Un proyecto arriesgado y estable

60-0_ProjectSTAR(featured)

Hace unas semanas usé el Proyecto STAR (desarrollado por Lobanov y BMT Nigel Gee) como excusa para un post.

El barco es tan espectacular, y poco convencional, que me entró curiosidad por los detalles técnicos, principalmente su estabilidad (al tener tanta superestructura), y me puse a hacer este breve estudio sobre ella.

El barco

Las características principales del barco son las siguientes:

  • Eslora total= 132,70m
  • Manga= 22,75m
  • Altura por encima del agua= 61,15m (lo que en inglés llaman «puntal aéreo»)
  • Calado máximo= 12,00m
  • Calado con la quilla escondida= 6,80m

(La quilla se mueve verticalmente, desde una posición inicial «escondida» dentro del casco, sobresaliendo solo en parte, hasta extenderse 5,20m hacia abajo.)

Propulsión:

  • Diesel-eléctrica, con 8 generadores de 1.760kW (en total, 14.080kW o 18.880CV)
  • Propulsores Azipod (uno a popa y otro a proa)
  • Velocidad máxima= 18 nudos
  • Autonomía= 5.000 millas a 14 nudos (Para ello, estimo que necesita como mínimo tanques para 1.100 toneladas de gasoil; aunque para los cálculos he sobreestimado un poco esta capacidad)

Habilitación:

  • Camarotes para 36 pasajeros
  • Capacidad para unos 200 pasajeros adicionales (sin camarote)
  • (Además de las imprescindibles plantas potabilizadores, yo estimaría tanques para 100 toneladas de agua dulce)

En la siguiente imagen se puede ver la distribución de espacios:

60-1_ProjectSTAR(TechDrawing)

Se puede observar la orza (o quilla) elevable, en el centro del casco. Para hacerse una idea de la altura de la obra muerta (esto es, la parte del barco que queda fuera del agua), el calado de diseño corresponde aproximadamente con la primera cubierta – la cubierta donde están el equipo de fondeo (nº2), los garajes (nº5) y los espacios para tripulación y servicios (nº6) (no he contado como cubierta el techo del doble fondo). He estimado el francobordo hasta la 3ª cubierta (la que tiene el helipuerto, nº11) en 6,50m, y un calado del casco (sin contar la orza) de 4,10m.

Asumiremos que el casco es de acero y la superestructura de aluminio, como es habitual en los megayates.

El casco

En la imagen anterior se adivina un casco de secciones bastante redondeadas en el cajón central, y unos hombros muy afinados que llegan a ambas rodas con un pequeñísimo ángulo de entrada en las líneas de agua.

Por encima de la flotación los costados se levantan totalmente verticales entre las cubiertas 1 y 2; y después, hasta la cubierta 3, tienen una cierta convexidad que hace disminuir la manga.

Para mis cálculos he usado un casco no tan radical: me he basado en un casco estándar de fragata de 80m, y lo he retocado un poco para que se parezca al Proyecto STAR. A continuación muestro la caja de cuadernas definitiva obtenidas (sin un afinado excesivo y en baja resolución):

60-2_ProjectSTAR(CajaCuadernas)

Y el alzado, mostrando la curva de área de cuadernas:

60-3_Alzado

Esta es la vista del modelo 3D definitivo (realizado con FREE!ship):

60-4_Model3D

Posteriormente he añadido una orza de sección elíptica, de 8m de eslora y 4 de manga (en realidad los parámetros que tienen importancia a efectos de estabilidad son el peso y la posición del centro de gravedad, no así las medidas, al ser la orza muy pequeña en relación al casco). Su altura será de 2,70m cuando está escondida al máximo, y 7,90m totalmente extendida.

Hidrostáticas

Para un calado de diseño de 4,10m, se obtienen las siguientes hidrostáticas:

  • Calado medio= 4,10m
  • Desplazamiento= 5.180t
  • Eslora de flotación= 130,71m
  • Abscisa centro de carena (LCB)= 66,47m
  • Ordenada centro de carena (KB)= 2,57m
  • Ordenada del metacentro (KMT)= 14,94m
  • Área de la flotación= 1.919m2
  • Coeficiente de bloque= 0,414
  • Coeficiente prismático= 0,462
  • Coeficiente de la maestra= 0,895
  • Coeficiente de la flotación= 0,644

(Aún habiendo añadido la quilla, la Línea Base (z=0) la mantengo en el fondo del casco, no en la base de la quilla.)

El desplazamiento del barco es, pues, de 5.180 toneladas.

Estabilidad

Estimando un desglose de pesos obtengo el peso en rosca (tonelada arriba, tonelada abajo):

60-5_TablaPesoRosca(Con ZG de la quilla suponiéndola totalmente elevada.)

Y añadiendo el peso muerto tenemos la situación de carga a estudiar (correspondiente al calado de diseño):

60-6_TablaLoadcase

En ella he estimado:

  • 119 personas a bordo (36 pasaje + 83 tripulación y servicio)
  • Pertrechos y respetos: un 10% del total en peso de equipos y servicios
  • Víveres: 15kg por persona y día, para 10 días

Con esta situación de carga, y realizando los cálculos con Hydromax se obtiene la siguiente curva de estabilidad:

60-7_CurvaGZ
Como se ve a primera vista, el barco parece muy estable:

  • Valores absolutos de GZ elevados (2,95m a 30º y 4,01m a 40º)
  • Máximo GZ= 4,02m, a 42,6º
  • Ángulo de anulación de GZ a aprox. 103º
  • Altura metacéntrica GMT=10,09m

(No he estudiado el ángulo de inundación, pero el ángulo de inmersión de cubierta es de 31º, por lo que ninguna abertura en la superestructura debería presentar problemas.)

Pero podemos comprobarlo analizando algunos criterios de estabilidad; primero, los criterios IMO:

60-8_TablaCriteriosIMOVemos que se cumplen por un amplio margen.

Se ha analizado también la escora debida al viento sobre la superficie lateral proyectada, usando el criterio de la USL australiana. Usando los siguientes datos:

  • Presión del viento= 600 Pa (corresponde a 44 nudos de media, con rachas de 61 nudos)
  • Área lateral proyectada= 1.340m2
  • Ordenada del «centro vélico» del área lateral (Kv)= 9,29m

El programa obtiene una curva de momento escorantes que corta a la curva GZ en un ángulo de escora de 0,9º (siendo el máximo admisible de 10º), como se ve en la siguiente gráfica:

60-9_CurvaGZ+EscoraPorViento

Así pues, podemos concluir que la estabilidad del barco es excelente.

Efecto del viento sobre la estabilidad

Es curioso pero, aunque no lo parezca, el efecto vela del costado vertical (desde la flotación hasta la cubierta nº3, que suponen 817m2 de área proyectada) es mucho mayor que el de la superestructura (523m2 de área proyectada), por lo que el «centro vélico» finalmente no está tan alto como se podría pensar: Kv=9,29m, es decir que queda ¡casi 1m por debajo de la cubierta superior! (cubierta 3, la del helipuerto).

En cualquier caso, por lo que se ha visto al estudiar el criterio USL, el viento no tiene prácticamente efecto sobre la estabilidad, ni siquiera hasta Beaufort 11 (faltaría estudiarlo en vientos huracanados).

Vista lateral de la obra muerta y la superestructura

Vista lateral de la obra muerta y la superestructura

Estabilidad tras averías

Mmmm… Necesitaría bastantes más datos sobre el proyecto para poder evaluar la estabilidad tras averías. Tal vez otro día me ponga a jugar con ello…

Conclusión

Al principio había pensando que el barco sería poco estable, cosa habitual en los megayates. Y la quilla elevable parecía reforzar esa hipótesis: además de servir como mirador submarino, podía ponerse lastre en su parte inferior para mejorar así la estabilidad, en caso de ser necesario en determinadas situaciones de carga. Pero resulta que no es así.

Aunque en realidad, por otro lado, tampoco podíamos esperar que el barco fuera inestable: basta con ver cualquier barco de crucero, o un car carrier (auténticas cajas de zapatos flotantes), barcos en general con áreas laterales mucho mayores (en proporción, entre 2 y 5 veces más de área lateral que el Proyecto STAR) y que navegan por todos los mares sin mayores problemas.

—–

(Modelo 3D por el autor, realizado con FREE!ship. Las imágenes del barco son cortesía de BMT Nigel Gee, obtenidas directamente de su web, con su permiso y mi agradecimiento.)

 

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Acerca de bruno

Ingeniero naval; en las playas de Esqueria, me entretengo empezando castillos en el aire. Escribo, exploro, nado, insisto.

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