Cálculo de estabilidad

(En el diseño preliminar de un buque de carga)

Introducción

El cálculo de la estabilidad es una de las tareas básicas que se deben realizar en la etapa de diseño inicial de un buque, en la que no se precisa mucha exactitud y donde es aconsejable poder realizar cálculos rápidos, aunque sean aproximados, que permitan analizar muchos dimensionamientos alternativos en muy poco tiempo. En esta entrada del blog presento un formulario para introducir las dimensiones principales de un buque de carga a partir de las cuales el programa calcula, en forma aproximada, la altura metacéntrica transversal GM y los brazos de adrizamiento GZ para varios ángulos de escora.

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Definiciones

Recordamos aquí los conceptos básicos referentes a la estabilidad de un buque, que puede considerarse en condición de casco intacto y en condición de casco inundado tras una avería. Solo se contempla en este estudio el buque intacto y únicamente buques de carga general o granel (carguero, petrolero, granelero). No se consideran buques portacontenedores, pesqueros, yates, de pasaje, de guerra, dragas, cargas especiales, etc, ni tampoco criterios de viento y movimientos en la mar. La máxima eslora admisible en este programa es 300 m y la mínima 70 m.

La estabilidad de un buque queda definida por su altura metacéntrica GM, en la condición de equilibrio adrizado, y por el brazo o par de adrizamiento que tiene, a diversos ángulos, cuando sufre un ángulo de escora por cualquier causa. Las autoridades marítimas regulan los valores mínimos que debe tener la GM y los GZs y para comprobar este cumplimiento he considerado las reglas de estabilidad de la OMI (ver Ref.1). Después de calcular y presentar una tabla con el GM y GZs del buque se presenta otra tabla comparando estos valores calculados con los requeridos por OMI.

Solamente se pide al usuario que defina necesariamente 5 dimensiones y el tipo de buque, entre carguero, granelero y petrolero:

• Eslora entre pp (¡usar punto, no coma, en los decimales!)
• Manga
• Puntal a Cta. Superior
• Calado de diseño (Td)
• Coeficiente de bloque

Además el usuario puede definir opcionalmente estas otras características, pero si no lo hace el programa las estimará adoptando valores medios normales para el tipo y tamaño del buque (Ref.2). Estos datos opcionales se señalan con un * y en celdas de color gris. Debe tenerse muy en cuenta que estos valores estimados por el programa no son muy fiables por lo que siempre deben usarse, si es posible, valores deducidos de experiencia o cálculos propios basados en la realidad del proyecto en estudio.

• Coeficiente de la flotación al calado Td
• Otro calado adicional, inferior al de diseño
• Peso en rosca del buque
• Altura KGr del c. de gravedad del buque en rosca
• Altura KGc del c. de gravedad de los espacios de carga
• Peso de los consumibles
• Porcentaje de los consumibles en tanques de D. Fondo
• Longitud de las superestructuras en % de Lpp

El programa calcula la estabilidad suponiendo que todos los espacios de carga están llenos totalmente (carga homogénea), cualquiera que sea el calado del buque, sin cubertada. El valor de la altura metacéntrica GM y de los brazos GZ de adrizamiento se calculan por fórmulas explicadas en el libro de Ref. 2, Cap. 3.9. Los brazos son válidos, aunque aproximados, dentro de los siguientes límites: C. Bloque entre 0,52 y 0,80, Manga/Calado entre 2 y 4,50, Puntal/Calado entre 1,30 y 2,20.

En el caso de petroleros la altura metacéntrica se corrige por efecto de la superficie libre en todos los tanques de carga, suponiendo que existe doble casco y un mamparo longitudinal si el Peso Muerto es menor de 50.000 Tm y 2 mamparos si es mayor. Como se supone que los tanques están llenos no se corrigen los brazos GZ por efecto de superficies libres. En todos los buques se aplica una corrección del GM por efecto de la superficie libre en los tanques de consumo.

Resultados

En la primera tabla de resultados se indican para el calado de diseño y para el calado adicional (llamado actual), los valores en metros de la altura metacéntrica y de los brazos de adrizamiento GZ para escoras de 5, 10, 15, 30, 45 y 60 grados. En la segunda tabla se comparan los valores calculados para el buque, referentes al calado actual, con los requeridos por OMI, que son estos:

1. Altura metacéntrica GM (m) > 0.15
2. Brazo GZ(m) a 30º o mayor > 0.20
3. Estabilidad Dinámica(metro*radián) a 30º > 0.055
4. Estabilidad Dinámica(metro*radián) a 40º > 0.090
5. Estabilidad Dinámica(metro*radián) entre 30º y 40º > 0.030

Referencias