ES1302097U - CARGO SHIPS WITHOUT BALLAST (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
BUQUES DE CARGA SIN LASTRECARGO SHIPS WITHOUT BALLAST
CAMPO TÉCNICOTECHNICAL FIELD
En general, la presente invención se refiere a barcos, y más preferiblemente a buques de carga sin sistemas de lastre, que tienen un casco que presenta un cuerpo superior y un cuerpo inferior diferenciados.In general, the present invention relates to ships, and more preferably to cargo ships without ballast systems, having a hull having a distinct upper body and lower body.
ESTADO DE LA TÉCNICASTATE OF THE ART
Un barco, en particular un buque de carga, se diseña teniendo en cuenta el peso del propio buque y el peso de la carga que se va a transportar a bordo. Por lo tanto, cuando el barco no transporta carga o va parcialmente cargado, el barco flota más alto en relación con la superficie del agua y puede volverse inestable frente a las olas transversales y el viento lateral y puede escorarse o trimarse. Además, en estos casos las hélices del barco se acercan a la superficie del agua lo que puede causarles daños por cavitación así como hacer que trabajen a un régimen inferior al recomendado, aumentando el desgaste de la hélice y la necesidad de mantenimiento. Para evitar estos problemas, los barcos integran normalmente un sistema de lastre que comprende tanques que contienen agua de mar que mantiene el calado necesario para garantizar una propulsión eficiente, una navegación segura y equilibran el barco. El agua de lastre se carga y descarga normalmente en diferentes puertos que pueden estar en diferentes países o continentes. Debido a las mejoras en la velocidad de los barcos, dichos barcos pueden viajar entre países en poco tiempo con especies acuáticas vivas, en particular, especies marinas invasoras, en el agua de lastre de tal forma que cuando esta agua de lastre se descarga en un lugar lejano desde donde fue cargada, la liberación de estas especies acuáticas vivas puede causar problemas ambientales a escala global.A ship, particularly a cargo ship, is designed taking into account the weight of the ship itself and the weight of the cargo to be carried on board. Therefore, when the ship is unloaded or partially loaded, the ship floats higher in relation to the water surface and may become unstable to cross waves and crosswinds and may list or trim. In addition, in these cases the boat's propellers come close to the surface of the water, which can cause cavitation damage as well as cause them to work at a lower than recommended speed, increasing propeller wear and the need for maintenance. To avoid these problems, ships normally integrate a ballast system that comprises tanks containing seawater that maintains the necessary draft to guarantee efficient propulsion, safe navigation, and balance the ship. Ballast water is normally loaded and discharged in different ports which may be in different countries or continents. Due to improvements in ship speed, such ships can travel between countries in a short time with live aquatic species, in particular invasive marine species, in the ballast water such that when this ballast water is discharged into a far away from where it was loaded, the release of these live aquatic species can cause environmental problems on a global scale.
Para evitar que determinadas especies entren en los tanques de lastre, algunos barcos integran sistemas de filtración que bloquean dichas especies. Otros barcos integran sistemas de tratamiento de agua de lastre que incluyen sistemas de calentamiento, sistemas de luz ultravioleta, sistemas de desoxigenación, etc., para matar o al menos reducir la cantidad de especies acuáticas vivas contenidas en el agua de lastre. Sin embargo, todas estas soluciones son ineficientes y tienen altos costes de instalación y mantenimiento. Así mismo, estas soluciones requieren grandes cantidades de energía para operar y, por tanto, requieren quemar más combustible, lo que resulta en mayores emisiones.To prevent certain species from entering ballast tanks, some ships have built-in filtration systems that block these species. Other ships integrate ballast water treatment systems including heating systems, ultraviolet light systems, deoxygenation systems, etc., to kill or at least reduce the number of live aquatic species contained in the ballast water. However, all these solutions are inefficient and have high installation and maintenance costs. Likewise, these solutions require large amounts of energy to operate and therefore require burning more fuel, resulting in higher emissions.
Algunos barcos, conocidos como "buques sin lastre", integran un grupo de conductos estructurales que recorren toda la eslora del barco. Cuando el barco se lastra, se permite el paso a través de los conductos de un flujo continuo de agua de mar desde la apertura de admisión en la proa hasta la apertura de descarga en la popa. De esta forma, estos conductos pueden inundarse, reduciendo la flotabilidad del casco y permitiendo que el barco se hunda hasta el calado deseado. Un ejemplo de este tipo de barco se describe en el documento US2003019413A1 (Parsons). Sin embargo, esta solución es técnicamente compleja y añade una gran resistencia al casco del barco mientras se desplaza por el agua.Some ships, known as "ballast free ships", integrate a group of structural ducts that run the entire length of the ship. When the ship is ballasted, a continuous flow of seawater is allowed to pass through the conduits from the intake opening at the bow to the discharge opening at the stern. In this way, these passages can be flooded, reducing the buoyancy of the hull and allowing the ship to sink to the desired draft. An example of this type of ship is described in US2003019413A1 (Parsons). However, this solution is technically complex and adds great resistance to the ship's hull as it moves through the water.
De forma adicional, se conocen en la técnica barcos multicasco sin sistema de lastre. Este tipo de barco no necesita llevar agua de lastre. Sin embargo, los costes de fabricación y mantenimiento de este tipo de barcos son significativamente más altos que los de un barco monocasco. Además de esto, debido al particular diseño de estos barcos, es difícil integrar una bodega lo suficientemente grande y en una sola pieza y la manga es significativamente mayor que en los barcos monocasco. Otra desventaja de estos barcos es que cuando los barcos multicasco transportan cargas pesadas a bajas velocidades, el área de superficie mojada y el arrastre en la vía marítima aumentan significativamente.Additionally, multihull ships without a ballast system are known in the art. This type of ship does not need to carry ballast water. However, the manufacturing and maintenance costs of this type of boat are significantly higher than those of a monohull boat. In addition to this, due to the particular design of these boats, it is difficult to integrate a large enough hold in one piece and the beam is significantly greater than in monohull boats. Another disadvantage of these ships is that when multihull ships are carrying heavy loads at low speeds, the wetted surface area and drag on the seaway increase significantly.
Se conocen en la técnica barcos que tienen un puntal en forma de V que está provisto de una manga alta. En este tipo de barco, el agua de lastre puede no ser necesaria para lograr un control adecuado del centro de gravedad del barco en diferentes condiciones de carga. Sin embargo, estas soluciones no se pueden aplicar para el transporte de cargas, por ejemplo, objetos, materiales sólidos, etc., que requieren geometrías, dimensiones o formas específicas del casco.Boats are known in the art that have a V-shaped strut that is provided with a high beam. In this type of ship, ballast water may not be necessary to achieve adequate control of the ship's center of gravity under different loading conditions. However, these solutions cannot be applied for the transport of loads, for example, objects, solid materials, etc., which require specific geometries, dimensions or shapes of the hull.
Por lo tanto, sería deseable encontrar una solución alternativa a los sistemas de agua de lastre que evite todos los inconvenientes mencionados anteriormente y que asegure una navegación segura y eficiente de los buques de carga.Therefore, it would be desirable to find an alternative solution to ballast water systems that avoids all the drawbacks mentioned above and that ensures safe and efficient navigation of cargo ships.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
El objeto de la invención es un barco sin lastre, en particular un buque de carga sin lastre, que comprende un casco que tiene un cuerpo superior longitudinal y un cuerpo inferior longitudinal, estando el cuerpo inferior ubicado por debajo del cuerpo superior. El cuerpo superior y el cuerpo inferior tienen una sección transversal sustancialmente rectangular a lo largo del casco, pero el cuerpo inferior presenta unas dimensiones menores (es más estrecho y menos profundo) que las del cuerpo superior. Así, la sección media del buque presenta dos sentinas por lado, en lugar de una única. El concepto de efecto lastre en el diseño convencional (con lastre) se sustituye por la conveniente reducción del volumen flotante del casco. Más particularmente, los cuerpos superior e inferior tienen una sección transversal sustancialmente rectangular a lo largo de la longitud del espacio de carga, por ejemplo, la bodega, del buque, mientras que la sección de proa y la sección de popa del buque pueden tener una sección transversal sustancialmente similar o diferente. Por ejemplo, la sección de proa del buque puede ser una proa de bulbo, una proa de Violín, una proa curva o cualquier otro tipo de proa. Dicha sección de proa puede diseñarse para reducir la resistencia del casco al atravesar el agua. Por otro lado, la sección de popa del buque puede ser de estampa o espejo, una popa elíptica o cualquier otro tipo de popa.The subject of the invention is a ballastless ship, in particular a ballastless cargo ship, comprising a hull having a longitudinal upper body and a longitudinal lower body, the lower body being located below the upper body. The upper body and the lower body have a substantially rectangular cross section along the hull, but the lower body has smaller dimensions (it is narrower and shallower) than those of the upper body. Thus, the middle section of the ship has two bilges per side, instead of just one. The concept of ballast effect in the conventional design (with ballast) is replaced by the convenient reduction of the floating volume of the hull. More particularly, the upper and lower bodies have a substantially rectangular cross section along the length of the cargo space, eg the hold, of the ship, while the bow section and stern section of the vessel may have a substantially similar or different cross section. For example, the bow section of the ship may be a bulbous bow, a Fiddle bow, a curved bow or any other type of bow. Said bow section can be designed to reduce the resistance of the hull when going through the water. On the other hand, the stern section of the ship can be stamped or mirrored, an elliptical stern or any other type of stern.
El cuerpo inferior está unido al fondo del cuerpo superior en la parte central del buque (debajo de la bodega). La parte inferior de ambos cuerpos puede tener cierto ángulo de pantoque que puede variar a lo largo de la eslora del buque. La unión entre los cuerpos superior e inferior en la proa y la popa puede volverse tangente continua y ocurrir en las paredes laterales. Por lo tanto, los volúmenes superior e inferior pueden convertirse en uno en los extremos de proa y popa del buque.The lower body is attached to the bottom of the upper body in the central part of the ship (below the hold). The lower part of both bodies can have a certain angle of bilge that can vary along the length of the ship. The junction between the upper and lower bodies at the bow and stern can become continuous tangent and occur at the side walls. Therefore, the upper and lower volumes can become one at the fore and aft ends of the vessel.
El cuerpo superior y el cuerpo inferior pueden estar unidos entre sí por medio de marcos estructurales, pilares internos o similares. El cuerpo inferior provee a la sección transversal del buque de zonas cóncavas en correspondencia con sus bordes. La altura del cuerpo superior con respecto a la altura del cuerpo inferior puede depender de la diferencia entre el desplazamiento máximo y mínimo del buque. Por ejemplo, cuanto mayor sea la diferencia entre el desplazamiento máximo y mínimo del buque, mayor será la altura del cuerpo inferior con respecto a la altura de del cuerpo superior. En algunos ejemplos, la altura del cuerpo superior con respecto a la profundidad de trazado del buque puede oscilar entre 45 %-85 %. Por tanto, en tales ejemplos, la altura del cuerpo inferior con respecto a la profundidad de trazado del buque puede oscilar entre 55%-15%. Para compensar dicha diferencia entre el desplazamiento máximo y mínimo del buque, se puede modificar aún más la manga máxima (manga en el cuerpo superior) del buque, de tal forma que cuanto mayor sea esta diferencia mayor será la manga máxima del buque. Como alternativa, la manga y el calado del buque pueden modificarse conjuntamente para compensar dicha diferencia.The upper body and the lower body can be connected to each other by means of structural frames, internal pillars or the like. The lower body provides the cross section of the ship with concave zones in correspondence with its edges. The height of the upper body with respect to the height of the lower body may depend on the difference between the maximum and minimum displacement of the ship. For example, the greater the difference between the maximum and minimum displacement of the ship, the greater the height of the lower body with respect to the height of the upper body. In some examples, the height of the upper body with respect to the ship's layout depth can range from 45%-85%. Therefore, in such examples, the height of the lower body with respect to the depth of the plot of the ship can range between 55%-15%. To compensate for said difference between the maximum and minimum displacement of the ship, the maximum breadth (breadth in the upper body) of the ship can be further modified, in such a way that the greater this difference, the greater the maximum breadth of the ship. Alternatively, the breadth and draft of the ship can be modified together to compensate for this difference.
La distribución de volumen del cuerpo inferior altera la distribución vertical de la flotabilidad del casco provocando un calado más profundo del barco en la condición ligera (sin carga) en comparación con otros barcos conocidos con diferentes geometrías de buque.The lower body volume distribution alters the vertical buoyancy distribution of the hull causing a deeper draft of the ship in the light (unloaded) condition compared to other known ships with different ship geometries.
El buque de carga sin lastre comprende además al menos un espacio de carga, en otras palabras, al menos un volumen para transportar la carga, tal como la bodega de carga, dispuesta al menos en correspondencia con el cuerpo superior para al menos almacenar la carga. Esta bodega puede ocupar totalmente el espacio definido por el cuerpo superior o puede ocupar total o parcialmente el espacio definido por el cuerpo superior y ocupar también parcialmente el espacio definido por el cuerpo inferior del buque. El espacio de carga puede sobresalir también del cuerpo superior para ocupar parcialmente la cubierta del buque.The unballasted cargo ship further comprises at least one cargo space, in other words, at least one volume for carrying the cargo, such as the cargo hold, arranged at least in correspondence with the upper body to at least store the cargo. . This warehouse can totally occupy the space defined by the upper body or it can totally or partially occupy the space defined by the upper body and also partially occupy the space defined by the lower body of the vessel. The cargo space can also protrude from the upper body to partially occupy the deck of the ship.
El buque de carga sin lastre comprende también espacios vacíos en correspondencia con el cuerpo inferior. Estos espacios vacíos actúan como tanques flotantes para el buque. Parte de estos espacios vacíos se pueden utilizar además para almacenar tanques de combustible, sistemas de tuberías o un sistema de compensación de trimado como se describe a continuación, entre otros sistemas o elementos del buque. A modo de ejemplo, la relación entre el volumen de los espacios vacíos y el desplazamiento volumétrico máximo del buque puede oscilar de 0,1 a 0,45, aunque se pueden alcanzar otras relaciones basándose en el diseño particular del buque.The cargo ship without ballast also includes empty spaces in correspondence with the lower body. These empty spaces act as floating tanks for the ship. Part of these empty spaces can also be used to store fuel tanks, piping systems or a trim trim system as described below, among other systems or elements of the ship. By way of example, the ratio of the volume of void spaces to the maximum volumetric displacement of the ship may range from 0.1 to 0.45, although other ratios may be achieved based on the particular design of the ship.
La forma de la sección transversal en la mayor parte de la eslora prismática del buque así definida forma cuatro sentinas en lugar de los dos de otros buques conocidos con geometrías diferentes. Dichas sentinas pueden ser redondeadas o sus paredes laterales y de fondo pueden unirse en ángulo.The shape of the cross section in most of the prismatic length of the ship thus defined forms four bilges instead of the two of other known ships with different geometries. Said bilges can be rounded or their side and bottom walls can join at an angle.
El buque de carga sin lastre se define de tal forma que, para un parámetro predefinido, seleccionándose el parámetro de un grupo que comprende un calado máximo (Tmáx), un calado mínimo (Tmín) y una manga máxima (Bmáx) del buque, la geometría del buque está definida por:The unballasted cargo ship is defined in such a way that, for a predefined parameter, the parameter being selected from a group comprising a maximum draft (T max ), a minimum draft (T min ) and a maximum breadth (B max ) of the ship, the geometry of the ship is defined by:
i) una relación (%Bmáx) entre la anchura del fondo plano del buque y la manga máxima en el área del plano de flotación del buque que oscila entre 0 y 0,7,i) a ratio (%B max ) between the width of the ship's flat bottom and the maximum breadth in the area of the ship's waterplane ranging from 0 to 0.7,
ii) una relación (%Tmáx) entre el calado sumergido del cuerpo superior (en otras palabras, la distancia vertical correspondiente a la porción sumergida de las paredes verticales del cuerpo superior) y el calado máximo del buque que oscila entre 0 y 0,8, yii) a ratio (%T max ) between the submerged draft of the upper body (in other words, the vertical distance corresponding to the submerged portion of the vertical walls of the upper body) and the maximum draft of the ship ranging from 0 to 0, 8, and
iii) un coeficiente de sección central (Cm) del buque definido como:iii) a coefficient of center section (C m ) of the ship defined as:
que oscila entre 0,65 y 0,85.which ranges from 0.65 to 0.85.
Tal como se utiliza en el presente documento, el coeficiente de sección central de un buque se refiere a la relación entre el área de la sección central del buque, para un calado definido, y el área del rectángulo que contiene dicha área de la sección central del buque, la anchura del rectángulo correspondiente a la manga de trazado del buque y la altura del rectángulo correspondiente al calado previamente definido.As used in this document, the coefficient of the center section of a ship refers to the ratio between the area of the center section of the ship, for a defined draft, and the area of the rectangle that contains said area of the center section. of the ship, the width of the rectangle corresponding to the breadth of the ship and the height of the rectangle corresponding to the previously defined draft.
Después, el coeficiente %Bmáx que se ha definido como la relación entre la anchura (b) del fondo plano del buque y la manga máxima (Bmáx) del buque en el área del plano de flotación del buque es:Then, the coefficient %B max that has been defined as the ratio between the width (b) of the flat bottom of the ship and the maximum breadth (B max ) of the ship in the area of the ship's water plane is:
De forma similar, el coeficiente %Tmáx que se ha definido como la relación entre el calado sumergido (t) del cuerpo superior y el calado máximo del buque (Tmáx) es:Similarly, the %Tmax coefficient that has been defined as the relationship between the submerged draft (t) of the upper body and the maximum draft of the ship (Tmax) is:
La sección transversal del cuerpo inferior mantiene suficiente calado y estabilidad en condiciones ligeras y evita daños por cavitación en la hélice sin necesidad de tener un sistema de lastre. También reduce la resistencia del casco y mejora la eficiencia de propulsión. La presencia de dos sentinas adicionales aumenta la amortiguación frente a balanceos. El volumen de los espacios vacíos el cuerpo inferior garantiza que no se exceda el calado máximo del buque (los espacios vacíos actúan como un flotador cuando el buque está cargado). El cuerpo inferior puede tener además una forma cambia a lo largo de la longitud del cuerpo, volviéndose más puntiaguda en la proa. Esa distribución longitudinal del volumen del cuerpo inferior cambia la posición del centro de flotación del casco con cambios en el calado.The lower body cross section maintains sufficient draft and stability in light conditions and prevents cavitation damage to the propeller without the need for a ballast system. It also reduces hull drag and improves propulsion efficiency. The presence of two additional bilges increases the damping against rolls. The volume of the voids in the lower body ensures that the maximum draft of the ship is not exceeded (the voids act as a float when the vessel is loaded). The lower body may also have a shape that changes along the length of the body, becoming more pointed at the bow. That longitudinal distribution of the lower body volume changes the position of the center of buoyancy of the hull with changes in draft.
Además de esto, al tener un cuerpo superior de sección sustancialmente rectangular a lo largo de toda la eslora del buque y evitar el uso de tanques de lastre laterales, se puede maximizar el espacio ocupado por el espacio de carga en dicho cuerpo superior (el espacio de carga puede tener una anchura que corresponda sustancialmente a la manga del buque), compensando cualquier pérdida espacial en el cuerpo inferior.In addition to this, by having an upper body of substantially rectangular section along the entire length of the ship and avoiding the use of side ballast tanks, the space occupied by the cargo space in said upper body (the space occupied by the cargo space) can be maximized. cargo can have a width that substantially corresponds to the breadth of the ship), compensating for any spatial loss in the lower body.
El coeficiente de bloque de un barco se define como la relación entre el volumen submarino del barco y el volumen de un bloque paralelepipédico definido por la longitud entre sus perpendiculares, la amplitud (manga) y la profundidad (calado) del barco. En algunas realizaciones, este coeficiente de bloque del buque depende de un valor del ángulo de las paredes laterales del cuerpo inferior, que pueden estar inlcinadas, con respecto a la línea de base.The block coefficient of a ship is defined as the ratio between the underwater volume of the ship and the volume of a parallelepiped block defined by the length between its perpendiculars, the breadth (breadth) and the depth (draft) of the ship. In some embodiments, this ship block coefficient depends on a value of the angle of the lower body side walls, which may be tilted, with respect to the baseline.
Por ejemplo, para un Bmáx y Tmáx predefinidos y un t y %Tmáx constantes (solo se varían b y %Bmáx) un mayor ángulo de las paredes laterales inclinadas con respecto al fondo plano implica tener un coeficiente de bloque mayor y viceversa. En otros ejemplos, para un B máx y Tmáx predefinidos y un b y %Bmáx constantes (solo se varían t y %Tmáx) un mayor ángulo de las paredes laterales inclinadas con respecto al fondo plano implica tener un coeficiente de bloque menor y viceversa. Además de esto, el coeficiente de sección central y el coeficiente de bloque de un buque están relacionados entre sí. Es decir, cuanto menor sea el coeficiente de sección central, menor será el coeficiente de bloque y viceversa.For example, for a predefined Bmax and Tmax and a constant t and %Tmax (only varied by %Bmax) a greater angle of the inclined side walls with respect to the flat bottom implies having a greater block coefficient and vice versa. In other examples, for a predefined Bmax and Tmax and a constant b and %Bmax (only t and %Tmax are varied) a greater angle of the inclined side walls with respect to the flat bottom implies having a lower block coefficient and vice versa. In addition to this, the center section coefficient and the block coefficient of a ship are related to each other. That is, the lower the coefficient of central section, the lower the coefficient of block and vice versa.
En algunas realizaciones, el coeficiente de bloque (Cb) se define como:In some embodiments, the block coefficient (Cb) is defined as:
y oscila entre 0,52 y 0,72, en donde %Amáxfiotación es la relación entre el área del fondo plano (Afondopiano) del cuerpo inferior del buque y el área de la línea de flotación máxima (Amáxfiotación) del buque. El coeficiente de bloque resultante (Cb) del buque dependerá de la diferencia entre el desplazamiento máximo y mínimo del buque.and oscillates between 0.52 and 0.72, where %Amaxfloatation is the ratio between the area of the flat bottom (Afondopiano) of the lower body of the ship and the area of the maximum waterline (Amaxfloatation) of the ship. The resulting block coefficient (Cb) of the ship will depend on the difference between the maximum and minimum displacement of the ship.
Después, el coeficiente %Amáxfiotación que se ha definido como la relación entre el área del fondo plano (Afondopiano) del cuerpo inferior del buque (si el buque no tiene fondo plano esta relación será cero) y el área de la línea de flotación máxima (Amáxfiotación) del buque es:Then, the %Amaxfloatation coefficient, which has been defined as the ratio between the area of the flat bottom (Afondopiano) of the lower body of the vessel (if the vessel does not have a flat bottom, this ratio will be zero) and the area of the maximum waterline ( Amaximum buoyancy) of the ship is:
En algunas realizaciones, cuando el buque está en su calado mínimo (peso mínimo), el cuerpo inferior está al menos parcialmente sumergido y, cuando el buque está en su calado máximo (peso máximo), el cuerpo inferior está totalmente sumergido y el cuerpo superior está parcialmente sumergido.In some embodiments, when the ship is at its minimum draft (minimum weight), the lower body is at least partially submerged, and when the ship is at its maximum draft (maximum weight), the lower body is fully submerged and the upper body it is partially submerged.
En algunas realizaciones, el al menos un espacio de carga es una bodega, y más particularmente, una bodega de tipo caja. En tales realizaciones, debido a la falta de tanques de lastre laterales en el buque, la bodega puede tener una anchura que corresponda sustancialmente a la manga del buque a lo largo de la eslora del buque. Por lo tanto, la bodega puede maximizar la ocupación del espacio dentro del buque. Después, una reducción en la profundidad de trazado de la bodega debido a la presencia del cuerpo inferior puede compensarse con el aumento en la anchura de la bodega.In some embodiments, the at least one cargo space is a hold, and more particularly, a box-type hold. In such embodiments, due to the lack of side ballast tanks in the ship, the hold may have a width that substantially corresponds to the breadth of the ship along the length of the ship. Therefore, the hold can maximize the occupation of the space inside the ship. Thereafter, a reduction in the depth of the hold layout due to the presence of the lower body can be offset by an increase in the width of the hold.
Para las bodegas tipo caja, la influencia de la transición entre el fondo plano del cuerpo inferior y las paredes laterales del cuerpo superior en los parámetros hidrodinámicos del buque es especialmente relevante ya que es de interés alcanzar el valor máximo (amplitud de trazado) con el menor calado posible, puesto que la bodega de tipo caja se colocará lo más baja posible dentro del buque por motivos de estabilidad, así como para contribuir a que el calado máximo no sea excesivo. Por lo tanto, para estas bodegas de tipo caja particulares, las paredes laterales del cuerpo inferior pueden tener un ángulo con respecto al fondo plano que es más pequeño que en otro tipo de bodegas conocidas. Por ejemplo, para las bodegas de tipo caja, las paredes laterales inclinadas pueden formar un ángulo con respecto al fondo plano que puede oscilar entre 0,5° y 85°.For box-type holds, the influence of the transition between the flat bottom of the lower body and the side walls of the upper body on the hydrodynamic parameters of the ship is especially relevant since it is of interest to reach the maximum value (width of layout) with the lowest possible draft, since the box-type hold will be placed as low as possible inside the ship for reasons of stability, as well as to help ensure that the maximum draft is not excessive. Therefore, for these particular box-type holds, the lower body side walls may have an angle with respect to the flat bottom that is smaller than in other type of holds. well-known wineries For example, for box-type holds, the sloped side walls can form an angle with respect to the flat bottom that can range from 0.5° to 85°.
En algunas realizaciones, el calado mínimo del buque depende del sistema de propulsión del buque. En otras palabras, el calado mínimo puede ser el calado requerido para una correcta inmersión de las hélices del sistema de propulsión del buque. El calado mínimo del buque del buque puede depender además de los requisitos de estabilidad y comportamiento en el mar del buque.In some embodiments, the minimum draft of the ship depends on the propulsion system of the ship. In other words, the minimum draft may be the draft required for proper immersion of the ship's propulsion system propellers. The minimum ship draft of the ship may further depend on the stability and seakeeping requirements of the ship.
En algunas realizaciones, el buque de carga sin lastre comprende dos hélices. En tales realizaciones, el buque de carga sin lastre puede comprender además dos motores de propulsión de tal forma que cuando el buque navega con su calado mínimo, solo uno de los dos motores de propulsión está configurado para alimentar las dos hélices, y cuando el buque navega con un calado superior al calado mínimo cada motor de propulsión alimenta una hélice correspondiente de las dos hélices. Principalmente, existen dos condiciones extremas de carga claramente diferenciadas: carga vacía y carga completa. Cuando los buques de carga están vacíos (sin carga), el desplazamiento y el calado son pequeños, así como la resistencia del buque mientras se mueve por el agua (ahorro de energía). Cuando se navega a carga completa (tonelaje máximo de peso muerto), la resistencia del buque de carga sin lastre será muy similar a la resistencia en la vía marítima del buque de carga convencional. Esto puede implicar que la diferencia en la potencia requerida para la propulsión del barco en cualquier condición es grande. Para la condición sin carga, debido a que el calado se ha reducido al mínimo necesario para el correcto funcionamiento del buque, se utiliza un único motor de propulsión para alimentar las dos hélices. Para cualquier otro calado superior al calado mínimo, cada motor de los dos motores de propulsión se utiliza para alimentar una de las dos hélices. En algunos ejemplos, los motores de propulsión pueden ser motores de propulsión diésel-eléctricos, tales como Motores de propulsión de tipo ASD (Azimuth Stern Drive) con transmisión mecánica (L-Drive, Z-Drive) o transmisión eléctrica, que permiten un mejor control de la potencia entregada a cada una de las hélices. Estos motores de propulsión diésel-eléctricos pueden ser alimentados por una pluralidad de grupos electrógenos que pueden operar basándose en la potencia requerida por los motores de propulsión.In some embodiments, the unballasted cargo ship comprises two propellers. In such embodiments, the unballasted cargo ship may further comprise two propulsion engines such that when the ship is sailing at its minimum draft, only one of the two propulsion engines is configured to power the two propellers, and when the ship sails with a draft greater than the minimum draft each propulsion motor feeds a corresponding propeller of the two propellers. Mainly, there are two clearly differentiated extreme load conditions: empty load and full load. When cargo ships are empty (no cargo), the displacement and draft are small, as is the resistance of the ship while moving through the water (energy saving). When sailing at full load (maximum deadweight tonnage), the resistance of the unballasted cargo ship will be very similar to the seaway resistance of the conventional cargo ship. This may imply that the difference in power required to propel the ship in any given condition is large. For the no-load condition, because the draft has been reduced to the minimum necessary for the correct operation of the ship, a single propulsion engine is used to power the two propellers. For any other draft greater than the minimum draft, each of the two propulsion motors is used to power one of the two propellers. In some examples, the propulsion motors may be diesel-electric propulsion motors, such as ASD (Azimuth Stern Drive) type propulsion motors with mechanical transmission (L-Drive, Z-Drive) or electric transmission, which allow better control of the power delivered to each of the propellers. These diesel-electric propulsion engines can be powered by a plurality of generator sets that can operate based on the power required by the propulsion engines.
En algunas realizaciones, el casco comprende además un sistema de compensación de trimado que tiene al menos dos tanques conectados de forma fluida entre sí, en donde un fluido, por ejemplo, agua dulce, almacenado en los al menos dos tanques se transporta (transferencia de peso a bordo) entre al menos dos tanques para mantener el buque estabilizada. Este sistema de compensación de trimado es capaz de corregir la escora y el trimado. El tamaño de los tanques y la ubicación de los tanques dentro del buque de carga sin lastre pueden optimizarse para proporcionar suficiente torque con la menor cantidad de agua posible. En algunos ejemplos, puede haber al menos un tanque ubicado en la proximidad de cada uno de los armazones laterales (babor y estribor) del casco conectados de forma fluida entre sí para corregir la escora del buque y puede haber al menos un tanque ubicado en las proximidades de la proa y otro tanque ubicado en las proximidades de la popa, conectados de forma fluida entre sí, para corregir el trimado del buque.In some embodiments, the hull further comprises a trim trim system having at least two tanks fluidly connected to each other, wherein a fluid, eg fresh water, stored in the at least two tanks is transported (pressure transfer). weight on board) between at least two tanks to keep the ship stabilized. This trim compensation system is capable of correct heeling and trim. The size of the tanks and the location of the tanks within the unballasted cargo ship can be optimized to provide sufficient torque with as little water as possible. In some examples, there may be at least one tank located in close proximity to each of the side (port and starboard) hull frames that are fluidly connected to one another to correct the ship's list and there may be at least one tank located on the near the bow and another tank located near the stern, fluidly connected to each other, to correct the trim of the ship.
El buque de carga descrito en el presente documento evita el uso de sistemas de agua de lastre y, por tanto, elimina el transporte de agua de mar que contiene especies marinas invasoras. Por lo tanto, esta solución es más efectiva que los métodos de tratamiento actuales para reducir el potencial de introducción de dichas especies marinas invasoras en otros ecosistemas extraños. Además de esto, al evitar el tratamiento del agua de lastre se consigue un importante ahorro energético. De forma adicional, se evita la instalación de tanques, bombas, tuberías, conductos y otros elementos del sistema de agua de lastre con el correspondiente ahorro de costes de instalación y mantenimiento. Otra ventaja es que el buque descrito en el presente documento es más eficiente ya que reduce significativamente su resistencia mientras se mueve a través del agua en su condición vacía (menos desplazamiento, menos superficie mojada y menor potencia requerida).The cargo ship described herein avoids the use of ballast water systems and therefore eliminates the transport of seawater containing invasive marine species. Therefore, this solution is more effective than current treatment methods in reducing the potential for introduction of such invasive marine species into other alien ecosystems. In addition to this, by avoiding ballast water treatment, significant energy savings are achieved. Additionally, the installation of tanks, pumps, pipes, conduits and other elements of the ballast water system is avoided with the corresponding savings in installation and maintenance costs. Another advantage is that the vessel described herein is more efficient as its drag is significantly reduced while moving through the water in its empty condition (less displacement, less wetted surface area and less power required).
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Para completar la descripción, y con el fin de proporcionar una mejor comprensión de la invención, se proporciona un conjunto de dibujos. Dichos dibujos forman una parte integrante de la descripción e ilustran una realización de la invención, que no debería interpretarse como una restricción del alcance de la invención, sino únicamente como un ejemplo de cómo puede llevarse a cabo la invención.To complete the description, and in order to provide a better understanding of the invention, a set of drawings is provided. Said drawings form an integral part of the description and illustrate an embodiment of the invention, which should not be construed as a restriction of the scope of the invention, but only as an example of how the invention can be carried out.
Los dibujos comprenden las siguientes figuras:The drawings comprise the following figures:
Las Figuras 1A-C muestran diferentes vistas de un buque de carga sin lastre, de acuerdo con una realización particular de la invención.Figures 1A-C show different views of a cargo ship without ballast, according to a particular embodiment of the invention.
La Figura 2 muestra una vista en sección transversal del buque de carga sin lastre de la Figura 1 a lo largo de la línea A-A.Figure 2 shows a cross-sectional view of the unballasted cargo ship of Figure 1 along the line A-A.
La Figura 3A muestra una vista en sección transversal del buque de carga sin lastre, de acuerdo con una realización particular de la invención, con los parámetros que definen al buque de carga sin lastre en dos dimensiones.Figure 3A shows a cross-sectional view of the unballasted cargo ship, according to a particular embodiment of the invention, with the parameters that define the unballasted cargo ship in two dimensions.
La Figura 3B muestra una vista en sección transversal del buque de carga sin lastre de la Figura 3A, con los parámetros que definen al buque de carga sin lastre en tres dimensiones.Figure 3B shows a cross-sectional view of the unballasted cargo ship of Figure 3A, with the parameters defining the unballasted cargo ship in three dimensions.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Las Figuras 1A-C muestran diferentes vistas de un buque de carga sin lastre 100, de acuerdo con una realización particular de la invención.Figures 1A-C show different views of an unballasted cargo ship 100, according to a particular embodiment of the invention.
La Figura 1A muestra una vista en perspectiva inferior del buque de carga sin lastre 100. El buque de carga sin lastre 100 comprende un cuerpo superior 101 y un cuerpo inferior 102 a lo largo de toda la eslora del buque 100. Las Figuras 1B y 1C muestran una vista inferior y lateral del buque 100, respectivamente. Los cuerpos superior 101 e inferior 102 del buque 100 tienen una sección transversal sustancialmente rectangular a lo largo de su porción central, en particular, a lo largo del espacio ocupado por la bodega (no mostrado en esta figura). El cuerpo inferior 102 presenta una anchura y profundidad menor que la del cuerpo superior 101.Figure 1A shows a bottom perspective view of the unballasted cargo ship 100. The unballasted cargo ship 100 comprises an upper body 101 and a lower body 102 along the entire length of the ship 100. Figures 1B and 1C show a bottom and side view of the vessel 100, respectively. The upper 101 and lower 102 bodies of the ship 100 have a substantially rectangular cross section along its central portion, in particular, along the space occupied by the hold (not shown in this figure). The lower body 102 has a width and depth less than that of the upper body 101.
En la porción de proa 103 del buque 100, la forma del cuerpo inferior 102 se estrecha hasta acabar en punta mientras que dicho cuerpo inferior 102 se puede ensanchar hacia la porción de popa 104 (el cuerpo inferior 102 en la porción de popa 104 es la porción del buque 100 en la que se encuentra una mayor concentración de pesos, tales como maquinaria, etc.). Esto ayuda al buque 100 a evitar el trimado y disminuir la resistencia en navegación. La geometría de la porción de proa 103 del cuerpo superior 101 se ha elegido para adaptarse a la geometría de la porción de proa 103 del cuerpo inferior 102 y evitar, por tanto, superficies "horizontales" muy grandes entre el cuerpo superior 101 y el cuerpo inferior 102 que aumentan la resistencia y reducen la eficiencia. Estas geometrías, que se vuelven más puntiagudas en la dirección longitudinal, minimizan los impactos sobre la superficie del mar. En un cierto punto, el cuerpo inferior 102 define una superficie de transición entre el fondo del buque 100 y el cuerpo superior 101 dejando un espacio para la colocación de las hélices.In the bow portion 103 of the ship 100, the shape of the lower body 102 tapers to a point while the lower body 102 can be widened towards the stern portion 104 (the lower body 102 in the stern portion 104 is the portion of the ship 100 in which there is a greater concentration of weights, such as machinery, etc.). This helps the ship 100 to avoid trim and decrease drag while sailing. The geometry of the bow portion 103 of the upper body 101 has been chosen to adapt to the geometry of the bow portion 103 of the lower body 102 and thus avoid very large "horizontal" surfaces between the upper body 101 and the body. lower 102 which increase resistance and reduce efficiency. These geometries, which become more pointed in the longitudinal direction, minimize impacts on the sea surface. At a certain point, the lower body 102 defines a transition surface between the bottom of the ship 100 and the upper body 101, leaving a space for the placement of the propellers.
Si bien el buque de carga sin lastre 100 en las Figuras 1A-C muestra una porción de proa 103 y una porción de popa 104 que tienen una geometría particular, dicha porción de proa y porción de popa pueden tener cualquier otra geometría dependiendo del diseño particular del buque.Although the unballasted cargo ship 100 in Figures 1A-C shows a bow portion 103 and a stern portion 104 having a particular geometry, said bow portion and stern portion may have any other geometry depending on the particular design. of the ship.
La Figura 2 muestra una vista en sección transversal del buque de carga sin lastre 100 de la Figura 1 a lo largo de la línea A-A. El cuerpo superior 101 del buque 100 tiene una sección transversal sustancialmente rectangular que está definida por las paredes laterales 105 y una pared de fondo 111 del casco y la cubierta 106 del buque 100. Las paredes laterales 105 del cuerpo superior 101 están unidos por sus extremos inferiores al fondo 111 que a su vez se une a las paredes laterales 107 del del cuerpo inferior 102 por interposición de una paredes inclinadas o curvas 112 que generan unas superficies cóncavas en la cara exterior del casco. Estas paredes inclinadas o curvas 112 definen la zona de transición entre la pared de fondo plano 111 del cuerpo superior 101 y el cuerpo inferior 102. En esta realización, las paredes laterales 107 del cuerpo inferio102 presentan una cierta inclinación en relación con el fondo plano 108. El cuerpo inferior 102 también tiene los bordes inferiores 113 redondeados para mejorar las condiciones hidrodinámicas del casco.Figure 2 shows a cross-sectional view of the unballasted cargo ship 100 of Figure 1 along line AA. The upper body 101 of the ship 100 has a substantially rectangular cross section which is defined by the side walls 105 and a bottom wall 111 of the hull and deck 106 of the ship 100. The side walls 105 of the upper body 101 are joined at their ends lower to the bottom 111 which in turn is attached to the side walls 107 of the lower body 102 by interposing inclined or curved walls 112 that generate surfaces concave on the outer face of the hull. These inclined or curved walls 112 define the transition zone between the flat bottom wall 111 of the upper body 101 and the lower body 102. In this embodiment, the side walls 107 of the lower body 102 present a certain inclination in relation to the flat bottom 108 The lower body 102 also has rounded lower edges 113 to improve the hydrodynamic conditions of the hull.
El cuerpo inferior 102 comprende espacios vacíos 109 que actúan como flotadores para el buque 100. Estos espacios vacíos 109 están dimensionados de tal forma que el volumen de aire en los espacios vacíos sumergidos 109 es equivalente al volumen de aire en los tanques de lastre sumergidos, total o parcialmente vacíos, en la condición de carga de un buque convencional. Por ejemplo, la relación entre el volumen de los espacios vacíos 109 y el desplazamiento volumétrico máximo del buque 100 puede oscilar de 0,1 a 0,45. El buque 100 comprende además una bodega de tipo caja 110 dispuesta dentro del cuerpo superior 101 y que sobresale ligeramente sobre la cubierta para almacenar la carga. Esta bodega 110 tiene una anchura que corresponde sustancialmente a la manga del buque 100 y una longitud que corresponde sustancialmente a la eslora del buque 100. En particular, la longitud de la bodega 110 puede corresponder sustancialmente a la longitud de la porción central del buque 100, es decir, excluyendo la porción de proa 103 y la porción de popa 104.The lower body 102 comprises voids 109 that act as floats for the ship 100. These voids 109 are dimensioned in such a way that the volume of air in the submerged voids 109 is equivalent to the volume of air in the submerged ballast tanks, totally or partially empty, in the loaded condition of a conventional ship. For example, the ratio between the volume of the void spaces 109 and the maximum volumetric displacement of the ship 100 can range from 0.1 to 0.45. The ship 100 further comprises a box-type hold 110 arranged within the upper body 101 and protruding slightly above the deck for storing cargo. This hold 110 has a width that substantially corresponds to the breadth of the ship 100 and a length that substantially corresponds to the length of the ship 100. In particular, the length of the hold 110 can substantially correspond to the length of the central portion of the ship 100 , that is, excluding the bow portion 103 and the stern portion 104.
Si bien el buque de carga sin lastre 100 de la Figura 2 muestra una bodega 110 dispuesta en correspondencia con el cuerpo superior 101 del buque 100, la bodega 110 puede ocupar también parcialmente el espacio contenido dentro del cuerpo inferior 101 y/o puede sobresalir por encima de la línea de cubierta del buque 100. Así mismo, si bien el buque de carga sin lastre 100 muestra una sola bodega, en algunas otras realizaciones, puede haber más de una bodega dispuesta longitudinalmente a lo largo de la eslora del buque, más de una bodega dispuesta transversalmente a la eslora de los buques o cualquier combinación de las mismas.Although the unballasted cargo ship 100 of Figure 2 shows a hold 110 arranged in correspondence with the upper body 101 of the ship 100, the hold 110 can also partially occupy the space contained within the lower body 101 and/or can protrude by above the deck line of the ship 100. Also, although the unballasted cargo ship 100 shows a single hold, in some other embodiments, there may be more than one hold arranged longitudinally along the length of the ship, plus of a hold arranged transversely to the length of the vessels or any combination thereof.
La Figura 3A muestra una vista en sección transversal de un buque de carga sin lastre 200, de acuerdo con una realización particular de la invención, incluyendo los parámetros que definen la geometría del buque 200 en dos dimensiones (2D). La Figura 3B muestra una vista en sección transversal del buque de carga sin lastre 200 de la Figura 3A, incluyendo los parámetros que definen el buque 200 en tres dimensiones (3D). La vista en sección transversal del buque de carga sin lastre 200 que se muestra en las Figuras 3A-B es similar a la vista en sección transversal del buque 100 de la Figura 2.Figure 3A shows a cross-sectional view of a cargo ship without ballast 200, according to a particular embodiment of the invention, including the parameters that define the geometry of the ship 200 in two dimensions (2D). Figure 3B shows a cross-sectional view of the unballasted cargo ship 200 of Figure 3A, including the parameters that define the ship 200 in three dimensions (3D). The cross-sectional view of the unballasted cargo ship 200 shown in Figures 3A-B is similar to the cross-sectional view of the ship 100 of Figure 2.
Los buques de carga sin lastre 200 descritos en el presente documento han sido diseñados con una geometría, forma y distribución de flotabilidad del casco que, en cualquier condición de carga, el calado del buque está siempre entre el calado mínimo y el calado máximo del casco del buque. Como se usa en el presente documento, el calado del casco del buque o del buque se refiere a la distancia vertical entre la línea de agua y el fondo del casco, incluido el espesor del casco. El calado mínimo corresponde a la profundidad mínima de agua a la que un buque puede navegar con seguridad cumpliendo con las normas marítimas aplicables. El calado mínimo se alcanza normalmente sin que se transporte carga a bordo. De forma similar, el calado máximo del buque se refiere a la máxima profundidad de agua a la que un barco puede navegar con seguridad y cumplir con las normas marítimas aplicables y normalmente se alcanza con el peso muerto máximo permisible del barco, es decir, cuando está completamente cargado.The unballasted cargo ships 200 described herein have been designed with a hull geometry, shape and buoyancy distribution that, in In any loading condition, the ship's draft is always between the minimum and maximum draft of the ship's hull. As used herein, ship or vessel hull draft refers to the vertical distance between the water line and the bottom of the hull, including the thickness of the hull. The minimum draft corresponds to the minimum depth of water at which a ship can safely navigate in compliance with the applicable maritime regulations. The minimum draft is normally reached without cargo being carried on board. Similarly, the maximum draft of the ship refers to the maximum depth of water in which a ship can safely navigate and comply with applicable maritime regulations and is normally achieved with the maximum permissible deadweight of the ship, i.e. when it is fully charged.
La condición de carga del buque que corresponde al calado mínimo es aquella en la que el peso total del buque es el menor peso posible (Wmm), también conocida como desplazamiento mínimo. En esta condición el peso total es la suma de los siguientes pesos:The loading condition of the ship that corresponds to the minimum draft is that in which the total weight of the ship is the lowest possible weight (Wmm), also known as minimum displacement. In this condition the total weight is the sum of the following weights:
- Peso ligero (LTD),- Light weight (LTD),
- Constantes (K)= Suministros y consumibles Tripulación y efectos Aceites y repuestos efectos en almacenes varios), y- Constants (K)= Supplies and consumables Crew and effects Oils and spare parts effects in various warehouses), and
- 10 % Consumo (combustibles y aceites en tanques), de tal forma que,- 10% Consumption (fuels and oils in tanks), in such a way that,
Wmín= LTD K 10%Cons.Wmin= LTD K 10% Cons.
Por lo tanto, para el calado mínimo el buque debe tener un volumen (Vmín) del cuerpo subyacente del casco que equilibre este peso mínimo (Wmm):Therefore, for the minimum draft, the ship must have a volume (Vmin) of the underlying body of the hull that balances this minimum weight (Wmm):
Vmín= Wmín/d; (d= 1.025 t/m3; peso específico del agua de mar)Vmin= Wmin/d; (d= 1,025 t/m3; specific weight of seawater)
Por otro lado, la condición de carga del buque que corresponde al calado máximo es una en la que el peso total del buque es el mayor peso posible (W máx). En esta condición el peso del buque, también conocido como desplazamiento con carga (o máximo), será la suma de los siguientes pesos:On the other hand, the loading condition of the ship that corresponds to the maximum draft is one in which the total weight of the ship is the greatest possible weight (W max). In this condition, the weight of the ship, also known as the loaded (or maximum) displacement, will be the sum of the following weights:
- Peso ligero (LTD), y- Lightweight (LTD), and
- Peso Muerto (DWT)= Carga+K+100 % Consumo, de tal forma que, Wmáx= LTD+DWT = D (Desplazamiento de carga completa; peso máximo del buque)- Dead Weight (DWT)= Cargo+K+100% Consumption, in such a way that, Wmax= LTD+DWT = D (Full load displacement; maximum weight of the vessel)
Por lo tanto, para el calado máximo el buque debe tener un volumen (Vmáx) del cuerpo subyacente del casco que equilibre este peso (Wmáx):Therefore, for the maximum draft the ship must have a volume (Vmax) of the underlying body of the hull that balances this weight (Wmax):
Vmáx= Wmáx/d; (d= 1.025 t/m3) Vmax= Wmax/d; (d= 1,025 t/m3)
La transición entre el Vmáx y el Vmín debe realizarse logrando una tasa de crecimiento del volumen del cuerpo subyacente directamente relacionada con la variación del área de flotación del buque, en otras palabras, la tasa de crecimiento del volumen del cuerpo subyacente aumenta con la tasa de crecimiento de la manga (B(T)) para el calado considerado. Como se usa en el presente documento, la manga se refiere a la anchura de un barco en el punto más ancho medido en la línea de flotación nominal del barco. Esta tasa de crecimiento de la manga puede estar limitada por algunas restricciones de diseño, tal como un calado máximo predefinido, un calado mínimo y una manga máxima del buque, entre otros.The transition between Vmax and Vmin must be achieved by achieving a growth rate of the underlying body volume directly related to the variation of the vessel's flotation area, in other words, the growth rate of the underlying body volume increases with the rate of breadth growth (B(T)) for the considered draft. As used herein, breadth refers to the width of a ship at the widest point measured on the ship's nominal waterline. This breadth growth rate may be limited by some design constraints, such as a predefined maximum draft, minimum draft, and maximum ship breadth, among others.
La relación entre el calado (T) del buque y el volumen de cuerpo subyacente del casco que equilibra el peso correspondiente (W) se puede expresar también como una función del área de flotación (Aflotación(T)) del buque para el calado considerado. Después, la condición para el calado mínimo (peso mínimo) del buque puede expresarse como una función del área de flotación o como una función de la manga de la siguiente forma:The relationship between the draft (T) of the ship and the underlying body volume of the hull that balances the corresponding weight (W) can also be expressed as a function of the waterline area (Float(T)) of the ship for the considered draft. Then, the condition for the minimum draft (minimum weight) of the ship can be expressed as a function of waterline area or as a function of breadth as follows:
oeither
en donde AMmín es el área de la sección definida por la porción sumergida de la sección central en la condición de calado mínimo.where AMmin is the sectional area defined by the submerged portion of the central section at the minimum draft condition.
La condición para el calado máximo (peso máximo) del buque puede expresarse como una función del área de flotación o como una función de la manga de la siguiente forma:The condition for the maximum draft (maximum weight) of the ship can be expressed as a function of waterline area or as a function of breadth as follows:
en donde AM máx es el área de la sección definida por la porción sumergida de la sección central en la condición de calado máximo.where AM max is the area of the section defined by the submerged portion of the central section at the maximum draft condition.
Por lo tanto, es necesario definir las funciones Aflotación(T) y B(T). Dichas funciones se pueden definir en intervalos. En el intervalo de las funciones correspondientes al cuerpo inferior del casco, el área de flotación y la manga crecen constantemente.Therefore, it is necessary to define the functions Float(T) and B(T). Such functions can be defined in intervals. In the interval of the functions corresponding to the lower body of the hull, the flotation area and the beam are constantly increasing.
De acuerdo con la Figura 3A, los datos iniciales que definen al buque de carga sin lastre (considerando que la manga del buque crece linealmente) son: calado máximo (Tmáx), calado mínimo (Tmín), relación (%Bmáx) entre la anchura (b) del fondo plano del cuerpo inferior del buque y la manga máxima (Bmáx), relación (%Tmáx) entre el calado sumergido (t) del cuerpo superior (es decir, dimensión lateral vertical del cuerpo superior del buque) y el calado máximo (Tmáx), y la manga máxima (Bmáx). Para esta realización particular, Tmáx se ha considerado como el parámetro predefinido, es decir, el Tmáx del buque se utiliza como restricción para obtener el coeficiente de sección central (Cm), la relación %Bmáx y la relación %Tmáx. Como alternativa, el coeficiente de sección central, la relación %Bmáx y la relación %Tmáx pueden obtenerse utilizando la manga máxima (Bmáx) o el calado mínimo (Tmin) como los parámetros predefinidos (restricción) ya que todas estas dimensiones (calado máximo, calado mínimo y manga máxima) están relacionadas entre sí.According to Figure 3A, the initial data that defines the cargo ship without ballast (considering that the breadth of the ship grows linearly) are: maximum draft (T max ), minimum draft (T min ), ratio (%B max ) between the width (b) of the flat bottom of the lower body of the ship and the maximum breadth (B max ), ratio (%T max ) between the draft submerged (t) of the upper body (ie vertical lateral dimension of the upper body of the ship) and the maximum draft (T max ), and the maximum breadth (B max ). For this particular embodiment, T max has been considered as the default parameter, that is, the T max of the ship is used as a constraint to obtain the coefficient of central section (C m ), the %B max ratio and the %T max ratio . As an alternative, the center section coefficient, the %B max ratio and the %T max ratio can be obtained using the maximum beam (B max ) or the minimum draft (T min ) as the default parameters (constraint) since all these dimensions (maximum draft, minimum draft and maximum beam) are related to each other.
Al conocer el desplazamiento máximo y mínimo del buque y un calado máximo determinado (restricción), variando los valores %Bmáx y %Tmáx.entre 0 y 0,7, respectivamente, y establecer queKnowing the maximum and minimum displacement of the ship and a determined maximum draft (restriction), varying the values %B max and %T max between 0 and 0.7, respectively, and establishing that
se pueden encontrar todas las soluciones posibles para diseñar el buque de carga sin lastre. Cada solución obtenida tendrá un calado mínimo y una manga máxima. Después, cuanto menor sea la %Bmáx y mayor sea la %Tmáx, menor será el coeficiente de sección central y también el coeficiente de bloque del buque. De forma adicional, y como consecuencia, el coeficiente de sección central, y también el coeficiente de bloque, serán menores cuanto más inclinadas estén las paredes laterales del cuerpo inferior. El coeficiente de sección central y el coeficiente de bloque de un buque están relacionados entre sí. Es decir, cuanto menor sea el coeficiente de sección central, menor será el coeficiente de bloque y viceversa.all possible solutions can be found to design the cargo ship without ballast. Each solution obtained will have a minimum draft and a maximum beam. Then, the lower the %B max and the higher the %T max , the lower the center section coefficient and also the block coefficient of the ship. Additionally, and as a consequence, the central section coefficient, and also the block coefficient, will be smaller the more inclined the side walls of the lower body are. The center section coefficient and the block coefficient of a ship are related to each other. That is, the lower the center section coefficient, the lower the block coefficient and vice versa.
De acuerdo con la Figura 3B, los datos iniciales que definen al buque de carga sin lastre (considerando que el área de flotación del buque crece linealmente y la variación del área de flotación se debe únicamente a una variación de la manga) son: calado máximo (Tmáx), calado mínimo (Tmín), relación (%Amáxfiotadón) entre el área del fondo plano (Afondopiano) del cuerpo inferior del buque y el área definida por la línea de flotación máxima de la embarcación (Amáxfiotación), relación (%Tmáx) entre la dimensión lateral vertical (t) del cuerpo superior del buque y el calado máximo (Tmáx) y la manga máxima (Bmáx). Para esta realización particular, Tmáx se ha considerado como el parámetro predefinido, es decir, el Tmáx del buque se utiliza como una restricción para obtener el coeficiente de bloque (Cb) (y también el coeficiente de sección central (Cm)), la relación entre el área del fondo plano y el área máxima del plano de agua del buque, y la relación entre el calado sumergido del cuerpo superior y el calado máximo del buque. Como alternativa, la relación (%Amáxfiotación) y la relación (%Tmáx) del buque pueden obtenerse utilizando la manga máxima o el calado mínimo como parámetros predefinidos (restricción) ya que todas estas dimensiones (calado máximo, calado mínimo y manga máxima) están relacionadas entre sí.According to Figure 3B, the initial data that defines the cargo ship without ballast (considering that the waterline area of the ship grows linearly and the waterline area variation is only due to a beam variation) are: maximum draft (T max ), minimum draft (T min ), ratio (%A max buoyancy ) between the area of the flat bottom (A bottom bottom ) of the lower body of the ship and the area defined by the maximum waterline of the vessel (A max buoyancy ) , ratio (%T max ) between the vertical lateral dimension (t) of the upper body of the ship and the maximum draft (T max ) and the maximum breadth (B max ). For this particular embodiment, T max has been considered as the default parameter, that is, the T max of the ship is used as a constraint to obtain the block coefficient (C b ) (and also the center section coefficient (C m ) ), the ratio between the area of the flat bottom and the maximum area of the water plane of the ship, and the ratio between the submerged draft of the upper body and the maximum draft of the ship. As Alternatively, the ratio (%Amax buoyancy) and the ratio (%Tmax) of the ship can be obtained using the maximum breadth or the minimum draft as predefined parameters (constraint) since all these dimensions (maximum draft, minimum draft and maximum beam) are related each other.
Al conocer el desplazamiento máximo y mínimo del buque y un calado máximo determinado (restricción), variando los valores %Bmáx y %Amáxfiotación.entre 0 y 0,7, respectivamente, y establecer queBy knowing the maximum and minimum displacement of the ship and a determined maximum draft (restriction), varying the values %Bmax and %Amaxfloatation between 0 and 0.7, respectively, and establishing that
se pueden encontrar todas las soluciones posibles para diseñar el buque de carga sin lastre. Cada solución obtenida tendrá un calado mínimo y una manga máxima. Después, cuanto menor sea la %Bmáx y mayor sea la %Tmáx, menor será el coeficiente de bloque y también el coeficiente de sección central del buque. De forma adicional, y como consecuencia, el coeficiente de bloque, y también el coeficiente de sección central, serán menores cuanto más inclinadas estén las paredes laterales del cuerpo inferior. El coeficiente de bloque y el coeficiente de sección central de un buque están relacionados entre sí. Es decir, cuanto menor sea el coeficiente de bloque, menor será el coeficiente de sección central y viceversa.all possible solutions can be found to design the cargo ship without ballast. Each solution obtained will have a minimum draft and a maximum beam. Then, the lower the %Bmax and the higher the %Tmax, the lower the block coefficient and also the center section coefficient of the ship. Additionally, and as a consequence, the block coefficient, and also the central section coefficient, will be lower the more inclined the side walls of the lower body are. The block coefficient and the center section coefficient of a ship are related to each other. That is, the lower the block coefficient, the lower the center section coefficient and vice versa.
El diseño del cuerpo inferior hasta la altura del calado mínimo (Tmin) del buque consigue una tasa de crecimiento del volumen del cuerpo subyacente que está directamente relacionada con la variación del área de flotación del buque. En otras palabras, la tasa de crecimiento del volumen del cuerpo subyacente aumenta con la tasa de crecimiento de la manga para el calado considerado. Por tanto, el coeficiente de bloque (Cbm) para el calado mínimo (Tmin), equivalente a decir el coeficiente de bloque del cuerpo inferior hasta la altura correspondiente al calado mínimo, se puede definir como:The design of the lower body up to the height of the minimum draft (Tmin) of the ship achieves a growth rate of the volume of the underlying body that is directly related to the variation of the flotation area of the ship. In other words, the underlying body volume growth rate increases with the breadth growth rate for the considered draft. Therefore, the block coefficient (Cbm) for the minimum draft (Tmin), equivalent to saying the block coefficient of the lower body up to the height corresponding to the minimum draft, can be defined as:
en donde D es el desplazamiento de carga completa (peso máximo del buque), Wcarga es el peso de la carga transportada en el buque, Wcons es el peso de los consumos del buque, d=1.025 t/m3 (peso específico del agua de mar), L es la eslora del buque entre sus perpendiculares y B es la manga de trazado.where D is the full load displacement (maximum weight of the ship), Wcarga is the weight of the cargo transported in the ship, Wcons is the weight of the ship's consumption, d=1.025 t/m3 (specific weight of the water of sea), L is the length of the ship between its perpendiculars and B is the breadth of the layout.
Por lo tanto, el coeficiente de bloque del cuerpo inferior para el calado mínimo se determina basándose en las dimensiones principales del buque, el calado mínimo necesario y la capacidad de carga (DWT) y consumos del buque (autonomía). Después, se obtiene un valor del coeficiente de bloque del cuerpo inferior que depende del calado mínimo del buque y que el diseño del buque no puede exceder, condicionando el valor máximo del coeficiente de bloque del buque y, por tanto, el valor mínimo de su calado máximo.Therefore, the lower body block coefficient for the minimum draft is determined based on the main dimensions of the ship, the minimum draft required and the cargo capacity (DWT) and consumption of the ship (range). Then, a value of the block coefficient of the lower body is obtained that depends on the minimum draft of the ship and that the design of the ship cannot exceed, conditioning the value maximum of the block coefficient of the ship and, therefore, the minimum value of its maximum draft.
La diferencia entre el volumen máximo (Vmáx) y el volumen mínimo (Vmín) del buque es:The difference between the maximum volume (V max ) and the minimum volume (V min ) of the ship is:
en donde C’b es el coeficiente de bloque del cuerpo superior en el área entre el calado máximo (Tmáx) y el calado mínimo (Tmín) del buque.where C'b is the block coefficient of the upper body in the area between the maximum draft (Tmax) and the minimum draft (Tmin) of the ship.
Puesto que V= W/d, después:Since V= W/d, then:
y después,and then,
Por lo que, esto significa que el calado máximo del buque se puede determinar basándose en las dimensiones principales del buque, el calado mínimo necesario y la capacidad de carga (DWT) y consumos del buque (autonomía).Therefore, this means that the maximum draft of the ship can be determined based on the main dimensions of the ship, the minimum draft required and the load capacity (DWT) and consumption of the ship (range).
A partir de las fórmulas (1) y (2), se puede obtener:From formulas (1) and (2), it can be obtained:
que proporciona el coeficiente de bloque del buque como una función del coeficiente de bloque del cuerpo inferior hasta su calado mínimo y del coeficiente de bloque del cuerpo superior entre su calado mínimo y su calado máximo.which gives the block ratio of the ship as a function of the lower body block ratio up to its minimum draft and the upper body block ratio between its minimum draft and its maximum draft.
Si se considera que el coeficiente de sección central del cuerpo superior (C'm) del buque es 1 (esta simplificación maximiza el valor del coeficiente de bloque del buque y, por tanto, proporciona un Tmáx mínimo, lo que significa que la manga máxima es alcanzada en el calado mínimo o incluso en un calado inferior al calado mínimo), el coeficiente de bloque del cuerpo superior es igual al coeficiente prismático del cuerpo superior (C'p),If the coefficient of the center section of the upper body (C' m ) of the ship is considered to be 1 (this simplification maximizes the value of the block coefficient of the ship and, therefore, gives a minimum T max , which means that the beam maximum is reached at the minimum draft or even at a draft lower than the minimum draft), the block coefficient of the upper body is equal to the prismatic coefficient of the upper body (C' p ),
Con el coeficiente prismático del buque (Cp) y el coeficiente prismático del cuerpo inferior (Cpm), el coeficiente prismático del cuerpo superior (C'p) se puede obtener: With the prismatic coefficient of the ship (C p ) and the prismatic coefficient of the lower body (C pm ), the prismatic coefficient of the upper body (C' p ) can be obtained:
en donde AM es el área de la sección central del buque en la condición de calado máximo (Tmáx) y AMmín es el área de la sección central del buque hasta el calado mínimo (Tm in). Aplicando la simplificación C'b=C'p, el coeficiente de bloque del buque basándose en el coeficiente prismático del buque y en el coeficiente prismático del cuerpo inferior se puede obtener:where AM is the area of the center section of the ship at the maximum draft condition ( T max ) and AM min is the area of the center section of the ship up to the minimum draft ( Tm in). Applying the simplification C' b =C' p , the block coefficient of the ship based on the prismatic coefficient of the ship and the prismatic coefficient of the lower body can be obtained:
Después el calado máximo puede derivarse:Then the maximum draft can be derived:
El resto de parámetros del buque se pueden derivar, con las restricciones predefinidas, a partir de estos coeficientes de bloque y calado máximo.The rest of the ship parameters can be derived, with the predefined constraints, from these block coefficients and maximum draft.
El coeficiente prismático del cuerpo inferior Cpm está limitado y no puede ser inferior a 1-AM*(1-Cp)/AMmín puesto que C'p es inferior a 1.The lower body prismatic coefficient Cpm is constrained and cannot be less than 1-AM*(1-C p )/AM min since C' p is less than 1.
Puesto que Cpm tiene un valor mínimo que no se puede reducir, y puesto que el coeficiente de bloque Cb disminuye con el aumento de Cpm, el valor de Cpm debe ser lo más cercano posible (teniendo en cuenta el valor de C'p) a su valor mínimo (se requiere un coeficiente de bloque lo más alto posible para conseguir un calado máximo tan bajo como sea posible).Since C pm has a minimum value that cannot be reduced, and since the block coefficient C b decreases with increasing C pm , the value of C pm should be as close as possible (taking into account the value of C ' p ) to its minimum value (as high a block coefficient as possible is required to achieve as low a maximum draft as possible).
Por lo tanto, el valor del coeficiente de bloque tiene un límite superior que no se puede alcanzar. Este valor máximo corresponde a un valor del coeficiente prismático del cuerpo inferior igual al valor mínimo que puede tener, es decir, Cpm = Cμm(mín), que hace que el valor del coeficiente prismático del cuerpo superior sea igual a 1, C'v = 1.Therefore, the value of the block coefficient has an upper limit that cannot be reached. This maximum value corresponds to a value of the prismatic coefficient of the lower body equal to the minimum value that it can have, that is, Cpm = C μm(min), which makes the value of the prismatic coefficient of the upper body equal to 1, C'v = 1.
Por lo que, el calado máximo del buque tiene un límite inferior inalcanzable cuyo valor es:Therefore, the maximum draft of the ship has an unreachable lower limit whose value is:
Las características principales del buque estarán dentro de los valores límite descritos anteriormente.The main characteristics of the ship will be within the limit values described above.
A modo de ejemplo, se proporciona una tabla con diferentes parámetros de un buque de carga sin lastre, de acuerdo con una realización particular de la invención, un buque de carga de navegación lenta convencional y un buque de carga estándar (ambos incorporando sistemas de lastre).By way of example, a table is provided with different parameters of a cargo ship without ballast, according to a particular embodiment of the invention, a conventional slow-moving cargo ship and a standard cargo ship (both incorporating ballast systems). ).
Los parámetros que se comparan en esta tabla son la relación (B/T) entre la manga (B) y el calado (T), el coeficiente de bloque (Cb) y el coeficiente de sección central (Cm) de los buques. Los valores de la relación (B/T), el coeficiente de sección central (Cm) y el coeficiente de bloque (Cb) se han obtenido basándose en las fórmulas descritas anteriormente. Para la definición de las dimensiones y proporciones que se muestran en la tabla, se ha considerado que la eslora y la manga permanecen sustancialmente constantes para el buque de carga sin lastre. Por tanto, las dimensiones más importantes a definir son el calado y la profundidad de trazado del buque de carga sin lastre.The parameters that are compared in this table are the ratio (B/T) between the breadth (B) and the draft (T), the block coefficient (Cb) and the center section coefficient (Cm) of the vessels. The values of the ratio (B/T), the central section coefficient (Cm) and the block coefficient (Cb) have been obtained based on the formulas described above. For the definition of the dimensions and proportions shown in the table, it has been considered that the length and breadth remain substantially constant for the cargo ship without ballast. Therefore, the most important dimensions to define are the draft and the depth of layout of the cargo ship without ballast.
La columna "Intervalos de buques de carga sin lastre" se refiere a los valores entre los que oscila el buque de carga sin lastre descrito en el presente documento. La columna "Buque de carga de navegación lenta" se refiere a los valores entre los que oscila un buque de carga de navegación lenta convencional con sistema de lastre. La columna "Buque estándar" se refiere a los valores de un buque de carga convencional particular con sistema de lastre. Los valores de las columnas "Buque de carga de navegación lenta" y "Buque estándar" se conocen de la técnica anterior (Diseño de barcos: Metodologías de diseño preliminar, Papanikolaou 2014). La columna "Buque de carga sin lastre" se refiere a los valores de un buque de carga sin lastre particular, como se describe en el presente documento, en los que para llegar a los parámetros mostrados se ha modificado la profundidad de trazado del buque. Los valores de la columna "Máximo de buque de carga sin lastre" se han obtenido para un calado máximo (restricción) del 150 % del calado máximo de un buque de carga convencional. En particular, la columna "Máximo de buque de carga sin lastre" muestra valores del buque de carga sin lastre en los que solo se ha modificado la profundidad de trazado del buque y el cuerpo inferior tiene un puntal en forma de V (en otras palabras, no hay fondo plano en el cuerpo inferior y el cuerpo inferior tiene una sección transversal triangular).The column "Unballast Cargo Intervals" refers to the values between which the unballasted cargo ship described in this document ranges. The column "Slow moving cargo ship" refers to the values between which a conventional slow moving cargo ship with ballast system oscillates. The column "Standard Ship" refers to the values of a particular conventional cargo ship with a ballast system. The values of the columns "Cargo ship of Slow Sailing" and "Standard Ship" are known from the prior art (Ship Design: Preliminary Design Methodologies, Papanikolaou 2014). The "Unballasted Cargo Ship" column refers to values for a particular unballasted cargo ship. , as described in this document, where the ship's plot depth has been modified to arrive at the parameters shown.The values in the column "Maximum unballasted cargo ship" have been obtained for a maximum draft ( restriction) of 150% of the maximum draft of a conventional cargo ship In particular, the column "Maximum unballasted cargo ship" shows values of the unballasted cargo ship where only the plotting depth of the ship has been modified and the lower body has a V-shaped strut (in other words, there is no flat bottom in the lower body, and the lower body has a triangular cross section).
La relación (B/T) del buque de carga sin lastre como se describe en el presente documento oscila entre 1,35-3 cuando la profundidad de trazado del buque se modifica sustancialmente en lugar de la manga, es decir, se aumenta el calado máximo del buque. Cuando se modifica sustancialmente la manga y no la profundidad de trazado (alcanzando un calado máximo similar al de un buque convencional, es decir, un buque con sistema de lastre) la relación (B/T) oscila entre 2-3. El valor particular de la relación (B/T) dependerá de la diferencia de desplazamientos del buque debido a las diferentes condiciones de carga y a la geometría particular del buque. Puesto que solo se puede modificar la profundidad de trazado, o la manga o ambos, se obtiene un amplio intervalo [1,35-3] para la relación (B/T). Después, se puede definir el diseño del buque de carga sin lastre para llegar a una solución en la que la relación (B/T) sería sustancialmente igual a los valores de esta relación para el buque convencional (por ejemplo, el buque de carga estándar o el buque de carga de navegación lenta), siendo la profundidad de trazado y la manga del buque de carga sin lastre superiores a los valores normales en un buque convencional con características similares. Los valores de Cb y Cm no se ven afectados por el valor de la relación (B/T) puesto que se ven afectados por el valor del producto (BxT).The ratio (B/T) of the unballasted cargo ship as described herein ranges from 1.35-3 when the ship's plotting depth is substantially changed instead of the breadth, i.e. the draft is increased ship max. When the breadth is substantially modified and not the depth of the layout (reaching a maximum draft similar to that of a conventional ship, that is, a ship with a ballast system) the ratio (B/T) oscillates between 2-3. The particular value of the ratio (B/T) will depend on the difference in displacements of the ship due to different loading conditions and the particular geometry of the ship. Since you can change only the trace depth, or the beam, or both, you get a wide range [1.35-3] for the (B/T) ratio. Then, the design of the unballasted cargo ship can be defined to arrive at a solution in which the ratio (B/T) would be substantially equal to the values of this ratio for the conventional ship (for example, the standard cargo ship or the slow-moving cargo ship), with the depth of the layout and the width of the cargo ship without ballast being higher than the normal values for a conventional ship with similar characteristics. The values of Cb and Cm are not affected by the value of the ratio (B/T) since they are affected by the value of the product (BxT).
Al comparar los valores obtenidos para el buque de carga sin lastre con los valores obtenidos para los buques convencionales o estándar, se puede observar cómo el calado y/o la manga del buque de carga sin lastre son mayores. Por tanto, la multiplicación de manga y calado es mayor que en los buques convencionales (que tienen sistemas de lastre). El coeficiente de bloque y, por tanto, el coeficiente de sección central, es menor que en los buques convencionales.When comparing the values obtained for the unballasted cargo ship with the values obtained for conventional or standard ships, it can be seen how the draft and/or breadth of the unballasted cargo ship are greater. Therefore, the multiplication of beam and draft is greater than in conventional ships (which have ballast systems). The block coefficient and, therefore, the central section coefficient, is lower than in conventional ships.
En el presente texto, el término "comprende" y sus derivados (como "que comprende", etc.) no deberían entenderse en un sentido excluyente, es decir, estos términos no deben interpretarse como excluyentes de la posibilidad de que lo que se describe y define pueda incluir otros elementos, etapas, etc. El término "otro", como se usa en el presente documento, se define como al menos un segundo o más. El término "acoplado", como se usa en el presente documento, se define como conectado, ya sea directamente sin elementos intermedios o indirectamente con al menos un elemento intermedio, a menos que se indique lo contrario. Dos elementos pueden acoplarse mecánica, eléctrica o comunicativamente a través de un canal, vía, red o sistema de comunicación.In the present text, the term "comprising" and its derivatives (such as "comprising", etc.) should not be understood in an exclusive sense, that is, these terms should not be interpreted as excluding the possibility that what is meant describes and defines may include other elements, stages, etc. The term "other", as used herein, is defined as at least one second or more. The term "coupled", as used herein, is defined as connected, either directly without intermediate elements or indirectly with at least one intermediate element, unless otherwise indicated. Two elements can be mechanically, electrically or communicatively coupled through a channel, path, network or communication system.
La presente invención, obviamente, no se limita a las realizaciones específicas descritas en el presente documento, sino que también abarca cualquier variación que cualquier experto en la materia pueda considerar (por ejemplo, en cuanto a la elección de materiales, dimensiones, componentes, configuración, etc.), dentro del alcance general de la invención, como se define en las reivindicaciones. The present invention, obviously, is not limited to the specific embodiments described herein, but also covers any variation that any person skilled in the art may consider (for example, regarding the choice of materials, dimensions, components, configuration etc.), within the general scope of the invention, as defined in the claims.
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