR NORMAS DE CASA CLASIFICADORA

Los medios de fondeo, amarre y remolque se calculan partiendo del numeral de

equipo. El numeral de equipo es un número adimensional que sirve para la determinación

del equipo de anclas y cadenas mediante los reglamentos de las sociedades de

clasificación.

El número y tamaño de las anclas requeridas en los buques mercantes están

reguladas por éstas y se pueden determinar haciendo uso del numeral de equipo de la

Lloyd’s.

Se define como numeral de equipo “EN” al número dado por la siguiente

expresión:

EN 2 / 3

2 B H 0.1 A

es el desplazamiento del buque correspondiente al calado de verano.

B: es la manga de trazado, en metros.

H: es la altura, en metros, de la flotación hasta el techo de la caseta más alta que

tenga una manga mayor de B/4, en carga de verano.

A: es el área en metros cuadrados, en el plano de la crujía (área lateral), por

encima de la flotación del casco y superestructura de casetas con manga superior a B/4.

Las pantallas o amuradas de altura igual o superior a 1.5 metros se consideraran como

casetas para determinar H y A. Esto sucede en el caso particular en algunas proas de

buques. Para el cálculo de H se desprecian el arrufo y la brusca:

H a ∑H

Para el piso más bajo, cuando exista una discontinuidad local en la cubierta

superior, la altura H se medirá a partir de la línea ficticia de cubierta. No se considera el

asiento ni arrufo en la determinación del valor de H.

Si una caseta o superestructura posee un ancho superior a B/4 se encuentra por

encima de una caseta con un ancho igual o inferior a B/4, se incluirá la caseta más ancha y

se ignorará la estrecha.

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En embarcaciones menores, algunas sociedades de clasificación, fijan el numeral

de equipo en función del producto de la eslora, la manga y puntal elevado a 2/3 afectado

por un coeficiente k.

Una vez encontrado el numeral de equipo, se buscan en unas tablas de las

sociedades de clasificación, el peso de las anclas, el número de ellas, el diámetro del

eslabón de la cadena, la longitud total de la cadena, la carga de rotura, la longitud del

cable de remolque, el número de amarras con su longitud y carga de rotura.

Las mencionadas tablas forman unas columnas numéricas, encabezadas cada

una de ellas por la denominación que corresponde a dichos valores.

Cada línea horizontal de la tabla es el equipo de fondeo que le corresponde a un

buque cualquiera cuyo numeral se encuentre entre los valores indicados en las dos

primeras columnas. En la práctica procederemos de la siguiente forma:

Con el valor del numeral de equipo nos vamos a las dos primeras columnas y

buscaremos allí donde la línea horizontal o fila encaje de forma que sea mayor que el

número indicado en la primera columna, y menor o igual al número indicado en la

segunda columna. Una vez encontrada la fila correspondiente, los valores restantes de la

fila nos proporcionan el equipo de fondeo que le corresponde al buque en cuestión.

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CAPÍTULO III: BUQUE DE ESTUDIO

3.1. CARACTERÍSTICAS DEL BUQUE DE ESTUDIO

El buque dado para el estudio tiene las siguientes características:

Motonave de eslora de 50.00m, Manga 12.00m y puntal 2,50m, potencia 2

motores de 600 HP cada uno con sala de máquinas a popa. El casco está dividido con un

mamparo longitudinal de Proa a Popa y cinco mamparos transversales, tiene dos

cubiertas para 50 pasajeros, 25 por cubierta incluida la tripulación.

Asumiendo un Cb=0,6 para este buque debido a su funcionamiento.

Hallamos su desplazamiento:

∆= 𝐿𝑥𝐵𝑥𝑇𝑥𝐶𝑏𝑥1.025𝑡𝑜𝑛/𝑚3

∆= 738 𝑡𝑜𝑛

𝐴 = 𝐿𝑥(𝑇 − 0,5) =75m2

EN 2 / 3

2 B H 0.1 A

∆= 922.5, 𝐵 = 12 , 𝐻1 = 2.05 , 𝐻2 = 2.9, 𝑎 = 3, 𝐴 = 75

H a ∑H

𝐻 = 7.95

𝐸𝑁 = 279,96

Por la clasificadora ABS:

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CONCLUSIONES

El desplazamiento de la embarcación es un parámetro importante para el cálculo de

Numeral de Equipo.

Las condiciones consideradas para el fondeo de una embarcación dependen del viento y

la corriente de mar.

Cada componente del sistema de fondeo tiene una función importante para fondear una

embarcación.

La clasificadora formula una ecuación para calcular el EN si considerar el tipo de

embarcación.

Los demás componentes se obtienen de catálogos de equipos marinos.

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BIBLIOGRAFÍA

1. Calculation and Use of Anchoring Monographs. Design Data Sheet. Department of the

Navy. Naval Sea Systems Command. DDS 581-1, 1 July 1984.

2. Principios de Arquitectura Naval. Apuntes de la asignatura de Construcción naval y

propulsores de la Facultat de Nàutica de Ba rcelona de la Universidat Politècnica de

Catalunya (UPC). Realizados por el profesor Dr. Chakkor Mohammed Reda.

3. Apuntes de la asignatura de Servicios auxiliares del buque de la Universidad Politécnica

de Cartagena (UPCT).

4. Publicación 196 de la revista NAVEGAR. Enero Del 2007.

5. EQUIPO Y SERVICIOS. Volumen II. Fondeo, Amarre y Remolque. Por el Profesor Eduardo

Comas Turnes.

6. Libro de Clasificadora ABS.

7. http://www.lewmar.com/cms/assets/1/Catalogues/Lewmar-Spanish-lr.pdf