Diseño, estructuración y fabricación de un barco carguero a escala.

1. Facultad de ingeniería.
Universidad del Atlántico, Barranquilla Colombia.
Programa: Ingeniería mecánica.
Diseño, estructuración y fabricación
De un barco carguero a escala.
Autores: Carlos Altamar Estrada, Nilson Barrios
Obregón, Jorge Fernández Peña, Luis Fernández
Vega.
Director: Ing. Jorge Duarte Forero, PHD.
Año 2014

2. Índice General
Prólogo
Resumen
Introducción
Objetivos
Marco Teórico
Diseño
Cálculos
Similitud
Flujo Externo

3. PRÓLOGO
Realizar este proyecto no tuvo otro fin que no estuviese basado en mostrar el
resultado de un trabajo, en el que, a pesar de la corta experiencia en cuanto al
diseño, estructuración y fabricación de un barco a escala, se ha tratado de
emplear al máximo los conocimientos adquiridos gracias al director del proyecto y
los adquiridos por nuestros medios realizando investigaciones, consultas y
métodos que ayudaron a recopilar información necesaria para crear un barco que
sea capaz de transportar un límite de carga en el agua sin tener ningún tipo de
perturbación que lo haga padecer de las profundas aguas de nuestro planeta
tierra.
Por otro lado, este proyecto lleva el sello de un grupo que ha venido funcionando
empujado por la ilusión de muchas personas que siempre han estado allí para
apoyarnos y brindarnos su afecto, entre las que además del personal docente de
la facultad de ingeniería de la Universidad Del Atlántico, figuran un montón de
estudiantes que han dado muestra de su conocimiento, talento y calidad humana,
aportando un grano de arena para lo que hoy es una realidad. A ellos queremos
agradecer:
 Crisóstomo Peralta
 Gonzalo David Zapata Peña
 Andrés Guevara

4. RESUMEN
El mar siempre ha causado fascinación en el ser humano desde el comienzo de
los tiempos. Después de que el hombre descubriese que su cuerpo se sostenía
sobre un tronco en el agua, se le ocurrió unir dos o más troncos para formar una
balsa como transporte. Se puede afirmar que la primera embarcación propiamente
dicha fue la canoa. Surge en la edad de Piedra, y se construía tallando un tronco
que era impulsado mediante remos cortos. Después se recubrieron
de tejidos impermeables y se construían utilizando planchas de madera, atadas o
cocidas entre sí, sujetas con a una armadura interna. Con el paso del tiempo, el
hombre fue descubriendo nuevas técnicas de avance, un ejemplo de éstas fue la
vela; éstos se desplazaban a una mayor velocidad gracias al impulso generado
por el viento. Estas velas probablemente en un principio eran de pieles, los
egipcios fueron los primeros constructores de barcos. Hace miles de años atrás,
los egipcios fabricaban barcos para navegar por el Nilo y por aguas del
Mediterráneo. Exploraron la cuenca mediterránea occidental, llegaron a las islas
británicas y quizá navegaron alrededor de África. Los mástiles de sus
embarcaciones se hacían con cedros del Líbano. Los costados, muy altos, tenían
dos hileras de remos a cada lado, por ello recibieron el nombre de birremes. La
tecnología fue progresando y el hombre construyó elementos para flotar en el
agua; probablemente usó troncos de árboles u otros materiales abundantes en su
entorno que tenían flotabilidad. Para impulsarse y no quedar a la deriva, echó
mano del remo hasta que descubrió que la fuerza eólica podía impulsarlo con
menor esfuerzo y mayor efectividad; luego, descubrió la manera de llevar la
embarcación hacia donde quería e inventó el timón. Es a partir de aquí cuando, el
hombre a través del tiempo fue introduciendo mejoras a sus embarcaciones,
dándoles cada vez mejor impulso y manejo, hasta llegar a las modernas naves
que surcan hoy día los océanos del mundo.

5. ABSTRACT
The sea has always caused fascination for humans since the beginning of time.
After the man discovered that his body was standing on a log in the water, came
up joining two or more stems to form a raft and transport. Arguably, the first boat
itself was the canoe. Surge in the Stone Age, and built a log carving was propelled
by short oars. Then they were coated waterproof fabrics and were built using
wooden planks, tied and cooked together, subject to an internal frame. Over time,
the man was discovering new breakthrough techniques, an example of these was
the candle; they were traveling at a speed greater the impetus generated by the
wind. These probably were originally candles fur, the Egyptians were the first
shipbuilders. Thousands of years ago, Egyptians manufactured boats to cruise the
Nile and Mediterranean waters. They explored the western Mediterranean, they
came to the British Isles and perhaps sailed around Africa. The masts their boats
were made from Lebanese cedar. The sides, very high, had two rows of oars on
each side, so they were called birremes. The technology progressed and man built
elements to float on water; probably used tree trunks or other heavy materials in
your environment that have buoyancy. To be encouraged and not drift, laid hold of
the oar until he discovered that wind power could drive it with less effort and more
effective; then he found a way to bring the boat to where I wanted and invented the
wheel. It is from here when the man across time was making improvements to their
boats, giving them ever more momentum and handling, up to modern ships that
sail today the world's oceans.

6. INTRODUCCIÓN
El presente proyecto tiene como principal objetivo el diseño y construcción de un
buque carguero, con el fin de aplicar los conocimientos adquiridos en el presente
semestre en la asignatura de Mecánica de los Fluidos.
Con el seguimiento del docente, la investigación de los miembros del grupo y la
utilización de diferentes herramientas para la realización de cálculos, pruebas y el
dimensionamiento en sí del barco, ha sido posible alcanzar las metas propuestas
cumpliendo los parámetros del proyecto, teniendo en cuenta los factores a evaluar
en dicho proyecto.
OBJETIVOS
Objetivos generales:
Diseñar y construir un barco carguero, capaz de mantenerse estable y navegar
con la mayor cantidad de carga (cubitos de madera.)
Objetivos específicos:
Realizar los cálculos de flotabilidad y estabilidad necesarios para el buen
funcionamiento del buque carguero.
Realizar los cálculos de similitud y fuerzas de arrastre necesarios para la
navegación del buque.

7. MARCO TEORICO
Buque: son toda clase de embarcaciones en las cuales por sus dimensiones y
características son apropiadas para las navegaciones marítimas de importancia.
Buque Portacontenedores: son los buques encargados de transportar carga en
contenedores estandarizados, se utilizan para transportar todo tipo de mercancías
por todo el mundo. Los contenedores son los que se pueden ver habitualmente en
los puertos.
Eslora: es la longitud del buque medida en el plano longitudinal. Existe la eslora
máxima y la eslora entre perpendiculares.
Manga: es el ancho del buque medido en el plano de la cuaderna maestra.
Puntal: es la altura del buque medida sobre la perpendicular media, desde el
borde inferior de la quilla hasta la cubierta principal.
Calado: es la inmersión del buque en el agua. Se mide a partir de la línea de
construcción, que es la intersección del plano longitudinal con la cara superior de
la quilla hasta la línea de flotación.
Casco: es el envoltorio impermeable de la nave. Debe tener una forma tal que
favorezca su velocidad y le proporcione las mejores cualidades marineras para la
navegación. La proa es la parte anterior del casco y la popa la parte posterior.
Estribor y babor son respectivamente, las partes derecha e izquierda del buque
suponiendo al observador mirando hacia la proa.
Línea de flotación: intersección del plano de nivel libre del agua con la superficie
exterior del casco.
Obra viva: es la parte sumergida del casco.
Obra muerta: es la parte emergente del casco y cuyas superficies laterales se
llaman costados.
Cubiertas: son las superficies horizontales que dividen el interior del buque en el
sentido de su altura.
Bodega: espacio interior de una nave, bajo la cubierta principal.
Flotabilidad: tendencia que tiene un fluido a ejercer una fuerza que da apoyo a un
cuerpo que esta sobre él.

8. Equilibrio de cuerpos flotantes: se basa en el Principio de Arquímedes: "todo
cuerpo sumergido dentro de un líquido experimenta un empuje vertical, de abajo-
arriba, igual al peso del volumen del líquido desalojado".
Estabilidad: Es la tendencia que debe tener una embarcación a recuperar su
posición inicial cuando ha sido perturbado por acciones de fuerzas externas, se
pueden definir dos tipos de Estabilidad:
Estabilidad estática: Es el conjunto de fuerzas que actúan sobre el barco en una
inclinación determinada. A su vez, la estabilidad estática se pude clasificar en
transversal y longitudinal.
Estabilidad dinámica: Es la que nos permite que al tener un ángulo inclinación el
barco vuelva a recuperar su posición de equilibrio.

9. EL DISEÑO
Respecto al diseño, se escogió la forma adecuada para mejorar las características
de maniobrabilidad y mejorar a la vez la resistencia al avance. La resistencia al
avance, determina en gran medida la potencia del motor, por tanto, minimizar la
resistencia al avance es uno de los factores más importantes que se tuvieron en
cuenta al momento de realizar el diseño. La resistencia al avance se puede definir
como una resultante de las fuerzas hidrodinámicas que dependen mucho de las
formas de los barcos; optimizar dichas formas para tener el mejor rendimiento es
un problema complicado no solamente a las restricciones impuestas (dimensiones
principales, peso muerto, capacidad de carga, estabilidad, flotabilidad, entre otras),
sino también por las condiciones ambientales, como el viento y el mar, que
pueden conducir a un aumento sustancial de la potencia requerida, comparada
con la que se necesita en aguas tranquilas. Esto se consigue muy pocas veces
porque es difícil establecer todos los parámetros que están involucrados y
también porque hubo limitaciones en el tiempo disponible en la etapa del proyecto.

10. CALCULOS
Flotabilidad:
Utilizando las herramientas de solidworks se calculo el volumen sumergido (
FIGURA 1 ) , se utilizo la ecuacion de fuerza de boyamiento y se despejo la
cantidad de masa total.
FIGURA 1: Volumen Sumergido

11. Fuerza de Boyamiento
Utilizando la misma ecuación determinamos la fuerza de Boyamiento.
ALTURA METACENTRICA GARANTIZANDO ESTABILIDAD
Utilizando la ecuación para determinar la altura metacéntrica y utilizando los
valores obtenidos por solidworks (FIGURA 2) se obtuvo estos resultados.
FIGURA 2: Centroide Del Cuerpo Sumergido

12. FIGURA 3: Centroide Del Cuerpo Lleno
FIGURA 4: Momento de Inercia Del Cuerpo Sumergido

13. Se determinó restando las alturas del trazo del volumen total con el peso total
y el trazo del volumen sumergido.
Según estos cálculos se garantiza que el buque será estable, ya que su altura
metacéntrica es mayor que 0.
Momento restaurador
X -19.2761cm
Y -0.9092cm
Z 78.2940cm
X -0.2406cm
Y -4.8145cm
Z -0.0005cm
CENTROIDE DEL
CUERPO LLENO
CENTROIDE DEL CUERPO
SUMERGIDO

14. SIMILITUD
En vehículos destinados a ser movidos en medios acuosos, se debe considerar un
fenómeno llamado cavitación, que ocurre cuando la presión estática en el fluido
disminuye, después del paso del vehículo, a tal grado que se forman burbujas
debido a la evaporación del líquido. Debido a que la región de presión baja es muy
pequeña, las burbujas explotan al dejar esa región. Si éstas estallan cerca de la
superficie de contacto, pueden causar erosión. Además, si estallan cerca de las
paletas de dirección, se reduce la fuerza que el timón ejerce sobre ellas, además
de disminuir el empuje y el rendimiento de las propelas.
El número de Froude (Fr) es un número adimensional que relaciona el efecto de
las fuerzas de inercia y las fuerzas de gravedad que actúan sobre un fluido. Debe
su nombre al ingeniero hidrodinámico y arquitecto naval inglés William
Froude (1810 - 1879). De esta forma el número de Froude se puede escribir como:
Entonces se define el número de Froude:
 - masa volumétrica o densidad [kg/m³]
 - parámetro de longitud [m]
 - parámetro temporal [s]
 - parámetro de velocidad [m/s]
 - aceleración de la gravedad [m/s²]

15. DATOS REALES DEL EMMA MAERSK
La velocidad del Barco Emma Maersk es
aproximadamente 25.5 nudos los cuales
equivalen a

16. FLUJO EXTERNO
CALCULOS DE ARRASTRE POR FRICCION
 Para una velocidad constante de 0.05 m/s
 Para una velocidad constante de 0.07 m/s
 Para una velocidad constante de 0.09 m/s
 Para una velocidad constante de 0.13 m/s
 Para una velocidad constante de 0.16 m/s
 Para una velocidad constante de 0.20 m/s

17. CALCULOS DE ARRASTRE POR PRESION
 Para una velocidad constante de 0.05 m/s
 Para una velocidad constante de 0.07 m/s
 Para una velocidad constante de 0.09 m/s
 Para una velocidad constante de 0.13 m/s
 Para una velocidad constante de 0.16 m/s
 Para una velocidad constante de 0.2 m/s
Sabemos que
Para ampliar más este tema se adjuntan los resultados de los análisis de flujo por
fricción y por presión (Anexo 1).
0,1503 0,1309 0,2812
0,0121 0,1132 0,1253
0,0108 0,0988 0,1096
0,0086 0,0812 0,0898
0,008 0,0732 0,0812
0,0075 0,0709 0,0784

18. Conclusiones
Entre las diversas aplicaciones de la materia de mecánica de los fluidos, el diseño
de embarcaciones tiene una gran repercusión en nuestro campo laboral, es por
eso que es de vital importancia este tipo de proyectos ya que permite poner en
práctica los conocimientos adquiridos en clase, el trabajo en equipo y adquirir las
aptitudes necesarias para el trabajo en la industria.
Este proyecto además de poner a prueba los conocimientos adquiridos en el aula,
nos ha permitido descubrir nuevas herramientas para la solución de algunos
problemas, es el caso de utilizar el software para el diseño y cálculos de ciertas
propiedades que al momento de realizarlos manualmente, habrían sido demasiado
extensos haciendo perder demasiado tiempo.
Cabe destacar que a pesar que los cálculos suministrados por el software son
bastante precisos, es válido apuntar que al momento de trabajar el material y
debido a pérdidas y márgenes de error por diversos factores, los resultados en la
vida real no van a tener el mismo margen de exactitud o incluso sean
completamente diferentes. Es por eso que es de gran ayuda la experimentación y
la recolección de datos reales para que el modelo en cuestión tenga el mayor
grado de veracidad en los cálculos realizados.
Por último es necesario dar las gracias por la atención presentada y desear que
este proyecto sea de gran ayuda para futuras experiencias.

19. Bibliografía
Libro mecánica de fluidos segunda edición: Merle C. Potter, David C. Wiggert
Libro mecánica de fluidos sexta edición: Robert L. Mott
http://es.wikipedia.org/wiki/Buque_de_carga
http://es.wikipedia.org/wiki/Emma_M%C3%A6rsk_%282006%29
http://es.wikipedia.org/wiki/Buque_portacontenedores
http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Froude

20. 761,82
117,66
260
55,9071,52
53,10
185,23
80,51
218,43
barcoooooooooooooooo
PESO:
A4
HOJA 1 DE 1ESCALA:1:10
N.º DE DIBUJO
TÍTULO:
REVISIÓNNO CAMBIE LA ESCALA
MATERIAL:
FECHAFIRMANOMBRE
REBARBAR Y
ROMPER ARISTAS
VIVAS
ACABADO:SI NO SE INDICA LO CONTRARIO:
LAS COTAS SE EXPRESAN EN MM
ACABADO SUPERFICIAL:
TOLERANCIAS:
LINEAL:
ANGULAR:
CALID.
FABR.
APROB.
VERIF.
DIBUJ.