primeras líneas

[caribdis]

Practicando con herramientas de dibujo:

[caribdis]

He estado afinando el cálculo de pesos contando ya con todo el equipo previsto, sus pesos y sus posiciones en el barco.

Son una cantidad elevada de cosas, que aunque muchos equipos seguramente varíen sobre los que ahora preveo, sí que creo que al ser tan exhaustivo y figurar tal cantidad de datos, los cambios que resulten al final serán bastante coherentes con los que tengo ahora.

Nuevamente, se me había colado un error importante en la posición del centro de gravedad, que ahora ha quedado corregido y los valores de estabilidad y de stix han vuelto a ser similares a los que tenía en un principio.

Esta es la curva de estabilidad a plena carga, que ahora se va hasta 8.118 Kgs, con un desplazamiento a media carga de 7.480 Kgs que es donde quería estar desde un principio:



El GZ máximo es ahora cercano a un metro, el ángulo máximo de estabilidad positiva es de 132,5º y con estos datos el barco tiene un stix de 59,37', casi 60' para un barco de 41 pies (cuenta con la bonificación de 5' por insumergibilidad).

He metido la curva en una comparativa de estabilidad que aparecía en otro hilo de este foro:



El SR2 en trazo grueso negro.

El Haka es el que mejor curva tiene, y el Malö 46 y el Maxi 1300 tienen mejores AVS (ángulo máximo de estabilidad positiva), pero el área de estabilidad positiva es bastante menor en los dos casos.

Para encontrar barcos con stix de 59 o 60 tenemos que ir hasta un Swan 60, un Moody 45, el Malö 46 que a pesar de esa curva de estabilidad creo que tiene stix 62,3, el Island Packet 420, el HR 48 o el Ker 46..

Un saludo

[caribdis]

Esta es la estructura de refuerzos que preveo:





Basicamente, se trata de asegurar la resistencia longitudinal, con la jarcia (sobre todo stays y backestays) tirando hacia arriba y los mástiles comprimiendo hacia abajo.





Y transversalmente, centrarse en la compresión de los mástiles y el tiro de los obenques, lo que obliga también a reforzar la cubierta entre obenques y fogonaduras.

La compresión del mástil de mayor se transmite directamente a la orza, que también debe estar sólidamente reforzada lateral y longitudinalmente.

Ese conjunto obenques, fogonadura, coz, quilla es básico, es el núcleo de la fortaleza del barco.

La estructura longitudinal, en este caso, conecta también con el stay de trinqueta, las orzas traseras, el timón, y también el piloto de viento.

El resto ya es casi solamente resistir la presión hidrodinámica, que precisa una resistencia mucho menor.

En barcos de regata, una vez resueltos los esfuerzos principales, el forro destinado a la presión hidrodinámica ya puede ser mínimo.

En este barco, al ser un crucero, ese forro se sobredimensionará con respecto a sus necesidades reales, contribuyendo también a la resistencia general y a la reserva de resistencia para posibles colisiones. Además, en todo el barco, casco y cubierta están conectados con el forro de interior, contínuo en suelo, mobiliario básico y techo (en cinco grandes "burbujas", pozo de anclas, salón, camarote, baño y pañol), trabajando en realidad como un conjunto en el que además están los refuerzos que aparecen en la imágenes de arriba.

Recuerdo los espesores de forro:

-Casco 11 mm
-Casco en quilla 25 mm
-Casco en flotación y roda 14 mm
-Cubierta 8 mm
-Interior suelo 8 mm
-Interior techo 6 mm

En todos los casos se combinan tres capas de fresno laminado con epoxi y fibra de vidrio laminada con epoxi. En puntos clave, como la unión casco orza y la flotación y roda se adiciona tejido de dineema laminado también con epoxi.

El conjunto creo que será de una gran resistencia, recordar que tanto interior como exterior son del mismo material y está pensado para trabajar conjuntamente y evitando concentraciones de esfuerzos. Con gran atención a los esfuerzos principales y con una ligereza de conjunto proporcionada por la ligereza del material y una buena conexión de esfuerzos en la que la fibra de vidrio cumple un importante papel.

Al mismo tiempo, los espacios entre las "burbujas" y el casco y cubierta estarán completamente cerrados al exterior (en todo caso con algunos tubos sellados destinados a instalaciones), lo que proporcionará flotabilidad y aislamiento.

Este tipo de construcción lo llevo pensando desde hace muchos años, e indudablemente es laborioso, pero espero que corresponda con el nivel de ambición del proyecto completo.

Un saludo

[caribdis]

He vuelto a hacer otra maqueta de casco para comprobar el efecto del cambio en las formas de proa y la he hecho con bañera y las formas de cubierta actualizadas:




























Un saludo

[caribdis]

He hecho una representación gráfica simplificada de las fuerzas que actuan sobre el barco en ceñida. Creo que pueden ayudar a comprender que pasa realmente en un barco en movimiento y a a comparar la influencia de unas fuerzas y otras, quiero que sirva también para el cofrade Bill en su búsqueda de las fuerzas que actúan sobre el aparejo.

Esta es una vista tridimensional:



Tenemos por un lado las fuerzas que actúan sobre el plano vélico, concentradas en un punto que básicamente es el centro geométrico de las tres velas, foque, mayor y mesana. Esta fuerza la podemos dividir de dos formas, en sustentación y arrastre, perpendicular al viento aparente y contrario a él o en fuerza de empuje en dirección del avance y fuerza lateral que tiende a escorar el barco y llevarlo de lado, y una componente vertical hacia abajo.

Oponiendose a esa fuerza hay otra que debe ser contraria que actúa en un punto de la carena pero que también está compuesta por varias fuerzas que podríamos separar..aqui está la fuerza de las orzas, del casco y del timón, al igual que la otra la podemos descomponer en tres vectores, uno contrario al rumbo efectivo del barco, uno lateral a él, que es el que impide la deriva y uno vertical que se supone que se verá compensado con el vertical del aparejo.

Y hay dos fuerzas mucho más importantes, de las que no se ven en esta imagen los finales: el peso del barco, aplicado en el centro de gravedad del barco, y la fuerza de flotación que será igual pero de sentido contrario, aplicada en el centro de carena o centro geométrico del volúmen sumergido del barco.

Veámoslo a vista de pájaro:



Vemos que el barco no se mueve en dirección de la proa sino que tiene un abatimiento. Vemos que hay un viento real que en este caso entra a 45º sobre el rumbo que lleva el barco sobre el agua, que el barco se mueve a una velocidad determinada, y que la composición entre la velocidad y el ángulo del viento real y la velocidad y rumbo real del barco nos dan un viento aparente que es el que actúa en realidad sobre las velas.

Vemos los dos componentes de sustentación y arrastre (en azul) de la fuerza del aparejo en relación a la dirección del aparente, y sus dos componentes (en magenta), uno de tracción y uno puramente lateral en la dirección de avance.

Y la fuerza sobre la carena con una componente antideriva y una componente de resistencia al avance.

Para que el barco se mantenga en equilibrio en el rumbo de ceñida que lleva, la fuerza sobre el aparejo se debe compensar y estar en la misma linea de actuación que la fuerza sobre la carena. La fuerza lateral y la de deriva se deben compensar, para que el barco mantenga una trayectoria rectilínea, y la fuerza de tracción intentará mover el barco hasta la velocidad en que se iguale con la de resistencia al avance.

Visto desde un punto en la trayectoria del barco por proa, se ve así:



Aqui vemos como la fuerza del aparejo y la de la carena se compensan, pero producen un par que quiere escorar el barco. Quien se opone a esto es el par adrizante del peso del barco (que se mantiene en el centro de gravedad del barco) y el empuje de flotación, que al estar el barco escorado se ha movido hacia una banda produciendo el par adrizante. Las fuerzas de aparejo y carena están bastante separadas y por ello producen un par escorante importante, pero el peso y el empuje de flotación son fuerzas mucho más poderosas, tal vez del orden de 20 veces mayores, y por ello no precisan de una separación tan grande..en las curvas de estabilidad de los barcos vemos que un brazo de 1 m ya es un brazo grande.

Y finalmente en sentido longitudinal, perpendicular al avance del barco:



Aqui tenemos que las fuerzas de aparejo y de carena también crean un par que tiende a hundir la proa. Pero sus valores ya no son tan grandes como las fuerzas laterales, tenemos solamente a la fuerza de tracción por un lado y la de resistencia por otro, menores a las laterales. Y las fuerzas verticales también tienden a hundir la proa, pero actuándo con un brazo bastante pequeño.

Quien se tiene que oponer a ese momento de giro hacia proa es nuevamente el par de peso y empuje de flotación; el momento que tiende a hundir la proa hace que el centro de carena se adelante de la vertical del peso (que es donde está en reposo) y aparece el brazo necesario para compensarlo. Con muy poco que se mueva el centro de carena hacia proa, en ceñida, ya es suficiente, para un aparente de 17 nudos el SR2 trimaría hacia proa 0,3º.

Una imagen en la que se aprecia la diferencia gráfica de magnitudes entre el peso del barco y las fuerzas sobre aparejo y carena:



Hay más cosas interesantes que contar sobre este diagrama de fuerzas, continuará..

[caribdis]

Es lo mismo que aparece en estos esquemas, que creo que son más entendibles, pero aplicado a un crucero, y tratando de que se visualice la enorme diferencia de fuerzas entre las ejercidas por el viento y el peso del barco y su empuje de flotación:

[caribdis]

Creo que en este vídeo se ven muy bien los equilibrios automáticos que se producen en un velero, que podemos repasar plano por plano:



Visto desde la dirección de avance, el equilibrio es claro, hay una fuerza producida por el viento sobre el aparejo que intenta escorar el barco y hacerlo derivar. Aparece debido a ello una fuerza contraria en la carena que se opone a la deriva, pero esas dos fuerzas producen un par de escora, que es compensado por el par adrizante que se forma al desplazarse hacia una banda el centro de carena. La fuerza escorante disminuye con la escora porque la superficie vélica proyectada en la dirección del viento cada vez es menor, y el par adrizante aumenta, por lo menos hasta los 60º de escora... el efecto es de equilibrio automático, el barco escora hasta que la fuerza del viento se compensa con la estabilidad del barco, y se obtiene una escora de equilibrio.

¿Sobre que punto gira el barco? yo creo que sobre el centro de carena. Un avión gira sobre su centro de gravedad, pero un barco gira sobre su centro de carena, que se va moviendo a medida que el barco escora. El balanceo del barco es estable porque las fuerzas se compensan, cuando el viento crece, el barco escora, esa fuerza disminuye y la adrizante aumenta por la misma escora.

En el plano transversal al avance:



La fuerza sobre el aparejo y la reacción a esta fuerza sobre la carena producen un par que quiere hundir la proa. Lo consigue, pero como la estabilidad longitudinal es muy alta, con un muy pequeño ángulo, de menos de un grado, ya se obtiene un par adrizante longitudinal que equilibra la situación.

¿Sobre que punto pivota el barco? Yo opino que sigue pivotando sobre el centro de carena. Se obtiene un equilibrio automático en el cabeceo del barco similar al del balanceo..la fuerza sobre el aparejo tiende a clavar la proa, al clavar la proa el centro de carena se desplaza a proa y aparece un par adrizante longitudinal entre la posición del centro de gravedad, que es fija y la nueva posición del centro de carena. A mayor fuerza sobre el aparejo, más movimiento hacia proa del centro de carena, que produce un enorme par adrizante longitudinal..otro equilibrio automático.

El plano que falta, la vista de pájaro:



Imaginemos el barco completamente quieto, le llega viento en la dirección del viento real, que produce sobre las velas una fuerza que se puede descomponer en fuerza lateral y fuerza de avance..la fuerza de avance encuentra en principio poca oposición y el barco comienza a moverse, pero también a ser desplazado lateralmente. La carena opone a estos desplazamientos una fuerza lateral que va aumentando y una resistencia al avance que también aumenta a medida que sube la velocidad. Al mismo tiempo, la propia velocidad del barco altera el ángulo en que recibe el viento y también su intensidad, se obtiene un equilibrio de fuerzas con el viento aparente. La carena evita el desplazamiento lateral y la tracción del viento se equilibra con la resistencia al avance de la carena...

Pero creo que es importante apuntar que la fuerza que actúa en primer lugar es la fuerza del viento, provocando una escora (alejando con ello el punto de aplicación de la fuerza de crujía) y provocando una orzada, que provocará que el barco aumente el ángulo con respecto al agua, con lo que la fuerza sobre la carena aumenta a la vez que la de las velas disminuye porque el ángulo de incidencia del viento se hace demasiado pequeño.

Esto provoca que el barco vuelva arribar disminuyendo de nuevo el ángulo de incidencia de la carena y sus apéndices y aumentando el ángulo sobre el plano vélico, por lo que el barco va buscando su posición de equilibrio. Sube el viento, el barco escora más y orza, hasta que la orzada hace disminuir la fuerza sobre las velas y aumentar la que se ejerce sobre la carena.

Y estos tres equilibrios estables suceden a la vez...

¿Sobre que punto pivota el barco a vista de pájaro? Sigo opinando que básicamente sobre el centro de carena, pero si caláramos una orza en proa, el punto de giro se iría a la proa, o si metemos el timón 15º, ese punto de giro se iría a la popa.

Vamos a dejarlo por ahora aqui

Un saludo