MODELISME NAVAL

Alumne: Rafael Pacheco Blàzquez Curs 2009-2010

Tutor: Cándido García Grup: 2C

1

TREBALL DE RECERCA – MODELISME NAVAL

Índex del contingutINTRODUCCIÓ:.................................................................................................................................3DESENVOLUPAMENT......................................................................................................................4

Què és un vaixell segons la nàutica?...............................................................................................4Classes de vaixells:..........................................................................................................................4Tipus de vaixells:.............................................................................................................................5Parts principals d'un vaixell:..........................................................................................................10Instruments:...................................................................................................................................12VAIXELL ELEGIT (HESPÉRIDES; A-33):.................................................................................13

CONSTRUCCIÓ DEL VAIXELL:....................................................................................................141.PLÀNOLS..................................................................................................................................142. CONSTRUCCIÓ.......................................................................................................................22

2.1. Transport del croquis a la fusta:.........................................................................................222.2. Simetria:.............................................................................................................................222.3. Tall de les diferents plantes:...............................................................................................232.4. Buidatge de les planes:.......................................................................................................232.5. Addició de plantes i modelatge del casc:...........................................................................242.6. Instal·lació del motor:........................................................................................................242.7. Acabats i recobriment.........................................................................................................24

INSTAL·LACIONS I MOTORS........................................................................................................25CÀLCULS I FONAMENTS..............................................................................................................27

Principi d'Arquímedes:..................................................................................................................27Equació general de pressió:...........................................................................................................28Principi de Pascal:..........................................................................................................................28Hipòtesi de Froud:.........................................................................................................................28Estabilitat:......................................................................................................................................31Hidroestàtica:.................................................................................................................................31Centre de gravetat:.........................................................................................................................32Inèrcia longitudinal:.......................................................................................................................32Calcul de les semi-mànegues:........................................................................................................32Funcionament del motor waterjet:.................................................................................................33Teorema de transport de Reynolds:...............................................................................................35

RESULTATS:.....................................................................................................................................36CONCLUSIÓ.....................................................................................................................................37BIBLIOGRAFIA................................................................................................................................38AGRAÏMENT....................................................................................................................................38

2

INTRODUCCIÓ:

Durant el temps que els humans vivim a la Terra, sempre hem volgut intentar dominar les forces

naturals i poder-les manipular com nosaltres més volem. Primer el foc, l'aigua, l'electricitat, l'aire,

etc. Però personalment penso que un dels més importants va ser el domini de l'aigua i així va

començar la cursa per a investigar més enllà de l’aigua i desplaçar-se més eficientment.

Com que una persona evidentment no pot nedar centenars de quilòmetres, vam haver de buscar

alguna manera de poder flotar dins l'aigua. Per això 10.000 anys enrere els austrolophitecus van fer

ús de petites i primitives embarcacions amb troncs per tal de realitzar diferents tasques quotidianes

com la pesca o la recol·lecció de marisc i muscles. Una vegada superada la fase de surar, varen

necessitar d'un medi de propulsió i agafant branques o troncs plans, vam inventar els primers rems.

Però amb el temps aquestes balses varen anar evolucionant en altres embarcacions de més mida i de

materials més ben treballats. Primer embarcacions de fusta i després les embarcacions de metall.

També amb el temps el rem fou suplantat per un timó i una vela, ja que encara que el rem és prou

eficient provoca cansament. Amb els coneixements necessaris de la mar i del vent, qualsevol capità

podia navegar per qualsevol indret, sempre tenint en compte que el vaixell fos fet per navegar en

segons quins llocs. Finalment, desprès de fer ús de la vela, l'home va anar integrant altres sistemes i

millores a les naus, usant d'altres components per a navegar i fent més aerodinàmica i estilitzada la

forma del vaixell. Així van passar de les embarcacions a vela, a les de vapor i posteriorment a les de

motor.

En definitiva, hi ha molts components i a la vegada molts tipus de vaixells, cadascú depèn de la

seva aplicació i de les aigües on navegui. Però veritablement un vaixell és un vehicle per transportar

quelcom que vulgui l'ésser humà pel medi aquàtic.

3

DESENVOLUPAMENT

Què és un vaixell segons la nàutica?

Un vaixell és una màquina complexa que combinant materials, tècniques constructives i el disseny

de les formes adients, suri, pugui suportar a sobre un pes mínim sense enfonsar-se, ni bolcar, que

tingui capacitat de govern i propulsió, i s'adapti al medi on hagi de ser emprat, ja sigui un riu, aigües

interiors o mar oberta.

Classes de vaixells:

• Vaixells de passatgers. Poden ser d'esbarjo, vaixells particulars que són propietat d'una

persona qualsevol i aquesta persona pot fer-ne l'ús que en vulgui. Transbordadors o ferris

vaixells que s'usen per a transportar viatgers i vehicles, són de línia regular i el seu viatge és

de menys de 24 hores. Creuers, vaixells per a fer viatges on s'aturen en diferents llocs per a

poder visitar les ciutats, són de més de 24 hores i normalment d'una setmana.

• Vaixells de mercaderies. Hi podem trobar els granelers i ro-ros, que transporten productes

a granel i productes rodats (productes sòlids sense envasar, com els cereals, la fusta, etc., o

bé productes per a reciclar). Portacontenidors, que són els encarregats de transportar els

contenidors on es guarden les mercaderies de port en port. Petroliers, que transporten

petroli, derivats del petroli i gas natural en estat líquid.

• Vaixells de pesca. Són també vaixells particulars que s'usen per a pescar peix i marisc. N'hi

ha de dos tipus: els bous, que són els vaixells que pesquen de dia i fan servir una tècnica

d'encerclament amb xarxa per a pescar els peixos. I els teranyines, que pesquen de nit i fan

servir un gran focus de llum molt potent per atraure els peixos a la superfície de l'aigua i

poder-los pescar.

• Vaixells de guerra. Són vaixells pertanyents a la força naval o marina militar d'un país que

són utilitzats per a la defensa o l'atac des del mar. Normalment van equipats amb diferents

classes d'armaments, des de canons i càrregues de profunditat a míssils i aeronaus. N´hi ha

diferents tipus, segons l'ús específic al que son destinats: fragates, cuirassats, portaavions,

destructors, creuers, submarins...

4

Tipus de vaixells:

• Transatlàntic

És un de vaixell de vapor que inicialment era destinat a recórrer grans

distàncies (el nom el rep perquè servia per creuar l’Atlàntic). Destaca

per les grans dimensions i la gran capacitat que té, que el fa un

excel·lent transportador, ja que pot emmagatzemar més càrregues i mercaderies. També pot portar

un gran nombre de persones segons la capacitat d'elles es poden classificar en: transatlàntics petits,

400 places, transatlàntics mitjans, 1500 places i transatlàntics grans, 2500 places. Es van començar

a construir al segle XIX i un dels més coneguts fou el Titànic.

• Transbordador

Un transbordador o ferri (de l'anglès ferry) és un tipus de vaixell

que s'usa per a transportar viatgers d'un indret a un altre. Són de

línia regular, poden transportar vehicles i el seu viatge és de menys

de 24 hores. Solen ser més útils que un pont o un túnel, perquè el

seu cost és menor.

De ferris hi ha gran quantitat, però els més importants són: els “Fast

ferries”, destaquen per arribar a agafar velocitats de creuers i se solen

emprar en distàncies grans. “Ferri amb cable” són ferris que no

consumeixen i contaminen tant, perquè el seu mecanisme de propulsió

depèn d'una corda, però tenen el desavantatge de ser lents i solament serveixen per recórrer

distàncies curtes. El “Ro-ro” que és un ferri únicament per a càrregues rodades, solament poden

pujar persones autoritzades o dins dels vehicles rodats. “Catamarà” ferri ràpid, i de dos bucs, el

catamarà originàriament va ser un vaixell pesquer, però la seva utilització va culminar com a ferri,

avui en dia s’hi està introduint al món del vaixell d'esbarjo.

• Portacontenidors

Vaixells encarregats de transportar els contenidors on es guarden les

mercaderies de port en port. Són molt grans i llargs, és caracteritzen

per tenir la línia de flotació molt avall (cosa que indica la gran

quantitat de contenidors carregats que pot portar).

5

• Petrolier

Vaixell que serveix per al transport de cru o productes derivats

del petroli. Actualment gairebé tots els petroliers que es

construeixen són del tipus de doble casc (vaixells que posseixen

una barrera de separació doble al llarg de tota l'eslora de càrrega

entre els tancs de càrrega) perquè són menys sensibles a sofrir danys i provocar abocaments en

accidents de col·lisió amb altres bucs. Aquests vaixells són els que més regulats estan, perquè són

els que més han perjudicat el mediambient, alguns exemples són: el Prestige, l'Erika o l'Amoco

Cádiz.

• Vaixell frigorífic

Vaixell de transport de mercaderies refrigerades, normalment solen

ser aliments i més concretament de la pesca. És un vaixell de mida

gran i generalment compta amb 4 plantes dins la bodega. Aquest

vaixell compta amb tota mena de tecnologia punta dins les seves

bodegues. Tenen un gran equip de càmeres refrigeradores, i aïllades

tèrmicament. Però ara les companyies han decidit apostar per un nou tipus de contenidors

anomenats “refeers”, contenidors adaptats per aquest tipus de mercaderies, perquè mantenen els

productes tal o com estaven en la seva introducció dins el contenidor.

• Clíper

És un vaixell de vela, que destaca per la seva gran eslora, poc calat i

mànega. Aquesta forma estilitzada l'hi proporciona una gran velocitat,

ja que deixava passar l'aigua, així tenia molt poca resistència amb el

fregament de l'aigua. Aquest vaixell era el gran enemic del vaixell

propulsat mecànicament, competia amb els vaixells de carbó en la

comercialització del té entre Gran Bretanya i L'Oceà Índic. Però amb l'obertura del canal de Suez,

va perdre el comerç i va caure en desús, no obstant encara es conserva un clíper anomenat “Cutty

Shark”

6

• Portaavions

És una nau militar d'uns 500 metres dissenyada per desplegar i

recollir avions per actuar com a base aèria naval. Els portaavions

permeten a les forces navals tenir una protecció aèria i així vigilar a

gran distància sense necessitar bases aèries terrestres, és a dir, poder

tenir una base aèria mòbil. Les armades modernes usen aquest tipus de nau, com a nau insígnia, un

paper que abans prenia el cuirassat El canvi parteix de la creixent importància de la superioritat

aèria com a part clau de la guerra moderna, que va iniciar-se a la Segona Guerra Mundial. Els

portaavions sense escorta es consideren vulnerables a l'atac per altres vaixells, avions, submarins o

míssils, i per això es despleguen en un grup de batalla, així que mai trobarem un portaavions sol,

sinó en una flota. A diferència d'altres naus del segle XX, l'única limitació en el seu disseny ha estat

el pressupostari.

• Creuer

És un vaixell construït per a viatges de luxe, durant un temps

aproximat de 7 dies. El vaixell és gran, i depèn del nombre de

passatgers, aquests vaixells estan fabricats segons la ruta que hagi

de fer.

• Creuer lleuger

Era un tipus de vaixell de guerra cuirassat que es caracteritzava per

una disposició i mecanismes de protecció similar a la dels creuers

cuirassats, però era de menor dimensió i menor gruix. Així, els

creuers lleugers disposaven de protecció als ponts i a la cintura, a

diferència dels creuers protegits, que només disposaven de protecció als ponts. La seva petita mida

en comparació als creuers cuirassats, els donava una gran velocitat i facilitat a l'hora de maniobrar.

Això els convertia en una força d'atac ràpida i àgil. La flota naval que té més tipus de vaixells

d'aquests és la flota britànica, perquè les seves aigües son bastant perilloses, degut a les seves

tempestes.

7

• Creuer cuirassat

Era un tipus de creuer de grans dimensions que, a diferència

dels creuers normals o els creuers protegits, disposaven

d'una cintura cuirassada que protegia els costats i d'un pont

cuirassat que protegia les sales de màquines. Les carboneres

estaven disposades per tal de proporcionar protecció addicional al costat de la cintura cuirassada.

Més tard amb el desenvolupament d'obusos explosius, cap a mitjans dels segle XIX, es propicia l'ús

més gran d'aquests tipus de vaixells a la marina militar dels diferents països desenvolupats d'aquella

època. Però aquests vaixells van començar a quedar inutilitzats davant els cuirassats de

monocalibre, que eren impulsats per turbines de vapor. I per últim, la globalització del fueloil va

precedir a la desaparició de les carboneres, fet que va fer que aquests creuers cuirassats fossin

substituïts per creuers lleugers i creuers de batalla (creuers de potència d'atac i protecció intermèdia

dels lleugers i els cuirassats).

• Destructor

És una nau de guerra, que va ser creada com a contraatac de les

conegudes llances-torpede, unes llances, que eren molt ràpides i que

contenien 4 canons. Aquestes llances arribaven al lloc d’impacte,

llençaven els torpedes i s'anaven aprofitant de la seva gran maniobrabilitat

i velocitat. La qual cosa no permetia als vaixells poder perseguir-los, ni

enfonsar-los, degut al seu armament pesat i lent. Per això es va construir

un vaixell que fos ràpid i d'armament lleuger ( aquest constava de 5 canons i d'altres armes lleugeres

com a metralletes plantades), i així es van fabricar a Gran Bretanya, Espanya, França i Itàlia els

primers destructors anomenats contra-torpedes. Desprès, es va agafar el nom de destructor pel fet de

l'anglès “torpedo boat destroyer”, que va derivar a “destroyer “ i la seva traducció, el destructor.

Aquesta embarcació de petita mida en comparació al cuirassat, va canviar el seu ús a començament

de la Segona Guerra Mundial, perquè com les llances-torpede a l’Atlàntic no podien navegar, i

molts cuirassats eren enfonsats per submarins alemanys, van decidir utilitzar els destructors com a

peça fonamental en una flota de cuirassats, amb la aplicació de contraatac i protecció envers als

submarins alemanys. El destructor destaca veritablement, perquè té un ús global i s'adapta a moltes

de les missions que es volen dur a terme a la marina militar i per això ha estat una de les peces més

importants dins del món aquàtic militar.

8

• Cuirassat

Vaixell de guerra enorme, fortament blindat amb una bateria

principal que consta del calibre més gran d'armes. Els

cuirassats eren més grans, més ben armats, i més ben

blindats que creuers i destructors. Aquests representaven la hegemonia naval d'un país i varen tenir

gran importància a la Primera Guerra Mundial, més exactament a la Batalla de Jutlàndia. Més tard

es va firmar una sentència que limitava a cada país el nombre de cuirassats que podien tenir, però no

obstant això a la II Guerra Mundial es van tornar a fer ús d'aquests, tant els antics com els de nova

construcció. Cada cop els enginyers van intentar col·locar el màxim de artilleria pesada, cosa que va

fer que fos un vaixell molt pesat i va desencadenar la gran vulnerabilitat d'aquesta embarcació: la

feblesa davant les embarcacions petites i els míssils guiats.

• Fragata

Nau típicament de guerra, tot i que de vegades s'ha utilitzat com a mercant.

El terme s'ha emprat per vaixells de guerra de moltes mides i funcions a

través dels temps. Per això, pot tenir una gran diversitat de definicions

segons l'època. La fragata va aparèixer a finals del segle XV, i eren

embarcacions a rems, veles i armament lleuger. Després a la Guerra dels

80 anys, els holandesos van batejar amb aquest nom a un tipus de vaixell

lleuger i sense rems. Al segle XVIII el nom es va especificar més com a embarcacions de mida

superior a la corbeta, que comptava d’una coberta de canons, amb tres màstils i amb gran velocitat i

maniobrable, que varen ser usats per a patrullar i escortar. Ja una vegada descobert el nou continent

americà, es varen usar com a medi de comerç per la seva rapidesa i per la seva adaptabilitat amb les

aigües de l’Atlàntic, com que el que volien era tenir un medi de transport encara més eficient, no va

ser fins al segle XIX que és va aplicar un motor de vapor i així va augmentar la seva velocitat. Uns

anys desprès també es va construir una fragata però aquesta era blindada exteriorment,

posteriorment es va aconseguir de blindar-la totalment de metall i així fent-la menys vulnerable.

Fins aquest moment la fragata era la nau més poderosa. Ara la fragata actual només comparteix el

nom amb l'antiga, la fragata actual es defineix com vaixell d'escorta antisubmarí més gran que la

corbeta, però més petit que el destructor (determinada segons l'armada britànica).

9

• Corbeta

Vaixell de mides una mica més petites que les d'una fragata, i

antigament amb dos màstils, és una embarcació rapida, propera a la

fragata pel seu armament lleuger i també a les llances patrulleres

pel seu equipament electrònic. Aquesta és juntament amb els

creuers lleugers una de les naus més comunes a l'armada britànica, ja que a la I Guerra Mundial no

comptava amb un pressupost tant gran com els E.E.U.U. amb els seus destructors, i va optar per un

vehicle militar més modest que defensava contra els submarins alemanys. Aquest vaixell ajudava a

destruir submarins alemanys i a escortar els vaixells mercants fins els ports. Avui en dia, aquestes

embarcacions són destinades a escortar i patrullar el litoral, i ocasionalment fer una petita sortida a

ultramar. Una dada curiosa és que Espanya no compta amb cap, ja que les 6 que tenia van ser

reconvertides en patrullers.

• Tarida

Vaixell comercial (medieval, segle XIV) petit de la família de les galeres. Era

de rems, llarg, amb dos pals i amb aparell llatí. Només tenia una coberta.

Aquest vaixell comercial, en èpoques de guerra s'armava i s'usava per a

transport de cavalls i d'altre tipus d'armament pesat

• Uixer

Vaixell (medieval, segle XIV) gros, de la família de les galeres, amb menys

rems, però amb un castell a proa i un altre a popa, només tenia una coberta i

dos pals. Solia ésser emprat amb finalitats comercials.

Parts principals d'un vaixell:

• Proa

Part davantera d'un vaixell. Normalment, té forma punxeguda perquè talla millor l'aigua i així no té

tant de fregament.

• Popa

Part posterior del vaixell, on es troba el timó i les eines de navegació. Aquí és on es situen els

oficials.

10

• Roda

Continuació de la quilla en forma vertical, inclinada rectament o corbada situada a la part davantera.

• Codast

Part vertical o de poca inclinació situada a la popa i que s'uneix amb la quilla per darrere, permet la

sortida d'aigua, per això no pot ser molt gran perquè llavors el vaixell acumularia una gran quantitat

d'aigua i no el permetria avançar.

• Babor

És cantó que pertany a la mànega esquerra amb direcció a proa

• Estribord

És el cantó oposat a la mànega esquerra, és el dret, amb direcció a proa.

• Coberta

És el sòl horitzontal del vaixell, hi ha 3 tipus de cobertes: coberta de màquines (la de la sala de

màquines), coberta principal (la més forta del vaixell, i sovint la més alta) i coberta superior (la més

alta, no sempre ha de coincidir amb la principal).

• Entrepont

O entrecoberta és l'espai entre cobertes.

• Quaderna

Estructures corbes, que serveixen per donar volum, força i estilisme al casc d'un vaixell, les quals

van adjuntades a la carena de forma transversal. Hi ha diferents tipus: mestres, les principals, les

revirades, les fortes i les planes.

• Carena

És la part que queda submergida per sota de la línia de flotabilitat.

• Àncora

És un instrument nàutic que serveix per mantenir el vaixell en repòs sense que sigui endut pels

corrents marítims. Les àncores hi ha de diferent pes, tot depenent de la mida del vaixell. També

podem trobar més d'una àncora en un vaixell de mides importants, com per exemple en el cas d’un

petrolier, les àncores pesen aproximadament 15 tones i s'hi col·loquen dos a proa i una, a popa.

11

• Boia

Una boia és la fusió d'un cos que sura a la superfície unit per una corda amb una àncora. Serveixen

per delimitar el canvi de zones dins del mar, sigui per a uns banyistes, com per indicar que els

vaixells no poden navegar, perquè la costa està aprop i poc profunda.

• Timó

Dispositiu utilitzat per maniobrar vehicles que es mouen per fluids, normalment l'aigua o l'aire.

Instruments:

Astrolabi: antigament determinava l'alçada dels astres sobre l'horitzó, posteriorment va ser

reemplaçat per el sextant i el octant.

Anell: instrument de mesura que permetia determinar l'alçada del sol sobre l'horitzó.

Ballesteta: sistema de càlculs que permeten calcular la latitud.

Brúixola magnètica: permet determinar el rumb magnèticament.

Cartes nàutiques: Sistema de referència per a navegar pels oceans.

“Catalejo”: Lents òptiques que permeten divisar objectes petits augmentant-los.

Cronòmetre marí: Permet calcular la longitud i latitud en què es troben.

Nocturlabi: instrument que determinava l'hora a traves dels estels.

Octant: determinació de l'alçada dels astres.

Quadrant: sistema de càlculs que permeten calcular la latitud.

Radars: Equip electrònic de gran precisió, que permet trobar objectius dins d'un radi per mitjà

d’ones.

Rosa dels vents: Sistema de referència per poder guiar-se segons els vents que bufaven.

Sextant: determinació de l'alçada dels astres.

Sonars: Equip electrònic de gran precisió, que permet distingir i saber que hi ha sota l'aigua per

mitjà d’ones.

12

VAIXELL ELEGIT (HESPÉRIDES; A-33):

L'Hespérides és un vaixell dedicat a la investigació oceanogràfica, que té com a seu la base naval de

Cartagena. És utilitzat per la Unitat de Tecnologia Marina, que depèn del Consell Superior

d'Investigacions Científiques (CSIC), el qual va rebre la subvenció per a la fabricació de

l'embarcació de part de la Comissió Interministerial de Ciència I Tecnologia (CICIT). Aquest

vaixell és propietat de la CICIT, però tot i així forma part del llistat oficial de bucs de la Armada

Espanyola.

Aquest vaixell va ser construït per a suplir les deficiències del “Las Palmas; A-52” un altre

remolcador d'altura que s'encarrega de recolzar la base antàrtica “Joan Carles I” i el refugi “Gabriel

de Castilla” de l’exèrcit de terra. A més l'A-52 té funcions de buc oceanogràfic respectivament.

El B.I.O Hespérides originalment posseeix un casc fabricat amb acer d'alta resistència d'acord amb

el Registre Lloyd 100 A1 Ice Class 1C i un sistema de propulsió dièsel-elèctric, amb capacitat de

navegació de gran altura, per a propòsits de trencaglaç.

Durant el transcurs del 2003-2004, l'Hespérides va ser renovat degut a la seva edat. Va ser reforçat

el casc per a la funció de trencaglaç i es va fer una millora en l'habitatge. Es van afegir 11

laboratoris amb material equip, els quals van necessitar 345 m² per a la seva construcció.

La funció destinada principalment aquest vaixell és la investigació dirigida i finançada pel Pla

Nacional de I+D+I, però la gestió científica és a càrrec del Ministeri de Ciència i Tecnologia.

13

CONSTRUCCIÓ DEL VAIXELL:

1.PLÀNOLS

DETALLS PRINCIPALS DEL HESPÉRIDES

Buc para oceanografia

Port base: Cartagena

Eslora total: 82,50 m

Mànega fora “forros”: 14,33 m

Calat mitjà: 4,51 m

Tonatge brut: 2.709,70 t

Potència total: 2.800 kw dièsel-elèctrica

Velocitat màxima: 15,00 nusos

Personal tripulant: 55

Personal científic: 30

Balses: 90 persones

Armilles salvavides: 90

14

Generadores: 2 de 1300 i 2 de 600 kw

Tipus de corrents: 380,220,(trif)24,12, v

Tipus de hèlix: 5 pales fixes i 3 m diàmetre

Autonomia: 12000 milles

Material de coberta:

Torn oceanogràfic: 6500 m, cable 6 mm, peso máx. 1500 kg

Torn oceanogràfic: 7000 m, cable 13 mm, peso máx. 3500 kg

Torn pou: 500 m, cable 6 mm, peso máx. 1500 kg

Torn c. elèctric 7500 m, cable 8 mm, peso máx.2500 kg

Torn c. coaxial: 7000 m, cable 14 mm, peso máx. 3500 kg

Tres pòrtics abatibles

7 canons d'aire BOLT

Material de pont:

Radar arpa banda “y” radar banda “x”

Sistema de radioposicionament

Giroscòpica principal i reserva

Corredissa doppler de 2 eixos

Sondador de navegació

Sondes: em 12 multifase cartogràfica, em 1000 multifase cartogràfica, bps. paramètrica-geològica,

ea 500 hidrogràfica, ek 500. investigació goniòmetre mf/hf

Goniòmetre vhf

Radio mf,hf, vhf

Satcom

Radiobalitza aeronàutica

Informàtica central al vaixell totalment amb un ordinador principal amb sistema operatiu unix.

Fax de satèl·lit meteorològic

Altres d'Interès:

Coberta per a helicòpter i altres ajuts

Aire condicionat

Timons especials

Estabilitzador per tanc passiu

Impulsor transversal a proa

15

Tractament d'aigües residuals.

Laboratori:

Tres grans laboratoris de via humida o seca, altres tres laboratoris més petits i un altre local per a

equipament electrònic, preinstal·lacions de aparells de mesura, termosalinòmetres en continua

filtració. Cabina de flux laminar, d'extracció de gasos, càmeres de cultiu fito, fluorimetria,

comptador de partícules, centrifugadores, espectròmetre, espectrofotòmetre, elèctrodes de oxigen,

titroprocessador, canals tenichon, equipament per a sediments i geología, etc.

16

Explicació de les carenes:

Les carenes tenen una proporció respecte a la mànega i l'alçat.

A l'esquerra normalment és representa la part de la popa i a la dreta les de la proa. És a dir: les de

l'esquerra són les carenes que comencen a la “Carena Mitja” (la carena situada a la meitat) fins a

l'ultima carena de popa. En canvi les de la dreta són les que hi ha a partir de la “Carena Mitja” fins a

la primera de proa.

Per traçar cada carena, necessitarem sis punts de referencia:

1) L'alçada màxima de la carena

Per trobar l'alçada màxima punxarem el compas a l'amurada (la linia superior de l'alçat), i anirem

punxant en cada carena (eixos verticals).

2) L'amplada màxima de la carena

En aquest cas ens situarem sobre l planta i observarem on la mànega és màxima. Per les mànegues

17

superiors la seva amplada màxima es situa a la carena major (eix 12), perquè si nó el vaixell

s'inclinaria cap a proa o popa. Les mànegues inferiors, les submergides necessitaran d'una amplada

màxima al començament per trencar l'ona amb menys esforç i de un acabat molt punxegut al final

per no provocar remolins i obtenir millor estabilitat. En el cas de l'Hesperides és situa a la carena

10.

3) Els punts on creuen amb les línies I, II, III, IV.

Les línies I-IV ens determinen el desnivell o canvi d'amplades a l'alçat. Llavors com que cada

mànega esta determinada per una linia de l'alçat, obtindrem l'amplada i l'altura a que es situa cada

carena en aquets punts. A l'hora de dibuixar els planols és més còmode dibuixar l'alçat i la planta en

un mateix pla, perquè veurem on creuen les amplades i les alçades.

*Cal tindre en compte que cada carena no pot ser mes ample que la seva anterior, per que sinó el

casc seria més inestable.

18

Explicació alçat

L'alçat és la vista més significant del nostre vaixell, és la part més visual i més fàcil de representar.

Moltes vegades aquest permet saber quin tipus de vaixell i les seves funcions que podrà portar a

terme, per exemple un vaixell petit i amb la part de la proa arrodonida, serà un vaixell dissenyat per

navegar a un mar tranquil com el mediterrani amb gran estabilitat.

L'Hésperides és un vaixell amb:

-El casc a proa molt rígid amb unes línies molt rectes possiblement per a funcions com a

remolcador i trencaglaç, per dur a terme missions als pols o a mars que hi hagin casquets de gel i en

sigui difícil la navegació.

-La part centre observem que les linies I-IV, són molt baixes, aquesta forma és molt típica per a un

vaixell de altura, i per a un vaixell que ha de navegar per mars amb un onatge molt fort com al oceà

atlàntic.

-El casc a popa té espill molt quadrat i llarg, aquest li permetra aconseguir majors velocitats en

navegació d'altura, ja que no es crearan tants remolins i el fregament sera molt inferior al d'un

vaixell amb un espill molt gran i poc llarg.

L'arquitectura de les linies I-IV:

La forma de disenyar aquestes linies atorga una gran estabilitat per la part del centre, motiu del qual

les carenes tenen una forma molt arrodonida al centre. A la part de popa faciliten el trencament del

glaç amb aquesta forma tant recta. I a la part de proa són arquejades i amb una tendència de pujar

cap amunt que permet la reducció del dels remolins que es produeixen normalment, a més és aquest

tipus de corba abans de arribar al l'espill permetra que el vaixell pugui anar a més facilitat sense

perdre l'estabilitat aconseguida a la part central.

19

L'alçat en relació la maqueta ha estat modificat lleugerament:

Supressió de l'apèndix de l'hèlix perquè era més fàcil a l'hora de treballar i així evitar les petites

forces de fregament produïdes per els apèndixs exteriors, Amb això he guanyat una mica més de

estabilitat per la popa ja que les línies acaben a l'alçada de l'espill.

20

Explicació Planta

La planta o mànega és la part de l'estructura més important i complexa.

Quant dibuixem les mànegues en realitat dibuixem una semi-mànega, ja que cal tenir encompte que

un vaixell és simètric en referencia a la línia de la quilla. Per tant quan tinguem acabada les plantes

caldrà fer-ne la simetria. La forma de les mànegues d'un vaixell normalment és caracteritzen per ser

molt arrodonides al començament, molt rectes al centre i una mica corbades al final pel que fa a les

mànegues superiors.

Després podrem diferenciar entre si un vaixell és molt gran ( navegació d'altura), les seves

mànegues seran molt més punxegudes als extrems i amb un gran arc al centre. En canvi les

embarcacions petites és el contrari segueixen el mateix esquema que les mànegues superiors.

La maqueta de l'Hespérides que realitzaré serà modificada la seva planta perquè sera una

embarcació reduïda i no haurà de navegar per un oceà com l'atlàntic. Els canvis duts a terme seran:

Reducció de l'amplada de les mànegues inferiors, per tal d'aconseguir una aerodinàmica i reducció

de les forces de fricció amb l'aigua molt més superior que l'Hesperides real. Amb aquesta millora la

maqueta ha d'assolir més velocitat. Cal tenir en compte que la maqueta navegara per aigua sense

onades per tant la fricció amb les onades serà aproximadament 0, i per això permetrà augmentar la

seva velocitat. En cas de estar en un medi aquàtic dinàmic com el mar o un riu la maqueta ha de ser

limitada a una certa velocitat, per tal de mantindre l'estabilitat i que no pateixi el risc de bolcar i

enfonsar-se.

21

2. CONSTRUCCIÓ

Una vegada fet el “traçat del croquis” començarem la construcció de l'embarcació. El material que

emprarem serà la fusta.

2.1. Transport del croquis a la fusta:

Amb la planta del vaixell o el “traçat de la mànega”, transportarem les mànega del vaixell a unes

làmina de fusta.

El mètode de execució serà el mateix que al traçar la planta, però només posant una mànega per

cada, i amb l'ajuda d'un compàs i regles.

2.2. Simetria:

Una vegada tenim dibuixades totes les mànegues

sobre les làmines de fusta, el que farem és fer

unes paral·leles amb els eixos preestablerts. Amb

l'ajuda del compas anirem delimitant l'altre costat

del vaixell, de forma simètrica, així obtindrem un vaixell igual en ambdós costats.

22

2.3. Tall de les diferents plantes:

Amb una serra de calar i una d'arc tallarem totes les plantes.

Com que cada mànega té forma arquejada, tindrem que utilitzar una eina de precisió com la serra de

marqueteria i sempre ser precisos i tranquils a l'hora de tallar. Una vegada tallades polirem les

costats perquè no ens fem mal.

2.4. Buidatge de les planes:

Per fer a la maqueta menys pesada cal buidar el que seria el casc per dins, per això agafarem cada

planta i delimitarem la superfície de la planta que hi ha

a sota posant-ne la planta inferior a sobre de la superior i

amb un llapis traçarem la forma de la superfície de la

plana inferior.

Ara fixarem un gruix de uns 2 cm ( una mica més de

l'amplada del dit petit de la mà), i amb aquest marge

d'error perforarem la peça començant per la punta més inclinada (la proa), la broca ha de ser més

gran que la làmina de la serra de calar. Una vegada està el forat fet introduim la serra de calar i

comencem a serrar per el marge de 2 cm. Aquest marge establert ens permetrà desprès quant

tinguem que llimar i polir per tal de donar-li la forma arrodonida al casc un cert marge per ajustar i

arquejar millor les formes de les plantes.

23

2.5. Addició de plantes i modelatge del casc:

Prenent de punt de referència el centre de cada peça que ha de

ser el mateix. Perforarem a una distància igual per l'esquerra a

l'horitzontal com per la dreta. Quant els forats estiguin fets

posarem, en ordre, una mànega sobre una altre. Posarem un

clau per tal de subjectar-les bé i que no es moguin.

Ara tindrem una primera estructura del que serà la maqueta.

Amb l'ajuda dels croquis de l'alçat i el perfil (carenes),

començarem a donar forma arrodonida i circular al vaixell.

Per això caldrà tornar a polir amb el ribot primerament per

treure la fusta en gran quantitat i després amb la llima

realitzarem el treball més acurat.

2.6. Instal·lació del motor:

Una vegada tenim el casc modelat, introduirem els motors. Com que per dins del casc tenim una

mena d'esglaons, coneguts com a “pantocles” (una forma de reforçament de l'estructura), els

aprofitarem per col·locar una planxa de fusta i a sobre els dos motors. Perforarem el casc amb un

dia metre igual al de l'eix del motor, i posarem una goma per evitar que l'aigua hi entri. Com a timó

emprarem un potenciòmetre a cada motor i així aconseguirem reduir la velocitat d'un o de l'altre.

Per tant amb un motor que produeixi una velocitat inferior amb un altre aconseguirem que el vaixell

giri.

2.7. Acabats i recobrimentCom a últims acabats podrem pintar i envernissar el casc i fer una estructura superior que s'assimili

a la cabina d'un vaixell.

24

INSTAL·LACIONS I MOTORS

Waterjet o Prompjet:

El waterjet és un sistema de propulsió que aprofita el

propi moviment de l'aigua per fer girar una turbina, la qual

transmet el seu moviment a l'eix principal i així

aconsegueix una força de propulsió molt més gran gràcies a

la reducció de secció final respecte l'inicial.

El waterjet és un projecte dut a terme de forma totalment empírica, degut a la falta de dades i

mètodes teòrics.

La clau de la novetat i els avantatges d'aquest nou sistema

davant d'altres sistemes de propulsió, és centra en la

quantitat de moviment de sortida respecte la d'entrada. La

quantitat de moviment de la sortida és gradualment molt

més superior a la d'entrada, i per tant això provoca segons

la tercera llei de Newton (“Acció i reacció”) una força d'empenta de l'aigua al vaixell el qual

comença a accelerar.

Les característiques més rellevants del waterjet són:

Maniobrabilitat:

− Control precís de la direcció a qualsevol velocitat.

− “Zero Speed” és l'efecte que obté el vaixell a l'hora de girar gràcies a la capacitat de treballar

a 360º per part del waterjet.

− Possibilitat de frenar canviant la direcció de la propulsió del waterjet a 180º.

Eficiència:

− Coeficients de propulsió iguals o millors a velocitats altes i mitjanes, en comparació als

sistemes de propulsió d'hèlix.

25

Aerodinàmica:

− L'absencia de l'àpendix del casc permet al vaixell reduir la força de roçament amb l'aigua.

− Degut al gran impuls que produix el motor de waterjet a l'embarcació, aquesta tendeix a

elevar-se per la part de la proa, consequentment, redueix el calat.

Estabilitat i soroll:

− El waterjet és un motor totalment estable, que no produeix cap mena de vibració a

l'estructura del vaixell, tampoc té el risc de produir cavitacions sota el casc a grans

velocitats. I a més està totalment aïllat acusticament, això proporciona més comfort.

Funcionament del motor:

− El waterjet és un motor que té una duració en relació amb la potència amb que se l'ha fet

funcionar.

− El consum per part del motor sempre és el mateix, independentment a la velocitat a que hi

circuli.

− Important avantatge: La impossibilitat de sobrecarregar-se.

En definitiva el waterjet és caracteritza per un tenir un rendiment alt i una potència molt més

elevada que un dels altres tipus de motors o sistemes de propulsió més eficients.

També és poden integrar dos waterjets i aconseguir una gran maniobrabilitat, estabilitat i control.

Així es poden fer girs transversals, sense cap risc de bolcar.

26

CÀLCULS I FONAMENTS

Principi d'Arquímedes:

“Tot cos submergit dins d'un fluid rep un força vertical cap amunt igual al pes del fluid que

desallotja”.

ΣFx=0

Σfy=0

Fx: Força horitzontal

Fy: Força vertical

El total de forçes en “x” es veuen anulades entre si

mateixes. Per tant unicament queda unicament les forces en

“y” que han de ser iguals al pes perquè aquest cos flota.

Els casos que es donen en la relació E i P són:

1) E>P

E=P+(S2-S1)=P+p

p=S2-S1

E=ρVg+P/S

p: pressió

El cos sura perquè E és més gran que P.

2) E=P

E=ρVg E=P=mg m=ρV

ρ: Densitat aigua

E: Empenyiment

m: massa submergida

V: Volum submergit

27

El cos esta submergit, perquè no te pressió i per tant E és igual a P. És el cas d'un

submari.

3) E<P

E=P-N

N: Normal

El cos està al fons perquè el seu pes es més gran que

l'empenyiment.

Equació general de pressió:“Tota força aplicada en un punt d'una superfície transmet una pressió igual a cadascun dels punts

de la superfície”.

P = F/S

h: Altura d'on s'aplica la força.

Principi de Pascal:“Tota força aplicada a un fluid incompresible dins d'un

volum limitat, transmet una pressió igual per tot el

fluid.

P = ρhg = F/S

Hipòtesi de Froud:“La resistència total al avanç d'un vaixell és la suma de les resistències de aerodinàmica, onades i

viscositat”.

Rt = Rw + Rv + Ra Rt = Rf + Rr

28

N

F

F

PPP

P

Ra: Resistència aerodinàmica aquesta és aproximadament 0.

Rv: Resistència viscosa equivalentment a la Resistència de fregament.

Rw: Resistència de les onades equivalentment a la Resistència residual.

Capa Limit (Rv):

Depenent de l'aerodinamica i la velocitat a la que

circuli el vaixell, la resistència viscosa o de fregament

augmentara mes o menys. Aquesta resistència és la

que més frena al vaixell perquè crea certs remolins

depenent de la aerodinàmica del casc i per tant

provoca una pèrdua d'energia.

Resistència de les onades (Rw):

Aquesta resistència depèn directament de dos propietats:

1) Longitud d'ona (λ): Distància entre entre les crestes de dos ones.

2) Velocitat de propagació (c): És la velocitat a la que és mou l'ona i a la pràctica la mateixa

que la del vaixell.

c = √ (g λ / 2π) c = 1.25 · (√ λ)

(c / √ g λ) = (1 / √ 2π) ≈ 0.4

A la pràctica física:

c = v vaixell

Fn = (v/ √ g·L)

Fn: Nombre de Froud.

L: Eslora del vaixell.

29

D'aquí podem extreure els quatre cassos que pot ocorre amb la longitud de les ones:

1) v ≈ 0

λ < L Fn < 0.4Quant passa això les forces de fregament són d'un 60-90% de la total.

2) +v

λ = L Fn ≈ 0.4El vaixell és emportat per l'onada, ja que la popa està a una cresta, la part central a la part més baixa

de l'onada i la proa a d'amunt de l'altre cresta. Això s'anomena “velocitat limit de la carena”.

3) ++v

λ > L 0.4 < Fn < 0.7Resitència de les onades és d'un 70-85% del total. La cresta esta desfasada en relació a la popa i a la

proa.

4) +++v

λ > 3L 0.7 < Fn El vaixell sobre surt per damunt de l'onada, aquesta forma de navegar se l'anomena “planning”.

30

Estabilitat:

E = P – p Si no fos així el vaixell s'enfonsaria. Centre de gravetat (G), centre d'empenyiment (C) i metacentre

(H) estan alineats en 1. En 2 G és un punt inamovible i H també, unicament C és desplaça. Les

distàncies del punt C en relació a G i H venen deteminades per:

GH = h – s HC = h cos σ CoG = S

h=GH-CoG HC= (GH-CoG) cos σ

Com que sabem la inclinació σ, sabrem on es troba C.

Hidroestàtica:

m: Massa específica ( quantitat de massa per un determinat volum).

V: Volum.

V1 > V2 ==>

m1 < m2 ==>

31

∆Vn·∆mn = 0 ==> V 1 · m 1 = V2 · m2

1. 2.

Amb aquesta formula podem determinar que un vaixell amb una certa inclinació (no exageradament

gran), es manté estable. També des del punt de vista de la hidrodinàmica, pode apreciar que en un

gir el vaixell no bolca sinó se'l força a fer un gir massa brusc.

Centre de gravetat:

XCdg = (Σrx · Ar) / At YCdg = (Σrx · Ar) / At

XCdg = (Σrx · Vr) / Vt YCdg = (Σry · Vr) / Vt

El centre de gravetat és el punt d'equilibri d'un cos. Per trobar-ne el centre de gravetat d'un volum

irregular hi ha que descompondre'l en capes i trobar el el centre de gravetat de cada superfície.

Inèrcia longitudinal:

Il = (1 / 12) · Ef · Mf 3

Il= m · Cdg 2

Ef : Eslora de flotació

Mf: Màniga de flotació

Calcul de les semi-mànegues:

dS = x · dy Sr = b · h

∫dS = ∫x · dy = x · ∫dy S = x · y + C

Exemple:

x = 3 x0∫3(y+C) = x (( 3 + C ) - ( 0 – C )) = x (3 + C - 0 -C) =

y = 1 = 3 · 3 = 9 m 2

32

Funcionament del motor waterjet:

V2 > V1

La velocitat que aconseguirem en aquest cas es molt més petita que la que podem aconseguir en el

cas del waterjet:

V3 > V2 > V1

S2 >S1

33

S1

S2

Als instants t1 i t2 és produeix una variació de velocitat. La variació de velocitat a una particula

d'aigua (considerada com un SR) s'expressa:

V2 – V1

t2 - t1

Ft = ∑FiVaixell ==>

Com que aquest mètode no és viable aplicarem un altre mètode, però abans cal fer menció en la

diferència entre un Sòlid Rígid (SN) i un fluid com l'aigua.

Un fluid no es comporta de la mateixa manera que un sòlid rígid, és per això que hi ha que

determinar un altre sistema de treball a l'hora de treballar amb l'aigua:

El que utilitzarem per treballar amb l'aigua

serà un Sistema o Volum de Control (VC o

SC). Només ens fixarem en el que hi ha dins

del VC.

34

= a ==> FiH2O= mi · ai ==> FiH

2O = - FiVaixell

i = n ≈ ∞No és viable per la gran quantitat de partícules que hi ha.

F

Teorema de transport de Reynolds:

Q= = v · S

ρ2 · v2 · s2 - ρ1 · v1 · s1 = 0

ρ2 = ρ1

Q1 = Q2

v2 · s2 = v1 · s1 = Q

Per tant si el la velocitat final que circula per

la secció dos és igual a la velocitat inicial que

circula per la secció u, podem expressar que:

s2 < s1

v2 > v1

35

Vt

V3V1 V2

RESULTATS:

36

n semi-mànega valor semi-mànega(cm) factor simpson funció àrea braç0 1 1 1 1 51 4 64 4 16 42 5 125 2 10 33 6 216 4 24 24 6 216 2 12 1

7 343 4 28 06 7 343 2 14 -17 6 216 4 24 -28 5 125 2 10 -39 4 64 4 16 -410 2 8 2 4 -511 1 1 4 4 -6

0 163 Total Mfunció moment Funció Inercia (It) Eslora=a Mànega seccions D seccions= b

5 1 60 3 12 564 256 Sn F (distancia mestra) M (mestra)30 250 543,33 -1,26 -683,3348 864 -1,2612 4320 1372

-14 686-48 864-30 250-64 256-20 16-24 4-41 5251

Semi-mànega cub (cm3)

5 (MESTRA)

Total S (m2)

CONCLUSIÓ

He pogut apreciar que, per dur a terme un treball de recerca, fa falta una planificació i una dedicació

molt gran. No només temps es necessita, sinó també una familiaritat amb el treball i una pràctica o

qualitat a l'hora de realitzar-lo, tenint en compte que es tinguin les eines i materials que es

requereixin.

Per la meva part, m’he trobat amb certs problemes a l'hora de fer el treball manual, ja que no

comptava amb les eines més bones i tampoc amb l’espai per realitzar-lo més adequadament, apart

que el temps que jo havia planificat per portar a terme la maqueta, he vist que era més llarg del que

jo pretenia dedicar-li. Així m'he adonat, que si no tinc experiència amb una cosa i molta pràctica, les

coses no són com les planifiques. També m'he donat compte, que el món de la nàutica difereix molt

del que jo pensava, és un món molt tancat amb la seva glossa, que sorprenentment canvia molt, amb

segons quins llenguatges, però amb força temps i amb ganes de llegir un ho acaba entenent. De fet

el món de la nàutica és un món bastant complex, en el sentit que és molt tancat que no és

interdisciplinari, és a dir, és molt específic.

Després de moltes hores de lectura sobre el que és el món nàutic, les seves lleis (les més senzilles)

les he pogut recopilar fins i tot del llibre de “Mecànica” de 2n de batxillerat, relacionades amb les

lleis fonamentals de l'equilibri i la hidrostàtica. He arribat a la conclusió que el mar és veritablement

fascinant i que m'atrau molt, no solament en l’àmbit dels vaixells, sinó tot el que pugui estar

relacionat amb ell, potser és un dels motius principals que hagi decidit fer aquest treball de recerca.

37

BIBLIOGRAFIA

Origen i evolució de l'art de construir vaixells de fusta al llarg del temps. L. Carbonell Relat.

Boatbuilding: a complete handbook of wooden boat construction. Howard I. Chapelle.

Principios de arquitectura naval. Mohammed Reda Chakkor.

Mecànica. Joan Joseph, Francesc Garófano, Joan Carol i Joaquim Reyes.

Manual del aprendiz de carpintero de ribera: como construir su propio barco. Claude Bonnet.

Manual de Modelismo. Albert Jackson i David Day.

Modelismo naval 1: arquitectura. Theodor Vieweg i Carmil Busquets.

Modelismo naval 2: detalles y equipamiento. Theodor Vieweg i Carmil Busquets.

Modelismo naval 3: modelos de buques a vela i motor. Theodor Vieweg i Carmil Busquets.

Modelismo naval 4: navegables a motor radiocontrolados. Theodor Vieweg i Carmil Busquets.

Wikipedia.org (versió catalana, espanyola i anglesa)

Google.com

Hamiltonjet.co.nz

Ieo.es

Fondear.org

Utm.csic.es

Elsnorkel.com

AGRAÏMENT

Vull reconèixer la col·laboració dels senyors Jacint i Marc Puigpinós, Joan Marmaneu i Agustín

Lanzarote, que sense el seu suport, no hagués estat possible la realització d’aquest treball.

38