ES2361881A1 - Buque de cascos sumergibles. - Google Patents
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Abstract
Nuevo diseño de buque de cascos sumergidos que puede trasladar grandes cargas a alta velocidad navegando sobre las olas y que está formado por dos cuerpos paralelos sumergidos (4), de sección sensiblemente cilíndrica o de la mejor hidrodinámica posible, unidos entre sí mediante unos perfiles hidrodinámicos (5).En la confluencia entre los cilindros (4) y dichos perfiles (5) se sitúan cuatro patas (3) de sección hidrodinámica adecuada que soportan una plataforma o zona de carga (2) la cual puede desplazarse (subir o bajar) sobre las patas (3) que tienen un sistema de desplazamiento vertical, hasta elevarse sobre la altura de las olas.El conjunto de los cuerpos de desplazamiento sumergido (4) y los perfiles de unión hidrodinámicos (5) pueden cubrirse completamente con un material textil de láminas permeables de porosidad menor que el tamaño de una molécula de agua y mayor que el de una molécula e inyectar aire a presión en su interior. Las moléculas del aire inyectado salen por los poros rompiendo al salir la capa límite y separando las moléculas de agua de la zona sumergida de forma que se disminuye en un alto porcentaje el rozamiento viscoso.La obra viva puede elevarse hasta nivel de mar para cargar y descargar material en su interior o para entrar en puertos de poco calado.
Description
Buque de cascos sumergibles.
La presente invención se encuadra dentro del
sector técnico de la navegación y diseño de buques para la
realización de cualquier tipo de operaciones marítimas de carga,
transporte de mercancías y personas, en utilizaciones comerciales de
altura, cabotaje, pesca y deportivas y en cualquier condición de
mar. Más concretamente, se encuadra dentro de la industria de diseño
de buques especialmente concebidos para el abastecimiento, la
instalación, la operación y el mantenimiento de plataformas
oceánicas de produc-
ción.
ción.
En la actualidad existe una necesidad creciente
de aprovechar los recursos naturales del mar para abastecer las
necesidades de la población. Es por ello que se está desarrollando
un gran número de plataformas o estructuras marinas, ya sean
flotantes o fijas, para la producción y/o extracción de
recursos.
Para el abastecimiento de materiales y equipos
para su fabricación, la instalación, la operación, el mantenimiento
y el abastecimiento de las mismas en producción es necesario poder
disponer de buques apropiados.
Es por eso que se realizó un estudio con el
propósito de encontrar un buque en el estado de la técnica que
cumpliera con los requisitos que aparecen a continuación, necesarios
todos ellos para poder desarrollar dichas funciones:
- -
- Buque para transporte multipropósito. El buque deberá transportar diferentes tipos de carga, desde cargas a granel, como pueden ser cementos y áridos para la producción de hormigones y otros materiales de construcción, hasta palas de los aerogeneradores o apoyo a las operaciones de acuicultura. Estas palas pueden llegar a los 60 m de longitud por lo que deberá disponer de una cubierta accesible de esta longitud.
- -
- Peso máximo de la carga a transportar de 3500 TPM. Sobre todo para la carga a granel se establece este límite que sin duda es el que va a definir el tamaño general del buque.
- -
- Deberá disponer de combustible suficiente para operar durante un tiempo razonable, como una semana en trayectos cortos, o como mínimo para un viaje de ida y vuelta en trayectos más largos (máx. autonomía 2500 millas).
- -
- Velocidad aprox. 25 nudos o superior. Tanto para las operaciones de abastecimiento como de mantenimiento se pretende que los tiempos necesarios sean mínimos o por lo menos no determinantes de una imposibilidad de atender a una emergencia.
- -
- Navegación en olas de 8 m de altura significativa.
Estos requerimientos proponen un tipo de
transporte de cargas pesadas a una relativa alta velocidad y que
además se pueda mantener en unos estados de la mar eventualmente muy
elevados. Todos ellos son variables, en función de la aplicación y
el emplazamiento concreto en el que vaya a operar el buque, pero se
fijan estos como término medio para realizar el estudio.
La solución convencional para un buque de apoyo
a plataformas off-shore es el tipo de buque
denominado "SUPPLY" o buque de suministros, que es una especie
de remolcador con una cierta capacidad de tiro apunto fijo, a veces
hasta con posicionamiento dinámico y con una cubierta muy amplia
para transportar diferentes tipos de suministros, paletizados o no;
además normalmente está dotado de medios de apoyo a las operaciones,
como grúas, maquinillas para manejo de anclas, etc.
Un buque de este tipo se puede dimensionar para
que cumpla los objetivos operativos establecidos, si bien la
condición de comportamiento en la mar con alturas de olas tan
elevadas producirá sin duda unos movimientos y aceleraciones altos
para cualquier buque convencional monocasco.
Este tipo de buques, para una velocidad de 25
nudos requieren más de 40.000 kW de potencia.
Dado el tamaño del buque y la velocidad
requerida, los buques monocasco están fuertemente limitados por la
optimización de la resistencia al avance, sobre todo la debida a la
formación de olas.
Así pues, se llega a la conclusión de que para
enfrentarse a la alta velocidad en buques que deban transportar un
peso muerto que no sea ligero hay sólo dos posibilidades:
1.- Elevar el casco fuera del agua por
sustentación dinámica, mediante el uso de alas sumergidas. Esta
solución no es aconsejable a partir de un determinado tamaño, porque
la sustentación de las alas crece con el tamaño en función del
cuadrado de la eslora (área de las alas) mientras que el peso crece
con el tamaño en función del cubo de la eslora (volumen del
desplazamiento), por lo que resulta difícil extrapolar a tamaños
mayores el diseño de buques hidroalas que han funcionado bien en
tamaños pequeños.
2.- Sumergir el desplazamiento de manera que la
flotación sea lo más esbelta posible, ya que es la máxima
responsable (no la única) de la resistencia por formación de
olas.
Esta segunda posibilidad ha sido explorada por
lo menos desde hace 20 años con multitud de prototipos, que
generalmente no han llegado a cuajar en buques de serie.
Sin embargo la opción más prometedora para
cumplir con dichos requisitos pasa por un buque mixto con apoyo de
sustentación dinámica de alas o alerones sumergidos. Se trata de una
solución tipo SWATH.
El acrónimo SWATH significa Small Waterplane
Area Twinhull, es decir, es un buque de dos cascos (catamarán) con
un área de la flotación pequeña. Ello se consigue adelgazando cada
casco en la zona de la flotación, mientras que el volumen principal
del desplazamiento del buque se lleva hacia abajo.
La ventaja de este tipo es la de reducir la
resistencia por formación de olas y por lo tanto la potencia
necesaria para propulsar el buque a velocidades relativamente
altas.
En contra este tipo de buques tiene en general,
para el mismo desplazamiento e incluso para el mismo peso muerto
(que es mejor parámetro de comparación), una mayor superficie
mojada, lo que conduce a unos valores más altos de la resistencia
por fricción o resistencia viscosa en general. Puede decirse que en
la comparación entre el concepto monocasco y el SWATH suele existir
una velocidad de compromiso a partir de la cual es mejor el tipo
SWATH.
En este tipo de buques, para una velocidad de 25
nudos se necesitarían del orden de 28.000 kW.
Pero el mayor problema de este tipo, para los
objetivos perseguidos, es que no puede elevar su obra muerta por
encima de la altura de las olas, por lo que si bien es cierto que
por su geometría tiene poca resistencia por formación de ola, no
puede evitar la resistencia de las olas formadas en el mar y las
dificultades y riesgos de navegación con mar formada con grandes
olas, por lo que en estas circunstancias no podrían realizar
trabajos de O&M de plataformas de producción.
En condiciones climatológicas bonancibles,
tendría complicado su trabajo en las plataformas, puesto que
permaneciendo a flote, le afectarían las oscilaciones del nivel del
mar por pequeñas que estas fueran y además necesitará de medios para
el acceso del personal y los equipos al nivel de la plataforma y de
esta al buque.
Por todo ello, la presente invención desarrolla
un buque que, basándose en ciertos conceptos existentes en el estado
de la técnica, evolucione sobre ellos e introduzca novedades de
manera que se obtengan resultados que cumplan con los requisitos
expuestos.
El nuevo diseño de buque objeto de la presente
invención se caracteriza por tener su desplazamiento formado por dos
cuerpos paralelos sumergidos, de sección sensiblemente cilindrica o
de la mejor hidrodinámica posible, unidos entre sí mediante unos
perfiles hidrodinámicos.
En la confluencia entre los cilindros y dichos
perfiles se sitúan cuatro patas de sección hidrodinámica adecuada
que soportan una plataforma o zona de carga la cual puede
desplazarse (subir o bajar) sobre las patas hasta elevarse sobre la
altura de las olas.
En el interior de las patas, existen pistones
hidráulicos de igual longitud y que atraviesan los cilindros y están
unidos a unas placas tangentes y externas a los cilindros, para el
apoyo de los pistones en el fondo.
La obra muerta (o parte no sumergida del buque)
dispone de piñones que pueden desplazarla elevándola sobre las patas
que disponen de cremallera, hasta la altura precisa para que navegue
sobre el nivel del mar. El sistema piñón-cremallera
puede sustituirse por cualquier sistema de desplazamiento vertical
equivalente.
Sobre la obra muerta se sitúa la sala de
máquinas, motores, el puente de mando y la zona de habilitación de
las personas. La geometría de la obra muerta se adaptará a cada
caso.
Se podrán adaptar varios tipos de propulsión a
este buque, pero en una realización preferente se elige del tipo
azimutal compleja, lo que evita tener que usar el timón.
El barco navegando de esta forma no forma olas y
no tiene que vencer la resistencia de la formación de olas, que es
el mayor factor de limitación de la velocidad y el que más potencia
consume.
El siguiente factor sería la resistencia viscosa
o rozamiento con el agua. Se puede disminuir con recubrimientos de
bajo coeficiente de fricción con el agua o recubriendo la zona
sumergida completamente con un material textil de láminas permeables
de porosidad menor que el tamaño de una molécula de agua y mayor que
el de una molécula de aire.
Una vez recubierto, se inyecta aire a presión en
su interior. Las moléculas del aire inyectado saldrán por los poros;
al salir, se rompe la capa límite separando las moléculas de agua de
la zona sumergida y se disminuye, en un alto porcentaje, el
rozamiento viscoso o rozamiento con el agua.
La presión con la que ha de salir el aire ha de
ser mayor que la presión hidrostática que ejerce el agua que tiene
encima, luego dependerá de la profundidad a la que se encuentren los
cilindros. Una vez que el barco coja velocidad, por efecto Venturi,
la propia velocidad del barco hará que salga más aire.
Si se usa la propulsión azimutal, se utilizan
timones de profundidad, si se usase una propulsión clásica se
pondrían también el timón/es (tiene dos cascos) de dirección
habitual.
Una de las múltiples ventajas que ofrece este
buque es que, cuando se llega a un muelle para descargar, puede
atracar a nivel del muelle, es decir, se pone la plataforma de carga
a nivel de muelle de forma que, para cargas rodantes, no hace falta
ni rampa ni grúa para sacarlos de la bodega, con lo cual se ahorra
mucho tiempo de carga y descarga. Igualmente se puede situar la
carga al mismo nivel que el de una plataforma de producción
instalada en el mar, facilitando enormemente el trabajo.
También se puede poner a nivel de muelle la obra
viva, (pues las patas contiene unos cilindros telescópicos que se
pueden retraer a voluntad) cuyos cuerpos paralelos sumergidos nos
permiten llevar cargas a granel que se extraen bombeando (cemento,
arena, alevines, pienso para los peces ...) de la misma forma que
permite la carga de la mercancía en el buque bombeando directamente
en la fábrica el material a los cilindros, sin necesidad de pasar
con palas la mercancías a contenedores y que esos contenedores sean
cargados en la bodega posteriormente.
Para entrar a puertos de poco calado se eleva la
obra viva, deslastrándola, hasta la superficie y se baja la obra
muerta a nivel del mar y se flota sobre ella, disminuyendo el
calado.
Hasta que no coge velocidad suficiente el buque
no tiene sustentación. Una vez que el buque logra la sustentación,
se baja la obra viva y se sitúa por debajo de las olas, la obra
muerta se eleva y se sitúa por encima aumentando la velocidad.
Frente a los problemas señalados en el apartado
anterior, la solución que se ha desarrollado y cuya protección se
solicita presenta las siguientes ventajas respecto a lo existente en
el estado de la técnica:
- \bullet
- Posibilidad de transportar grandes cargas a gran velocidad.
- \bullet
- Posibilidad de transportar cargas a granel en el propio buque, sin requerir depósitos adicionales
- \bullet
- No formación de olas y drástica disminución del coeficiente de rozamiento viscoso.
- \bullet
- Bajo consumo y gran velocidad.
- \bullet
- Posibilidad real de operar con seguridad en prácticamente cualquier condición meteorológica.
- \bullet
- Máxima eficiencia en trabajos de operación y mantenimiento de plataformas marinas de producción, puesto que apoyando sus patas en el fondo puede situar su cubierta de trabajo al nivel de la plataforma, constituyendo una zona firme y estable que permite el paso directo de personal y equipos.
- \bullet
- En labores de aprovisionamiento de materiales y equipos para la fabricación de plataformas de producción, su singularidad que le permite situar sus zonas de carga al mismo nivel del muelle, permite manejar grandes cargas, tales como aerogeneradores (mayores de 200 Tm.) simplemente por rodadura sin exigir de medios de elevación, por lo que este tipo de buque permite fabricar plataformas en cualquier muelle, aunque carezca de medios de elevación.
- \bullet
- Se ha diseñado para no necesitar de remolcadores en operaciones de atraque.
- \bullet
- Posibilidad de atracar en puertos de poco calado sin dificultad
- \bullet
- Por su capacidad de tiro a punto fijo y por la amplitud de su cubierta es perfectamente adecuado para la instalación y enterrado de cables y conducciones submarinas.
- \bullet
- Es de construcción muy económica puesto que tanto su obra viva, como los pies y los cilindros hidráulicos de las patas se basan en productos industriales de construcción en serie y por tanto económicos y de calidad garantizada.
- \bullet
- Al estar fuera del impacto de las olas y navegar en zonas en calma su estructura ha de resistir muchos menos esfuerzos que la de un buque convencional, por lo que es mucho más sencilla y económica.
- \bullet
- La solución de disminución de la resistencia viscosa por rotura de la capa límite mediante el flojo de aire, supone una revolución en la construcción naval puesto que permite conseguir velocidades con consumos impensables hasta ahora.
Para completar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, se acompaña un juego de dibujos
donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado
lo siguiente:
Figura 1: Buque navegando sobre las olas
Figura 2: Buque trabajando en la plataforma
Figura 3: Buque en entrada a puerto de poco
calado
Figura 4: Buque atracado a nivel de muelle
A continuación se proporciona un listado con las
referencias utilizadas en las figuras:
- (1)
- Puente de mando, sala de máquinas y habilitación de la tripulación
- (2)
- Cubierta y espacio de carga (obra muerta)
- (3)
- Patas con cremallera
- (4)
- Desplazamiento sumergido (obra viva)
- (5)
- Perfiles hidrodinámicos de unión de la obra viva
- (6)
- Timones de profundidad
- (7)
- Pies telescópicos de apoyo en el fondo.
Para lograr una mayor comprensión de la
invención a continuación se va a describir, en base a las figuras
presentadas, este nuevo diseño de buque.
Según se observa en la figura 1, en una
representación del buque navegando sobre las olas, este está formado
por dos cuerpos paralelos sumergidos (4), de sección sensiblemente
cilindrica o de la mejor hidrodinámica posible, unidos entre sí
mediante unos perfiles hidrodinámicos (5).
En la confluencia entre los cilindros (4) y
dichos perfiles (5) se sitúan cuatro patas (3) de sección
hidrodinámica adecuada que soportan una plataforma o zona de carga
(2) la cual puede desplazarse (subir o bajar) sobre las patas (3)
que tienen una cremallera, hasta elevarse sobre la altura de las
olas.
Aunque no se encuentre representado, el conjunto
de los cuerpos de desplazamiento sumergido (4) y los perfiles de
unión hidrodinámicos (5) pueden cubrirse completamente con un
material textil de láminas permeables de porosidad menor que el
tamaño de una molécula de agua y mayor que el de una molécula de
aire e inyectar aire a presión en su interior. Las moléculas del
aire inyectado salen por los poros rompiendo al salir la capa límite
y separando las moléculas de agua de la zona sumergida de forma que
se disminuye en un alto porcentaje el rozamiento viscoso.
En el caso de tratarse de propulsión azimutal,
sólo se necesitarán timones de profundidad (6).
En la figura 2 se representa el buque en un
momento de trabajo, en el que se requiere que permanezca fijo en el
fondo. Para ello se apoyan los pistones hidráulicos incluidos en las
patas y las plataformas a las que están unidas (3) en el fondo.
La obra muerta (2) (o parte no sumergida del
buque) dispone de piñones que pueden desplazarla elevándola sobre
las patas (3) que disponen de cremallera, hasta la altura precisa
para que navegue sobre el nivel del mar o para situarla al nivel del
muelle o de la plataforma de producción.
Sobre la obra muerta (2) se sitúa la sala de
máquinas, motores, el puente de mando y la zona de habilitación de
las personas (1). La geometría de la obra muerta (2) se adaptará a
cada caso.
En la figura 3 se observa el buque en una
entrada a puerto de poco calado, para ello se eleva la obra viva (4)
hasta nivel de mar, vaciando los tanques de lastre y la obra muerta
(2) con la acción de los piñones y las cremalleras hasta ser
tangente con la obra viva y aportar flotación disminuyendo el
calado.
Si se necesita para las operaciones que el buque
sea estable e independiente de los movimientos del mar puede
conseguirse gracias a que la zona sumergida de las patas (3) está
formada por unos cilindros telescópicos que se pueden extender o
contraer a voluntad, y apoyarse en el fondo.
En la figura 4 se demuestra como puede el buque
atracar a nivel de muelle de manera que no se precisen grúas ni
plataformas de descenso para sacar la carga de la bodega ya que,
tanto en el caso de que se trate de carga a granel y vaya en los
cilindros (4), como en el caso de que se trate de elementos pesados
que se transporten sobre la plataforma de obra muerta (2), en ambos
casos se pueden subir o bajar a voluntad y hasta el nivel que se
desee, dejándolos a nivel del muelle.
Claims (8)
1. Buque de cascos sumergidos que navega a alta
velocidad transportando carga pesada caracterizado porque
tanto la obra viva como la obra muerta (2) se desplazan
verticalmente, de manera que la obra muerta se puede mover entre el
nivel del mar y hasta una altura por encima del nivel de las olas,
evitando así el rozamiento y la creación de olas y la obra viva se
sumerge bajo el agua en condiciones normales de navegación y trabajo
y se eleva hasta la superficie del mar en zonas de poco calado o
para operaciones de carga y descarga.
2. Buque de cascos sumergidos según
reivindicación 1 caracterizado porque la obra viva comprende
dos cuerpos paralelos de desplazamiento sumergido (4) unidos entre
sí mediante unos perfiles hidrodinámicos (5) y soportados por unas
patas (3) que en su zona sumergida están formadas por unos cilindros
telescópicos, los cuales se expanden o contraen a voluntad y se
encargan de sumergir o elevar la obra viva.
3. Buque de cascos sumergidos según
reivindicación 2 caracterizado porque los cilindros están
unidos a unas placas tangentes y externas a los cilindros, para el
apoyo de los pistones en el fondo.
4. Buque de cascos sumergidos según
reivindicación 1 caracterizado porque el sistema de
desplazamiento vertical es de tipo
piñón-cremallera.
5. Buque de cascos sumergidos según
reivindicación 2 caracterizado porque los cuerpos paralelos
de desplazamiento sumergido (4) unidos a los perfiles hidrodinámicos
(5) se cubren completamente con un material textil de láminas
permeables de porosidad menor que el tamaño de una molécula de agua
y mayor que el de una molécula de aire y se inyecta aire a presión
en su interior que sale por los poros rompiendo al salir la capa
límite y separando las moléculas de agua de la zona sumergida de
forma que se disminuye en un alto porcentaje el rozamiento
viscoso.
6. Buque de cascos sumergidos según
reivindicación 1 caracterizado porque sobre la obra muerta
(2) se sitúa la sala de máquinas, motores, el puente de mando y la
zona de habilitación de las personas (1).
7. Buque de cascos sumergidos según
reivindicación 2 caracterizado porque los dos cuerpos
paralelos de desplazamiento sumergido (4) sirven como depósito de
mercancía a granel.
8. Buque de cascos sumergidos según
reivindicación 1 caracterizado porque la propulsión es de
tipo azimutal y cuenta con timón de profundidad (6).
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