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Abanderamiento de la vela latina de la Facultad Náutica de Barcelona

Trabajo final de Grado

Facultad de Náutica de Barcelona Universidad Politécnica de Cataluña

Trabajo realizado por:

José Mª Ulldemolins de Olives

Dirigido por:

Aleix Sellés

Marcel·la Castells Sanabra

Grado en Ingeniería en sistemas y tecnología naval

Barcelona, 8 de julio de 2014.

Departamento de ciencia e ingeniería náutica.


ii

Agradecimientos

Agradezco a todas las personas que han hecho posible el desarrollo de este proyecto, destacando la ayuda de toda mi familia y la paciencia de mis tutores, Aleix Sellés y Marcel·la Castells


iv

Resumen

Con este proyecto se pretende conseguir la obtención de todos aquellos informes técnicos

necesarios para el abanderamiento de una embarcación ya construida y sin marcado CE. El objetivo es

que un ingeniero naval titulado pueda aprobar tanto los planos como las pruebas técnicas demandadas

por Capitanía General. De este modo, el proyecto está enfocado en la obtención de dichos requisitos sin

olvidar que se trata de un proyecto final de grado y que el estudiante tiene que justificar todo el proceso

de realización del proyecto y de aprendizaje. Por dicho motivo, la distribución del proyecto se ha llevado

a cabo de tal forma que se pueda encontrar los documentos técnicos en los anexos y el proceso de

obtención de resultado y llevado a cabo por el estudiante en los capítulos.

Dado que el proyecto consiste en realizar el proyecto técnico de una embarcación ya construida,

el trabajo realizado se trata de un ejercicio de ingeniería inversa. Como todo ejercicio de ingeniería

inversa el objeto de estudio está determinado y la función del proyectista es la de intentar obtener la

mayor información posible relativa al objeto. En este caso particular, el ejercicio de ingeniera inversa ha

empezado con el escaneado de la embarcación, obteniendo así una nube de puntos en soporte .3dm,

mediante la cual se ha podido obtener un modelo digital de la embarcación del que se han podido

obtener los planos propios de esta. Así pues, se ha obtenido un plano de formas, un plano de

distribución interior, un plano de disposición general, un plano de reserva de flotabilidad y un plano de

distribución del laminado. Mediante el modelo, también se ha podido analizar la estructura de la

embarcación, la cual se ha comprobado que cumple con los requisitos de escantillonado determinado

en la normativa ISO 12215-5 y ISO 12215-6. Con respecto a la estabilidad, se ha simulado el modelo en

“Maxsurf stability” y se ha determinado que la embarcación cumple con los requisitos mínimos de

estabilidad de acuerdo con la normativa ISO 12217-2, con categoría D de diseño y 6 tripulantes. Además,

en ese proyecto se ha analizado el sistema de achique de la embarcación y se ha determinado que es

insumergible gracias a la reserva de flotabilidad presente en la embarcación.

De este modo, se puede indicar que la embarcación contiene ahora el estudio necesario de su

funcionamiento, así como de los documentos necesarios requeridos para llevar a cabo el proceso de

abanderamiento.

v

Abstract

This project pretends to provide the necessary technical information of the FNB Lateen Rig boat in order

to have a project which a naval engineer could validate in the future. The technical project is part of the

documentation that “Capitania General” requests when a ship is registered.

Nowadays, the “Facultad Náutica de Barcelona” owns the boat without having registered it and they can

only use it under some predefined conditions. For this reason, the main goal of this project is to register

the boat so unrestricted navigation will be possible.

Moreover, as a degree final project, the student should demonstrate all the process that it has been

carried out. Therefore, the reader can find the followed process in the body of this document and the

technical documents in the annexes. The most important part of the process is the representation of the

hull of the ship. The shape of the hull model has been obtained from a cloud of points scanned with a 3D

laser scanner. A good representation of the hull is necessary in order to obtain accurate results in the

next points:

Boat plans:

The ship needs plans that define its structure, its materials, its shapes and its elements. Five plans have

been obtained by doing this project: shape plan, general plan, inside plan, buoyancy plan and fiber-glass

distribution plan.

Structural analysis:

In this section, the hull ship and its decks have been analyzed. From this analysis it is possible to say that

the boat complies with the normative ISO 12215-5 “Hull construction and scantlings. Design pressures

for monohulls, design stresses, scantlings determination.”

Stability requirements:

In this point, the boat has been analyzed in order to check the minimum requirements of stability.

According to the normative ISO 12217-2 “Stability and buoyancy assessments and categorization.

“Sailing boats of hull length greater than or equal to 6m.” it belongs to the category D and it can sail

with 6 passengers.

Bilge-pumping system

According to the“circular nº 7/95 de la DGMM con asunto: construcción, equipo y reconocimiento de

embarcaciones de recreo” the ship complies with the minimum requirements of the bilge-pumping

system. Moreover, its buoyancy has been tested so, it is an unsinkable boat.

From these results, it is assumed that the ship could be registered.


vi

Tabla de contenidos

AGRADECIMIENTOS II

RESUMEN IIV

ABSTRACT V

TABLA DE CONTENIDOS ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.

LISTADO DE FIGURAS VIII

CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES DE LA VELA LATINA DE LA FACULTAD NAUTICA DE BARCELONA 2

CAPÍTULO 2. ESCANEADO Y MODELAJE 3D A PARTIR DE UNA NUBE DE PUNTOS 4

2.1 OBJETIVO 4

2.2 ESCANEADO 4

2.2.1 ¿QUÉ ES EL ESCANEO? 4

2.2.2 PREPARACIÓN EMBARCACIÓN 4

2.2.3PROCESO ESCANEO 7

2.3 MODELAJE CON "RHINOCEROS" 8

2.3.1 ¿Qué es "Rhinoceros"? 8

2.3.2 Proceso de modelaje de la superficie del casco de la vela latina. 9

2.3.2.1 Alisado de la superficie. 10

2.3.2.2 Modelaje interior de la embarcación 13

CAPÍTULO 3. OBTENCIÓN DE PLANOS 26

3.1 OBJETIVO 16

3.2 PROCESO OBTENCIÓN DE PLANOS 16

3.2.1 PLANO DE FORMAS 16

3.2.2 PLANO DISPOSICIÓN GENERAL 19

3.2.3 PLANO DISPOSICION INTERIOR 20

3.2.4 PLANO RESERVA DE FLOTABILIDAD 21

vii

CAPÍTULO 4. ESCANTILLONADO 24

4.1 OBJETIVO 24

4.2 CALCULO DE PESOS 24

4.3 NORMATIVA ISO 30

4.4 COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LA EMBARCACIÓN CON LA NORMATIVA ISO. 34

CAPÍTULO 5. ESTABILIDAD 36

5.1 OBJETIVO 36

5.2 CONCEPTOS DE ESTABILIDAD 36

5.3 CALCULO DE C.G. 38

5.4 ANALISIS EN “MAXSURF STABILISTY” 42

5.5 RESULTADOS. 50

CAPÍTULO 6. JUSTIFICACIÓN DESAGUES DE BAÑERA Y ACHIQUE 54

6.1 OBJETIVO 54

6.2 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA 54

6.3 CUMPLIMIENTO DE LA NORMATIVA 55

BIBLIOGRAFÍA. 56

ANEXOS 58

ANEXO I. DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO DE ESCANEO UTILIZADO. 58

ANEXO II. PLANOS DE LA EMBARCACIÓN. 60

ANEXO III. LIBRO DE ESTABILIDAD 62

ANEXO IV. ANÁLISIS RESERVA DE FLOTABILIDAD. 72

ANEXO V. DISTRIBUCIÓN DE LAS DISTINTAS PARTES DE UNA EMBARCACIÓN DE VELA LATINA. 74


viii

Listado de Figuras Capítulo 1

Capítulo 2

2.2

Figura 1: Extracción de la embarcación del agua.

Figura 2: Apoyo de la embarcación en ruedas y defensas.

Figura 3: Maniobra de volcado.

Figura 4: Imagen de la obra viva después de su extracción del agua.

Figura 5: Limpieza de la embarcación.

Figura 6: Imagen de la embarcación pintada con “antifouling”.

Figura 7: Imagen de burbujas de osmosis en la obra viva.

Figura 8: Posición de esferas y posiciones de escaneo tomadas alrededor de la embarcación.

2.3

Figura 1: Imagen de la nube de puntos abierta en el programa “Rhinoceros”.

Figura 2: Imagen frontal de la embarcación dividida en 13 secciones transversales.

Figura 3: Imagen del trazado de una línea a través del Contorno de un corte transversal.

Figura 4: Imagen de la estructura del casco realizada con líneas.

Figura 5: Comparación de curvatura según el número de puntos de control.

Figura 6: Herramienta de reconstrucción de curvas de “Rhinoceros”.

Figura 8: Imagen del comando “Red de curvas” creando una superficie.

Figura 9: Análisis de la superficie, mediante el análisis de curvatura “Cebra”.

Figura 10: Líneas y superficies de la embarcación.

Figura 11: Embarcación sombreada en “Rhinoceros”.

Figura 12: Representación de la embarcación completa en superficies.

Figura 13: Representación de la embarcación en modo sombreado.

Figura 14: Imagen del modelo definitivo de la embarcación.

Capítulo 3

Figura 1: Imagen de la superficie de medio casco en “Rhinoceros”

Figura 2: Imagen de las líneas propias a secciones longitudinales.

Figura 3: Imagen de todas las líneas componentes del plano de formas en 3D.

Figura 4: Imagen del plano de formas.

Figura 5: Imagen de la embarcación en “Rhinoceros”.

ix

Figura 6: Imagen del plano de disposición general.

Figura 7: Imagen del plano de distribución interior de la embarcación de vela latina.

Figura 8: Imagen del plano de reserva de flotabilidad.

Capítulo 4

Figura 1: Imagen del modelo trimado según los calados obtenidos de la embarcación real.

Figura 2: Tabla de los valores hidrostáticos de la embarcación obtenidos en “ Maxsurf.

Figura 3: Imagen de las burbujas propias de la osmosis en el casco de la embarcación. Figura 4: Imagen de la medida tomada para b.

Figura 5: Imagen de la medida tomada para c.

Figura 6: Imagen perteneciente a la normativa ISO 12215-6, capítulo 7.1.3.

Capítulo 5

Figura 1: Imagen obtenida en www.enc.es y que representa la estabilidad positiva. Figura 2: Imagen obtenida en www.enc.es y que representa la estabilidad nula.

Figura 3: Imagen obtenida en www.enc.es y que representa la estabilidad negativa.

Figura 4: Imagen de la embarcación situada en el eje de coordenadas.

Figura5: Imagen de la “loadcase” de “Maxsurf”.

Figura 6: Imagen representativa de las condiciones de fuerzas a las que esta sometida la embarcación en la

situación de peso en rosca.

Figura7: Imagen de la definición de normativa en “criteria”.

Figura 8: Imagen del resultado de la altura de inundación en “Maxsurf”.

Figura 9: Imagen representativa del cálculo del ángulo de estabilidad nula.

Figura 10: Imagen de los resultados STIX obtenidos en “Maxsurf”.

Figura11: Imagen representativa de la posición del centro de gravedad considerada.

Figura 12: Imagen representativa de las condiciones de fuerzas a las que está sometida la embarcación en la

situación de máxima carga.

Figura 13: Imagen del resultado según la normativa para la altura de inundación requerida.

Figura 14: Imagen representativa del calado de la embarcación en condiciones de máxima carga.


Figura 16: Imagen representativa del valor STIX para la condición de máxima carga.


x

Capítulo 6

Figura 1: Imagen de la bomba de achique manual de la embarcación.

Figura 2: Imagen de un imbornal de la embarcación.

Figura 3: Imagen de la distribución de los elementos del sistema de desagüe y achique.

Anexo I

Figura 1: Imagen del escáner utilizado.

Figura 2: Imagen extraída de www.captae.com sobre el funcionamiento del escáner.

Anexo V

Figura 1: Imagen representativa de las partes de una embarcación de vela latina.


2

Capítulo 1. Antecedentes de la vela latina

de la Facultad Náutica de Barcelona.

La información acerca de la vela latina anterior a octubre de 2013, es escasa por no decir nula. Tan sólo

se sabe que pertenece a la Facultad Náutica de Barcelona y que no se puede usar debido a la

inexistencia de papeles y certificados de la embarcación. No se ha encontrado documentación al

respecto ni en la biblioteca, ni en secretaria.

En octubre de 2013, la embarcación se encuentra con un aspecto de dejadez considerable, estando la

mayor parte de la pintura agrietada. Se pueden apreciar unos fondos sucios, por lo que se supone que la

embarcación lleva como mínimo un año natural sin salir del agua. Aún así, el aspecto tanto de la madera

como de la fibra es bueno, estando el gelcoat interior en buen estado. En cambio, el suelo de la

embarcación, también de madera, presenta signos de putrefacción. Acerca de los elementos propulsivos

de la embarcación, se sabe qué mitad de la antena se ha partido y se está restaurando en el varadero de

Badalona. El timón, el palo, la vela y los remos se encuentran en buen estado guardados bajo techo. En

el anexo v, se puede consultar los distintos elementos de la embarcación de vela latina.

Entre febrero y marzo de 2014 se lleva a cabo un proceso de remodelación de la embarcación,

sacándola fuera del agua. Se aprovecha entonces para la limpieza y el pintado de la obra viva, y se

detecta un proceso osmótico en el casco de la embarcación. Será durante ese periodo cuando se

aprovechará para cambiar el suelo de madera por un nuevo de contrachapado marino, así como para

pintar el casco, lijar y barnizar los bancos de madera de Iroko1. Será durante ese primer cuatrimestre de

2014 cuando se empieza el proceso de abanderamiento de la embarcación aprovechando el Proyecto

Final de Grado de un alumno de la Facultad Náutica de Barcelona, que finaliza sus estudios en “Grado en

Ingeniería en Sistemas y Tecnología Naval”.

1 Según wikipedia, es el nombre que recibe la madera del árbol tropical Milicia excelsa. Por su similitud en aspecto

y propiedades con la madera de Teca, es denominada a veces como la "teca africana", siendo frecuentemente utilizada como sustituto de bajo coste de ésta. Es una madera dura y muy resistente, de color marrón claro o marrón amarillento/dorado.

Capítulo 1. Antecedentes de la vela latina de la Facultad Náutica de Barcelona.

3


4

Capítulo 2. Escaneado y modelado a partir

de una nube de puntos.

2.1 objetivo

El objetivo perseguido con el escaneado 3D de la embarcación, es conseguir una representación exacta

en soporte digital de dicha embarcación. Esta representación nos permitirá modelar una superficie, de

forma que la extracción de información que se pueda obtener de la superficie sea extrapolable a la

embarcación real.

A través de la superficie modelada, se pretende obtener los planos, y la base para simulaciones y

cálculos necesarios para el abanderamiento de la embarcación.

Se ha optado por el método del escaneo por la mayor exactitud en las medidas tomadas en detrimento

de otros métodos como por ejemplo la toma de medidas manuales, que no nos aseguran un grado de

precisión del escaneo.

2.2 Escaneado

2.2.1 ¿Qué es el escaneo?

El escáner utilizado para llevar a cabo esta tarea, ha sido un escáner de la empresa “CAPTAE”

con la que se ha contactado a través del profesor de la Facultad Náutica de Barcelona, Alejandro

Besednjack.

Este escáner situado como origen de un sistema de coordenadas esférico, asociará cada punto

que detecte de la embarcación con una coordenada φ y θ y con una distancia d. Así pues, cada

punto del modelo quedará definido tridimensionalmente mediante las coordenadas esféricas.

Posteriormente, la información recopilada por el escáner es pasada a soporte digital de modo

que se pueda interpretar mediante algún programa de diseño. En este caso, el programa elegido

es “Rhinoceros”.

2.2.2 Preparación de la embarcación

Con la finalidad de que el escáner captase de la forma más precisa posible la superficie del casco

de la embarcación, se ha tenido que preparar previamente esta superficie. El proceso llevado a

cabo para tal propósito ha sido el siguiente:

Capítulo 2. Escaneado y modelado a partir de una nube de puntos.

5

1. Extracción de la embarcación en el varadero del Real Club Náutico de Barcelona y

posicionamiento de la embarcación con la quilla hacia arriba, de modo que se facilitase el

posterior proceso de escaneo.

Cabe decir que este proceso no resulta fácil cuando la embarcación de 7.3m de eslora

pesa alrededor de 1 tonelada. Para conseguir dicho objetivo se ha tenido que disponer de

varias personas así como de ruedas y maderos para evitar el contacto de la embarcación con

el suelo. También se ha necesitado de un “Toro” que ayudase a volcar completamente la

embarcación. A continuación podemos ver la secuencia del proceso en imágenes:

Figura 1: Extracción de la embarcación del agua.

Figura 2: Apoyo de la embarcación en ruedas y defensas.


6

Figura 3: Maniobra de volcado.

2. Limpieza y pintado del casco de la embarcación. La limpieza del casco se antoja fundamental

para conseguir un buen escaneo, de modo que el escáner pueda captar con la máxima

precisión posible la superficie de la embarcación. Es importante decir que en el caso de que

hubiera cualquier alga, erizo u objeto en el casco, estos quedarían retractados en el escáner.

En nuestra embarcación, el hecho de que hiciera tiempo que no se sacaba fuera del agua,

hace más comprensible este proceso. Para visualizar la importancia, podemos observar la

siguientes imágenes y la diferencia de estado de la obra viva de la embarcación:

Figura 4: Imagen de la obra viva después de su extracción del agua.

Figura 5: Limpieza de la embarcación.


7

Figura 6: Imagen de la embarcación pintada con “antifouling”.

Una vez tenemos la obra viva limpia, recta y paralela al suelo, tenemos el casco preparado para

el escaneo.

Considero importante comentar, que durante el proceso de limpieza de la obra viva, se detecto

en la embarcación un problema de osmosis, al encontrar sobre la superficie burbujas de un

tamaño considerable tal y como muestra la siguiente imagen:

Figura 7: Imagen de burbujas de osmosis en la obra viva.

2.2.3 Proceso de escaneo

Para un buen escaneado, se precisa de diferentes puntos de escaneos con el fin de conseguir

escanear la superficie completa del casco. En nuestro caso, el proceso de escaneo se ha llevado

mediante 5 puntos de escáner, en 5 puntos diferentes alrededor del casco. Para entender

porque se precisan de tantos puntos, vamos a explicarlo.

El escáner tomará medidas de todo objeto que se encuentre en su radio de operatividad y

cuanto más perpendicular a la posición de escáner se encuentre el objeto, mejor.


8

Las diferentes posiciones de escaneo se podrán posteriormente unir para formar un solo

elemento, gracias a la posición de unas esferas con un determinado e igual diámetro colocadas

alrededor de la embarcación. Así pues estas esferas nos servirán como puntos de control tanto a

la hora de hacer el escaneado, como a la hora de la unificación y centrado de la imagen

posterior en el ordenador.

Como requisito, desde cada posición de escaneo se han de poder visualizar 3 esferas, de modo

que la posición de escaneo quede completamente situada en el sistema de coordenadas.

En la siguiente imagen podemos ver la posición de las esferas y las posiciones de escaneo

alrededor de la embarcación que hemos tomado a la hora de escanear nuestra barca.

Figura 8: Posición de esferas y posiciones de escaneo tomadas

alrededor de la embarcación.

2.3 Modelaje de la superficie con “Rhinoceros”

2.3.1 ¿Que es “Rhinoceros”?

Es un software que permite el modelado de elementos en tres dimensiones basado en NURBS.

Es muy utilizado en el ámbito ingenieril, arquitectónico o diseño, y dados sus buenos

resultados, es muy conocido en el campo de la ingeniería naval.

Utilizaremos “Rhinoceros” con el fin de modelar una superficie que podamos usar con el fin de

sacar planos con “Drafsight”2 y simular sus propiedades con “Maxsurf”3.

2 Drafsight es una alternativa a AutoCAD desarrollada por Dassault Systèmes que nos ofrece un software multiplataforma y gratuito para visualizar y editar archivos con formato DWG. Según la fuente www.bitelia.com 3 Maxsurf ofrece herramientas altamente especializadas para modelar cascos, apéndices y superestructuras

usando superficies NURBS trimadas. También incluye herramientas de transformación paramétricas y análisis instantáneos de cálculos hidrostáticos y evaluación de curvaturas. Según la fuente www.software-shop.com


9

2.3.2 Proceso de modelaje

Gracias al escaneado, hemos podido obtener una nube de puntos en formato “Rhinoceros” que

refleja la superficie del casco de la embarcación de vela latina.

Figura 1: Imagen de la nube de puntos abierta en el programa “Rhinoceros”.

Así pues, esta ha sido nuestra principal herramienta a la hora de modelar una superficie con la que

poder trabajar.

Lo primero que hemos hecho ha sido descomponer la nube de puntos, obteniendo así puntos

propios de “Rhinoceros” lo que nos ha permitido poder hacer los cortes transversales y

longitudinales que hemos considerado oportunos con el fin de conseguir obtener una superficie que

se ajustara con la máxima precisión posible a la silueta de la nube de puntos. Los cortes que hemos

decidido hacer han sido uno longitudinal que cortara la quilla del casco y otro corte longitudinal que

nos dividiera el casco en dos partes simétricas para poder trabajar más cómodamente. Respecto a

los cortes transversales, se han realizado 13, que nos permitieran dibujar diferentes secciones a lo

largo de la embarcación, cada 55cm aproximadamente.

Figura 2: imagen frontal de la embarcación dividida en 13 secciones transversales.

Llegados a este punto, hemos dibujado mediante el comando “polilínea”, líneas que calcaran los

contornos de las secciones tal y como muestra la siguiente imagen:


10

Figura 3: Imagen del trazado de una línea a través del

contorno de un corte transversal.

Una vez hemos dibujado líneas a todos los contornos de los cortes realizados, hemos obtenido la

siguiente estructura del casco:

Figura 4: Imagen de la estructura del casco realizada con líneas.

Una vez hemos llegado a este punto, podremos crear una superficie mediante el comando

“´Red de curvas”. Conseguir una superficie suave y lisa es fundamental y no se podría haber

conseguido sin las herramientas con las que cuenta “Rhinoceros” para “reconstruir curvas”.

Conseguir esta superficie lisa, ha sido uno de los mayores problemas con los que me he

encontrado antes de tener un modelo 3D óptimo.

2.3.2.1 Alisado de la superficie

El alisado, es la principal causa por la que a la hora de dibujar líneas, hemos separado el casco de la

quilla, evitándonos así una unión complicada de uniformizar. Una vez evitado ese problema, hemos

seguido tres principios básicos:

- Usar los mínimos puntos de control posibles en las curvas

- Usar las mínimas curvas posibles a la hora de hacer superficies.

- Controlar que la tendencia de curvatura sea lo más uniforme posible entre todas las líneas.


11

Figura 5: Comparación de curvatura según el número de puntos de control.

Para conseguir el primero de los tres puntos, hemos utilizado la herramienta de reconstrucción de

curvas de “Rhinoceros”, “Reconstruir curva”. Esta herramienta nos permite controlar el número de

puntos de control que queremos en nuestra curva y el grado de curvatura deseado para la misma.

En la siguiente imagen, podemos apreciar cómo funciona la siguiente herramienta:

Figura 6: Herramienta de reconstrucción de curvas de “Rhinoceros”.

Como se puede apreciar en la imagen anterior, seleccionando una curva y haciendo uso del

comando, podemos actuar sobre dicha curva en sus puntos de control y en el grado de curvatura de

la misma.

Para utilizar estar herramienta hemos seguido las indicaciones dadas por el gráfico de curvatura de

“Rhinoceros”, tal y como se indica en la siguiente imagen:

Figura7: Gráfico de curvatur.


12

Sabemos que para curvas de un solo grado (línea recta) se necesitan dos puntos de control, que

para curvas de dos grados, se necesitan 3 puntos de control y así sucesivamente. Así pues, según el

gráfico de curvatura, se puede observar claramente el grado de curvatura de cada curva, lo que nos

proporciona la información necesaria para actuar sobre ella con la herramienta de reconstrucción.

Una vez tenemos todas las curvas reconstruidas con los mínimos puntos de control, estamos en

condiciones de probar de hacer superficies a través de las curvas con el comando “Red de curvas” y

siguiendo la premisa anterior, de utilizar el mínimo número de curvas posible.

Después de varias pruebas, se ha considerado que la combinación que ofrecía mejor resultado es la

siguiente:

Figura 8: Imagen del comando “Red de curvas” creando una superficie.

Para analizar el estado de la superficie, “Rhinoceros” cuenta con herramientas de análisis de

curvatura para superficies tales como el análisis mediante línea gaussiana o el análisis de curvatura

cebra. En este caso se ha utilizado el “análisis cebra” por considerar que era el más visual y práctico.

Figura 9: Análisis de la superficie, mediante el análisis de curvatura “Cebra”.


13

Para corregir los defectos de la superficie, se ha actuado del mismo modo que anteriormente con las curvas. Para ello, el principio base es que una malla regular en sus puntos de control, genera una superficie lisa. Por ello, se ha de actuar sobre los puntos de control, con la finalidad de conseguir una malla lo más ordenada y homogénea posible. Una vez satisfechos con nuestra superficie, el casco de nuestro barco se encuentra en estado óptimo para iniciar el modelado interior.

2.3.2.2 Modelaje interior de la embarcación

Con todo el casco modelado, se ha dibujado todo el interior de la embarcación. Para ello se han tomado

medidas propias de la embarcación y se han representado en el ordenador. Para conseguir el modelado

interior, se han utilizado líneas y superficies simples.

Uno de los principales problema en este punto, ha sido acceder a los compartimentos estancos de la

embarcación. Al ser necesario para la distribución de elementos de la embarcación, finalmente se ha

conseguido acceder a través de las juntas de estos.

Después de todo el proceso de modelización interior, obtenemos el siguiente modelo:

Figura 10: Líneas y superficies de la embarcación.

Figura 11: Embarcación sombreada en “Rhinoceros”.

Para finalizar el proceso de modelización de la embarcación nos faltará representar: el mástil, el timón,

la antena y la vela(consultar Anexo V). De estos elementos también se han tomado medidas reales y se

han representado en el ordenador, la representación obtenida es la siguiente:


14

Figura 12: Representación de la embarcación completa en superficies.

Figura 13: Representación de la embarcación en modo sombreado.

Figura 14: Imagen del modelo definitivo de la embarcación.


16

Capitulo 3. Obtención de planos

3.1 OBJETIVO

El objetivo en este capítulo es la obtención de todos los planos necesarios para definir el proyecto

técnico solicitado por el ministerio de fomento para el abanderamiento de la embarcación4. Estos planos

serán: plano de formas, plano de disposición general, plano de disposición interior, plano de reserva de

flotabilidad y el plano de distribución de fibra.

Estos planos se obtendrán partiendo del modelo “Rhinoceros”, el cual se exportará a un programa CAD

2D para imprimir. El programa CAD elegido es “Draftsight”, que contiene las herramientas necesarias

para poder conseguir dichos planos.

3.2 OBTENCIÓN DE PLANOS

3.2.1 PLANO DE FORMAS

El plano de formas es aquel que define todas las características del casco de una embarcación.

Suele constar de tres vistas: planta, alzado y perfil. Cada vista estará formada por diferentes

tipos de secciones propias de la embarcación. Así pues, el alzado quedará definido por secciones

longitudinales paralelas a la línea de crujía. El perfil por secciones transversales perpendiculares

a las secciones longitudinales. Por último, la planta quedara definida por diferentes líneas de

agua.

Para conseguir la vista de alzado, hemos utilizado el modelo 3D obtenido anteriormente en

“Rhinoceros”. Para conseguir las secciones necesarias, hemos dispuesto de una capa en la que

solo se apreciará el casco y la quilla de la embarcación. Gracias a la simetría de la embarcación,

se ha podido trabajar solamente con una mitad de la embarcación tal y como se aprecia en la

siguiente imagen:

4 Según www.fomento.gob.es el abanderamiento es el acto administrativo por el cual, tras la correspondiente tramitación, se autoriza a que una embarcación arbole el pabellón nacional.


17

Figura 1: Imagen de la superficie de medio casco en “Rhinoceros”.

Para definir las secciones longitudinales, se ha utilizado el comando “curvas a través de objetos”

propio del software, seleccionando la superficie del casco como objeto y realizando cortes cada

25cm desde la línea de crujía, obteniendo la siguiente imagen:

Figura 2: Imagen de las líneas propias a secciones longitudinales.

El mismo proceso se ha utilizado para obtener las líneas de agua, cada 20cm y las secciones

transversales cada 50cm. Para hacer más clara esta última interpretación de las secciones

transversales se ha dispuesto de la embarcación entera, repartiendo las secciones entre los dos

lados de la embarcación, quedando como límite la sección más exterior representada en los dos

lados.

Hemos obtenido pues todas las líneas que conformaran el plano de formas a través del modelo

3D, obteniendo al final la siguiente imagen:


18

Figura 3: Imagen de todas las líneas componentes del plano de formas en 3D.

Todas estas líneas se han exportado en formato DXF al programa “Draftsight”, ordenándolas

según la vista que definiesen. En los bordes de las vistas, se han situado unas reglas métricas

útiles para poder tomar medidas.

Las tres vistas se han impreso junto con una leyenda de características principales de la

embarcación y un cajetín con las características especificas del plano, en una hoja DINA2 a

escala 1/20. Este plano se encuentra disponible en el Anexo 2.

Figura 4: Imagen del plano de formas.


19

3.2.2 PLANO DE DISPOSICION GENERAL

El plano de disposición general es aquel que nos ilustra la embarcación en su globalidad,

incluyendo apéndices, jarcia, velas, remos, etc. En este plano se puede apreciar el

funcionamiento de la embarcación así como las dimensiones principales de la misma.

Nuestra embarcación, al tratarse de una vela latina se ha representado con su mástil, antena,

vela, timón y remos. Siguiendo el proceso anterior, primero se ha obtenido las líneas

representativas de los elementos en el programa “Rhinoceros” y se han exportado

posteriormente en DXF a “Draftsight”.

El plano de disposición general consta de dos vistas, una planta y un alzado, quedando así bien

definido todos los elementos de la embarcación. Estas dos vistas las completan unas reglas

métricas útiles para la toma de medidas. El plano en DIN A2 A escala 1/30, lo completa unas

cotas genéricas y un recuadro al lado con las dimensiones principales del palo, timón y remos.

Las imágenes del proceso son las que siguen:

Figura 5: Imagen de la embarcación en “Rhinoceros”.


20

Figura 6: Imagen del plano de disposición general.

El plano de disposición general se encuentra en el Anexo II.

3.2.3 PLANO DE DISPOSICION INTERIOR

El objetivo del plano de disposición interior es representar todos los elementos propios de la

embarcación. En el caso de la vela latina, la embarcación cuenta con dos zonas diferentes, una propia de

los asientos y otra a modo de suelo. Estas dos zonas corresponden a dos moldes diferentes que se han

unido al molde del casco, formando así la embarcación completa.

La zona superior está compuesta de unos asientos de fibra de vidrio (de 4mm de espesor) a lo largo de

todo el perímetro de la embarcación. En el hueco de en medio, encontraremos unos bancos de madera

de Iroko sujetados por refuerzos de madera de Pino enlaminados en el casco y unos refuerzos verticales

en crujía.

La zona inferior, el suelo, está formada por fibra de vidrio (4mm de espesor) y aporta un acabado

estético al suelo de la embarcación así como cierta rigidez al casco.

El proceso llevado a cabo para la obtención del plano, es exactamente el mismo que con los anteriores:

obtención de líneas representativas en “Rhinoceros” y exportación en DXF a “Draftsight”.


21

Este plano en DIN A2 y a escala 1/25 contiene tres vistas:

- Un alzado representativo de la cubierta superior con un corte en la línea de crujía.

- Un perfil desde la línea de crujía con un corte en el suelo.

- Un alzado del suelo.

Cada vista dispone de dos reglas métricas en sus dos direcciones y como todos los perfiles, este

también cuenta con la representación de la línea de calado.

Como en los casos anteriores, presento una imagen ilustrativa del plano a expensas de que éste se

encuentra en el Anexo II.

Figura 7: Imagen del plano de distribución interior de la embarcación de vela latina.

3.2.4 PLANO RESERVA DE FLOTABILIDAD

Mediante el plano de reserva de flotabilidad se persigue representar, situar y cuantificar el volumen en

este caso de “Airex5” que contiene la embarcación, así como de los compartimentos estancos. El

volumen de estos ayudará en caso de hundimiento de la embarcación a mantenerla a flote o en su

defecto, a incrementar su flotabilidad. Este aspecto se estudia en el anexo IV.

5 Material de baja densidad situado en espacios localizados de la embarcación con el fin de aumentar la reserva de flotabilidad de la embarcación


22

Disposición de la reserva de flotabilidad:

- La embarcación dispone de dos compartimentos estancos situados a proa y a popa en la parte

más baja de la embarcación.

- Dispone también de dos compartimentos de “Airex" situados a proa y a popa y por encima del

nivel del suelo

- Dispone de volumen de “Airex” en todo el espacio disponible debajo de los asientos, así como

en el compartimento de popa definido por el suelo.

En total se ha estimado una reserva de flotabilidad de 0.98m3.

El proceso llevado a cabo para la cuantificación y la elaboración del plano, ha sido:

1) El dimensionamiento de los espacios afectados en “Rhinoceros”.

2) Calculo de pesos de los elementos en una hoja Excel.

3) Rayado y sombreado en dos colores diferentes de los espacios afectados en “Draftsight” en

un plano DIN A2 a escala 1/20 con una vista en planta y otra en perfil. Dicho plano se puede

encontrar en el Anexo II.

Figura 8: Imagen del plano de reserva de flotabilidad.


23

El plano de distribución de fibra de la embarcación se ha conseguido una vez finalizado el capítulo 4,

donde se han analizado los diferentes espesores de toda la embarcación. Este plano se encuentra

disponible en el Anexo II y el proceso de obtención ha sido similar al de los demás. Cuenta con cuatro

vistas y diferentes colores en función del espesor de la embarcación en determinadas zonas.


24

Capítol 4. Escantillonado

4.1 OBJETIVO

Se busca con este apartado justificar que la embarcación cumple con los criterios de construcción

determinados por la normativa ISO 12215. Para ello hemos determinado el escantillonado de la

embarcación, comprobando que el espesor de fibra de la embarcación fuera igual o superior al mínimo

determinado por la normativa.

Dado que la embarcación ya se encuentra construida, la determinación del espesor al igual que la

determinación de los planos, es un ejercicio de ingeniería inversa.

4.2 CALCULO DE PESOS

El objetivo con el cálculo de pesos de la embarcación, es determinar el peso propio de la fibra de vidrio +

la resina. Así pues, posteriormente se podrá calcular el espesor de fibra de vidrio en el casco, ya que el

espesor tanto en los asientos como en el suelo se ha podido medir con un pie de rey, 4mm.

Para el ejercicio llevado a cabo, vuelve a ser básico el modelo 3D anterior completo, así como un estudio

de las propiedades de los materiales que componen la embarcación. Contando con estos dos aspectos

se podrá calcular el peso de todos aquellos elementos que no sean fibra de vidrio de la embarcación y

restárselo al peso propio de la embarcación, su desplazamiento. Este dato se ha podido obtener al

exportar el modelo a “Maxsurf modeler” y a través de su comando “Datos hidrostáticos”.

El proceso llevado a cabo pues, será el siguiente:

1) Exportación del modelo completo del casco en formato .IGES, al programa “Maxsurf”, mediante

el cual podremos obtener todos los valores hidrostáticos de la embarcación, siendo en este

apartado el desplazamiento de la misma, el más importante. Desplazamiento = 1124 Kg.

2) Listado de todos los elementos diferentes a fibra de la embarcación en una hoja Excel.

3) Investigación de las características de los diferentes tipos de materiales que forman los

elementos anteriores.

4) Cálculo de las dimensiones principales de dichos elementos en “Rhinoceros”. Este apartado ha

sido posible gracias a la herramienta “cotas”, especialmente “cotas de área” propias del

software. Los diferentes valores obtenidos se tabularán en una hoja Excel.

5) Se calculará el peso de cada elemento con los datos de sus medidas y la densidad propia de cada

uno. Peso = Densidad x Volumen


25

6) Se calculará un peso total y se le restará al peso de la embarcación para obtener el peso relativo

a fibra y resina.

7) Se determinaran si los espesor de fibra de la embarcación cumplen con la normativa ISO 12215-

5.

Desarrollo y resultados obtenidos en el proceso:

1) Para poder exportar el modelo a “Maxsurf” y obtener valores hidrostáticos reales, se ha tenido

que preparar el modelo en “Rhinoceros” previamente.

El casco modelado se ha tenido que situar con su trimado correspondiente en la línea de

referencia de “Rhinoceros” a la altura de la línea de flotación real. Para conseguir esto, se ha

tenido que medir de la embarcación real y en la condición de carga adecuada, sus calados en

proa y en popa. Estas medidas aplicadas en el modelo, nos definen el desplazamiento real de la

embarcación.

o Para tomar las medidas de los calados de la embarcación real, se ha tenido que estibar

la embarcación en la condición de carga deseada, de modo que solo quedara en la

embarcación los elementos propios del casco y de las cubiertas. Con la embarcación

amarrada a tierra, con las amarras sin tensión y en condiciones de mar plana, se han

podido tomar medidas de los calados tanto de proa como de popa, utilizando como

referencia la regala de la embarcación. Las distancias obtenidas desde la regala hasta la

línea de flotación, han sido de 104cm a proa y 77cm a popa. Determinamos pues que la

embarcación se encuentra apopada.

o Las medidas determinadas en el apartado anterior, serán aplicadas en el modelo en

“Rhinoceros”, obteniendo la siguiente imagen:

Figura 1: Imagen del modelo trimado según los calados obtenidos de la embarcación real.

Según lo comentado anteriormente, el eje X ejerce en el modelo como línea de

flotación.


26

o Una vez se ha conseguido tener el modelo en las condiciones de flotabilidad adecuadas,

se ha podido exportar en formato .IGES a “Maxsurf”, con el que se ha podido obtener

los siguientes valores hidrostáticos para la embarcación:

Figura 2: Tabla de los valores

hidrostáticos de la embarcación

obtenidos en “ Maxsurf”.

2) El listado de todos los elementos diferentes a la fibra y pertenecientes a la embarcación, se han

listado en una hoja Excel y agrupándolos según su funcionalidad en: elementos estructurales,

espumas, pinturas, elementos de amarre y elementos propios del sistema propulsivo.

Los resultados obtenidos son los siguientes:

Elementos

Elementos estructurales banco1

banco2

banco3

suelo

regala

Nariz

Narizpopa

ApoyoRemo1

Apoyoremo2


27

Apoyoremo3

Apoyoremo4

Apoyoremo5

Apoyoremo6

Sujecciónbanco1

sujeccionbanco2

sujeccionbanco3

Refuerzobanco1

Refuerzobanco2

Refuerzobanco3

Refuerzobanco4

Refuerzobanco5

REfuerzobanco6

Mamparo1

Mamparo2

Mamparo3

Quilla

Mamparo4

Espumas Espumacubierta

EspumaPproa

Espumapopa1

Espumapopa2

Espumarefuerzo1

Espumarefuerzo2

Espumarefuerzo3

Espumarefuerzo4

Espumarefuerzo5

Pinturas Pintura exterior e interior

Pintura Asientos

Patente

Elementos de amarre cornamusa1

cornamusa2

cornamusa3

Cornamusa4

Cornamusa5

Cornamusa6

Elementos sistema propulsivo Sujeción palo-suelo

Sujeción palo-bancos


28

3) Las propiedades de los materiales de los elementos anteriores, se han tabulado en la misma

hoja Excel, y son los siguientes:

En el siguiente apartado, se puede ver la asociación de una densidad a cada elemento.

4) Para facilitar la comprensión en este apartado, se mostrará la hoja Excel que contiene las

medidas principales y los pesos de los elementos. Cabe resaltar que las medidas han sido

obtenidas mediante los comandos “Cotas” de “Rhinoceros” y han sido tabuladas

correspondientemente.

Elementos Superficie (m2) Espesor(m)

Volumen (m3)

Densidad (kg/m3) Peso (Kg)

banco1 0,5936 0,03 0,017808 650 11,5752 banco2 0,6264 0,03 0,018792 650 12,2148 banco3 0,5792 0,03 0,017376 650 11,2944 suelo 4,9398 0,01 0,049398 540 26,67492 regala 1,31 0,015 0,01965 650 12,7725 Nariz 0,02 0,07 0,0014 650 0,91 Nariz-popa 0,02 0,07 0,0014 650 0,91 ApoyoRemo1 0,02 0,07 0,0014 650 0,91 Apoyoremo2 0,02 0,05 0,001 650 0,65 Apoyoremo3 0,02 0,05 0,001 650 0,65 Apoyoremo4 0,02 0,05 0,001 650 0,65 Apoyoremo5 0,02 0,05 0,001 650 0,65 Apoyoremo6 0,02 0,05 0,001 650 0,65 Sujecciónbanco1 0,03 0,07 0,0021 530 1,113 sujeccionbanco2 0,03 0,07 0,0021 530 1,113 sujeccionbanco3 0,03 0,07 0,0021 530 1,113 Refuerzobanco1 0,0241 0,06 0,001446 530 0,76638 Refuerzobanco2 0,0241 0,06 0,001446 530 0,76638 Refuerzobanco3 0,0241 0,06 0,001446 530 0,76638 Refuerzobanco4 0,0241 0,06 0,001446 530 0,76638 Refuerzobanco5 0,0241 0,06 0,001446 530 0,76638 REfuerzobanco6 0,0241 0,06 0,001446 530 0,76638 Mamparo1 0,378 0,01 0,00378 540 2,0412 Mamparo2 0,1914 0,01 0,001914 540 1,03356 Mamparo3 0,217 0,01 0,00217 540 1,1718 Quilla 0,873 0,08 0,06984 650 45,396 Mamparo4 0,4838 0,01 0,004838 540 2,61252 Espuma-cubierta 3,5617 0,13 0,463021 80 37,04168 Espuma-Proa 0,19 0,705 0,13395 80 10,716 Espumapopa1 0,7672 0,07333333 0,056261333 80 4,500906667 Espumapopa2 0,235 0,705 0,165675 80 13,254


29

6) Restando los 230.20 kg de materia obtenida en el apartado anterior a los 1124 kg de

desplazamiento de la embarcación, obtenemos 893.8kg de fibra+resina.

Suponiendo que la embarcación se ha laminado manualmente con unas proporciones típicas del

laminado manual de un 30% de fibra y un 70% de resina, obtenemos el valor de 268,14 kg de

fibra seca.

7) Conociendo el espesor del laminado en los asientos y en el suelo (4mm), podemos hacer una

distribución de kg de fibra seca según pertenezca al casco, al suelo o a los asientos.

Para obtener valores en kg de fibra seca a partir del espesor y la superficie del laminado en el

suelo y en los asientos, se utilizará el factor w = 0.43.

Este factor se ha obtenido en el Anexo A de la normativa ISO 12215-5 y es representativo para

un laminado de tipo Mat. Multiplicando el mismo por el espesor del laminado, se debe convertir

en masa de fibra de vidrio en kg/m2.

Siguiendo este proceso, obtenemos la siguiente distribución de fibra:

Espumarefuerzo1 0,1756 0,06 0,010536 80 0,84288 Espumarefuerzo2 0,204 0,06 0,01224 80 0,9792 Espumarefuerzo3 0,2238 0,06 0,013428 80 1,07424 Espumarefuerzo4 0,2032 0,06 0,012192 80 0,97536 Espumarefuerzo5 0,152 0,06 0,00912 80 0,7296 Pintura exterior e interior 27,578

9,881368078

Pintura Asientos 10,74

2,261909091 Patente 7,3636

3,859236145

cornamusa1 0,01 0,02 0,0002 530 0,106 cornamusa2 0,01 0,02 0,0002 530 0,106 cornamusa3 0,01 0,02 0,0002 530 0,106 Cornamusa4 0,01 0,02 0,0002 530 0,106 Cornamusa5 0,01 0,02 0,0002 530 0,106 Cornamusa6 0,01 0,02 0,0002 530 0,106 Sujeción palo-suelo 0,1314 0,015 0,001971 530 1,04463 Sujeción palo-bancos 0,0072 0,03 0,000216 7874 1,700784

Total 230,201974 kg


30

La fibra representada en el recuadro por “Restante”, englobará en su mayor parte la fibra del casco,

pero también la de los refuerzos que se puedan haber realizado en la embarcación.

Es importante recordar en este punto, que se está haciendo un cálculo de espesor de fibra a través del

peso restado de los elementos diferentes a fibra del casco. Se ha considerado pues en este ejercicio, que

todos los elementos de la embarcación son puros y no tienen ni humedad ni desperfectos. Esta

consideración no se puede certificar al 100 % como real, pues la embarcación en realidad presenta una

serie de desperfectos ciertos, causados por la humedad, tales como un principio osmótico en el casco.

Así pues, en los 230.13 Kg de fibra restante, se debería tener en cuenta cierto peso relativo a la

humedad (5%) y a los desperfectos que pueda tener la embarcación y que modifican las propiedades de

los materiales, aumentando el peso de los elementos. Dado que el espesor del casco se ha podido

conocer (15mm) ya que se ha podido medir a través de un pasa-cascos, el objetivo en este punto es

justificar que la embarcación contiene suficiente fibra de vidrio para cumplir con las medidas tomadas

de la embarcación y posteriormente cumplir con la normativa.

Un ejemplo claro de la humedad existente en la embarcación se puede comprobar mediante la siguiente

fotografía en la que se aprecia que la embarcación sufre de osmosis en el casco:

Figura 3: Imagen de las

burbujas propias de la osmosis en el

casco de la embarcación.

4.3 NORMATIVA ISO

Una vez se ha calculado la distribución de fibra de vidrio en la embarcación, se comparará con la

normativa ISO. Para ello calcularemos primero, el espesor mínimo que ha de tener la embarcación de

acuerdo con la normativa ISO 12215-5. Después, se podrán comparar y extraer conclusiones.

Para calcular el escantillonado de la embarcación, la primera valoración a tener en cuenta es la

presencia o no de refuerzos en la embarcación. Se ha encontrado que no existen refuerzos


31

transversales, pero si uno longitudinal importante como es la quilla. De este modo, se ha podido

descartar el Anexo A de la normativa 12215-5 como método simplificado para el cálculo del

escantillonado de la embarcación.

Desarrollo del cálculo de las condiciones mínimas necesarias según la normativa ISO 122215-5.

Cálculo del espesor mínimo de fibra de vidrio del casco.

Cálculo del espesor mínimo de fibra de vidrio en los refuerzos.

Espesor mínimo en el casco

Se ha encontrado en el punto 10.2.2 de la normativa ISO 12215-5, que el espesor mínimo requerido

para chapas de FRP ha de ser:

Siendo:

Donde:

Puntos importantes a tener en cuenta en estas consideraciones:

El cálculo se ha llevado a cabo teniendo en cuenta 2 paneles, uno a cada lado de la quilla, que se

han considerado según la normativa rectangulares. De este modo b corresponde a la medida

según la siguiente imagen:

Figura 4: Imagen de la medida tomada para b.

El factor de corrección de curvatura se ha tomado 0.5, ya que según los paneles considerados

c/b>0.18.


32

Figura 5: Imagen de la medida tomada para c.

La presión de diseño considerada según el capítulo 8, ha sido la de presión en los fondos de los

veleros, según la fórmula para Presión mínima mencionada anteriormente.

K2 se ha tomado como valor 0.5, dado que según las medidas del panel, l/b>2.0

Kdc se ha tomado como 0.6, suponiendo como categoría de diseño, la categoría C.

Como resultado, se ha obtenido un espesor mínimo de fibra de vidrio para el casco de 5.47mm.

Refuerzos

Para el cálculo de la cantidad de fibra que ha de contener los refuerzos en la quilla, se ha consultado

la normativa ISO 12215-6, el capítulo 7 “Detalles estructurales específicos para las construcciones de

FRP”. En el encontramos que la masa mínima de fibra de vidrio seca del reforzado ha de ser:

- 2.2 x W mín. ( ) para la quilla protectora.

- 2.0 x W mín. ( ) para la roda protectora.

- 1.7 x W mín. ( ) para el codillo protector.

Estando W mín. definido en el capítulo 10.6.2 de la ISO 12215-5, por la siguiente ecuación:

Siendo:

Y donde:

Resolviendo las ecuaciones se ha determinado un W min. = 1,38

Obtenemos pues los siguientes resultados para la quilla y la roda:


33

WQuilla 3,03673294 kg/m2

WRoda 2,76066631 kg/m2

Según la norma ISO 12215-6, en el capítulo 7.1.3 se determina un ancho mínimo de laminado de

refuerzo, multiplicando por 40 la manga máxima de la embarcación (en metros), obteniendo el

resultado en mm.

Se puede apreciar más visualmente en la imagen siguiente perteneciente a la normativa:

Figura 6: Imagen perteneciente a la normativa ISO 12215-6, capítulo 7.1.3.

Los resultados obtenidos sobre el ancho del laminado son de 86.5mm a cada lado de la quilla y la roda.

Por último, nos faltará determinar el espesor de estos refuerzos. Para ello se ha recurrido al Anexo C de

la ISO 12215-5, con la ecuación para el cálculo del espesor de vidrio:

Conociendo todos los datos, se ha calculado los diferentes espesores, obteniendo los siguientes

resultados:

t quilla= 7,09098229 mm

t roda= 6,44634754 mm

t codaste= 6,44634754 mm


34

Cubiertas

Siguiendo la tabla 5 de la normativa ISO 122215-5, se ha podido determinar el espesor mínimo que han

de contener las cubiertas, obteniendo un valor de 2.43mm. Compararemos esta normativa con los dos

moldes interiores: los asientos y los bancos.

Una vez calculados los espesores mínimos de fibra de vidrio en todas las partes de la embarcación,

podemos compararlo con los resultados obtenidos sobre la embarcación en el punto anterior.

4.4 COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LA EMBARCACIÓN CON LA NORMATIVA ISO.

Para comprobar los resultados, hemos tabulado todos los resultados anteriores y se han comparado.

En estos valores tabulados, podemos apreciar:

Que tanto los asientos como el suelo de la embarcación tienen un espesor superior al mínimo

establecido por la normativa en cubiertas.

Que hay suficiente fibra en la embarcación como para poder tener el casco reforzado

completamente.

Así pues, se puede confirmar que la embarcación cumple con el escantillonado determinado por la

normativa ISO 122215.


36

Capitulo 5. Estabilidad

5.1 OBJETIVO

Se persigue en este apartado, simular el modelo en diferentes condiciones de carga en el programa

“Maxsurf Stability”, con el objetivo de observar si la embarcación cumple con la normativa ISO 12217.

Para ello introduciremos el modelo en dicho software y justificaremos diferentes condiciones de carga

mediante “loadcases” y gracias a la herramienta “Criteria” podremos observar si la embarcación cumple

o no con unos requisitos mínimos de estabilidad.

5.2 CONCEPTOS DE ESTABILIDAD

El comportamiento de una embarcación en el mar, debe de ser tal que asegure su integridad en

cualquier situación en la que se pueda encontrar a lo largo de su vida útil. Para ello el estudio de la

estabilidad se antoja fundamental. Calculando la estabilidad de la embarcación en algunas condiciones

concretas, podremos determinar su comportamiento general.

La normas ISO 12217, es las encargada de normalizar la estabilidad de las embarcaciones de recreo. En concreto, la ISO 12217-2 (Evaluación y clasificación de la estabilidad y flotabilidad. Parte 2: Embarcaciones propulsadas a vela de eslora igual o superior a 6m.) es la normativa que ha de cumplir nuestra embarcación.

Conceptos y definiciones

Centro de gravedad: Es el punto resultante de todas las fuerzas de la gravedad que actúan sobre la embarcación.

VCG: Posición vertical del centro de gravedad

Centro de carena: es el centro de gravedad del volumen de agua desplazado por la embarcación, para una condición dada. Dado el movimiento del buque en las olas, la posición del centro de carena es variable y depende de la forma y volumen de casco sumergido en ese instante.

LCB: Posición longitudinal del centro de carena.

VCB: Posición vertical del centro de carena.

Metacentro transversal (KMT): Si partiendo de una situación de equilibrio se produce una escora, las fuerzas de empuje vertical que pasan por los centros de carena, se cortaran en un punto, el metacentro. Así pues, si la condición es de buque adrizado, la línea de empuje para esta condición coincidirá con la línea central.


37

Metacentro longitudinal (KML): Si la embarcación se inclina longitudinalmente, los empujes pasaran por la posiciones del centro de carena, inicial y final, e intersecarán en un punto denominado el metacentro longitudinal.

Escora: es la inclinación que toma un buque cuando éste se aparta de la vertical al sufrir un corrimiento de la carga u otros motivos.

Trimar: es acomodar la carga para que el buque no esté apopado (hundido más de popa que de proa) o aproado (hundido más de proa que de popa), para conseguir que el CG (centro de gravedad) este en la misma horizontal a la que se encuentra el CB (centro de carena).

Calado: es la distancia vertical entre un punto de la línea de flotación y la línea base o regala.

Calado en LPP/2: es el calado que se encuentra a la mitad de la longitud del buque entre perpendiculares.

LCF: Centro de flotación longitudinal.

TPcm: Tonelada por centímetro de inmersión.

Cálculos de estabilidad

Según el principio de Arquímedes, cuando un cuerpo se sumerge en un líquido, este sufre un empuje ascendente. Si el empuje es superior al peso del objeto, este flotará, de lo contrario, se hundirá. En el caso de que sean iguales, el objeto se hundirá pero no acabara en el fondo.

Según lo definido anteriormente, el ángulo de escora determinará un punto denominado metacentro. Si tenemos en cuenta que el peso del objeto se aplica en el centro de gravedad y que el empuje se aplica en centro de carena, el objeto estará en equilibrio cuando el centro de gravedad se encuentre en la misma vertical que el metacentro y el centro de gravedad por debajo del metacentro.

Según la posición del centro de gravedad y el metacentro, podemos obtener tres situaciones diferentes:

La primera situación:

Figura 1: Imagen obtenida en www.enc.es

y que representa la estabilidad positiva.

Cuando al escorare el barco, el centro de gravedad (G), se encuentra por debajo del Metacentro (M), la embarcación se encontrara en equilibrio estable o estabilidad positiva.

La segunda situación:


y que representa la estabilidad nula.


38

En el caso de que el centro de gravedad (G) y el metacentro (M) coincidan, no se generará ningún par de fuerzas que actúe sobre la embarcación, por lo que la embarcación quedará escorada.

La tercera situación:


y que representa la estabilidad negativa.

Por último, en el caso de que el centro de gravedad (G) se encuentre por encima del metacentro (M), la embarcación aumentará su escora.

5.3 CALCULO DE C.G.

El proceso de cálculo del centro de gravedad de la embarcación, se ha llevado a cabo junto con el cálculo

de peso. Así pues, se ha calculado el centro de gravedad de todos los elementos pertenecientes a la

embarcación, para después calcular un centro de gravedad total.

Dentro de los elementos que conforman un centro de gravedad real de una embarcación navegando, se

distinguen tres grupos:

Elementos del casco

Elementos externos al casco

Tripulación.

En el primer grupo, quedan englobados todos aquellos elementos que estén dentro de la embarcación

y/o pertenezcan al casco, tales como los bancos, los mamparos, las cornamusas, etc.

El segundo grupo queda definido por los elementos del sistema propulsivo y los elementos del sistema

de gobierno. En este caso pues, contamos con el palo, la antena, la vela, remos y el timón.

El tercer grupo, la tripulación está formada por un máximo de 8 personas dimensionada según la ISO

14946, a las que hemos distribuido de la siguiente manera: 2 personas en cada banco, una en proa y

otra en popa. De esta forma queda la embarcación llena de una forma lógica y que no afecta

aparentemente a la estabilidad.

El proceso general del cálculo del centro de gravedad ha sido el siguiente:

1) Retocar el modelo para conseguir tener unas superficies de todos los elementos de la

embarcación, incluyendo la tripulación. Para simular la persona física, se ha dispuesto de un

rectángulo de 60*50*20 cm (simulando el tronco de una persona) colocado en las posiciones

anteriormente calculadas. Se ha considerado de acuerdo con la normativa vigente, un peso de

80kg por persona.


39

2) Se ha calculado para cada elemento, un centro de áreas, ayudado por la herramienta

“Centroidedeareas” de “Rhinoceros”. El origen de coordenadas se ha tomado en línea

perpendicular desde la nariz hasta la línea de flotación, tal y como se indica en la siguiente

imagen:

Figura 4: Imagen de la embarcación situada en el eje de coordenadas.

Los valores calculados de centros de áreas, se han tabulado en una hoja Excel a continuación de

los pesos, obtenidos en el capítulo 4. Estos valores se han tabulado en columnas según dx, dy y

dz.

3) Multiplicando dx, dy y dz de cada elemento por su peso, se ha obtenido Mx, My y Mz,

obteniendo así los momentos relativos de cada elemento así como el global.

4) Sumando según su coordenada todos los centros de gravedad de todos los elementos y

dividiéndolos por el número de elementos, se ha podido obtener un centro de gravedad global

tanto para los elementos del casco, como los externos al casco, como para la tripulación,

pudiendo obtener a partir de estos, uno de todo su conjunto.

Se ha procedido de esta manera, con la intención de poder simular la embarcación tanto en su

condición de peso en rosca, como en varias condiciones de diferente carga: carga máxima,

media carga y en aquella en la que peor estabilidad tenga la embarcación.

Los resultados obtenidos son los siguientes:


40

Elementos propios del casco:

El resultado total obtenido ha sido el siguiente:

En comparación con el centro de áreas de “Rhinoceros”:

Total Rhinoceros áreas 3,7584 0,0000661 0,27194

Se puede apreciar que hay muy poca diferencia, entre el centro de gravedad y el centro de áreas.

Considerando la similitud de todos los materiales que componen los elementos de la embarcación,

podemos considerar el centro de áreas como un valor de referencia fiable del resultado que

deberíamos haber obtenido.

X Y Z

total 3,56585625 0,00058333 0,30152708


41

Elementos externos al casco:

Debido a la variación de posiciones constantes de los remos y teniendo en cuenta que sus posiciones

serán mayormente simétricas, se ha obviado su cálculo de centro de gravedad. No así su peso, que sí se

ha tenido en cuenta. Por cada 3.5kg por remo, se ha obtenido un peso total de 21kg.

La posición del centro de gravedad obtenido en este caso es el siguiente:

X Y Z

DESDE PROA y W.L. Total 4,17725 -0,035 2,950325

total rhino 3,9867 -0,035 3,4957

Al igual que en el cálculo anterior, hemos hecho la comprobación con el centro de áreas, utilizándolo

como referencia a la hora de valorar el centro de gravedad obtenido.

Tripulación

En el análisis de la tripulación, hemos obtenido los siguientes resultados:

kg X Y Z

DESDE PROA y wl Total 640 3,5749125 0 0,9184625

Total areas rhino 3,5726 0 0,918


42

Recopilación de resultados globales

Solo casco:

kg X Y Z

Total 1124 3,56585625 0,00058333 0,30152708

Elementos exteriores al casco:

kg X Y Z

Total 134,317216

4,17725 -0,035 2,950325

Total tripulación:

kg X Y Z

Total 640 3,5749125 0 0,9184625

Se ha considerado importante también calcular el centro de gravedad en la peor posición de equilibro

posible para la embarcación, siendo ésta el posicionamiento de toda la tripulación a popa y a un lado de

la embarcación, en este caso estribor. El resultado es el siguiente:

X Y Z Peor centro de gravedad posible de la tripulacion

6,1219 0,422 0,8789

5.4 ANALISIS EN “MAXSURF STABILITY”

Para el cálculo de estabilidad de la embarcación se ha hecho uso del software “Maxsurf Stability”. Para

justificar la estabilidad, se han realizado los cálculos en detrimento de la normativa ISO 12217-2

“Evaluación y clasificación de la estabilidad y la flotabilidad. Parte 2: Embarcaciones propulsadas a vela

de eslora igual o superior a 6 m.”

Cumplimiento normativa ISO 12217-2

El primer requisito que ha de cumplir la embarcación en esta normativa es ser una embarcación de vela.

La embarcación será considerada como propulsada a vela cuando:

Donde As = Superficie de las velas navegando en ceñida.

Obtenemos que As = 7.56 , que en comparación con los 22.76 de nuestra vela se puede deducir

que nuestra embarcación está considerada como embarcación a vela.


43

Los requisitos que ha de cumplir una embarcación a vela, se encuentran tabla 2 de la normativa ISO

12217-2, con varias opciones. La opción que seguiremos para comprobar la estabilidad de nuestra

embarcación será la opción 2.

Requisitos en la opción 2:

1. Categorías C y D

2. Cualquier tipo de cubierta

3. Cumplimiento normativa 6.2.1



6. Cumplimiento normativa 6.3


Para analizar los diferentes puntos a cumplir por la normativa, lo primero que se ha de hacer es definir

unas condiciones de carga basadas en la tripulación que puede llevar la embarcación. De acuerdo con la

normativa, se asocia un peso de 80kg por persona.

Definiciones de condiciones de carga:

Peso en rosca

Embarcación con toda la tripulación (8personas)

Embarcación con la mitad de la tripulación (4 personas)

Embarcación con toda la tripulación en la peor condición de estabilidad, a popa y a estribor.

Para los casos de carga de peso en rosca y máxima carga (8 tripulantes) se analizará todos los requisitos

anteriormente nombrados. Para todos los casos de carga, se darán los resultados en el libro de

estabilidad presentes en el Anexo III.

Análisis del cumplimiento de requisitos.

Peso en rosca

Definimos el peso en rosca de la embarcación, como aquel propio de la embarcación sin tripulación, ni

tanques, ni elementos propulsivos. El peso en rosca propio de la embarcación es aquel desplazamiento

obtenido a través del modelo simulado en “Maxsurf”, 1124kg, y este se aplicará en el centro de

gravedad de la embarcación. El centro de gravedad se ha calculado según lo explicado en el punto 5.3.

según el cual el C.G es (0,0,0.35) en un eje de coordenadas x,y,z situando el punto de referencia en el

centro de la embarcación a la altura de la línea de flotación.

El procedimiento para la preparación de la embarcación para el análisis ha sido el siguiente:

- Apertura del modelo en “Maxsurf Stability”

- Definición de la condición de carga en el apartado “loadcase” de “Maxsurf”.

Figura5: Imagen de la “loadcase” de “Maxsurf”.


44

Figura 6: Imagen representativa de las condiciones de fuerzas a las que está sometida la embarcación en

la situación de peso en rosca.

- Definición de la normativa a analizar a través de la herramienta “Criteria”.

Figura7: Imagen de la definición de normativa en “criteria”

- Visualización de resultados.

Resultados obtenidos de los requisitos según la opción 2, son los siguientes:

1. La embarcación se considera en la categoría de diseño D.

2. La embarcación no cuenta con ningún tipo especial de cubierta.

3. La embarcación no cuenta con las aberturas inundables definidas en el capítulo 6.2.1 y cumple

con el requisito del apartado 6.2.1.3 que dispone que una parte de los sistemas de achique

estén a una altura superior a 0.04m de la línea de flotación a plena carga y con el barco 30

grados escorado.

4. La altura de inundación cumple con los requisitos determinados en el punto 6.2.2 de la

normativa, con un resultado de 1.42m tal y como indica la herramienta “Criteria” de “Maxsurf”.


45

Figura 8: Imagen del resultado de la altura de inundación en “Maxsurf”

5. El ángulo de inundación se ha resuelto de acuerdo con los cálculos indicados en el Anexo B de la normativa ISO 12217-2, donde se especifica que el ángulo de inundación ha de ser mayor que ángulo requerido de inundación, φDA>φDr.

Para ello:

φ

= 33

siendo:

zd = 0.69. El francobordo a la altura de 1/2 Lh.

y’d= 1.06. La distancia en cubierta desde la regala a la línea de crujía.

El valor de φDr, viene tabulado en la tabla 3 “Requisitos del ángulo de inundación”. Para la

categoría de diseño D, el valor es de 30.

Por todo ello se cumple que:

φDA=33 > φDr=30.

6. El cumplimiento con el apartado 6.3 que determina el ángulo de estabilidad nula, se ha

calculado en “Maxsurf Stability” con la herramienta “Criteria”. Por defecto, el software lo

compara con la categoría A de diseño, hecho por el cual da error, tal y como se aprecia en la

siguiente imagen:


Según la normativa, el ángulo para la categoría de diseño D es 75 y no 130, hecho por el cual

podemos determinar que el ángulo obtenido, 96,3, es superior al mínimo requerido por la

normativa. En este caso concreto, también se cumpliría con la categoría C, ya que el ángulo

mínimo para esa categoría es de 90.


46

El cálculo de este ángulo sirve para comprobar que existe un margen suficiente del ángulo de

escora antes de que puedan penetrar en la embarcación cantidades significativas de agua.

7. El cumplimiento con el punto 6.4 de la normativa, está referido al cálculo de STIX6. En el cálculo

llevado a cabo en “Maxsurf Stability” se ha obtenido un valor de 10,7 que al ser comparado por

defecto con la categoría A, da error, tal y como se observa en la siguiente imagen:

Figura 10: imagen de los resultados STIX obtenidos en “Maxsurf”.

Al revisar la Tabla 6 “Requisitos para STIX”, observamos que para la categoría de navegación D, el

valor de STIX ha de ser superior a 5 y no 32. Por todo ello, se puede afirmar que 10 > 5, hecho por el

que cumple con la normativa.

Una vez analizados los siete puntos de requerimientos, podemos concluir que la embarcación

cumple con todos ellos.

Condición de máxima carga.

Definimos máxima carga, aquella que contempla el peso de toda la tripulación posible (640Kg) más

el peso de toda la embarcación completa con todos sus elementos necesarios para el gobierno y la

propulsión de la embarcación (1258 Kg). De este modo, definimos la máxima carga de la

embarcación en 1924Kg. Este peso se aplicará de acuerdo los centros de gravedad calculados en el

punto 5.3 de este capítulo, con el origen en medio de la embarcación a la altura de la línea de

flotación. Sin embargo, tal y como indica la normativa ISO 12217-2 en su punto 6.1.3, la masa de la

tripulación se añadirá a la altura de la regala en la mitad de la eslora.

6 Según el Ingeniero Naval Guillermo Gefaell, el concepto subyacente del STIX es la definición de un índice o numeral, que se obtiene de las medidas principales de cada embarcación y su curva de brazos de adrizamiento GZ. Diferentes características del diseño que son importantes para las cualidades marineras de una embarcación y su seguridad, se identifican y expresan en forma de una serie de factores que se multiplican para obtener el numeral STIX.


47

Con estas condiciones, el punto 6.3 de la normativa no se cumple, por lo que se considerará un

ajuste en el trimado de la antena y de la vela consiguiendo una altura del centro de gravedad de

2.15m respecto la línea de flotación.

Así pues, la distribución de pesos a máxima carga queda de la siguiente manera:

Figura11: Imagen representativa de la posición del centro de gravedad considerada.

Figura 12: Imagen representativa de las condiciones de fuerzas a las que está sometida la embarcación en

la situación de máxima carga.

Resultados obtenidos de los requisitos según la opción 2, son los siguientes:

1. La embarcación se encuentra en la categoría de diseño D.

2. La embarcación no cuenta con ningún tipo especial de cubierta.

3. La embarcación no cuenta con las aberturas inundables definidas en el capítulo 6.2.1 y cumple


estén a una altura superior a 0.04m de la línea de flotación a plena carga y con el barco 30

grados escorado.

Estos tres requisitos no varían según la condición de carga, por lo que son exactamente los mismos

resultados que para la embarcación en peso en rosca.

4. La altura de inundación cumple con los requisitos determinados en el punto 6.2.2 de la

normativa, con un resultado de 1.42m tal y como indica la herramienta “Criteria” de “Maxsurf”.

El resultado se puede observar en la siguiente imagen:


48

Figura 13: Imagen del resultado según la normativa para la altura de inundación requerida.

5. El ángulo de inundación se ha resuelto de acuerdo con los cálculos indicados en el Anexo B de la normativa ISO 12217-2, donde se especifica que el ángulo de inundación ha de ser mayor que ángulo requerido de inundación, φDA>φDr.

Para ello:

φ

= 26.56grados

siendo:

zd = 0.69m-0.110m (A causa de máxima carga) = 0.58m. El francobordo a la altura de 1/2 Lh.

y’d= 1.06m. La distancia en cubierta desde la regala a la línea de crujía.



Por todo ello se deduce que NO cumple, YA QUE que:

φDA=26.56 < φDr=30.

Resolvemos el problema limitando la tripulación a 7 tripulantes, con lo que conseguimos:

Peso = 1844 Kg

zd = 0.69m-0.1m = 0.59m

y’d= 1.06m

obteniendo: φ = 29 grados.

En esta nueva condición de carga φDA < (φDr =30 grados) y TAMPOCO cumple con los requisitos

de la normativa.

Resolviendo el problema limitando la tripulación a 6 tripulantes, conseguimos:

Peso = 1738 Kg

zd = 0.69m-0.09m = 0.6m

y’d= 1.06m



49

En esta nueva condición de carga φDA = φDr =30 grados y SÍ cumple con los requisitos de la

normativa.

Se puede entender de una forma más visual el aumento de calado debido al aumento de peso

en la embarcación con la siguiente imagen, donde se aprecia que la línea de calado sube con

respecto al eje de coordenadas que en la condición de peso en rosca delimitaba la línea de

calado.

Figura 14: Imagen representativa del calado de la embarcación en condiciones de máxima carga.

6. El cumplimiento con el apartado 6.3 que determina el ángulo de estabilidad nula, se ha

calculado en “Maxsurf Stability” con la herramienta “Criteria”. Por defecto, el software lo

compara con la categoría A de diseño, hecho por el cual da error, tal y como se aprecia en la

siguiente imagen:


Según la normativa, el ángulo para la categoría de diseño D es 75 y no 130, hecho por el cual

podemos determinar que el ángulo obtenido, 77,9, es superior al mínimo requerido por la

normativa.

7. El cumplimiento del punto 6.4 de la normativa ISO 12217 se puede apreciar a través de la hoja

de soluciones que muestra “Maxsurf Stability” medinate el comando “criteria”

Figura 16: Imagen representativa del valor STIX para la condición de máxima carga.


50

Al revisar la Tabla 6 “Requisitos para STIX”, observamos que para la categoría de navegación D, el

valor de STIX ha de ser superior a 5 y no 32. Por todo ello, se puede afirmar que 9.9 > 5, hecho por el

que cumple con la normativa.

Una vez analizados los siete requisitos, podemos concluir que la embarcación de categoría D con

una tripulación máxima de 6 personas cumple con todos ellos. Además se puede deducir que la

embarcación cumplirá con la condición de media carga, dado que se ha analizado los casos en rosca

y de máxima carga. Según se aprecia en la normativa en el punto 6.1.3 “Para las embarcaciones que

utilicen las opciones 1 o 2 se deben satisfacer los requisitos en las condiciones mínimas de operación

y en la condición de llegada en carga a menos que se indique específicamente otra cosa”. Estos

requisitos se cumplen, por lo que podemos decir que nuestra embarcación cumple con los criterios

mínimos de estabilidad definidos en la ISO 12217-2.

Siguiendo las instrucciones escritas en el punto 5.5 “Proceso de obtención de libro de estabilidad”,

se realizará el libro de estabilidad de la embarcación donde se analizarán todos los casos posibles de

carga, inclusive la condición en el peor caso de estabilidad, ya que se considera interesante

visualizar el comportamiento de la embarcación en esas condiciones.

5.5 PROCESO DE OBTENCIÓN DE LIBRO DE ESTABILIDAD

Una vez se ha obtenido la seguridad de que la embarcación cumple con unos criterios mínimos de

estabilidad, se procede al cálculo del libro de estabilidad. Este, se encontrará en el Anexo III. En este

punto se pretende mostrar el proceso seguido para ello, analizando paso a paso una condición de carga.

El mismo proceso que se llevará a cabo para la obtención del caso de peso en rosca, se llevará para

media carga, máxima carga y peor condición de estabilidad.

Desplazamiento en rosca

1) Definición de la condición de carga:

ITEM CANTIDAD PESO (ton) Long. Arm (m) Trans. Arm (m) Vert. Arm. (m)

Lightship 1 1,124 0 0 0,3

Tripulación 0 0,48 0 0 0

Elementos 0 0,134 0 0 0

Total Loadcase 0 0 0,3

FS correction 0

VCG 0,3

Peso total 1,124 LCG=0 TCG=0

2) Resultados:

- Mediante la opción de cálculo “large angle stability” podremos calcular todos los datos

característicos de la embarcación para cada escora que deseemos. Para definir las escoras,


51

usamos el comando “heel” e indicamos que rango de escoras queremos analizar y cada cuantos

grados. En resultados, podremos obtener la siguiente tabla:

Escora deg 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

GZ m 0 0,088 0,158 0,216 0,277 0,335 0,321 0,269 0,195 0,108

Area under GZ curve from zero heel m.deg 0 0,4511 1,6992 3,578 6,0354 9,1328 12,4676 15,4333 17,7671 19,2905

Displacement t 1,124 1,124 1,124 1,124 1,124 1,124 1,124 1,124 1,124 1,124

Draft at FP m -0,003 -0,015 -0,051 -0,115 -0,217 -0,383 -0,674 -1,245 -2,919 n/a

Draft at AP m -0,003 -0,015 -0,051 -0,115 -0,217 -0,383 -0,674 -1,245 -2,919 n/a

WL Length m 7,009 7,007 7,002 6,957 6,871 6,029 5,245 5,502 5,781 6,008

Beam max extents on WL m 1,621 1,558 1,455 1,397 1,407 1,378 1,18 1,107 1,039 0,956

Wetted Area m^2 9,632 9,509 9,298 9,154 8,914 7,379 6,87 6,886 6,915 6,968

Waterpl. Area m^2 7,029 6,895 6,703 6,68 6,771 5,924 5,039 4,565 4,254 4,076

Prismatic coeff. (Cp) 0,535 0,53 0,518 0,503 0,49 0,554 0,653 0,646 0,639 0,642

Block coeff. (Cb) 0,201 0,217 0,264 0,351 0,318 0,346 0,454 0,459 0,457 0,448

LCB from zero pt. (+ve fwd) m 0,415 0,43 0,467 0,515 0,561 0,558 0,531 0,483 0,426 0,36

LCF from zero pt. (+ve fwd) m 0,321 0,322 0,342 0,379 0,427 0,425 0,33 0,3 0,271 0,232

Max deck inclination deg 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Trim angle (+ve by stern) deg 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Estos resultados los podremos visualizar gráficamente:

Brazo adrizante


52

Estabilidad dinámica

Estos 4 resultado más un informe de cumplimiento de la normativa ISO 12217-2, son los documentos

que conformarán el libro de estabilidad. Todo ello se puede ver en el Anexo III.


54

Capítulo 6. Justificación desagües de

bañera y achique.

6.1 OBJETIVO

El objetivo en este capítulo es justificar que, mediante los sistemas de desagüe se pueda evacuar el agua

que embarca a bordo. La embarcación cuenta por un lado con una bomba de achique manual que será

la responsable de evacuar el agua acumulada en los espacios estancos de la embarcación y por otro lado

cuenta con los imbornales, que evacuaran el agua de la cubierta principal y funcionará por gravedad.

6.2 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

La embarcación cuenta con dos sistemas diferentes:

Bomba de achique manual: situada al costado de babor, debajo del banco de madera más a

popa de la embarcación. Esta bomba manual cuenta con una entrada de absorción de agua a

través de una manguera, con un orificio de 3.56cm de diámetro, y una salida a través de un

pasa-cascos de un diámetro de 1.5cm.

Figura 1: Imagen de la bomba de achique manual de la embarcación.

Capítulo 6. Justificación desagües de bañera y achique.

55

Imbornales: la embarcación cuenta con dos imbornales situados a popa, tanto a estribor como

en babor. Estos imbornales recogerán el agua estancada en los asientos y mediante gravedad la

expulsará al mar. Los orificios de estos imbornales son de 1.5cm de diámetro.

Figura 2: Imagen de un imbornal de la embarcación.

Así pues, la distribución general del sistema de achique, se encuentra distribuida tal como se puede

apreciar en la siguiente imagen:

Figura 3: Imagen de la distribución de los elementos del sistema de desagüe y achique.

Nota: Mientras se analizaba el sistema de achique de la embarcación, se ha podido comprobar el grosor

de fibra del casco a través del pasa-cascos de la bomba de achique. El grosor medido ha sido de 14mm,

que justifica el cumplimiento de la normativa ISO 12215 redactado en el capítulo 4.

De acuerdo con la circular nº 7/95 de la DGMM con asunto: “construcción, equipo y reconocimiento de

embarcaciones de recreo”, se determina que una embarcación de recreo en categoría D de diseño,

precisará de tan solo de un achicador como elemento del sistema de achique. Así pues, determinamos

que la embarcación cumple con los requisitos al contar además con una bomba de achique manual.


56

Bibliografía

[1] https://www.fomento.gob.es/NR/rdonlyres/8B0DEA3A-17FF-4839-9606-77FF0E8EB6CB/108003/RealDecreto14352010.pdf

[2] http://www.nauticalegal.com/es/normativa-mainmenu-30/legislaciainmenu-31

[3] http://www.rhino3d.com/la/new

[4] Manual Básico de “Draftsight”

[5] http://www.faro.com

[6] www.captae.com

[7] http://www.enc.es/aulavirtual/0_visita_PY/c1/116/116.htm

[8] Normativa ISO 12215-5



[11] Materiales compuestos. Procesos de fabricación de embarcaciones., Alejandro Besednjak.

[12] Teoría del buque y sus aplicaciones, Carlos Godino Gil.


58

Anexo I. Descripción detallada del escáner

láser terrestre 3D

El escáner 3D ha sido una herramienta importantísima a la hora de realizar este proyecto y sin la cual,

los resultados no podrían haber sido los obtenidos. Gracias al escáner se ha obtenido un modelo de la

embarcación en soporte digital de forma muy exacta a la embarcación real. Esta herramienta fue

aconsejada por el profesorado de la Facultad Náutica de Barcelona y fue la empresa “Captae7” la

encargada del proceso de escaneo.

¿Qué es el láser terrestre?

Como bien define la pagina web www.captae.com, es un avanzado instrumento de medición que nos

permite documentar geométrica y visualmente una realidad física con gran detalle, rapidez y precisión.

Con el proceso de escaneado se pretende conseguir datos de posiciones tridimensionales de una

superficie de manera sistemática y ordenada. Estos datos son obtenidos en un radio de

aproximadamente 120m con gran precisión. El proceso es ágil, rápido y no conlleva ningún tipo de

contacto con el elemento.

Como resultado, se pueden obtener diferentes resultados, dado a la gran variedad de software

existentes. Se puede obtener una nube de puntos 3D, secciones 3D, modelos de malla poligonal,

informes de medición o mapas de deformaciones. Para este caso particular se ha optado por una nube

de puntos 3D que contiene toda la información métrica de la superficie escaneadas. Esta nube de

puntos consiste en millones de puntos situados en el espacio con coordenadas (X,Y,Z), en verdadera

magnitud y que representan con exactitud la superficie escaneada.

El ámbito de aplicación de esta tecnología es generalmente usada tanto en ingeniería como en

arquitectura.

7 Captae: Empresa dedicada a servicios de digitalización 3D con escáner láser terrestre.

Anexo I. Descripción detallada del escáner láser terrestre 3D

59

Láser FARO Focus3D

El láser utilizado para el escaneo de la embarcación de vela latina es el láser Faro Focus 3D útil para

escaneos rápidos y precisos. Tienen un rango de aplicación de 0.6m a 130m y una precisión de 2mm.

Figura 1: Imagen del escáner utilizado.

Características técnicas del escáner:

- Cámara digital integrada a color 70megapixels, lo que permite el escaneado en color o como en

nuestro caso, en escala de grises.

- Longitud de onda 905nm

- Potencia del láser 20mW (Laser class 3R)

- Velocidades de 122,000 / 244,000 / 488,000 / 976,000 puntos/seg.

¿Cómo funciona el láser escáner?

El funcionamiento está basado en el envío de un haz laser infrarrojo hacia el centro de un espejo

giratorio. El espejo en rotación desviará el haz alrededor del entorno que se está escaneando y la luz

dispersada en las superficies de los alrededores se refleja en el escáner. La distancia entre el escáner y la

superficie se determina mediante la diferencia de fase en las ondas de luz infrarrojas.

Como bien indica la pagina web de “Captae”, las coordenadas XYZ de cada punto se calculan utilizando

codificadores de ángulos para medir la rotación del espejo y la rotación horizontal del escáner.

Los datos obtenidos por el láser serán almacenados en la memoria interna del escáner para poder

después procesarlos en un ordenador.

Para hacer más visual la explicación:

Figura 2: Imagen extraída de www.captae.com sobre el funcionamiento del escáner.


60

Anexo II. Planos de la embarcación.


62

Anexo III. Datos básicos del libro de

estabilidad.

ANALISIS DE LAS DIFERENTES CONDICIONES DE CARGA EN LAS QUE SE PUEDE ENCONTRAR LA

EMBARCACIÓN DE VELA LATINA DE LA FACULTAD NAUTICA DE BARCELONA.

Peso en rosca (Corresponde a la embarcación recién tirada al agua)

Datos de entrada:


Lightship 1 1,124 0 0 0,3

Tripulación 0 0,48 0 0 0

Elementos 0 0,134 0 0 0

Total Loadcase 0 0 0,3

FS correction 0

VCG 0,3

Peso total 1,124 LCG=0 TCG=0

Resultados:

Escora deg 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

GZ m 0 0,088 0,158 0,216 0,277 0,335 0,321 0,269 0,195 0,108


Displacement t 1,124 1,124 1,124 1,124 1,124 1,124 1,124 1,124 1,124 1,124

Draft at FP m -0,003 -0,015 -0,051 -0,115 -0,217 -0,383 -0,674 -1,245 -2,919 n/a

Draft at AP m -0,003 -0,015 -0,051 -0,115 -0,217 -0,383 -0,674 -1,245 -2,919 n/a

WL Length m 7,009 7,007 7,002 6,957 6,871 6,029 5,245 5,502 5,781 6,008


Wetted Area m^2 9,632 9,509 9,298 9,154 8,914 7,379 6,87 6,886 6,915 6,968

Waterpl. Area m^2 7,029 6,895 6,703 6,68 6,771 5,924 5,039 4,565 4,254 4,076


Block coeff. (Cb) 0,201 0,217 0,264 0,351 0,318 0,346 0,454 0,459 0,457 0,448



Max deck inclination deg 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Anexo III. Datos básicos del libro de estabilidad.

63

Brazo adrizante



64

Condición máxima carga. (Corresponde a la embarcación con todos sus elementos y máxima tripulación)

Datos de entrada

ITEM CANTIDAD PESO (ton) Long. Arm (m)

Trans. Arm (m)

Vert. Arm. (m)

Lightship 1 1,124 0 0 0,3

Tripulación 1 0,48 0 0 0,4

Elementos 1 0,134 0,54 0.035 2,15

Total Loadcase 0,042 0 0,511

FS correction 0

VCG VCG= 0,553

Peso total 1,738 LCG=0,042 TCG=0.003

Resultados

Escora deg 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

GZ m 0,003 0,031 0,059 0,088 0,127 0,148 0,127 0,063 -0,018 -0,106


Displacement t 1,738 1,738 1,738 1,738 1,738 1,738 1,738 1,738 1,738 1,738

Draft at FP m 0,096 0,086 0,055 -0,003 -0,101 -0,247 -0,479 -0,949 -2,332 n/a

Draft at AP m 0,096 0,086 0,055 -0,003 -0,101 -0,247 -0,479 -0,949 -2,332 n/a

WL Length m 7,082 7,082 7,08 7,076 7,066 7,024 6,318 6,037 6,274 6,479


Wetted Area m^2 11,92 11,94 11,91 11,87 11,75 10,854 9,255 9,018 9,032 9,117

Waterpl. Area m^2 7,689 7,711 7,794 7,972 8,149 7,474 6,269 5,464 5,064 4,808


Block coeff. (Cb) 0,298 0,308 0,347 0,375 0,372 0,384 0,398 0,479 0,448 0,405


LCF from zero pt. (+ve fwd) m 0,106 0,109 0,115 0,116 0,098 -0,024 -0,118 -0,046 -0,024 0

Max deck inclination deg 2,95 10,42 20,1989 30,12 40,075 50,047 60,0349 70,018 80,01 90


65

Brazo adrizante



66

Condición de media carga (Considerado con la mitad de la tripulación posible)

Datos de entrada

ITEM CANTIDAD PESO (ton) Long. Arm (m)

Trans. Arm (m)

Vert. Arm. (m)

Lightship 1 1,124 0 0 0,3

Tripulación 0,5 0,48 0 0 0,7

Elementos 1 0,134 0,54 0,035 2,15

Total Loadcase 0,048 0.003 0,532

FS correction 0

VCG VCG= 0,532

Peso total 1,498 LCG=0,048 TCG=0.003

Resultados

Escora deg 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

GZ m 0,003 0,035 0,066 0,099 0,14 0,183 0,163 0,099 0,017 -0,073


Displacement t 1,498 1,498 1,498 1,498 1,5 1,498 1,498 1,498 1,498 1,498

Draft at FP m 0,064 0,054 0,022 -0,04 -0,14 -0,3 -0,56 -1,08 -2,605 n/a

Draft at AP m 0,064 0,054 0,022 -0,04 -0,14 -0,3 -0,56 -1,08 -2,605 n/a

WL Length m 7,076 7,076 7,074 7,068 7,06 6,23 6,118 5,894 6,149 6,371


Wetted Area m^2 11,28 11,29 11,24 11,15 10,9 9,677 8,342 8,264 8,278 8,334

Waterpl. Area m^2 7,295 7,31 7,373 7,53 7,77 7,211 5,845 5,19 4,798 4,558


Block coeff. (Cb) 0,288 0,298 0,341 0,363 0,35 0,388 0,448 0,458 0,431 0,388


LCF from zero pt. (+ve fwd) m 0,102 0,104 0,109 0,11 0,07 -0,1 -0,04 -0,01 -0,004 0,009

Max deck inclination deg 2,838 10,39 20,18 30,11 40,1 50,05 60,04 70,02 80,01 90


67

Brazo adrizante



68

Condición peor de estabilidad (Con toda la tripulación a estribor y a popa)

Datos de entrada


Lightship 1 1,124 0 0 0,3

Tripulación 1 0,48 2,62 0,44 0,87

Elementos 1 0,134 0,6 0 2,75

Total Loadcase 0,851 0,136 0,656

FS correction 0

VCG fluid 1,738 LCG=0,851 TCG=0,136 VCG=0,656

Resultados

Escora deg 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

GZ m 0,136 0,158 0,165 0,156 0,14 0,086 0,011 -0,082 -0,188 -0,295


Displacement t 1,818 1,818 1,818 1,818 1,82 1,818 1,818 1,818 1,818 1,818

Draft at FP m 0,065 0,056 0,026 -0,03 -0,12 -0,256 -0,483 -0,931 -2,259 n/a

Draft at AP m 0,065 0,056 0,026 -0,03 -0,12 -0,256 -0,483 -0,931 -2,259 n/a

WL Length m 6,981 6,973 6,95 6,906 6,83 5,98 5,884 6,05 6,255 6,233


Wetted Area m^2 11,25 11,18 10,987 10,82 10,7 10,37 10,03 9,54 8,956 8,972

Waterpl. Area m^2 8,15 8,054 7,821 7,693 7,32 6,607 6,029 5,425 4,775 4,537


Block coeff. (Cb) 0,2 0,211 0,245 0,303 0,38 0,413 0,478 0,449 0,445 0,437



Max deck inclination deg 2,496 10,3 20,131 30,07 40 50,04 60,045 70,0478 80,033 90


69

Brazo adrizante



70

Cumplimiento normativa ISO 12217-2

La evaluación de las condiciones de estabilidad y flotabilidad permitirán asignar a la embarcación la

categoría de diseño, es decir, la D.

Esta opción nos exigirá cumplir los siguientes requisitos:

1. Embarcación a vela






Determinación de las dos condiciones de carga para la verificación:

1) El primer requisito que ha de cumplir la embarcación en esta normativa es ser una embarcación

de vela. La embarcación será considerada como propulsada a vela cuando:

Donde As = Superficie de las velas navegando en ceñida.

Obtenemos que As = 7.56 , que en comparación con los 22.76 de nuestra vela se puede

deducir que nuestra embarcación está considerada como embarcación a vela.

2) La embarcación no cuenta con las aberturas inundables definidas en el capítulo 6.2.1 y cumple


esten a una altura superior a 0.04m de la línea de flotación a plena carga y con el barco 30

grados escorado.

3) Para los dos casos de carga, la altura de inundación cumple con los requisitos determinados en

el punto 6.2.2 de la normativa, con un resultado de 1.42m

4) Para la condición de mínima carga:

El ángulo de inundación se ha resuelto de acuerdo con los cálculos indicados en el Anexo B de la normativa ISO 12217-2, donde se especifica que el ángulo de inundación ha de ser mayor que ángulo requerido de inundación, φDA>φDr.

Para ello:

φ

= 33

siendo:

zd = 0.69. El francobordo a la altura de 1/2 Lh.


71

y’d= 1.06. La distancia en cubierta desde la regala a la línea de crujía.



Por todo ello se cumple que:

φDA=33 > φDr=30.

Para la condición de máxima carga

Resolvemos el problema para luna tripulación de 6 personas, con lo que conseguimos:

Peso = 1738 Kg

zd = 0.69m-0.093m = 0.597m

y’d= 1.06m


En esta nueva condición de carga φDA = φDr =30 grados y cumple con los requisitos de la

normativa.

5) Para mínima carga

El cumplimiento con el apartado 6.3 que determina el ángulo de estabilidad nula, se ha

calculado en “Maxsurf Stability” con la herramienta “Criteria”. Según la normativa, el ángulo

para la categoría de diseño D es 75 y no 130, hecho por el cual podemos determinar que el

ángulo obtenido, 96,3, es superior al mínimo requerido por la normativa.

El cálculo de este ángulo sirve para comprobar que existe un margen suficiente del ángulo de

escora antes de que puedan penetrar en la embarcación cantidades significativas de agua.

Para máxima carga

El cumplimiento con el apartado 6.3 que determina el ángulo de estabilidad nula, se ha

calculado en “Maxsurf Stability” con la herramienta “Criteria”. Según la normativa, el ángulo

para la categoría de diseño D es 75 y no 130, hecho por el cual podemos determinar que el

ángulo obtenido, 77,9, es superior al mínimo requerido por la normativa.

6)

Para mínima carga

El cumplimiento con el punto 6.4 de la normativa, está referido al cálculo de STIX. En el cálculo

llevado a cabo en “Maxsurf Stability” se ha obtenido un valor de 10,7.Al revisar la Tabla 6

“Requisitos para STIX”, observamos que para la categoría de navegación D, el valor de STIX ha

de ser superior a 5. Por todo ello, se puede afirmar que 10 > 5, hecho por el que cumple con la

normativa.

Para máxima carga

Se puede afirmar que obteniendo un valor STIX DE 9.9, este es > 5, hecho por el que cumple con

la normativa.


72

Anexo IV. Análisis de la reserva de

flotabilidad.

Se considera que una embarcación es insumergible cuando el peso en agua del volumen ocupado por

todos aquellos elementos de densidad inferior a 1024kg/ , restado de su propio peso es igual o

superior al desplazamiento de la embarcación.

Nuestra embarcación cuenta con reservas de flotabilidad de espuma y de aire, así como de una cantidad

importante de madera con densidad inferior a 1024 kg/ :

Madera iroko

Densidad = 650 kg/

Total peso Iroko en la embarcación: 98.96kg

Volumen de madera de iroko = 0.15226

Peso del volumen de madera en agua – peso de la madera = 56.954 kg

Madera pino y contrachapado

Densidad = 540 kg/

Total peso de Pino en la embarcación = 45.206 kg

Volumen de madera de pino y contrachapado = 0.082

Peso del volumen de la madera en agua – peso de la madra = 38.754 kg

Espuma

Densidad = 80 kg/

Total peso de espuma = 69.54 kg

Volumen de espuma (En peso de agua)-peso de espuma= 0.854

Peso del volumen de espuma en agua – peso de la espuma = 804.956kg

Anexo IV. Análisis de la reserva de flotabilidad.

73

Aire

Densidad = 1.3 kg/

Peso total del aire = 0.288 Kg

Volumen de aire total 0.2216

Peso del volumen de aire en agua – peso del aire = 226.712 kg

En total obtenemos un total de 1127.37 Kg. Podemos considerar pues insumergible nuestra

embarcación dado que el desplazamiento de esta es de 1124 Kg. Aún así, se ha de considerar un margen

del 4% en la estimación del peso en la reserva de flotabilidad, por lo que la embarcación se encontraría

en un punto crítico en lo que a la propiedad de ser insumergible se refiere.


74

Anexo V. Distintas partes de una

embarcación de vela latina.

En este anexo se pretende identificar las diferentes partes típicas de una embarcación de vela latina. En

la siguiente imagen, se puede apreciar nuestra vela latina distribuida en 5 partes:

Figura 1:Imagen representativa de las

partes de una embarcación de vela latina.

Siendo:

1- La antena

2- La vela

3- El mástil

4- El timón

5- El casco

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