Parte 2. Casco y Estructura (1)(1)

5/11/2018 Parte 2. Casco y Estructura (1)(1) - slidepdf.com

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NOCIONES SOBRE SUMERGIBLES DE RECREO

Pedro Sosa. ©. 2007



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5.- CASCO Y ESTRUCTURA

5.1.- Generalidades

Los sumergibles de recreo disponen de un casco resistente y de un casco exterior más omenos desarrollado.

El casco resistente es la envuelta estanca que permite soportar la presión exterior,manteniendo una atmósfera interior presurizada a 1 bar (abs) aproximadamente, o sea lapresión atmosférica normal, en el habitáculo, que permite estar y respirar en condicionesnormales. Lo componen la estructura principal estanca, las escotillas, los portillos oventanas transparentes y todos los pasos de casco. En algunos casos se puedenencontrar elementos resistentes exteriores, tal como los tanques de regulación, cajas debaterías, etc.

En el caso más corriente, estos sumergibles, navegan a inmersiones de servicio de unos50 a 100 m por lo que la presión exterior es de unos 5 a 10 bares manométricos. Porconsiguiente, la estructura de la envuelta principal así como todos los cierres, escotillas,portillos, etc. y los elementos que lo atraviesan deben estar diseñados para poder resistiresta presión exterior, de forma segura, manteniendo además las debidas condiciones de

estanqueidad.

Las formas del casco son función de la arquitectura seleccionada para el vehículo. Eneste aspecto el arquitecto naval tiene la iniciativa y tiene que elaborar una disposiciónbásica del casco resistente que sea la que mas se adapte a las necesidades. Las formassuelen estar compuestas por cilindros terminados en los extremos por casquetessemiesféricos, elípticos o tori-esféricos, o bien pueden estar formados por una esferacompleta o varias adosadas entre si.

Los sumergibles de recreo más clásicos están compuestos de un casco cilíndricoterminado por los extremos en domos hemisféricos, con una ventana transparente muyamplia en el extremo de proa (pilotaje), montada sobre el domo, y portillos transparenteslaterales para los pasajeros. En estos últimos años se están construyendo sumergibles

con una gran extensión de la parte transparente. Ya no se limitan a tener ventanas sinoque el casco completo, o gran parte de el está construido con materiales transparentes.Las piezas transparentes están hechas a base de un plástico especial basado en elmetacrilato.

En los vehículos de gran profundidad (2000 o mas metros), dedicados a la oceanografía ycon un número reducido de ocupantes (2 a 4), p.e. el Alvin, el Nautile, el Mir o el Shinkai,suele ser bastante utilizado un casco resistente con forma de esfera. El Trieste II deAugusto Piccard estaba compuesto por una esfera de unos 2 m de diámetro, de acero, yde un espesor de unos 120 mm, de acero Martin-Siemens, construida en dos partes, dossemiesferas que se tenían encajadas y apretadas entre si, sin soldadura. Masrecientemente y para sumergibles de recreo o de trabajos submarinos, hasta los 1000metros, se están utilizando cascos esféricos (o sectores de esfera con una apertura de

mas de 180º, denominados hiperhemisféricos) construidos con plásticos acrílicostransparentes, lo cual permite tener una visión amplia del entorno. Tal es el caso delsumergible Johnson Sea Link de EEUU, el Rémora de la Comex, los Deep Rovers deDeep Ocean Engineeering o los Triumph y los Ocean Pearl de Seamagine.

Los cascos resistentes se calculan normalmente siguiendo los Reglamentos de alguna delas Sociedades de Clasificación de Buques, (American Bureau of Shipping, GermanischerLloyd, Det Norske Veritas, Lloyds Register of Shipping, Bureau Veritas, etc.) o alguno delos Códigos de Recipientes a Presión (ASME-PVHO-1, CODAP, AD Merkblätter, BS5500,etc.), que disponen de los apartados correspondientes a los recipientes a presión quepueden ser aplicados a estos sumergibles, por lo que es inútil presentar aquí de nuevo



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estas instrucciones, requerimientos y cálculos. Solo en casos muy especiales, se daránalgunas instrucciones, a efectos orientativos y como ayuda al entendimiento de losdiferentes apartados que los Reglamentos citan.

El objetivo principal de estas lecciones es familiarizar al lector con el mundo en que sedesenvuelven estos sumergibles, en sus diversos aspectos.

En los submarinos militares, aparatos muy avanzados, se recurre a efectuar el cálculodirecto de los mismos utilizando programas informáticos especializados de elementosfintos (ALGOR, BOSOR, ANSYS, etc). a efectos de optimizar el casco resistente, lasestructuras en general y algunos detalles constructivos complejos. En los submarinos derecreo tambien es muy util analizar la estructura siguiendo estos métodos, sobre todo paradetalles constructivos no contemplados por las normas, o que presentan puntos oscuros,conexiones cilindro-esfera, penetraciones, etc.

Hay que señalar que estos Reglamentos cuentan con que el usuario está familiarizadocon estas estructuras y es experto en el cálculo de recipientes a presión exterior, ya quela interpretación de los apartados referidos a la estructura exige ciertos conocimientosbásicos. Por esta circunstancia conviene que el proyectista del casco sea una personaque tenga una cierta experiencia en estos asuntos y tenga cierto nivel en el conocimiento

de la Resistencia de Materiales.

Además, para poder analizar y verificar la apropiada resistencia de ciertos detallesestructurales, como pueden ser las conexiones cilindro-cilindro (en el caso de escotillasque ataquen en ángulo recto a un casco principal), o la zona donde se asientan lasventanas transparentes que, al ser muy grandes, hacen que la estructura se resientarespecto a su resistencia (con referencia al casco sin perforar), es muy conveniente, porno decir esencial, aplicar una cálculo tridimensional utilizando programas informáticosavanzados, para así tener una idea precisa de dónde hay mayores tensiones, dondeconviene meter los refuerzos, los sobre-espesores, etc. independientemente de que los

reglamentos en vigor exijan ciertas características que podrán servir como base de partidau orientativas. Todo ello con el fin de optimizar el reparto de esfuerzos en la estructura yasí poder disponer de una mayor seguridad, o un menor peso estructural.

Las formas cilíndricas (simples, sin refuerzos), o esféricas, las más apropiadas para losrecipientes o cascos sometidos a presión exterior se denominan apléxicas. Las formastronco-cónicas de pequeño ángulo da apertura se pueden considerar también aplexicasexcepto en los bordes.

Las formas aplexicas son aquellas en las que no se desarrollan momentos flectoresnormales a su superficie o en cualquier otro sentido cuando se las somete a una presión



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uniforme exterior. Solo están soportando tensiones de membrana, de compresión pura ylas características mecánicas del material utilizado se aprovechan mejor. Es evidente queesto permite reducir sensiblemente los espesores.Pero, precisamente, por ser figuras apléxicas, están sujetas a ciertos tipos de inestabilidadestructural o pandeo, (buckling). Cuando la compresión en el material llega a un niveldeterminado sobreviene la inestabilidad, o pandeo, se pierde la forma originalespontáneamente, se crean momentos flectores y, dado que los espesores del material

están muy ajustados, (calculados para aceptar solamente tensiones de membrana decompresión pura), estas crecen desmesuradamente así como las deformaciones,originándose la ruina completa y rápida (violenta) de la estructura que se estudia.

No ocurre así con los recipientes que están sometidos a presión interior, en que ladeformación es hacia el exterior, dando lugar a que se estiren poco a poco, tendiendo acoger la forma de globo, en el límite de la resistencia del material, sin que tengan uncolapso inesperado, a baja tensión.Hay ciertas configuraciones, no obstante, que pueden estar expuestas a inestabilidad (p.e.en las conexiones de cilindros y domos muy planos sometidos a presión interior) pero queno suponen una ruina de la estructura sino una deformación anormal, que las inutilizanpara el servicio, aunque dicha deformación sea inaceptable.

Las figuras o formas aplexicas mas elementales son la barra recta, en el campounidireccional, la circunferencia o el círculo en un campo de fuerzas bidimensional(planar), y la esfera en un campo tridimensional. El cilindro de longitud infinita o con unacarga de extremo que sea homogénea puede considerarse una figura apléxica, ya que sepuede asimilar compuesta por una suma de rebanadas bidimensionales aplexicas.

Para los cascos de los sumergibles y submarinos, conviene utilizar formas aplexicas(excepto en ciertos casos de baja presión, en los que algunos diseñadores aplican formaspoliédricas, por sus sencillez). Por estar sometidos a la presión exterior están sujetos aunos de modos de fallo característicos bien conocidos por los que se desenvuelven en elmundo de estas estructuras.

SEAMAID (Bruker, Alemania)

En los primeros tiempos, muchos de los proyectos de submarinos de recreo, como este,de la extinta Bruker M-technik alemana, actualmente la sociedad Kokes, tenían formasexteriores que eran similares, a escala reducida, a las de los submarinos convencionales,formadas por un cilindro principal mas unos domos de cierre situados en los extremos.Los portillos transparentes, en gran número, permiten detectar que es un submarino derecreo.



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5.2.- Resistencia de Cilindros

La mayor parte de los sumergibles tienen un casco cilíndrico, por lo que interesa conocercon detalle las tensiones que se desarrollan en estos cuando son sometidos a presiónexterior.La base de referencia de las tensiones en cilindros es la siguiente, que conviene tenersiempre presente, a efectos comparativos, como ley general.

La presión que actúa por el interior de esteanillo de longitud (dx) multiplicada por elárea sobre la que actúa (2·r·dx) debe estarcompensada por las fuerzas de tracción enlos dos bordes, que valen 2 · (σ·dx·t), dedonde:

σ = p · r / t

Igual sucede si la presión es exterior.

El caso anterior corresponde a carga radial pero también hay que contar, en los cascosque están sumergidos, con una carga axial o longitudinal procedente de los mamparos odomos de extremo, de cierre, que con una superficie neta (en proyección del eje delcilindro) de π· R2 presurizada a una presión “p” produce una fuerza axial total de p · π· R2 repartida por el perímetro del anillo (2·π·R).

En resumen, en un cilindro de pared uniforme de espesor “t”, y de radio exterior “R”,cerrado por los extremos, y sometido a una carga hidrostática uniforme (radial y axial, biensea interior o exterior), de un valor (p: presión), las tensiones que se desarrollan son lassiguientes:

a) Tensión transversal, medida en el sentido circular transversal al eje del cilindro, o

circunferencial, la mas importante:

σT = σy = p R / t

b) Tensión longitudinal o axial, medida en el sentido de la generatrices:

σL = σx = p R / 2 / t

c) Tensión radial, en sentido del espesor que es casi despreciable, e iguala a “p” en lacara donde se aplica la presión y aprox. 1 bar (abs) en la que está a la presiónatmosférica, sin presurizar.

Estas tensiones son de tracción (+) o de compresión (-) según la presión sea interior o

exterior.

En cilindros de espesor reducido respecto al radio ( t < R / 10), o de “pared delgada”, sepuede considerar que las tensiones anteriores a) y b) son constantes en todo el espesor.



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Se puede observar que la tensión transversal es de valor doble que la longitudinal y porconsiguiente es la más crítica en cilindros o tubos circulares sin refuerzos. Normalmente,los manguitos sometidos a presión interior explotan porque las tensiones transversalesson mayores que las admisibles o las de rotura, nunca por las longitudinales (estas actúanen sentido de soltarlos de sus acoplamientos de extremidad). La presión que se ejerce en

sentido longitudinal también es importante y puede llegar a “corrugar” el casco, como unfuelle cilíndrico, en ciertos casos cuando los espesores son bajos y el radio muy grande,pero es mucho menos crítica, (Este efecto se estudia mucho en el caso de columnas opilares huecos, de acero, de gran diámetro, utilizados como apoyos o patas en lasplataformas petrolíferas).

La deformación radial del cilindro con este estado de tensiones, es la siguiente:

t

Rp

E

85,0

E

85,0)

21(

E

1)(

E

1

R

RTTLT

⋅∗=σ∗=

ν−⋅σ∗=σ⋅ ν−σ∗=

∆=ε (acero)

El incremento (o decremento de radio) es:tRp

E85,0RR

2

⋅∗=⋅ε=∆

Puesto que los cilindros lisos, simples, no admiten excesiva carga exterior, aunque seauniformemente repartida, a una presión exterior, (se aplastan con cierta facilidad), loscascos resistentes compuestos por cilindros se refuerzan a base de cuadernas circulares(transversales) dispuestas de forma regular a lo largo de su longitud, hasta llegar a loscasquetes de extremidad. Estas cuadernas tienen el objeto, además de aumentar lasección resistente transversal, de mantener la circularidad de las secciones o anillos, quede otra forma se deformarían (se ovalizarían) prematuramente, si son sometidos a unapresión exterior de un valor no muy alto.

La inclusión de las cuadernas modifica el estado de tensiones del cilindro simple inicial, ya

que el forro comprendido entre dos cuadernas cede mas, bajo presión, que el que está encontacto directo con estas, que apenas cede, (las cuadernas se contraen en radio menosque el forro) dando lugar a que se creen momentos flectores longitudinales ytransversales en las planchas (estos a causa del cambio de curvatura y del efecto dePoisson) y que complican enormemente el estado de tensiones reinante. Los momentoslongitudinales incrementan grandemente las tensiones longitudinales iniciales que eranmuy inferiores a las transversales comiéndose el margen que hay entre ambas. Ademáslas tensiones ya no son constantes en el espesor. En la práctica, las tensioneslongitudinales puntuales, en ciertas zonas superficiales de un anillo reforzado, inclusosuperan a las transversales.



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En los cascos esféricos o de doble curvatura, en general, no hay manera de efectuar unreforzado racional y homogéneo, que les procure una mayor rigidez frente a la flexión(fuente de abolladuras), por lo cual no suelen llevar refuerzos y la resistencia frente a lainestabilidad se obtiene simplemente aplicando unos espesores de plancha bastanteelevados, a cambio de aumentar sensiblemente el peso. No obstante, existen estudios ypropuestas de un tal reforzado, que estaría compuesto por nervios formando una retícula,contorneando la pared de forro. El problema principal es que hay que aplicar mucha

soldadura, con las consiguientes deformaciones, y los nervios dificultan la inclusión depuertas, pasos grandes, etc. en dichos domos.

En el caso de cilindros largos (L>3·D, aprox) reforzados por cuadernas, y si estas sonnumerosas, ocurre que, exceptuando las situadas en los al extremos que estáninfluenciadas por los efectos de borde, conexión a domos, etc., todas las situadas enposición central están trabajando en las mismas condiciones, por lo cual el estudio de lastensiones de un cilindro largo reforzado por cuadernas iguales y equidistantes puedereducirse al estudio de una sola cuaderna y el tramo de plancha que hay entre dos deellas (clara), que por simetría solo exige que se estudie al 50% (media clara).

En la Figura que sigue se plantea el equilibrio de tensiones-deformaciones de una clara,bajo una presión uniforme exterior p (radial y longitudinal). El resultado es que la

deformada (w) obedece a una ecuación diferencial de cuarto grado, que hay que resolver.

En la Figura anterior se presenta una clara tipo, formada por el forro comprendido entredos cuadernas, sobre las cuales está apoyado. Cuando el cilindro es muy largo y el

número de cuadernas es muy grande, se puede considerar que el forro está empotrado enlas cuadernas adyacentes ya que, por simetría, la tangente del mismo en el punto decontacto con la cuaderna se mantiene horizontal. Lo mismo ocurre en el centro de lasclaras. Aplicando la teoría de placas, con carga lateral, se obtiene una función (la de laFigura) que representa la deformada del forro entre dos cuadernas. Se resuelveimponiendo las condiciones de contorno de esta placa que son:

1. Tangente horizontal en el centro de la clara y en sus extremos.2. Fuerza cortante en sus extremos (en dirección radial) igual a la reacción radial de

las cuadernas, (función del corrimiento o movimiento radial, (w), en el extremo delas claras). El tramo de forro pegado a cada cuaderna debe aguantar la fuerza



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cortante que le envía el resto del forro y que luego transmite a la cuaderna comouna fuerza radial. La deformación radial de una cuaderna, en función de lasfuerzas radiales que soporta, es una ley conocida (depende de su área y de suradio).

Resolviendo la ecuación diferencial anterior (de la Figura), se obtiene en claro la función w

que representa el movimiento hacia el centro del anillo de la pared del forro, función delradio del anillo, del espesor del forro, de la rigidez de las cuadernas y del módulo deelasticidad del material utilizado. Es una función bastante compleja, por cierto.

Hay dos posibilidades de resolución, la lineal y la no lineal (respecto a la geometría). En lalineal, se considera que la deformación del forro no afecta al reparto y dirección de lasfuerzas exteriores, de presión, aplicadas a la geometría inicial. En la no lineal, se tiene encuenta la deformación del forro sobre las tensiones que crea el campo anterior de fuerzas.Ejemplo de caso no lineal: Como se puede observar en la Figura anterior, al deformarsela plancha en dirección al eje del cilindro, en el centro de las claras, las fuerzas depresión, principalmente las que van en sentido longitudinal, y que atacan al forrohorizontalmente, en la Figura, ya no actúan exactamente sobre el centro del espesor delas planchas sino excéntricas y eso modifica las tensiones, al crearse momentos

adicionales. Es lo que denomina el efecto “beam-column”, en inglés (o columna arqueada)y puede suponer un incremento en las tensiones longitudinales de hasta un 8-10 %. ¨

Hay numerosos investigadores que han tratado el tema, desde Von Sander y Gunther,Viterbo, Salerno y Pulos, Timoshenko- Woinowsky-Krieger (en su libro Teoría de Placas yLáminas) o W. Flügge (Stresses in shells), T. E. Reynolds, Budiansky, hasta otros masmodernos, como T.F. Ross (varios artículos en el R.I.N.A.), R.J. Roark, S. Kendrick yotros.

En las cuadernas situadas en las proximidades de los extremos del cilindro, el reparto dedeformaciones y tensiones ya no es tan simétrico, ya que en estos, por estar sujeto elforro a un mamparo plano, que suele ser mas rígido, respecto a las deformacionesradiales, que la cuadernas típicas, las deformaciones a un lado ya otro de las cuadernas

adyacentes ya no son exactamente iguales. No obstante, si se estudia el caso, lastensiones transversales en estas zonas son inferiores a las típicas y solo laslongitudinales, en las proximidades de los mamparos planos son superiores, pudiendollegar en algunos casos a valer el doble que las típicas. Por este motivo, la conexión de uncilindro a una cuaderna muy fuerte (bulárcama), o a un mamparo plano (aún mas rígidoradialmente), debe estar dotada de zonas de conexión o de transición especialmentediseñadas (con espesor creciente preferiblemente).

En el caso de unión a domos curvos el efecto es más moderado y las piezas de conexiónpueden evitarse o son muy ligeras, si se toman las precauciones correspondientes. Estassobre-tensiones son de carácter muy local (anillo estrecho próximo a la conexión, de



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longitud = tR ⋅ o banda de 20º en el domo), por lo cual a veces se las pasa por alto, en

cascos de baja responsabilidad, que suelen estar sobredimensionados, aunque lastensiones de discontinuidad que se crean tienen un gran impacto en la resistencia a lafatiga de estos recipientes. En la mayor parte de los Reglamentos estos efectos semencionan ligeramente, y ello exige un cálculo por separado, si se quiere garantizar laintegridad del casco durante un alto número de ciclos.

Los diversos reglamentos existentes presentan métodos para calcular las tensiones enuna clara típica de un cilindro reforzado, por lo que no vamos a incluirlos aquí, ya queocuparían bastante espacio. Solamente señalar que los puntos más cargados,sistemáticamente, en un cilindro provisto de cuadernas uniformemente repartidas, que sonlos que determinan la resistencia mecánica del mismo, (sin contar la posible inestabilidad,si esta ocurre antes), son los siguientes (todos a compresión):

a) Tensión longitudinal en el forro, por el interior, en la zona de contacto del forro conlas cuadernas (o sea en la zona de forro sobre el que se suelda el pié de lascuadernas y sus proximidades).

b) Tensión transversal en el forro, en la zona central de cada clara, por el exterior.

En el resto de la clara existen tensiones inferiores bajas, que no son determinantes,aunque podrían servir para definir el estado general de tensiones, obtenido como unamedia de las existentes, en una sección o dirección determinada.

Considerando un estado bidimensional de tensiones, en el plano tangente de lasplanchas, estas tensiones máximas se suelen combinar con las ortogonales en el mismopunto, según el criterio de rotura de Von Mises-Hencky, el más apropiado en este caso, yaque las fuerzas cortantes son casi nulas, según este plano. Esta formula se puede aplicaren las superficie exterior de las planchas, en la interior o a medio espesor, según interese,dando resultados diferentes.

Es la expresión siguiente:

=σcombinada2yyx

2x σ+σ⋅σ−σ

siendo σx y σy las tensiones según dos ejes perpendiculares ente si (longitudinal ytransversal) en un punto de la piel del interior, a medio espesor o del exterior del forro. Seignora la tensión en dirección normal al espesor, por ser muy pequeña. La tensióncombinada (o efectiva) siempre es un poco menor que la máxima de las dos que

intervienen. Así por ejemplo en un cilindro simple, sin refuerzos, (σy = σx / 2 ), la tensión

combinada, en cualquier punto del espesor, es de valor:



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=σcombinada 4 / 2 / 2xxx

2x σ+σ⋅σ−σ = xx 866,025,05,01 σ⋅=+−⋅σ

O sea, afectos prácticos, la tensión global representativa del estado de tensiones en

cualquier punto del espesor, es inferior a la máxima, σx , y si esta era igual a la de fluencia

podría pensarse que el cilindro estaba a punto de ceder por tensiones. Sin embargo, aúntiene una reserva de resistencia del 15% (=1/0,866) hasta llegar a la fluencia.

Las cuadernas están sometidas a unas fuerzas radiales uniformes a lo largo de superímetro, que son las fuerzas con que el forro las comprime. Las cuadernas se contraenradialmente por este motivo. Esto crea unas tensiones circunferenciales (en direccióntransversal al eje del anillo) en estas, de compresión.Las tensiones en las cuadernas, en sentido perimetral, tienen un valor similar a la tensióntransversal media ( = a mitad del espesor) existente en la banda de forro (anillo estrechocircunferencial) en contacto con estas, (mas un 10-15 %, debido al efecto de Poisson queactúa sobre la plancha y no sobre la cuadernas). Asimismo como su radio medio esinferior al del forro, la tensión es un poco más elevada que la del forro, para la mismadeformación radial.No obstante comparadas con las máximas que existen en el forro (que incluyenmomentos flectores longitudinales, etc.), las tensiones en las cuadernas son del orden del

60-80 % de estas, lo cual que, por tensiones, las cuadernas están siempre masdescargadas que el forro, en la hipótesis de una anillo perfectamente circular y conpresión uniforme exterior.

CONSTRUCCION de anillo cilíndrico reforzado por cuadernas en T

En un caso real, carga exterior hidrostática (lineal, no constante) y circularidad imperfecta,aparte de tener que soportar estas tensiones básicas, las cuadernas también estánsujetas a momentos flectores que tienden a incrementar su ovalización inicial (deconstrucción), en su plano, pudiendo fallar (plegar) si esta ovalización inducida es



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excesiva, arrastrando el forro con ellas y provocando el colapso total de la estructura. Poreste motivo, la sección recta de las mismas (realmente la inercia combinadaforro+cuadernas) debe tener unas dimensiones mínimas, unido esto a una separaciónmoderada entre cuaderna y cuaderna, para que la carga del forro se reparta en unnumero elevado de estas. Es comprensible que, si las cuadernas están muy separadas, laplancha que cubre el vano entre estas, esté más “desprotegida” y expuesta a fallar que siel vano es más pequeño.

(Para conocer con más precisión el asunto de las tensiones, en el forro y las cuadernas,conviene consultar los Apartados de Casco y Estructuras que aparecen en otrasSecciones de este Foro de Submarinos, del COIN).

En un caso normal, en un submarino de gran tamaño, en el que no existan las grandespenetraciones que se suelen instalar en los cascos de los sumergibles de recreo, conmotivo de los ventanas transparentes o las escotillas de acceso, (hablando relativamente,en comparación con el pequeño diámetro que tienen estos cascos), la distancia óptima

entre cuadernas es del orden de tR8,1 ⋅⋅ a tR2,2 ⋅⋅ , siendo R el radio del cilindro que

forma el casco y t su espesor. Para un casco de unos 2 a 3 m de diámetro, como puedeser el de un vehículo de recreo, la separación optima de las cuadernas, para un acero decaracterísticas medias, es de unos 250 a 400 mm. La distancia entre cuadernas, no

obstante, está condicionada por la existencia de los portillos transparentes, que puedentener un diámetro bastante elevado (hasta unos 750 mm), que las interrumpen, por lo queno se podrían instalar cuadernas completas. Entre portillos hay que dejar una zonamaciza, de forro, de una anchura adecuada (> 150 mm) para que no quedeexcesivamente debilitado el casco en estas zonas, aunque el borde de los portillosdisponga de una fuerte brazola de acero. Lo mismo ocurre en la zona donde se asientanlas escotillas de acceso.

Hay que tener en cuenta que el ancho asociado de plancha de forro, para el cálculo de la

inercia combinada de las cuadernas es aproximadamente del orden de b=1,4 tR ⋅ , lo

que representa un valor apreciable, p.e. para R = 1 m y t =10 mm, b = 140 mm, por lo cualsi se deja una distancia entre bordes de portillos inferior a esta medida, la inercia que se

podría obtener se vería reducida, salvo que se incremente el espesor, invitando porconsiguiente a aumentar el espesor en las zonas de forro intercaladas entre portillo yportillo (exclusivamente por este motivo), aparte de las compensaciones que haya querealizar, que podrían realizar una doble función: reforzar/compensar el casco acompresión pura y dotar de la inercia necesaria a las cuadernas, a efectos de flexión.Asimismo, en las cuadernas interrumpidas, hay que poner en duda si la inercia de estaspuede considerarse la nominal en la zonas de los portillos, por muy fuertes que sean susbrazolas, ya que podrían estas alabearse con una relativa facilidad, no obteniéndose laresistencia frente al flexión que se tiene en las zonas en que las cuadernas están intactas.

Un asunto importante es el material del casco, normalmente acero. Las diferentesSociedades de Clasificación presentan las exigencias a cumplir por los materiales aemplear, los electrodos a utilizar, etc.

En general, pare estos artefactos, cuando la presión es baja (5 a 10 bares), un buen aceronaval es suficiente, o sea un acero al carbono-manganeso o un acero de baja aleación, alno obtenerse ventajas apreciables en el peso de la estructura si se utilizan acerossuperiores. Para presiones más altas hay que recurrir a aceros de alto límite elástico(HY80, HY100, HY130, etc.).

Así por ejemplo el ABS cita, en Sección 4 del UWVS, para las planchas, los aceros CS, E,EH32 y EH36, los aceros ASTM A516 grados 55, 60, 65 y 70, los HY80 y HY100, (paraalta profundidad), etc.El Germanischer Lloyds requiere los aceros GL-D 32 y 36 o los GL-E 32 y 36, comoaceros normales.



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Estos aceros deben cumplir unos requisitos mínimos de resiliencia que se presentan enlos reglamentos correspondientes, lo que les confiere una cierta resistencia al choque.Así por ejemplo, para un acero del Bureau Veritas catalogado como de 360 N/mm 2, laresistencia a la rotura es de 360-430 N/mm2, la tensión de fluencia de 235 N/mm2 y laenergía Charpy-V de 27/16/12 Julios, según la dirección del golpe, a -20º o -40ºC,mientras que para aceros catalogados de 510 N/mm2, (355 N/mm2 de tensión de fluencia)

estos valores son de 40/21/16 J a la misma temperatura.

Asimismo, una buena elección de los electrodos, que dispongan de una buena resistenciay soldabilidad, es esencial.

SM50 VOYAGER. Casco resistente

Este caso lleva por el exterior unas cuadernas y unos refuerzos bastante grandes enforma de marco que servirán para anclar los tanques altos de lastre y la estructura de lacubierta. Obsérvense las dos brazolas de escotilla, en la parte alta y la defensa de tubo delos portillos.

En conclusión, cuando se trata de un casco (que tiene una parte cilíndrica), hay quedefinir, como asuntos principales y básicos, en conexión con los requisitos que imponenlos Reglamentos:

• Las características mecánicas y de soldabilidad del acero a utilizar, electrodos, etc.

• Su diámetro,

• El espesor general del cilindro,

• La disposición y diámetro de los principales orificios (escotillas, portillos yventanas) y como se van a compensar, (pueden tener impacto en la definición dela clara entre cuadernas).

• La distancia entre cuadernas mas apropiada, coherente con el diámetro de laspenetraciones, (ver Apdo. de la compensación de las penetraciones),

• La composición estructural de las cuadernas (normalmente forma de T) y losespesores de los elementos,



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• Qué domos se van a utilizar, como se van a efectuar las conexiones de los mismosal cilindro (si hay que reforzar, etc.) y a qué distancia de la cuaderna más próxima.

• Estudio de los detalles estructurales mas importantes y críticos, patas de apoyo,quillas, anclajes de tanques exteriores, tanques interiores si los lleva, etc.

• Diseño los portillos y ventanas transparentes. Soluciones constructivas.

• Traquedo de las planchas, posición de las costuras, encastres, etc.

• Métodos constructivos, curvado planchas y perfiles, fabricación de domos, etc.

• El control dimensional, tolerancias nominales, ovalizaciones máximas admisibles,etc.

• Calidad, inspecciones y verificaciones durante la construcción, control radiográfico,etc.

Una vez efectuado esto, hay que verificar que los espesores de plancha, secciones einercia de las cuadernas, etc. son los requeridos siguiendo las especificaciones,exigencias y cálculos de los reglamentos, muchos de los cuales se citan o se incluyen enlos Apdos. que siguen.No se mencionan en estos Apartados los temas o cuestiones relativas a los métodosconstructivos, procesos y medios de soldadura, la fabricación y el montaje, etc. quepueden ser decisivos en la obtención de un buen y seguro minisubmarino.

En muchos casos, las dimensiones de los minisubmarinos son tan escasas que suconstrucción es dificultosa por falta de espacio, lo que puede derivar en una construcciónimperfecta o de baja calidad.En las láminas y fotografías que se incluyen a continuación se presentan ejemplos de ladisposición general de algunos sumergibles de recreo y unos pocos oceanográficos o deinvestigación, de sus cascos y de su fabricación, en muchos casos de elaboraciónbastante artesanal.Los hay de formas y conceptos clásicos (cilindros largos mas domos hemisféricos,elípticos, etc.) y otros de concepciones mas imaginativas, disponiendo de una granextensión de portillos transparentes, que en algunas casos, ya no son portillos sino queforman la parte principal del casco resistente.Los hay grandes, con capacidad para 20, 40 o mas pasajeros, los hay bipersonales eincluso monopersonales.

SADKO (diseñado por la Oficina Técnica Rubin, Rusia)



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SADKO

“SADKO”. Características principales

Eslora total 19,80 mManga 4,2 mCalado 3,8 mDesplazamiento 170 tCapacidad pasajerosTripulantesDiámetro de portillos

38 personas3 personas640 mm

Cota 40 mDiametro del casco resistente 2,8 mVelocidad máxima 3 nudos

El Sadko es el típico sumergible grande de pasajeros de concepción convencional,provisto de un casco cilíndrico alargado, suspendido bajo una plataforma/cubierta grande,de embarque, flotabilidad, (tanques de lastre), estabilidad y defensa, con un modestoportillo en proa, sobre domo esférico, una propulsión trasera mas o menos convencional(lleva 4 empujadores anidados), mas algunos empujadores transversales adicionales, entúnel, para aumentar la maniobrabilidad (dos en al quilla y dos verticales, proa y popa).Los asientos van montados de dos en dos, mirando hacia los costados.



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ATLANTIS, de Atlantis Adventures, (constructor: Sub Aquatics Developments Corp).

Los Atlantis, en su numerosas variantes, son submarinos que han tenido mucho éxitocomercial y están difundidos por todo el globo, en áreas turísticas. Obsérvese que lospasamanos no abracan la manga total del artefacto, a causa de las restricciones que laestabilidad en superficie impone (momento escorante de los pasajeros, en cubierta).

ATLANTIS versus DEEP WORKER



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DEEPSTAR (ex - Seabus de Comex, Francia)

DEEPSTAR (ex – SEABUS de Comex, Francia)

DEEPSTAR (ex–SEABUS de la Cia. Comex, Francia)

Los Deepstar son sumergibles muy particulares ya que el casco cilíndrico, está formadopor sectores transparentes de una gran extensión. El domo de proa es totalmentetransparente. Obsérvense los “pods” o contenedores cilíndricos de baterías en la parteinferior del casco, que permiten ser utilizados como quillas.



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DEEPSTAR. (SEABUS) InteriorSEABUS- DEEPSTARCaracterísticas Principales

Eslora 19,0 mManga 4,0 m

Calado 3,1 mDesplazamiento 90 tCapacidad 45 personasTripulación 2 personasCota 80 mDiámetro del CR 2,2 mDiámetro ventana proa 2,2 m

SM 100/26 de Tarw Trading Oy Ltd. (Finlandia)

SM 100/26 (CAPTAIN MORGAN). Construido por Tarw Trading Oy Ltd. (Finlandia)



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SM 100/50 (VOYAGER) Construido por Tarw Trading Oy Ltd. (Finlandia)

SM 100/50 (VOYAGER) Construido por Tarw Trading Oy Ltd. (Finlandia)

Los Voyager son sumergibles muy populares, de un concepto convencional, quedisponen de una vela muy distintiva, con alerones a modo de un submarino militar.



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SM 100/50 (VOYAGER)100/50 de Tarw Trading Oy Ltd. (Finlandia)

SM 50 (VOYAGER) de Tarw Trading Oy Ltd. (Finlandia)

VOYAGER 100/50.Principales Características

Eslora total....………..……...... ... 22,2 mManga total.. ……………. ........ … 3,3 mAltura………… ………………. … 6,8 mCalado….……………………… … 3,2 mCapacidad pasajeros…………... 48Tripulantes………………….. …….. 2-3Cota máxima servicio…....... ……..100 mVelocidad max. inmersión……. . …. 5 nVelocidad max. superficie….... ……7 n

Desplazamiento.………….. ……….98 t.Francobordo (hasta tapa escotilla) 0,85 m



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U.S. CONSTELLATION RS-2 de Kokes Marine Technologies, LLC, EEUU.

Este es un submarino grande, para servicios varios, dotado de una gran ventanatransparente en la proa y otra en la vela, que puede ser propulsado en modo AIP, (versiónCorsair), mediante un motor diesel-argon en circuito cerrado. No dispone de portillostransparentes laterales.

PS 700 de PSI Francia. Modelo CAD



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BS600- BLUE SAFARI- PSI Francia

Existen diseños muy atractivos, de la firma PSI, francesa, formados por uncasco transparente constituido por un cilindro o sectores cilíndricos, de ejevertical, lo cual permite una amplia visión del entorno. Llevan un cuerpoflotante en la parte alta, que les sirven de protección y en el fondo se incluyenlas baterías y los elementos mas pesados.

SMAL 202 (PSI, Francia)



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LONG RANGER

Este sumergible permite lanzar y recoger buceadores a través de su cámara detransferencia o esclusa (diver lock-out chamber).

CSSX 2000 de Carsten Standfuss. Versión 2

Este sumergible, de operaciones especiales, permite lanzar y recoger buceadores através de su cámara de transferencia (diver lock-out chamber).



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CSSX 2000 de Carsten Standfuss. Versión 2

Este sumergible, de operaciones especiales, permite lanzar y recoger buceadores através de su esclusa (diver lock-out chamber) situada en proa.



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ANZ de Underwater Vehicles Inc.

Capacidad para 5 personas.Cota de 280 m.Obsérvese el carretel de cabo

de boya de rescate, en cubierta.Dos ventanas esféricas, de 1,47m de diámetro (150º), una encada extremo del casco, conasiento cónico.Siete portillos planos de 200mm de diámetro interior, conasiento cónico.

SM 80/2 de Tarw Trading Oy Ltd. (Finlandia)



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RESORTSUB-SPORTSUB (Internacional VentureCraft Corp.)

Parte 2. Casco y Estructura (1)(1)

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