Proyecto Fin de Carrera
-
Upload
pablo-fdez-palacios -
Category
Design
-
view
1.220 -
download
2
Transcript of Proyecto Fin de Carrera
DISEÑO DE VELERO DE REGATAS PARA LA VUELTA A VELA A FRANCIA Y
PRESUPUESTO MÁXIMO DE 120.000 €
Alumno: Pablo Fdez.-Palacios Pérez
Tutor: Antonio de Querol Sahagún
Universidad de Cádiz Julio 2012 E. U. Ingeniería Técnica Naval
INTRODUCCIÓN
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
1. OBJETO DEL PROYECTO
Como requisito final para la obtención del título de Ingeniero Técnico Naval especialidad en Estructuras Marinas;
Propuesta de diseño de un velero de regatas: Diseño libre por petición de un armador Diseño regulado por reglas y concursos de diseño.
En 2011 la organización de la regata Tour de France à la Voile (TFV)presenta las bases para un concurso de diseño de embarcaciones onedesign (monotipo) para sustituir al actual, el Farr Mumm 30
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
Dichas bases del concurso, presentadas en 10 apartados, conforman laEspecificación Técnica y requerimientos de este proyecto.
INTRODUCCIÓN
Las especificaciones técnicas que tendrá el proyecto y que se tomarán encuenta a la hora del diseño son las siguientes:
Categoría de Diseño B
Manga máxima 3 m
Tripulantes 5-6 (470 kg)
Autonomía 120 Nm
Motor 18-20 HP
Aparejo Botalón retráctil
Velas Spinnaker asimétrico
Transporte por carreteraBuen comportamiento
con vientos ligeros
Construcción Marcado CE
P.V.P. 120,000 €
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
INTRODUCCIÓN
REGLAMENTACIÓN Y NORMATIVA
Normas UNE-EN ISO:•12215-5 Cálculo de escantillonado•12217-2 Cálculo de estabilidad•8666 Peso embarcación para transporte
Reglas Sociedades de Clasificación:
•ABS:
•NBS (DNV):
Dimensionamiento mecha del timón y pernos de la orza
Diseño del aparejo
Orden Ministerio de Fomento:•Orden FOM 144/2003: Regulación de equipos de seguridad y salvamento
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
INTRODUCCIÓN
Además de la especificación técnica, para el diseño de la embarcación se hatenido en cuenta la zona de navegación y la duración de las etapas de la regataTour de France à la voile. (TFV)
La zona de navegación de distribuyeentre las costas mediterránea y atlánticade Francia, pudiendo en ocasionesrecalar en puertos de países fronterizos.
La regata se celebra durante el periodoestival, por lo que las condiciones deviento y mar no suelen ser extremas.
En las ediciones anteriores a 2012 ladistancia media de las etapas osciló entre120 y 180 millas, estando la más larga entorno a 200 Nm.
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO
Para la elaboración delproyecto de la embarcaciónse han desarrollado una seriede etapas que siguen elproceso de diseño de espiral.
Los requerimientos delproyecto han sido expuestosen la parte introductoria.
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
ESTUDIO ESTADÍSTICO
Con objeto de conocer las dimensiones y parámetros adimensionales de otrasembarcaciones similares se hace un estudio estadístico.
A la hora de hacer el estudio estadístico se ha tenido en cuenta:
• La eslora de la embarcación a proyectar oscila entre 9 y 11 m.•La manga máxima es de 3 m.•Uso para el que la embarcación ha sido diseñada. En este caso se hanestudiado las siguientes clases de veleros:
Crucero-regataRegatas costerasRegatas de altura
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
ESTUDIO ESTADÍSTICO
Estudio de todas las embarcaciones Estudio de todas las embarcaciones con Bmax < 3 m.
Mín. Media Máx.
Loa (m) 9,40 10,35 11,30
Lwl (m) 8,40 9,49 10,68
B (m) 2,55 3,18 3,72
Tmáx 1,95 2,30 3,03
Δ (Kg) 1700 2984 4950
Lastre (Kg) 778 1262 2400
P (m) 12,10 13,49 15,22
E (m) 3,95 4,85 5,83
I (m) 11,67 13,33 16,71
J (m) 3,26 3,85 4,30
Mín. Media Máx.
Loa (m) 9,40 10,11 11,00
Lwl (m) 9,15 9,38 9,77
B (m) 2,55 2,90 3,00
Tmáx 2,10 2,35 3,03
Δ (Kg) 1712 2308 2958
Lastre (Kg) 778 1088 1350
P (m) 12,24 13,01 13,44
E (m) 4,54 4,66 4,72
I (m) 11,97 12,78 13,57
J (m) 3,26 3,81 4,30
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DE LA CARENA
Fijación de las dimensiones principales:
Loa Bmax Tmax Δ Lastre/Δ
10,05 m 2,98 m 2,30 m 3250 Kg 0,45
Estimación del Desplazamiento de diseño:
• Estimación del Peso en Rosca en 2700 Kg (basado en estudio estadístico)•Determinación del Desplazamiento mínimo operativo: 2820 kg.•Determinación Desplazamiento en carga máxima: 3432 kg.•Estimación del Desplazamiento de diseño: 3250 kg.
Desplazamiento del casco: 3140 kg.
Estos valores se encuentran dentro de los estudiados en el anteriorEstudio estadístico.
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DE LA CARENA
Para la determinación del resto de dimensiones y parámetros se acude a dosfuentes:
Tablas y gráficos realizados con una amplia base de datos:Calado del casoFrancobordo en proa
Gráficas de estudios hidrodinámicos:Posición del centro de carena. LCBCoeficiente prismático. Cp
Además se fija la velocidad de diseño en 7,5 kn (3,86 m/s).
Fn = 0,40
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DE LA CARENA
Fn = 0,40 Régimen de semidesplazamiento
Coeficiente prismático Posición Centro de carena
Cp = 0,59
LCB = -3,5% (a popa de la maestra)
Calado del casco: 0,50 mFrancobordo en proa: 1,30 m
Determinación de otras dimensiones de la carena.
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DE LA CARENA
Maxsurf 13
Loa 10,05 m
Lwl 9,30 m
Bmáx 2,98 m
Tmáx 2,30 m
Tc 0,50 m
Fb (proa) 1,30 m
Δdiseño 3250 Kg
Δcasco 3140 Kg
Cp 0,59
LCB -3,50%
Generación de formas
Superficie gaussiana
Renderizado
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DE LA CARENA
PLANO DE FORMAS
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DE APÉNDICES
Objetivos de los apéndices:
• ORZA: Generación de fuerza hidrodinámica de sustentación (contrarresta el abatimientoproducido por las velas)•TIMÓN: Proporcionar un buen gobierno. Genera fuerza hidrodinámica que produce un par degiro.•BULBO: Alojar el lastre para mantener el barco adrizado.
Todos los apéndices deben ofrecer la menor resistencia al avance posible.
La sustentación o fuerza hidrodinámica se consigue mediante Principio de Bernoulli:
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DE APÉNDICES
ORZA PERFIL NACA 63-015
Las series 6X generan flujo laminar durante más recorrido del perfil que las series de 4 dígitos.•Cuanto más estrecha, menor resistencia. Sustentación similar con ataque <5°
Superficie 1,35 m²
C1 1,075 m
C2 0,645 m
Cm 0,860 m
Tk 1,58 m
ARg 1,83
ARe 2,76
TR 0,6
α 5°La superficie de la orza es 2,5% de la superficie vélica
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DE APÉNDICES
BULBO PERFIL NACA 63-019
Dimensiones
Eslora 1,90 m
Manga 0,38 m
Puntal 0,37
Volumen 0,107 m³
Peso 1215 Kg
Los centros de flotación de orza y bulbo están alineados verticalmentecon el centro de carena del casco.
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DE APÉNDICES
TIMÓN PERFIL NACA 0012Área lateral 1% de la Superficie vélica.
Procedimiento similar al de la orza para determinar dimensiones.
Área proyectada 0,54 m²
Calado 1,50 m
ARg 4,15
ARe 6,23
TR 0,6
Ángulo de barrido 8°
l1 0,451 m
l2 0,270 m
lm 0,361 m
Dimensionamiento mecha del timónNormativa del ABS
Diámetro mecha del timón: 7,11 cm
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DE APÉNDICES
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DEL PLANO VÉLICO
Objetivo del Plano vélico: dotar a laembarcación de una fuerza impulsora de avance.
A tener en cuenta a la hora del diseño del planovélico:
Estabilidad de la embarcación
Resistencia al avance de la carena
Zona de navegación
Breve descripción de la teoría aerodinámica
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DEL PLANO VÉLICO
CARACTERÍSTICAS:
Tipo de aparejo 7/8
Superficie vélica(ceñida)
55 m²
P 13,00 m
E 4,70 m
I 13,30 m
J 3,75 m
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DEL PLANO VÉLICO
EQUILIBRIO VÉLICO:
Ángulo de Dellenbaugh
Estimación de la escora con un viento de 8 m/s18°
Lead o avance
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DEL PLANO VÉLICO
•MÁSTIL
cm4 Requerido Dispuesto
Ix Iy Ix Iy
Panel 1
119,34
477,14 260 569
Panel 2
126,02
477,14260 569
Panel3
103,68
477,14260 569
cm3 Requerido Dispuesto
SMx SMy SMx SMy
Extremo
119,34
477,14
260 569
•BOTAVARA
cm3 Requerido Dispuesto
SMx SMy SMx SMy
Botavara 41,88 18,85 76 53
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DEL PLANO VÉLICO
DIMENSIONAMIENTO DE LA JARCIA APLCACIÓN ESTÁNDARES DEL NBS
•Cálculo de fuerzas en los obenques (N):
D1 23829,34
D2 10801,70
D3 33672,12
V1 49511,39
V2 33062,13
Stay 31594,10
Backstay 13834,14
Diámetro(mm) Carga de rotura (N) Peso (kg/m)
Obenques 8 60270 34,50
Stay de proa 6 34790 19,40
Stay de popa 4 17444 5,91
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DE INTERIORES
OBJETIVOS DE LA HABILITACIÓN:
•Disponer el espacio suficiente para hacer cómoda la navegación, dotandode dimensiones razonables las zonas de acomodación.Búsqueda de austeridad para no incrementar el peso de la embarcación.
•Alojar los equipos y pertrechos necesarios para la navegación
ZONAS DE HABILITACIÓN:
Zona de mesa de cartasCamaroteBañoCocinaEspacio para el motor/ escalerilla de acceso
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DE INTERIORES
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DE CUBIERTA
La cubierta es la zona principal para la tripulación durante la navegación.
Se compone de las siguientes zonas:BañeraTriángulo de proaPasillosCabina
En la cubierta se ubican todos los elementos de trimado de velas y jarcias:
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DE CUBIERTA
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DE ESTRUCTURAL
MÉTODO CONSTRUCTIVO
Construcción en sandwich:Fibra de vidrio tipo E, resina Epoxy, núcleo Corecell PVC (60 kg/m³)
ETAPAS:
1. Modelo 2. Molde 3. Producción en serie
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DE ESTRUCTURAL
ESCANTILLONADO DEL FORRO
CÁLCULO PRESIONES DE DISEÑO
• Dimensiones del panel•Ubicación del panel•Curvatura del panel•Categoría de diseño•Tipo de embarcación
REQUISITOS:PRESIONES DE DISEÑO (kN/m²)
Fondo 22,10
Costados 10,03
Cubierta 8,74
•SM/cm (Módulo por cm)•I/cm (Momento de inercia por cm)•Espesor mínimo•Peso mínimo de fibra
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DE ESTRUCTURAL
Contenido en fibra ψ=0,4
20,298 mm 18,460 mm 10,468 mm
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DE ESTRUCTURAL
REFUERZOS
Refuerzo sombrero de copa
Contenido en fibra ψ=0,35
•Dimensiones•Curvatura•Posición•Luz entre refuerzos
REQUERIMIENTOS•Sección mínima•Módulo de inercia•Momento de inercia
Longitudinales (Vagras)VarengasLongitudinales de costadoCuadernas
BulárcamasBaosEsloras
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DE ESTRUCTURAL
MAMPAROS
Mamparos estancos:Mamparo pique de proaMamparo pique de popa
Mamparos no estancos:Mamparo camarote de proaEspejo de popa
Procedimiento semejante al utilizado en el casco
CONSTRUCCIÓN EN SANDWICH
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
DISEÑO DE ESTRUCTURAL
Espaciado entre bulárcamas: 2000 mm[cuadernas de construcción 2,4,6,8,10]
Espaciado entre cuadernas: 1000 mm
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
EQUIPAMIENTO
La embarcación irá equipada de acuerdo a la orden del Ministerio de Fomento FOM 144/2003 para ser despachada en categoría B.
•Equipo de salvamento:1 Balsa salvavidas 6 pax.6Chalecos salvavidasRadiobaliza
•Equipo de navegación:Luces y marcas de navegaciónEquipo de fondeoMaterial de navegación
•Medios contraincendios y de achique1 extintor tipo 34B2 BaldesBombas de achique (manual y eléctrica)
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
EQUIPAMIENTO
•Prevención de vertidos:WC químico. Cumple norma ISO 8099
•Instalación eléctrica:Alternador de 115 A (En la bancada del motor)Batería de arranque 70 ABatería de servicios 100 AToma de tierra 220 V
•Electrónica:Emisor/receptor VHFInstrumentaciónPiloto automático
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
ESTIMACIÓN DE PESOS
La estimación de pesos es una primera aproximación, previa a la puesta a flote para conocer laposición del C.d.G.
La posición del C.d.G. se descompone en los tres ejes:•Longitudinal (en la dirección de la eslora)•Transversal (dirección de la manga) [+ Er][-Br]•Vertical (perpendicular a los dos anteriores)
•El punto de referencia está en laintersección de la LB con elextremo de popa
El 5% de margen se debe a posibles imprecisiones que se hayan cometer.
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
ESTIMACIÓN DE PESOS
También se estima la posición del C.d.G. en la condición de carga, paraposteriores estudios de estabilidad y equilibrio.
La posición longitudinal del C.d.G. debe quedar a popa del centro de carena(LCB) para conseguir asiento apopante. De no ser así, habría que hacer unaredistribución de pesos.
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
ESTABILIDAD y EQUILIBRIO
APLICACIÓN NORMA UNE-EN ISO 12217FACTOR DE
ESTABILIDADREQUISITO
CATEGORIA BVALOR
DISPUESTO
Altura de inundación
0,717 m 0,798 m
Ángulo de inundación
≥40° 121,7°
Ángulo de estabilidad nula
≥95° 140,7°
STIX ≥23 36,1
FDS [0,5 – 1,5] 1,258
FIR [0,4 – 1,5] 1,143
FKR [0,5 – 1,5] 1,013
FDL [0,75 – 1,25] 0,902
FBD [0,75 – 1,25] 1,015
FWM [0,5 – 1,0] 1,000
FDF [0,5 – 1,25] 1,250Altura de inundación
mMOC = 3057 kg. mMTL = 3442 kg.
mMOC/ mMTL = 1,13 < 1,15
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
ESTABILIDAD y EQUILIBRIO
CÁLCULOS CON HYDROMAX
•CONDICIÓN MÍNIMA CARGA OPERATIVA •CONDICIÓN MÁXIMA CARGA
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
ESTABILIDAD y EQUILIBRIO
EQUILIBRIO
CARGA MÍNIMA OPERATIVA
Δ 3078 kg
Asiento 0,124 m (pp)
Cpp 0,392 m
Cpr 0,268 m
CARGA MÍNIMA OPERATIVA
Δ 3434 kg
Asiento 0,152 m (pp)
Cpp 0,425 m
Cpr 0,273 m
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
ESTABILIDAD y EQUILIBRIO
CURVAS HIDROSTÁTICAS Y KN
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
RESISTENCIA Y MOTORIZACIÓN
Series Delft I,II para condición dedesplazamiento y semidesplazamiento
Serie Delft III para condiciones deplaneo.
Potencia en HP considerando unrendimiento del 80%
Volvo Penta D1-20 (18,1 HP)
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
RESISTENCIA Y MOTORIZACIÓN
Delft I,II
Delft III
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
PRESUPUESTO
CONCEPTOCOSTE/EMBARCACIÓN
(€)
MANO DE OBRA 20600
MODELO Y MOLDE 6564
MATERIALES DEL CASCO 14380
VELAS Y APAREJOS 30744
EQUIPOS Y HABILITACIÓN 16028,36
DISEÑO DE LA EMBARCACIÓN
2000
GASTOS FIJOS DE ASTILLERO 6450
TOTAL 96766,36
Costes de producción unitario
El presupuesto preliminar se estima para una construcción de 10 embarcaciones
El beneficio del proyectista asciende a20 000 € para las 10 embarcaciones.
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
PRESUPUESTO
RESUMEN
PVP 120000,00
COSTE PRODUCCION 96767,36
BENEFICIO ASTILLERO 13939,58
BENEFICIO COMERCIAL 9293,06
PRECIO FINAL
P.V.P. 120000,00
12% MATRICULACIÓN 14400
16% I.V.A. 19200
PRECIO FINAL 153600,00
Beneficio:
60% Astillero40% Comercial y venta
•I.V.A. : RCL 2001/3184 de 14 de diciembre•Matriculación: Ley 38/1992 de 28 de diciembre art.65.1 b)
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
TRANSPORTE
Masa remolque +embarcación = 2800 kg.
Permiso de conducción necesario: B+E
NORMA UNE-EN ISO 8666
Diseño de velero de regatas para la Vuelta a Francia a vela. 120,000 € P.V.P.
BIBLIOGRAFÍA Y CONCLUSIONES
Bibliografía:
•Principles of Yachts Design. Lars Larsson y Rolf Eliasson (Tercera Edición, año 2007)•Apuntes de la asignatura “Embarcaciones Deportivas”. D. Antonio de Querol Sahagún. EUITN (Curso 2010/11)•Apuntes/Libro “Materiales Compuestos y Proceso de Fabricación de Embarcaciones”. D. Gaspar Penagos. EUITN (Curso 2010/11)•Apuntes de la asignatura “Teoría del Buque I”. D. Aurelio Guzmán y D. Pedro Gallardo. EUITN (Curso 2009/10)•Revista Barcos a Vela & Yachting. Número 74. Diciembre de 2010•Catálogo Harken 2010/11
Páginas web:
•Para elaborar el estudio estadístico•Información sobre equipamiento y presupuesto
DISEÑO DE VELERO DE REGATAS PARA LA VUELTA A VELA A FRANCIA Y
PRESUPUESTO MÁXIMO DE 120.000 €
Alumno: Pablo Fdez.-Palacios Pérez
Tutor: Antonio de Querol Sahagún
Universidad de Cádiz Julio 2012 E. U. Ingeniería Técnica Naval