Inundación, Arqueos y Francobordos en Ingeniería Náutica

Inundación

Definición:

La inundación se produce cuando un buque sufre un desgarro en la obra viva a causa de una colisión, varada u otro motivo. Y por este desgarro el agua del mar ocupa el compartimento siniestrado produciendo una inundación.

Tipos de inundación

Compartimento limitado por altura: El agua de mar ocupará totalmente el espacio. Cuando ocurre esto, es fácil calcular el peso del agua y su posición del centro de gravedad por lo tanto se limitará a variar la posición del centro de gravedad del buque y sus calados.
Compartimento no limitado por altura: El agua de mar irá ocupando el espacio siniestrado hasta que la flotación en su interior sea alguna hasta que la flotación en su interior sea igual a la flotación exterior del buque después de la inundaciónn en este caso, las flotaciones exteriores e interiores están equilibradas y seguiremos el método DESPLAZAMIENTO CONSTANTE (se considera que la parte inundada ya no forma parte del barco es decir no añadimos peso, y el desplazamiento y la posición del centro de gravedad no varía pero si varía la forma de la carena perdiendo esta zona inundada y la tendremos que equilibrar) este método toma la KG constante asique tendremos que tener en cuenta una variable menos para solucionarlo. El espacio inundado puede estar antes de la inundación lleno o vacío, de esto dependerá la cantidad de agua que entrará. La permeabilidad de volumen es la cantidad de agua que puede llenar un espacio inundado y se expresa como el tanto por ciento del volumen total de dicho espacio.

Para estos cálculos se divide al buque en 3 zonas:

Cámara de máquinas y caldera
Compartimentos situados en proa de la cámara de máquinas y calderas
Compartimentos situados en popa de la cámara de máquinas y calderas

-Existe también la permeabilidad de superficie(cantidad de superficie que se pierde en un compartimento por la inundación), cuando no se llena completamente una zona inundada nos produce una superficie libre que afecta negativamente a la estabilidad del buque pero la pérdida de inercia se verá disminuida por la superficie no afectada. Esta permeabilidad solo se usa para calcular la pérdida de GM

Definiciones de las esloras inundables para su estudio

Cubierta de cierre: es la cubierta más alta a la que llegan los mamparos transversales estancos.
Línea de margen: la línea paralela a la cubierta de cierre en el costado y situada a 3 pulgadas por debajo de ella, define las flotaciones límites del buque que vienen definidas por tangentes a la línea de márgen.
Eslora inundable: en un punto dado de la eslora del buque es la longitud máxima de eslora que puede ser inundada sin que se sumerja la línea de margen. La eslora inundable se representa mediante la curva de inundación que se obtiene midiendo las coordenadas de la eslora inundable en cada uno de los puntos de la eslora del buque.
Carena intacta: aquellos espacios que aun estando en la zona siniestrada, no sufren los efectos de la inundación. Esto afectará a los cálculos de estabilidad dependiendo de que la parte afectada esté por encima o por debajo de la flotación inundante y al calado disminuyendo la inmersión.

Efectos de la inundación

Inmersión y asiento
Modificación de la estabilidad
Escora

Efecto de inundación de un compartimento limitado en altura

Este tipo de inundación de un compartimento, cuyo techo superior está mas bajo que la superficie exterior del agua, se produce por la rotura del forro exterior, en un tanque de techo más bajo que la superficie libre de la mar.

Compartimento vacío: El efecto de la inundación es igual a cargar en g un peso de agua igual al de la inundación, pasando el barco de una flotación FL a una flotación FL’.
Compartimento lleno: Si el compartimento está lleno de mercancía cuyo coeficiente de permeabilidad de volumen y superficie sean Kpv y Kps, el volumen de agua inundada sea Vi en el compartimento de volumen V sea:

Vi=V*Kp.

– Kp=60% indica que en 100m3 del compartimento solo entran 60m3 de agua porque existe un 40m3 de materia sólida.

-El peso de agua inundada Pi será: Pi=Vi*densidad=V*Kp*densidad.

– Conocido el peso de agua inundada y el centro de gravedad del compartimento inundado, los efectos serán los mismos que la carga de dicho peso en cg del agua inundada, que es el mismo que el del compartimento inundado.

Efecto de inundación de un compartimento no limitado en altura vacío

Cuando el techo del compartimento queda más alto que el nivel exterior del agua. En este caso el compartimento inundado está en comunicación con la mar, introduciendo más agua en el compartimento a medida que el buque escora más.

Cálculo del peso del agua embarcada por inmersión paralela

El compartimento está vacío y situado en la vertical de F con el barco adrizado. Después trasladaremos la posición del compartimento longitudinalmente y transversalmente a su posición real.. Sea FL la flotación del buque cuyo desplazamiento D antes de producirse la vía de agua y FL’ la flotación final de la inundación, al restablecerse finalmente el equilibrio entre falta de empuje y peso, después de haber pasado las flotaciones intermedias

La separación ∑ΔC entre la flotación inicial FL y la final FL’ viene dada por esta fórmula.

∑ΔC = V / St – 2S.

V= volumen abcr del compartimento limitado entre la flotación inicial y la quilla St= Superficie de flotación del buque
S= sección ab en planta del compartimento inundado. ∑ΔC = inmersión total producida. -Para sumergirse un buque y pasar de FL a FL’ es preciso cargar un buque P, que es el peso del agua inundada por inmersión paralela. P=Tc*∑ΔC *100

Cálculo del peso de agua por libre comunicación

Plc=S*dt*densidad*tgθ. Plc= peso libre comunicación en tn

S= superficie en planta de la inundación en m2 dt= distancia entre el cg de S y la línea central tgθ= ángulo de escora producido.El angulo primero lo sacamos cargando el peso de agua tpnr a la distancia dt, una vez conocida la escora aproximada, se haya el peso del agua libre comunicación y por ultimo la escora empleando el volumen de agua embarcada gnr.

– El peso total del liquido y su Kg será: Pt=100*Tc*∑ΔC+St*dt*densidad*tgθ

– Las coordenadas de g son dt y Kg siendo: KG=C+∑ΔC+dt*tgθ/2

– La inercia de la superficie será: i=1/12*Eslora*Manga3

c= calado. -∑Δc = inmersión paralela = V/St-2S Dt = distancia transversal. -La determinación de los calados, escora y curva de estabilidad no ofrece de estabilidad no ofrece ninguna dificultad, ya que se conoce por el peso total del agua inundada Pt y la posición longitudinal de c de g compartimento inundado en g. ● Efectos de inundación de un compartimento lleno de carga
En el caso de hallarse el compartimento cargado con una mercancía o maquinaria, cuyos coeficientes de permeabilidad, de volumen y superficie sean Kpv y Kps el calculo se desarrollaría como antes solo que ahora:
– ∑ΔC’ = V*Kpv/Sf – 2S*Kps P = ∑ΔC’*Tc. – Plc= S*Kps*densidad*tgθ

ARQUEO
Se llama arqueo a la capacidad de un buque en toneladas de arqueo.
Arquear un buque es un conjunto de operaciones para obtener su capacidad, de acuerdo con el reglamento. Su objetivo es la aplicación de cargas fiscales así como otras leyes y disposiciones del derecho marítimo.
Estos son los principales aspectos que intervienen:
– Tonelaje Bruto: capacidad total de un buque
– Tonelaje neto: capacidad disponible para carga y pasajeros
– Tonelada de arqueo: unidad para el arqueo (2,83m3)
REGLAMENTOS DE ARQUEO
– 1909 (TRB,TRN)
– 1969 (GT, NT)
REGLAMENTO ARQUEO 1969
Se aplica a todos los buques excepto:
– buques de guerra
– buques de pesca (necesita los dos cálculos TRB y GT)
– buques de eslora <24 m
ARQUEO BRUTO GT = K1 · V K1 = 0.2 + 0.02 log10 V
V: Volumen de todos los espacios cerrados. REGLAMENTO DE ARQUEO 1909
se aplica a todos los buques nacionales de eslora <24m
Cálculo de arqueo en TRB – Regla 1a
– Regla 2a
● Normativa nacional. Circular 1/97 DGMM – Embarcaciones de recreo Regla 1a
• V1: Volumen bajo cubierta
– Integración por SIMPSON
• V2: Volumen sobre cubierta
– Volúmenes sencillos → trapecios
• VT: Volumen total
TRB = (VT) / 2.83 (toneladas Morson)

Regla 2a
se usa para calcular el arqueo bajo cubierta cuando es impracticable la aplicación del reglamento de arqueo
A= (L· K ( B+ C / 2 )^2) / 2.83
• L: Eslora de arqueo. •B: Manga máxima. •. C: Longitud de la cadena. • K: – 0.17 madera o PRFV – 0.18 metálico

Para Embarcaciones de recreo “CE” :
A = K · Lh · Bh 2
• Lh : eslora de casco. • Bh : manga de casco. • K = 0.1113 acero, aluminio y PRFV • K = 0.1051 en otros casos
Espacios exentos de arqueo bruto:
– entrepuente de la bodega de carga -— parque de elaboración de pesca- —espacios de máquinas y guardacalores. -—espacios conteniendo molinetes, servomotores..— espacios utilizados para navegación— lumbreras, pomos y troncos—- caja de cadena— espacios conteniendo baterías, equipos de seguridad—- tambuchos y escotillas de acceso— trancas de las escaleras— cocina— lavabos sanitarios— talleres y pañoles de máquinas—- pañol de ropa de agua

DEFINICIONES
– cubierta de arqueo Es la superior en los buques de una o dos cubiertas y la segunda en las que tienen más de dos. Ha de ser continua de proa a popa, cuando hay un saltillo esta se prolonga hasta la parte elevada de la cubierta y el arqueo se mide hasta la línea de prolongación.
– Puntal de trazado: distancia desde el canto alto de la quilla hasta la cara inferior de la cubierta superior en el costado.
– Espacios cerrados: os limitados por el casco del buque por mamparos fijos o movibles y por cubiertas o techos que no sean toldos permanentes o movibles
– Eslora de arqueo.( puntos a continuación)
● buques de madera, longitud de la cubierta de arqueo medida en línea recta,en el plano central del buque desde el interior de la roda hasta la cara interior dell refuerzo de popa● buques de acero, longitud de cubierta de arqueo medida en línea recta en elplano central del buque, desde el punto de intersección de las líneas trazadas por el extremo de las cuadernas, paralelas al casco en la proa hasta la intersección de las mismas líneas en popa. ● buques de estructura longitudinal, se tomará la longitud desde el refuerzo de la plancha de la roda, hasta el refuerzo de la plancha central de popa. ● buques de poliéster, es la longitud de la cubierta de arqueo medida en línea recta en el plano central del buque desde el interior de la roda, hasta la cara interior del refuerzo de popa.

FRANCOBORDO
A los barcos se les limita el calado máximo al que pueden navegar mediante una marca llamada francobordo o línea de máxima carga que se pone en los costados del buque.
– Marca una altura de obra muerta—— Da una reserva de flotabilidad al buque—- Contribuye a mejorar la estabilidad transversal—— Limita y garantiza la carga máxima que puede llevar el buque.
DEFINICIONES
– cubierta de francobordo: cubierta que está a la intemperie y está provista de cierres permanentes. Si tenemos una cubierta de francobordo discontinua la línea inferior de la cubierta se prolongará tomando esta como la cubierta de francobordo.
– Puntal de francobordo: Es el puntal de trazado aumentando en el espesor del trancanil. -Un francobordo mayor en popa y en proa que en el centro hace un buque más marinero.

CRITERIOS DE RAHOLA
Son condiciones impuestas por la ADMINISTRACIÓN que deben cumplir los diferentes tipos de buques y embarcaciones, relativas a la estabilidad en las distintas situaciones a las que estarán sometidas.
Los criterios se refieren tanto a la estabilidad inicial GM, a la estabilidad a grandes ángulos (Curva GZ) o a la estabilidad dinámica.
Los criterios de rahola, nos dan los valores mínimos a cumplir por los buques en cualquier condición de carga.
ESTABILIDAD ESTÁTICA GM ≧ 0.15m ESTABILIDAD A GRANDES ÁNGULOS: GZ 20 ≧ 0.140m
GZ 30 ≧ 0.200m
GZ 40 ≧ 0.200m
GZ max debe ser para θ ≧ 25o ESTABILIDAD DINÁMICA
h 30 ≧ 0.055m*rad
h 40 ≧ 0.090m*rad h40-h30≧ 0.030m*rad
El KG máximo tiene que estar siempre dentro de la curva si no no cumple.