Autor: Arquitecto Victor Manuel Portela Gómez Fecha: 1988-03-10

1. 7 y!
E Egp. 2, q¿1-
1
1
1
TRABAJO DE INGRESO
A LA
ACADEMIA MEXICANA DE INGENIERIA
o QUE PRESENTA EL C. CANDIDATO
ARQUITECTO NAVAL VICTOR MANUEL PORTELA GOMEZ.
MEXICO, D. E. MARZO 10 DE 1988.
6iT -: -2- ¿1 q

2. 1.
1
1
1
1
DISEÑO PRELIMINAR EXPLORATORIO
DE UN
SISTEMA INTEGRADO REMOLCADOR-BARCAZA
PARA TRANSPORTE DE GAS LICUADO DE PETROLEO.
1
1
(
1
Hl

3. 4
a
*
u
Ir.
u
u
a,
u
I N D I CE
HOJA N°
PREAMBULO 1
ANTECEDENTES 4
INTRODUCCION 6
CONSIDERACIONES DE DISEÑO 8
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO PRELIMINAR 9
DISEÑO PRELIMINAR DEL SISTEMA 11
1.- Dimensiones principales .............................. 11
II.- Coeficientes de forma ................................ 12
A.- Coeficiente de bloque, CB ....................... 13
B.- Coeficiente de la sección media, CM ............. 13
C.- Coeficiente prismatico, Cp ...................... 14
D.- Coeficiente del plano de agua, Cp .............. 14
III.- Estabilidad incial ................................... 15
IV.- Estimación de pesos .................................. 17
A.- Peso muerto total del sistema (DWTTB) ........... 18
B.- Peso en rosca del sistema (LSWTB) ............... 21
V.- Desplazamiento y calado ............................. 28
VI.- Estimación de la potencia requerida .................. 31
VII.- Dibujos preliminares del sistema ..................... 33
CQLCLUSLON 34

4. PREPMBULO
a
E ti esLe trabajo se expone la conveniencia de utilizar ur :itca raiolcadcr br
caza para transporte de gas licuado de petróleo, que opere en alta mar comple
tamente integrado y rígidamente conectado.
Asímismo, se esboza el procedimiento de diseño del mismo, en base a parámetros
conocidos de un buque equivalente.
Sin importar el tipo de carga que transporten, estos sistemas son definidos por
las siguientes características:
Son diseñados para operar en alta mar como una unidad, aun cuando pueda ha
ber mas de una barcaza prevista en el sistema para cada remolcador. Cuan
do operan en alta mar, el remolcador empuja a la barcaza en vez de tirar
de ella con una línea.
El remolcador y la barcaza son conectados rígidamente cuando navegan, de
modo que no existe movimiento relativo entre ellos (es un sistema con cero
grados de libertad).
• 3.- La hendidura practicada en el extremo de popa de la barcaza se diseña para
acomodar el extremo de proa del remolcador.
u
4.- El sistema incorpora un arreglo en el cual el remolcador puede separarse
rápidamente de la barcaza, permitiéndole entregar una barcaza en un puerto,
dejarla ahí y recoger otra para la próxima pierna del viaje.

5. -2-
Cuando el remolcador y la barcaza estan unidos, la unidad tiene, esencial
mente, las mismas líneas que un buque.
It
Puesto que la unidad remolcador-barcaza tiene escencialmente las mismas lí
neas que un buque y en consecuencia, plantas de propulsión de tamaños equi
valentes, las características globales de propulsión son escericialmente las
mismas que las de un buque de capacidad de carga y velocidad equivalente.
IR
7..- Las Sociedades de Clasificación (ABS cuando menos) requieren que las unida
des remolcador-barcaza, cuando se combinen, tengan el mismo criterio de re
sistencia estructural que un buque.
8.- El servicio de guardacostas de los E.U.A. requiere que tanto el remolcador
como la barcaza tengan buen comportamiento marinero por sí solos y sean cer
tificados separadamente. Además de esto, el remolcador y la barcaza deben
diseñarse para permitirles ser separados de una manera rápida y segura cuan
do esten en alta mar.
Ijebe erifatizarse que, de acuerdo con la definición anterior, una determinada can
tidad de barcazas, ya sean idénticas o de diferentes tamaños y funciones, pueden
• construirse para ser compatibles con un mismo remolcador. Inversamente, un
1. cierto número de remolcadores pueden propulsar una misma barcaza. Se requiere
compatibilidad de diseño entre el remolcador y la barcaza, en las formas de sus
cascos y en su iriterfase física. En general, se debe pensar de este sistema
como un tipo de conexión similar a la utilizada para conectar vagones de ferr .g
carril o remolques, ésto es, una unión normalizada que permita a una locomotora
o tractor tirar de una variedad de vagones o remolques de diferentes tipos y ta
11

6. -3-
maños.
fl—' rrfrtj,,c d1
Flexibilidad.
El remolcador-barcaza proporciona un sistema muy flexible. Puesto que el núme
ro de barcazas no necesita ser igual al de remolcadores, se pueden utilizar mas
barcazas que remolcadores. Además de ésto, un determinado número de remolcado
res puede manejar una extensa variedad de tamaños y aun tipos de barcazas. Es
ta flexibilidad no es posible obtenerla con un buque.
- - --------. •1
Aun cuando un sistema integrado remolcador-barcaza resulta generalmente en uni
dades (remolcador y barcaza) con mas peso de acero que un buque similar del mis
• mo tamaño y características, estos tipos de unidades pueden construirse en un
número mayor de astilleros de los que pueden o estan disponibles para la cons
L trucción de buques. Esto se vuelve aun mas notable si los buques a construir
son de diseño especial. Muchos astilleros se especializan en la construcción
1
de remolcadores solamente mientras que otros se especializan en la construcción
de barcazas. Por otro lado, un astillero convencional es capaz de construir
remolcadores y barcazas. Este mercado mas amplio y competitivo para la compra
de remolcadores y barcazas debe (y aparentemente así es) resultar en costos de
construcción mas bajos que para un buque equivalente.
1
o
1

7. -4-
- Costos de ooeración.
El costo inicial mas bajo combinado con la flexibilidad de tener mas barcazas
1
que remolcadores y mas bajos costos de tripulación, nos lleva a un sistema me
nos costoso de operar que los buques convencionales.
Çpcidad de almacenaje.
Las barcazas pueden servir como un buen almacén para cierto tipo de productos.
Un ejemplo serían los productos químicos, que requieren de recubrimientos inte
riores muy costosos para los tanques, que en cuyo caso, necesitarían instalarse
solo en la barcaza, en vez de proveer facilidades duplicadas en tierra. Otro
- ejemplo es el LPG (gas licuado de petróleo) o LNG (gas licuado natural).
u
Nuestro sistema se enfoca a explotar esta última posibilidad, un almacén móvil
para transporte y depósito de LPG.
ANT E CEOE NT ES
El gas licuado de petróleo que se utiliza en el noroeste del país es transpoj
- tado desde Pajaritos, Veracruz a Topolobampo, Sonora, por los buques AHKATUN y
CANTARELL de Petróleos Mexicanos.
Cada uno de estos buques pueden transportar un volumen de gas de 55,860 metros
cúbicos al 98% de su capacidad y debido a restricciones de calado en Topolobam
po, tienen que fondearse en las inmediaciones de Guaymas, para ser alijados por
un buque de menor calado y por ende, menor capacidad.
1

8. El buque que se utiliza para este alijo es rentado, de nacionalidad noruega y tie
ne una capacidad de 5000 m3 . Las características principales de este buque son
las siguientes:
Eslora entre perpendiculares: 102.00 m.
1
Manga, moldeada: 18.50 m.
Puntal, moldeado: 9.90 m.
- Calado de diseño, moldeado: 5.75 m.
• Peso muerto, máximo: 4,100 t.
Tonelaje de registro bruto: 5,453 t.
1
Tonelaje de registro neto: 3,331 t.
Capacidad de carga: 5,000 m3
0
Potencia propulsora 5,400 bhp.
R.P.M. del eje 176
Velocidad de servicio 16 nudos.
Es un buque monohélices con popa de espejo, proa de bulbo, castillo de proa, tol
dula y toda la maquinaria y alojamientos a popa (ver figura A).
Para fines de este estudio, se asumirá que en la actualidad, utilizando este bu
que, el alijo se lleva a cabo en 11 viajes, con un máximo de 18 días, consideran
do que las operaciones se efectuan de acuerdo con el siguiente programa:
.- Carga en Guaymas. 4 horas.
Viaje Guaymas-TopOlObampO. (180 millas) 12 horas.
Descarga en Topolobampo y tolerancia 12 horas.
para mantenimiento.
Viaje Topolobampo_GUaymaS (buque des 10 horas.
cargado).
*

9. PERFIL
PLANT4A
SISTEMA INTEGRADO REMOLCADOR- BARCAZA DE 5000m3 DE CAP.
FIGURA No. 1

10. PERFIL DEL REMOLCADOR
CUARTO DE
GOBIERNO
MOLINETE DE
LEVAS
TALLER Y PAÑOL DE
ENSERES
CAMAROTES DEL CAPITAN
/ Y JEFE DE MAQUINAS.
CUARTO DE AIRE ACOND.
CAMAROTES DE TRIPULACION 1 CAMAROTES Y CAMARA
CUARTO DE GUARDAALOR
MOTOGENERADORES YCuÁR1D DE DE OFICIALES
DE EMERGENCIA y FILTROS
VENTILACION
PAÑOL CUARTOS COCINA Y GUAD4CALOR CAMAROTES
DEL CABLE FRIOS LAVANDERIA Y AEÁ DE Y CAMA RA DE
DE
REMUE SRICIO TRIPULACION
Y GALGAS
COMPARTIMENTO DE COMPARTIMENTO DE
MAQUINARIA SII4ENCIDORES MAQUINARIA
AUXILIAR 1 (2) il AUXILIAR
CUBIERTA 03
CUBIERTA 02
CUBIERTA Ql
CUARTO DE CONTROL TANQUES DE
DE POTENCIA AGUA PO1BLE
HIDRAULICA
p894 GAL
--- __5
BOMBA! Ñ
DE
REFACCIONES TANQUE DI
COMB. NO3
U
.DEB
¡3316 GA
MONES
MAQUINAS PROPULSORAS
3900 HP (DOS)
1
CUARTO DE PIQUE DE
CONTROL PROA Y1
DE TANQUE/
MAQUINAS DE
LASTRE /
CUARTO DE MODULOS 2198
DEL SISTEMA GAL
DE
LUBRICACION
Y
FIGURA No. 2

11. JL
1 /
3x3x3/B" CAR i6"-TELA, IP. 5/
4x4x3/8'r
/
1
DOBLE FONDO, 5/16"
IOx3x5/16"i
MAMP. ESTANCO, IP. 3/8
TECHO DEL TANQUE,IP.5/16"
PUNTAL 6"0
CED.80
BANCADA MOTOR PROPULSOR
fL 1/2"
3x3x3/8'
-
/
' 7-
VAGRA CENTRAL
VERTICAL
I/2J
VAGR
ACEITE
ESTANCA AL
LI6h1
IP. DE COSTADO,_3/8"
IIVEL DE LA CUB. DE OPN.
4x4x3/8" r
IIVEL DEL TECHO
EL DOBLE FONDO
-..VARENGA IP. 3/8"
SECCION MEDIA DE
4x4x5/16'
REMOLCADOR
/14x4x3/81 J/CUBIERTA ) FL 5/I6' NIVEL DE LA
CUB. PRINCIPAL
/ SOL. 3x3/8" CUADERNA 26 CUADERNA 27 SOL. 3x3/8" PLACA DEL FONDO, 1/2"
ORDINARIA BULARCAMA
ç.
FIGURA No. 3

12. SECCION MEDIA DE LA BARCAZA
UE ESFERICO DE 1250 m 3
CAP DE CARGA 1 SISTEMA
O SOPORTADO.
FIGURA No.4

13. ARREGLO DE LA INTERCONEXION DEL SISTEMA INTEGRADO
REMOLCADOR - BARCAZA
SALIENTE EN FORMA DE
CURA EN EL REMOLCADOR
(BR. Y ER. )
MADERA
A0
01
CUBIERTA PRINCIPAL
IIII-zREMOLCADOR
CUA DE POPA DE
LA BARCAZA R. Y_ER.-
Jo o ° o
Il±éf4T !
/
1
/
/
/
PERFIL
UNla
HENDIDURA DE LA BARCAZA
ALERO DE LA
BARCAZA
BARCAZA
MADERA
MADERA SECCIONES
FIGURA No. 5

14. 1 / e
e ee e e e e e e
o e e
PERFIl
Pl LNT
BUQUE TANQUE GASERO DE 5000m3 DE CAP.
FIGURA A

15. 1
Total. por viaje 38 horas.
Total por 11 viajes 418 horas.
(17.4 días)
1 NTRODUCC ION
u
El sistema integrado que nos ocupa, se justifica en la posibilidad de utilizar un
remolcador-barcaza (ITB) para alijo y si se necesitase, almacenaje, del gas licua
do de petróleo que se transporta actualmente hasta el fondeadero de Guaymas.
Esta posibilidad se origina en el hecho de que la forma de alijo que se ha venido
practicando, es suceptible de ser optimizada, reduciendo el tiempo de descarga del
producto en la terminal de Topolobampo.
Para ésto, se propone la utilización de 2 barcazas y un remolcador, formando un
sistema integrado, rigídamente conectado que sustituya al buque de bandera extran
jera que viene prestando este servicio. Las operaciones se efectuarían entonces
de acuerdo con el siguiente programa:
Carga en Guaymas 4 horas.
Viaje Guaymas-Topolobampo. 12 horas.
Descarga en Topolobampo. O horas.
Cambio de chalán 1 hora.
Viaje Topolobampo-Guaymas (remolcador 10 horas.
solo o con barcaza vacia)
a
Total por viaje 27 horas.

16. iba
-7-
Total por 11 viajes 297 horas.
(12.4 días).
a
• El sistema completo será diseñado para operar en alta mar en un ambiente comple
tamente marino, de un modo seguro y económico. El sistema de conexión que se
• utilizará cae en la categoría de los de atraque con hendidura profunda, y utili
za un dispositivo de ariete hidráulico estructural precargado y de desconexión
rápida. Este sistema es, en la actualidad, el que cumple mas de cerca con to
dos los requerimientos regulatorios impuestos por las Sociedades de Clasificación
y el Servicio de Guardacostas de los Estados Unidos.
Debe enfatizarse el alto riesgo que implica el transporte de gas licuado de Pc-
tróleoyque es difícil pensar en un sistema que no tenga un 100% de seguridad en
todas las condiciones climatoigicas.
El sistema propuesto resulta mas justificable cuanto mayor sea la demanda de gas
en esa parte del país y se requiera agilizar la operación de alijo de los buques
que lo transportan a esa zona. Adicionalmente, se prevee la ventaja de utili
zar a las barcazas como almacén del producto en los casos de carga pico y al re
molcador para servicio de puerto.
• Además de ésto, a largo plazo, se vislumbra la posible utilización de una red de
distribución de gas en la que las barcazas sirvan como almacén del producto en
los puertos cercanos a Guaymas. Esto resultaría en una red con un número de bar
• cazas considerablemente mayor que el de remolcadores y que tendría la flexibili
dad de poder ajustar mas apropiadamente el suministro a la demanda de los diferen
tes puertos.

17. -8-
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
. 1...4..... L_., _ .,LOS LOS u u i sriu ue uli uaue 1 iiiu 1 LQuuI LJI LaLa
son demasiados diferentes de aquellos que deben considerarse en el diseño de un
remolcador y barcaza normales, y en algunos casos, en el de un buque.
El remolcador requiere una gran proporción de la eslora combinada del conjunto,
para tener un buen comportamiento hidrodinámico. Esta proporcion puede ser has
ta del 25% de la eslora combinada del sistema, ocasionando una virtual reducción
en la eslora de los tanques de carga, en comparación con un buque de dimensiones
iguales. Esto lleva a la conclusión que para un peso muerto dado, una unidad
remolcador-barcaza necesita mas eslora que un buque, Este incremento puede ser
de hasta un 8%.
00
La posición relativa del remolcador y la barcaza, cuando estan en la condición
de conectados, permite una buena reducción de la resistencia al avance de la
interfase del casco de ambos,
16
Las secciones transversales de proa del remolcador se diseñan con formas en "1"
I
para mantener en un nivel mínimo la carga de impacto debida a los movimientos
acoplados de arfada y cabeceo. Esta característica es especialmente importante
U cuando se opera en aguas abiertas, en donde pueden transmitirse cargas considera
bles a la estructura de la barcaza, mediante el sistema de conexión.
Los remolcadores equipados con dos hélices tienen mejor maniobrabilidad cuando
estan conectados a la barcaza y cuando actuan como unidades independientes, aun
que debe considerarse una ligera disminución en la eficiencia propulsiva, de

18. -9-
alrededor del 5%. Las instalaciones de hélices gemelas también permiten una me
jor imersión de las hélices en la condición de lastre y permiten variaciones de
-- -- __.__.Lc 1 dUU IIici ciiii uiia aI a tti 1 IIIIpu rL.aII .e cuanuo se conectan desconec
tan a la barcaza.
Las áreas de los timones del remolcador son relativamente mas grandes, aproxima
damente del 2% del área sumergida proyectada de la combinación remolcador-barca
za. Los timones son, generalmente del tipo de espada. El remolcador, de des
plazamiento elevado, se diseña con amplia capacidad de lastre para proporcionar
grandes diferenciales de calado.
r,
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO PRELIMINAR,
Ir
El diseño preliminar de un buque es un proceso en el cual el diseñador, hacien
do uso de su experiencia, se involucra personalmente en el desarrollo del mis
a
mo, en términos de concepto y métodos utilizados y también en la racionalidad
de las respuestas obtenidas.
r Por su propia naturaleza, el diseio preliminar es, tal vez, el aspecto mas sub
jetjvo de la arquitectura naval, contando, como lo hace, con la experiencia
acumulada y datos de cada practicante de la profesión. Sin importar los medios
• utilizados para elaborar estos cálculos, los métçdos en los cuales se basen, de
ben ser de principios sólidos, y reflejar características establecidas para el
tipo de buque que esté siendo investigado. Una de las metas que persigue este
documento es replantear estos principios. LOS métodos que se presenten, en
consecuencia, son en general adecuados para efectuar un diseño preliminar explo
ratono,
1

19. - lo -
El procedimiento se puede resumir como sigue:
1.- Estimar las dimensiones priricipie U&i LurijunLu en se dseñus exisLen
tes de buques de tipo y caracteristicas similares.
Estimar los coeficientes de forma del sistema, en base a las dimensiones
[
principales y a diseños existentes. Para esto, es necesario asumir valo
res para el desplazamiento y el calado moldeado, los que se revisarán, co
mo sea necesario, conforme avance el diseño.
OR
Verificar, preliminarmente, la estabilidad inicial del sistema, calculando
su altura metacéntrica transversal.
MÉ
[ IV.- Estimar el peso de la combinación remolcador-barcaza partiendo del peso
del acero y potencia en el eje del buque equivalente.
1 V.- Verificar el desplazamiento y el calado correspondiente a las dimensiones
y forma asumida para el sistema.
E'
Estimar la potencia requerida para vencer la resistencia al avance del cas
- co del conjunto; con ésto se verifica si la potencia en el eje asumida ori
ginalmente es adecuada.
Elaborar dibujos preliminares del sistema.

20. DISEÑO PRELIMINAR DEL SISTEMA.
el
1.- Dimensiones Principales.
. 5.
El primer problema que se enfrenta cuando empieza a diseñarse un buque, es
la selección de las dimensiones principales apropiadas para el desarrollo
de un diseño que cumpla con todos los requerimientos especificados por el
armador.
u
el En nuestro caso, el tipo de embarcación que nos ocupa cae en la categoría
de "buque de dimensiones lineales" en los que el proceso de diseño procede
directamente de las dimensiones unitarias de la carga. Para éste tipo de
buques, el peso muerto, volumen y algunas veces la velocidad son determina
dos por el diseño en vez de ser factores principales que lo determinen. El
proceso de diseño es, en consecuencia, no estandar.
La manga y el puntal son las primeras dimensiones que se fijan, determina
das por las dimensiones del tanque esférico de carga que puede ser transpor
tado en su sección media. La eslora se ajusta entonces para acomodar el
número total de tanques necesarios.
Considerando que se necesitara un número igual de tanques de carga que en
el buque equivalente y que sus dimensiones serán las mismas, podemos consi
derar, como primera aproximación,que la manga y el puntal serán iguales a
las de éste y que la eslora tendrá un incremento del 6% , para acomodar el
mecanismo de conexión del remolcador a la barcaza, De aquí que:
1

21. - 12 -
km
Dimensión Princioal.
Conjunto
Buque RemçadoN
qyle Barcaza
u, E<z1nrA. Pntrp nerpnd'iciila
ri
res, 102.00 m 108.00 m (354.2')
Manga, maldeada, 18.50 m 18.50 m ( 60.7')
Puntal, moldeado, 9.90 rn 9.90 m ( 32.5')
Las dimensiones particulares del remolcador y la barcaza se determinan pos
teriormente una vez que se haya verificado si las dimensiones anteriormen
te supuestas para el conjunto son adecuadas.
uf
Coeficientes de Forma.
Una vez que se han estimado valores para las dimensiones principales, el
siguiente paso en el proceso de diseño es la selección de un conjunto de
coeficientes de forma.
Las dimensiones principales dan solo una idea general de la forma del cas
co. Solo indican si el buque es largo comparado con su manga y puntal o
si el calado es mayor o menor para la manga que se tiene, pero no dan nin
guna información precisa con respecto al afinamiento de las formas del
casco. Esta ultima información es proporcionada por los coeficientes de
a
forma. La forma del casco es definada con precisión solo por el plano de
formas. Los coeficientes de forma son de material ayuda en arribar a la
forma de las secciones y lineas de agua despues de que las dimensiones
han sido seleccionadas tentativamente.
1
1

22. - 13 -
Estos coeficientes deben estar de acuerdo con las dimensiones principales,
con sus proporciones y con otras características del buque tales como des
plazamiento, velocidad, potencia, estabilidad y resistencia estructural.
A.- Coeficiente de bloque, CB
Para poder estimar su valor, es necesario asumir valores para el des
Rl
plazamiento y el calado, utilizando los datos del buque equivalente.
Como primera aproximación se asumirá un desplazamiento de 8300 tons.
OC
y un calado de 5.75 m (18.9')
1!
1
Entonces,
CB 35
B x L x T
= 35 (8300) = 0.715
60 .7x354.2x18 .9
Este valor se afina posteriormente, conforme se obtengan mejores esti
mados del desplazamiento y el calado.
u
B.- Coeficiente de la sección media, CM
Su valor se asume de diseños existentes. Varia generalmente de 0.8 a
la unidad. Como primera aproximación tomaremos.
'u
CM = 0.98
1

23. r
II
- 14 -
La verificación de este valor se hace al definir la sección media del buque
y calcular su área, AM, dado que
CM = AM
B x T
C,- Coeficiente prismático, C
Su valor se deriva de los recien obtenidos, CB y CM
C
C - B
P CM
- 0.715 - 0.729
- 0.980 -
D.- Coeficiente del plano de agua, Cwp
Se utiliza para estimar el valor preliminar de la altura metacéntrica
transversal, GMT. Se obtiene utilizando la siguiente fórmula deriva
da de la serie 60, o de la figura 22, del trabajo de Watson.
Cw,p = 0.18 + 0.86 C
= 0.18 + 0.86 (0.729) = 0.807
Su verificación se hace al definir el plano de agua del buque y calcu
lar su área, Awp, ya que
1

24. .92
a-
o
< .84
w
.80
o
2
<.78
-J
a-
.76
-J
L&i
74
w
2 .72
tu
70
LL
tu
°o .68
.66
.55 .60 .65 .70 .75 .80 .85
COEFICIENTE PRISMATICO Cp FIG.22 (WATSON)
.90
.88
LLL H' Z
IIIIIT<.82 __
,(
.64

25. - 15 -
Cwp - Awp
L x B
III.- Estabilidad inicial.
Una vez hechas las primeras estimaciones de las dimensiones y coeficientes
de forma, es necesario hacer una verificación preliminar de la estabilidad
transversal, antes de continuar con cualquier desarrollo posterior. Gene
Al
ralmente, en esta etapa, esta verificación de la estabilidad se limita al
cálculo de la altura metacéntrica transversal, GMT, la cual requiere del
conocimiento de las alturas sobre la base del centro de gravedad y metacen
tro transversal. Eventualmente, el primero será determinado por el análi
sis detallado de los pesos y centros de gravedad, utilizando los planos de
tallados del buque y los segundos se obtendrán de cálculos hidrostáticos,
:
ninguno de los cuales esta disponible en la etapa preliminar de diseño.
• En la oficina de diseño, se pueden obtener muy rápidamente curvas hidrostá
in
ticas preliminares, partiendo de formas del buque generadas por programas
de cómputo, el que requiere solo de las dimensiones principales, coeficien
te de bloque y la posición longitudinal del centro de carena, este último
si ha de calcularse el asiento que tendrá el buque. Alternativamente, se
pueden obtener valores preliminares de la altura metacéntrica, utilizando
las siguientes expresiones, para obtener valores aproximados de KB y BM
1
Para el KB se puede emplear la fórmula de Morrish
u
1
KB - (2.5 - Cvp)
a-

26. - 16 -
KB =
18.9
(2,5 - 0.729) = 112 pies
El radio metacentrico transversai, BN, se CdlCUld uLli iLdíldó Ci valor
aproximado del momento de inercia del plano de agua, 'T' mediante la
expresión
= C 1 x L x B 3
En la cual el coeficiente de inercia C I se obtiene de la figura 23, del
trabajo de D.G.M. Watson titulado 'Sorne Ship Design Methods". RINA, 1976,
entrando con Cwp. Entonces
BM-
- C 1 x L x B 3 - C 1 xB 2
- - L x B x T x C B - TxCB
- 0,055 (60,7) 2 -
- 18.9 (0.715)
15.0 pies
De aqui que:
KM = KB + BM
KM = 11.2 + 15.0 = 26.2 pies
El valor aproximado de KG, se puede obtener, por ejemplo, utilizando el mé
todo de densidad-volumen desarrollado por Watson. Sin embargo en esta
etapa preliminar se puede derivar de la expresión aproximada
u KG - 0,24 a 0,75
a
Tomando KG = 0,70 tenemos
11
7
lé
á
1-
u
II
1-
1'
u

27. COEFICIENTE DE INERCIA C it. Y Cl
0 0 0 0 0
O)
o
0
rn
bD
iD
Ó.) _
IIKIJIII
IIIII"'
'•l
(JJ
-
(.1)
o
z

28. — 17 —
7 KG = 0.70 (32.5) = 22.7 pies
-
Cl
valor aproximado de la altura metacntrca traneral puede hor
determinarse, asumiendo que la corrección por el efecto de superficie
libre es de 0.5 pies, lo que es usual.
GMT = KM — KG — corrección por superficie libre
UD
= 26.2 — 22.7 — 0.5 = 3.0 pies
ti
El valor de la altura metacéntrica transversal fluctua generalmente entre
el 5 y 6% de la manga. En este caso dicho valor es de
U.
Ii
GM
B 60.7
II
Lo que esta en el limite inferior, por lo que se consideran adecuadas las
dimensiones principales y coeficientre de forma asumidos hasta este punto.
IV.- Estimación de pesos,
U
Puesto que los buques son cuerpos flotantes, por el principio de Arqume
des, su peso debe ser igual al del agua que desplaza. Por lo tanto, para
determinar el volumen de la parte sumergida de unbuque, es necesario deter
minar su peso. Este es, en consecuencia, el siguiente paso en la prepara
U ción de un nuevo diseño,
te
u
Una estimación precisa del peso de cualquier cuerpo complejo solo puede ha
ho

29. cerse dividiéndolo en partes. De aquí que,una estimación del peso de un
buque, solo puede hacerse reuniendo las partes componentes en grupos.
El método que se utilizará para calcular este peso y efectuar un estimado
preliminar del desplazamiento, puede resumirse como sigue:
1.- Estimar el peso de un buque equivalente, del mismo tipo y dimensiones
u
generales que el sistema remolcador-barcaza requerido.
a
* 2.- Estimar el peso de este sistema, utilizando el del buque equivalente
recien calculado.
Se calculará primero el peso muerto total del conjunto y posteriormente,
su peso en rosca.
A.- Peso muerto total del sistema (DWTTB)
Es la suma del peso muerto de la carga (barcaza) más el peso muerto de
operación (remolcador).
1.- Peso muerto de la barcaza (dwtB)
Lo forma únicamente el peso muerto de la carga
'a
dwtB = 5000 m3 x 0.682 Kg/m3 = 3410 ton met
L = 3356.3 tons
1

30. - 19 -
2.- Peso muerto del remolcador (dwtT)
Ç n rl r.ry rl rtcr mIIcw.+r rlt-. -. . . . ........... 4 *..
a.- Parámetros constantes.
Asumiremos que:
Número de personas: 12
Días en la mar: 5
1).- Agua dulce.
Doméstica = 30 x 12 x 5 = 1800 gal
Potable = 7 x 12 x 5 = 420
Lavado = 24 x 12 x 5 = 1440
Total 3660 gal
= 489.3 ft3
= 13.6 tons
Viveres
= 29.4 x 12 x 5 = 1764 lbs
= 0.8 tons
Tripulación y efectos
= 400 x 12 = 4800 lbs
= 2.2 tons

31. -20-
b.- Parámetros variables
u
i): Comhustih1
BHP xSFR x 120
FO - 2240
en donde BHP = 5400 x 1.05 = 5749
0.9863
SFR = 0.375 lb/bhp - hr
5749 x 0.375 x 120
WFO = 115.5 tons
2240
2).- Agua de enfriamiento del motor
= 5
+ BHP
1000
= 5 + 5.75 = 10.8 tons
En estas expresiones BHP debe estar en unidades ingle
sas.
u
Resumiendo, el peso muerto de operación del remolcador,
se forma por:
Agua dulce 13.6 tons
Viveres 0.8
Tripulación y efectos 2.2
Combustible 115.5
Agua de enf.del motor 10.8
dwt 142,9 tons
L

32. e
1
ej
- 21 -
3.- El peso muerto total del conjunto remolcador-barcaza
(DWTTB) es, en consecuencia:
DWTTB = dwtB + dwtT
= 3356.3 + 142.9
= 3499.2 tons
B.- Peso en rosca del sistema (LSWTB)
Es la suma de los pesos del acero, alistamiento y maquinaria, más un
margen. Se estimará para ambos, el remolcador y la barcaza y luego
se sumará.
1.- Peso en rosca del remolcador lswT)
a.- Peso del acero del remolcadcr (WST)
Para calcularlo se utilizará el método desarrollado por la compa
Ma George G. Sharp Inc. en su trabajo titulado "Model for Opera
tional and Economical Evaluation of Integrated Tug-Barge Systems",
Marzo 31, 1985.
/SHP
WST = 0.64 + 16.79 i000) + 378
en donde SHP = 1.05 x SHP del buque equivalente, expresado en uni
dades inglesas.
5400 x 0.96
SHP = 1.05 ( 0.9863 )
E

33. -J
< 0(t)
4
u)
4 U)Ó
50-j
Ui
<UJZ
o—
o-
MC R
RPM
FIG.IO (WATSON)
1111111
NOTA:
II IlltI II
- LAS RPM SON DE LA MÁQUINA
NO DE LA HLICE
= PESO NETO:9.38(-) ," =
LA-
(5ooARRIBAD
/11111111 it 111111 11111111

34. z
0v)
FC
u MCR DE LA MAQUINARIA PRINCIPAL.
FIG. 11 (WATSON)
T111TTT1
-
PESO REMANENTE:
- 0.59 (MCR) 0.70
- CURVA PARA -
- TANQUEROS. -

35. u
u
- 22 -
SHP = 1.05 (5256) = 5518.8 Tons
entonces,
WST = 0.64 (5.519)2 + 16.79 (5.519) + 378
= 490.2 Tons
Peso del alistamiento del remolcador (WOT)
Utilizando el mismo método de Sharp, tenemos:
SHP
2733 ( SHP'WOT = 0.1886 (1000) + iúoo)
+ 154
= 0.1886 (5.519)2 + 2.733 (5.519) + 154
= 174.8 tons
Peso de la maquinaria del remolcador (WMT)
Utilizando el método de Watson, tenemos:
MCR = = = 6300
MCR - 6300 -
35.8
RPM - 176 -
en donde MCR se expresa en unidades métricas. De la figura #10
de Watson, entrando con obtenemos:
MCR
RPM
Peso de la maquinaria principal = 189.4 ton met
= 186.5 tan
De la figura # 11, Watson, entrando con MCR, obtenemos:

36. - 23 -
Peso del resto de la maquinaria = 269.4 ton métricas
= 265.2 tons
Se asumirá que cuando menos 1/5 del peso del resto de la ma-
quinaria del conjunto Remolcador-Barcaza debe considerarse
para manejo de carga y asignarse a la barcaza. En consecuen
cia, el peso total de la maquinaria del remolcador será:
WMT = 186 + 5 (265.2) = 398.7 tons
y el peso de la maquinaria de la barcaza (WMB)
WMB = - (265.2) = 53.0 tons
d.- Peso en rosca del remolcador (lswT)
Es la suma de los anteriores determinados, ms un margen
lsWT = WST + WOT + WMT + margen
= (490.2 + 174.8 + 398.7) x 1.05
= (1063.7) x 1.05
= 1116.9 tons
2.- Peso en rosca de la barcaza (lswB)
a.- Peso del acero de la barcaza (WSB)

37. -24-
Para poder estimarlo, es necesario determinar el peso del ace
ro de un buque equivalente. Esto se hará utilizando el méto
1 --------------
uu uescirruI IcIUU pur wctt.SUrI.
1).- Peso del acero del buque equivalente (Wss)
a).- Numeral del buque (E)
E = L (B+T) + 0.85 L (D-T) + 0.85 11 1h 1+0.751 2 h 2
en donde
L = eslora entre perpendiculares
B = manga,moldeada
MI
D = puntal , moldeado
T = calado de diseño, moldeado
1 1 h 1 = eslora y puntal de todas las superestructuras
bu
1
2 h
2 = eslora y puntal de las casetas
entonces,
u
E = 108.0 (18.5+5.75) + 0.85 (108.0)(9.9 - 5.75) +
0.85 (1059.5) + 0.75 (1163.3)
1
= 2619.0 + 381.0 + 900.6 + 872.5 = 4773.1 m2
*
b).- Peso del acero al coeficiente de bloque normalizado

38. - 25 -
II
Cb = 0.7 medido a 0.8D (figura 6, de Watson entran
con E)
W-,= 3430 ton métricas
Di
Coeficiente de bloque a 0.8D corregido por diferen
cia de Cb = 0.7 (nótese que el coeficiente de blo-
que del buque es de 0.717)
1
Gb' = Cb + (1-Gb)
[
O .8D-T
3T ]
.[0.8 (9.9) - 5751
= 0.717 +
3 (5.75)
= 0.753
Peso de acero para el coeficiente de bloque corregí
do Gb'
= w.7 11+0.5 (cb'-0.70)1
= 3430 1+0.5 (0.753-0.70) = 3520.3 ton met
= 3464.9 tons
Peso adicional de los tanques de carga esféricos y
sus accesorios (estimado de buques similares)
'a
1
e'
Tanques esféricos
Tubería en tanques
Respiros de tanques
Placa de cubierta
Base soporte
Total
431.0 Tons
9.0
1.0
25.0
29.0
495.0

39. ___E
ACERO
NETO
(TON. MET.)
E NUMERAL DEL CASCO,m.2
FG.6 (WATSON)
COEH CIENTE DE B ' OQUE ESTANDARD O.

40. u
III
L
a
'9
mi
1
- 26 -
f).- El peso del acero del buque equivalente es, en
consecuencia,
= 3465.0 + 495.0
= 3960 tons.
2).- Peso del acero de la barcaza (WSB)
a).- El peso del acero de la barcaza puede de
terminarse utilizando el método de Sharp
WSB = (W 55 -320) 10.9636+0.0252 (DWTx10 5 )]
= (3960 - 320)
[o.
9636+0.0252 (3499x10 5 )]
= (3640) (0.9645)
= 3510.7 tons
b.- Peso del alistamiento de la barcaza (WOB).
Para poder estimar este peso es igualmente necesario determinar
con anticipación el de un buque eqivalente.- Esto se hará utili
zando el método de Watson,aplicado a buques con carga sofisticada.
1).- Peso del alistamiento del buque equivalente (W0).
De la figura 9 de Watson, para buques con carga sofisticada.
LXb
= 0.425 (LxB)
= 0.425 x 108.0 x 18.5
= 849,2 ton met

41. 2 0
1.6
PESO DEL ALISTAMIENIO
LxB
1.4
1.2
1.0
0.4
0.0
0 50 00 150 200 250 300 350
ESLORA ENTRE PERPENDICULARES (METROS) FIG. 9 (WATSON)
1 t 1
1.8
1 1 1 1 1 1 1 1 1
0.8
0.6
ííTii CARG SOFISTICADA
______
MtNtMAtA
______________
GA
PORTA CONTENEDOR :s
0.2
__________________ __________________ __________________ __________________ __________________ ___________________
• U4S)

42. - 27 -
W0 = 835.8 tons.
2).- Peso del alistamiento de la barcaza (woB)
El peso del alistamiento de la barcaza puede determinar
se ahora utilizando el método de Sharp
WOB = 1.064 Wos WOT
En donde WOT = 174.8 tons es el peso del alistamiento
del remolcador, determinado previamente. Entonces
WOB = 1.064 (835.8) - 174.8
= 714.5 tons
Peso de la maquinaria de la barcaza (WMB)
Como se anotó con anterioridad, se considera formado solo
por 1/5 del peso del resto de la maquinaria del conjunto,
esto es
WMB = (265.2) = 53.0 tons
Peso en rosca de la barcaza (lswB)
Es la suma de los pesos determinados anteriormente, más un
má rg en
1 SWB = WSB + WOB + WMB + márgen
= (3510.7 + 714.5 + 53.0) x 1.05
= 4992.1 tons

43. f -28-
3.- Peso en rosca del remolcador-barcaza (LSWTB)
Se obtiene, finalmente, sumando el peso en rosca del remolcador
o
LSWTB = 1 sWT + 1 SWB
= 1116.9 + 4492.1
WI = 5609 tons
y.- Desplazamiento y calado.
Una vez estimado el peso del buque, se proceda a verificar si el des
plazamiento y el calado asumidos para ello, son suficientemente pre
cisos como para servir de base de trabajo en el desarrollo posterior
del diseño.
-
El tamaño y la forma de un buque no son independientes. Una estima
ción del tamaño solo puede hacerse sobre la hase de ciertas suposicio
nes en cuanto a forma. Las proporciones entre las diversas dimensio
nes pueden asumirse, pero ninguna de las magnitudes puede obtenerse
hasta que se ha estimado el volumen de desplazamiento requerido.
e
El desplazamiento a plena carga del conjuntoLflTB es la suma del
peso en rosca LSWTB y el peso muerto total DWTTB, que recien se ha
— a
calculado:
1
u
= LSWTB + DWTTB
= 5609 + 3499 = 9108 tons
hw

44. - -
El desplazamiento de los apéndices se toma, como primera aproximación,
igual al 0.5% del desplazamiento a plena carga.
u = 0.005LM
El desplazamiento moldeado, AM, que fué el que se asumió para estimar
los coeficientes de forma, es la diferencia entre los anteriores.
AM =Afl _Ap
=Lfl - 0.005 AM
AM (1+0.005) =Afl
AM =Afl
1.005
= 9108
= 9063 tons
1.005
El calado moldeado, correspondiente a este desplazamiento, se cal-
cula con la siguiente expresión, que involucra las formas del buque,
mediante el coeficiente de bloque:
TM AM x 35
L x B x CB
= 9063 x 35
________ = 20.63 pies
354.2 x 60.7 x 0. 715
= 6.29m
Comparando los valores asumidos para el desplazamiento (8300 tons)
y el calado (5.75m) con los resultados obtenido en esta verificación,
observamos que es necesario modificar las dimensiones a la forwa del
sistema, hasta que se obtenga un balance aproximado entre el peso y
1
u
01

45. - 30 -
km
el desplazamiento.
Una vez efectuada esta primera aproximación al desplazamiento, debe
ran asumirse no menos de 4 desplazamientos de "prueba", de tal for
ma que cuando menos uno de ellos sea menor y otro mayor que cualquier
valor probable del estimado preliminar del desplazamiento. Esto quie
re decir que si se estima que este valor tiene una precisión de 4
por ciento, el desplazamiento preliminar estimado caera entre 8700 y
9425 toneladas y deberan asumirse desplazamientos de "prueba" de 8600,
8900, 9200 y 9500 toneladas para las siguientes aproximaciones que se
intenten. La primera aproximación del desplazamiento, el estimado pre
liminar del desplazamiento y el desplazamiento preliminar de diseño
son estimaciones del desplazamiento del conjunto, en la condición de
carga de diseño. Si el trabajo se hace cuidadosamente y con precisión,
cada uno de ellos será un estimado más preciso del que lo precede cro
nológicamente.
Para cada desplazamiento de "prueba" que se asuma, la magnitud de ca-
da grupo de pesos se estimará de acuerdo a los métodos recien expues-
tos. El estimado preliminar del desplazamiento se obtendrá cuando la
o
suma de cada grupo de pesos sea igual al desplazamiento de prueba que
u
se esté ensayando. En cualquier caso, el mejor valor del estimado
preliminar del desplazamiento puede obtenerse graficando los valores
de la diferencia contra valores del desplazamiento de prueba y encon-
trando el valor de este para el cual la diferencia es cero.
1
1

46. - 31 -
A fin de que el estimado preliminar del desplazamiento se más preciso
1
que la primera aproximación al desplazamiento, es esencial dividir el
peso del buque en un número mayor de grupos y utilizar métodos más
precisos de estimación en cada uno de estos grupos.
VI.- Estimación de la potencia requerida.
En este punto es conveniente estimar la potencia requerida para ven-
• cer la resistencia al avance del casco, utilizando fórmulas aproxima
1- das. Con esto se verifica si la potencia en el eje asumida resulta
adecuada al desplazamiento, dimensiones y velocidad del conjunto que
se han obtenido o supuesto hasta esta etapa.
Para calcular la potencia efectiva de servicio se utilizará el método
de la C encirculada, en donde el valor de este coeficiente se obtiene
del trabajo titulado 'Powering Of Single Screw Merchant Ships" SNAME
*
Transactions, 1957. (figura A-108)
L _
300' 0.757
400' 0.735
1
Interpolando para L = 354.2' obtenemos
= 0.745
Los valores de la velocidad sostenida en la mar (Vs) y el desplaza-

47. u)
w
a-
o
o
0.60 0.65 0.70 Cp 0.75 0.80 0.35
FIG. A-108
"POWERING OF S.S. MERCHANT SHIPS"
SNA ME TRANSACTIONS 957
LO
VELOCIDAD DE PRUEBA VT 1.06 Vs
0.9
MO
<> ELOS DEL NSMB
0.8
MO
LII
ELOS DE L SERIE 60
0.7
1.0
VELOCIDAD SOSTENIDA EN LA MAR
0.9
VS
= I.931.5O C
0.8
0.7

48. - 32 -
miento se toman de los requerimientos primarios de diseño y del
último estimado preliminar del desplazamiento.
Luego entonces
P - 1.25
®A2/ VS3
serv 427.1
En donde, utilizando unidades métricas, tenemos
= 1.25 (0.745) (9254)
0.667
(16)
ser" 427.1
= 3949 hp
El siguiente paso es calcular el coeficiente quasi-propulsivo, eD
utilizando la siguiente fórmula, derivada de la serie 60.
eD = 0.83 - 0.1 (
L )
= 0.83 - 0.1 (354.2) = 0.745
La potencia desarrollada de servicio, P 0 será entonces
= Eser
serv eD
3949
= 53.01 hp
0.745

49. - 33 -
Asumiendo una eficiencia de transmisión e = 0.98
obtenemos la potencia en el eje, P 5
o
PS
= Dserv.
e
5
- 5301
= 5409 hp
- 0.98
Asumiendo una eficiencia del engranaje e0 = 0.96
obtenemos la potencia al freno, P
B
= PS
eG
- 5409
5634 hp
- 0.96
Valor que resulta cercano a la potencia al freno asumida para la
estimación de pesos = 5670 h) pero que rio debe tomarse como
bueno hasta no ser verificado, ya sea utilizando series estandar, co
mo la de Taylor o alguno de los programas de cómputo existentes en
la actualidad.
VII.- Dibujos preliminares del sistema,
Para finalizar esta primera etapa del disetio, se incluyen los siguien
tes dibujos preliminares del sistema:

50. - 34 -
Sistema integrado remolcador-barcazar de 5000 m 3 de capacidad.
Perfil exterior y planta en cubierta principal.
Perfil del remolcador.
Sección media del remolcador.
Sección media de la barcaza.
Arreglo de la interconexión del sistema integrado remolcador-
barcaza.
CONCLUS ION
En los párrafos anteriores se ha esbozado el diseño preliminar exploratorio
o diseño conceptual, como también se le denomina, de un sistema integrado
remolcador-barcaza, que opere con máxima seguridad (de aqui el que sea conec
tado rigidamente) transportando gas licuado de petroleo en el área del Mar
de Cortez.
Este diseño conceptual es uno de los componentes del diseño bsico, siendo
seguido por la otra componente, que es el diseño preliminar en si, y en el
que se afinan los parametros que se han obtenido en el primero. Del diseño
básico resulta la determinación de las características principales del siste
ma, lo que permite la preparación de un estimado inicial de costos. En el
proceso global de diseño, el básico va seguido por el funcional y el detalla
do.
En el diseño de contrato o funcional, se desarrollan planos y especificacio
- nes adecuadas para elaborar la oferta de construcción del Astillero y adjudi
car el contrato.
pi
1.

51. -35-
F111
u
En el diseño detallado se desarrollan extensamente los planos de contrato,
tanto como se requiera para preparar los planos de taller con los que se
construirá la embarcación.
Con esto vemos que aun queda mucho trabajo por hacer; lo esbozado aqui cons
tituye solo una parte de la primera vuelta de la espiral de diseño.
1
1
1
E
1
1
1
1
E
E