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

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 one
design (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.

INTRODUCCIÓN

Dichas bases del concurso, presentadas en 10 apartados, conforman la
Especificación Técnica y requerimientos de este proyecto.
Las especificaciones técnicas que tendrá el proyecto y que se tomarán en
cuenta a la hora del diseño son las siguientes:

Categoría de Diseño B Aparejo Botalón retráctil

Manga máxima 3m Velas Spinnaker asimétrico

Buen comportamiento
Tripulantes 5-6 (470 kg) Transporte por carretera
con vientos ligeros

Autonomía 120 Nm Construcción Marcado CE

Motor 18-20 HP P.V.P. 120,000 €


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: Dimensionamiento mecha del
timón y pernos de la orza
•NBS (DNV): Diseño del aparejo

Orden Ministerio de Fomento:
•Orden FOM 144/2003: Regulación de
equipos de seguridad y salvamento


INTRODUCCIÓN

Además de la especificación técnica, para el diseño de la embarcación se ha
tenido en cuenta la zona de navegación y la duración de las etapas de la regata
Tour de France à la voile. (TFV)

La zona de navegación de distribuye
entre las costas mediterránea y atlántica
de Francia, pudiendo en ocasiones
recalar en puertos de países fronterizos.

La regata se celebra durante el periodo
estival, por lo que las condiciones de
viento y mar no suelen ser extremas.

En las ediciones anteriores a 2012 la
distancia media de las etapas osciló entre
120 y 180 millas, estando la más larga en
torno a 200 Nm.


DISEÑO

Para la elaboración del
proyecto de la embarcación
se han desarrollado una serie
de etapas que siguen el
proceso de diseño de espiral.

Los requerimientos del
proyecto han sido expuestos
en la parte introductoria.


ESTUDIO ESTADÍSTICO
Con objeto de conocer las dimensiones y parámetros adimensionales de otras
embarcaciones 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 han
estudiado las siguientes clases de veleros:
Crucero-regata
Regatas costeras
Regatas de altura


ESTUDIO ESTADÍSTICO

Estudio de todas las embarcaciones Estudio de todas las embarcaciones con Bmax < 3 m.
Mín. Media Máx. Mín. Media Máx.
Loa (m) 9,40 10,35 11,30 Loa (m) 9,40 10,11 11,00
Lwl (m) 8,40 9,49 10,68 Lwl (m) 9,15 9,38 9,77
B (m) 2,55 3,18 3,72 B (m) 2,55 2,90 3,00
Tmáx 1,95 2,30 3,03 Tmáx 2,10 2,35 3,03
Δ (Kg) 1700 2984 4950 Δ (Kg) 1712 2308 2958
Lastre (Kg) 778 1262 2400 Lastre (Kg) 778 1088 1350
P (m) 12,10 13,49 15,22 P (m) 12,24 13,01 13,44
E (m) 3,95 4,85 5,83 E (m) 4,54 4,66 4,72
I (m) 11,67 13,33 16,71 I (m) 11,97 12,78 13,57
J (m) 3,26 3,85 4,30 J (m) 3,26 3,81 4,30


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 anterior
Estudio estadístico.



Para la determinación del resto de dimensiones y parámetros se acude a dos
fuentes:

 Tablas y gráficos realizados con una amplia base de datos:
Calado del caso
Francobordo en proa

 Gráficas de estudios hidrodinámicos:
Posición del centro de carena. LCB
Coeficiente prismático. Cp

Además se fija la velocidad de diseño en 7,5 kn (3,86 m/s).

Fn = 0,40


Fn = 0,40 Régimen de semidesplazamiento
Coeficiente prismático Posición Centro de carena

Cp = 0,59

LCB = -3,5% (a popa de la
maestra)

Determinación de otras dimensiones de la carena.

Calado del casco: 0,50 m
Francobordo en proa: 1,30 m



Generación de formas
Loa 10,05 m

Lwl 9,30 m

Bmáx 2,98 m
Maxsurf 13
Tmáx 2,30 m

Tc 0,50 m
Renderizado
Fb (proa) 1,30 m

Δdiseño 3250 Kg

Δcasco 3140 Kg

Cp 0,59

LCB -3,50%
Superficie gaussiana



PLANO DE FORMAS


DISEÑO DE APÉNDICES

Objetivos de los apéndices:

• ORZA: Generación de fuerza hidrodinámica de sustentación (contrarresta el abatimiento
producido por las velas)
•TIMÓN: Proporcionar un buen gobierno. Genera fuerza hidrodinámica que produce un par de
giro.
•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:



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
La superficie de la orza es 2,5% de la superficie vélica
α 5°



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 verticalmente
con el centro de carena del casco.


TIMÓN PERFIL NACA 0012
Área lateral 1% de la Superficie vélica. Dimensionamiento mecha del timón
Normativa del ABS
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
Diámetro mecha del timón: 7,11 cm
lm 0,361 m


DISEÑO DEL PLANO VÉLICO

Breve descripción de la teoría Objetivo del Plano vélico: dotar a la
aerodinámica embarcación de una fuerza impulsora de avance.

A tener en cuenta a la hora del diseño del plano
vélico:

Estabilidad de la embarcación

Resistencia al avance de la carena

Zona de navegación



CARACTERÍSTICAS:

Tipo de aparejo 7/8

Superficie vélica
55 m²
(ceñida)

P 13,00 m

E 4,70 m

I 13,30 m

J 3,75 m


EQUILIBRIO VÉLICO:
Ángulo de Dellenbaugh Lead o avance

Estimación de la escora con un viento de 8 m/s
18°



•MÁSTIL •BOTAVARA

cm4 Requerido Dispuesto
Ix Iy Ix Iy
Panel 119,3
477,14 260 569
1 4

Panel 126,0 477,14
260 569
2 2

Panel 103,6 477,14
260 569
3 8

cm3 Requerido Dispuesto cm3 Requerido Dispuesto
SMx SMy SMx SMy SMx SMy SMx SMy
Extre 119,3 477,1
260 569 Botavara 41,88 18,85 76 53
mo 4 4



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 INTERIORES

OBJETIVOS DE LA HABILITACIÓN:

•Disponer el espacio suficiente para hacer cómoda la navegación, dotando
de 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 cartas
Camarote
Baño
Cocina
Espacio para el motor/ escalerilla de acceso


DISEÑO DE INTERIORES


DISEÑO DE CUBIERTA
La cubierta es la zona principal para la tripulación durante la navegación.

Se compone de las siguientes zonas:
Bañera
Triángulo de proa
Pasillos
Cabina

En la cubierta se ubican todos los elementos de trimado de velas y jarcias:


DISEÑO DE CUBIERTA


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


ESCANTILLONADO DEL FORRO
CÁLCULO PRESIONES DE DISEÑO

• Dimensiones del panel
•Ubicación del panel
•Curvatura del panel
•Categoría de diseño
•Tipo de embarcación

PRESIONES DE DISEÑO REQUISITOS:
(kN/m²)
•SM/cm (Módulo por cm)
Fondo 22,10 •I/cm (Momento de inercia por cm)
•Espesor mínimo
Costados 10,03 •Peso mínimo de fibra
Cubierta 8,74



Contenido en fibra ψ=0,4

20,298 mm 18,460 mm 10,468 mm



REFUERZOS Contenido en fibra ψ=0,35

Refuerzo sombrero de copa

•Dimensiones
•Curvatura
•Posición
•Luz entre refuerzos
Longitudinales (Vagras) Bulárcamas
REQUERIMIENTOS Varengas Baos
•Sección mínima Longitudinales de costado Esloras
•Módulo de inercia Cuadernas
•Momento de inercia



MAMPAROS CONSTRUCCIÓN EN SANDWICH

Mamparos estancos:
Mamparo pique de proa Procedimiento semejante al utilizado en el casco
Mamparo pique de popa

Mamparos no estancos:
Mamparo camarote de proa
Espejo de popa



Espaciado entre bulárcamas: 2000 mm
[cuadernas de construcción 2,4,6,8,10]

Espaciado entre cuadernas: 1000 mm


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 salvavidas
Radiobaliza

•Equipo de navegación:
Luces y marcas de navegación
Equipo de fondeo
Material de navegación

•Medios contraincendios y de achique
1 extintor tipo 34B
2 Baldes
Bombas de achique (manual y eléctrica)


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 A
Batería de servicios 100 A
Toma de tierra 220 V

•Electrónica:
Emisor/receptor VHF
Instrumentación
Piloto automático


ESTIMACIÓN DE PESOS

La estimación de pesos es una primera aproximación, previa a la puesta a flote para conocer la
posición del C.d.G.

La posición del C.d.G. se descompone en los tres ejes:
•El punto de referencia está en la
•Longitudinal (en la dirección de la eslora)
intersección de la LB con el
•Transversal (dirección de la manga) [+ Er][-Br]
extremo de popa
•Vertical (perpendicular a los dos anteriores)

El 5% de margen se debe a posibles imprecisiones que se hayan cometer.


ESTIMACIÓN DE PESOS

También se estima la posición del C.d.G. en la condición de carga, para
posteriores 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 una
redistribución de pesos.


ESTABILIDAD y EQUILIBRIO

APLICACIÓN NORMA UNE-EN ISO 12217 FACTOR DE REQUISITO VALOR
ESTABILIDAD CATEGORIA B DISPUESTO
mMOC = 3057 kg. mMTL = 3442 kg. Altura de
inundación
0,717 m 0,798 m

Ángulo de
≥40° 121,7°
mMOC/ mMTL = 1,13 < 1,15 inundación
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] 1,250
Altura de inundación


CÁLCULOS CON HYDROMAX
•CONDICIÓN MÍNIMA CARGA OPERATIVA •CONDICIÓN MÁXIMA CARGA


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


CURVAS HIDROSTÁTICAS Y KN


RESISTENCIA Y
MOTORIZACIÓN
Series Delft I,II para condición de
desplazamiento y semidesplazamiento

Serie Delft III para condiciones de
planeo.

Potencia en HP considerando un
rendimiento del 80%

Volvo Penta D1-20 (18,1 HP)


RESISTENCIA Y
MOTORIZACIÓN

Delft I,II
Delft III


PRESUPUESTO

El presupuesto preliminar se estima para una construcción de 10 embarcaciones

Costes de producción unitario

COSTE/EMBARCACIÓN
CONCEPTO
(€)
MANO DE OBRA 20600

MODELO Y MOLDE 6564
El beneficio del proyectista asciende a
MATERIALES DEL CASCO 14380 20 000 € para las 10 embarcaciones.
VELAS Y APAREJOS 30744

EQUIPOS Y HABILITACIÓN 16028,36
DISEÑO DE LA
2000
EMBARCACIÓN

GASTOS FIJOS DE ASTILLERO 6450

TOTAL 96766,36


PRESUPUESTO

RESUMEN
Beneficio:
PVP 120000,00
60% Astillero COSTE PRODUCCION 96767,36
40% Comercial y venta
BENEFICIO ASTILLERO 13939,58

BENEFICIO COMERCIAL 9293,06

PRECIO FINAL
•I.V.A. : RCL 2001/3184 de 14 de diciembre
•Matriculación: Ley 38/1992 de 28 de P.V.P. 120000,00
diciembre art.65.1 b) 12% MATRICULACIÓN 14400
16% I.V.A. 19200
PRECIO FINAL 153600,00


TRANSPORTE

NORMA UNE-EN ISO 8666

Masa remolque +
embarcación = 2800 kg.

Permiso de conducción
necesario: B+E


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


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