Proyecto de título “Catam arán c o n h id ro fo ils ”

Proyecto de título “Catam arán con hidrofoils ” Alumnas: Paula Francicsca Mancilla Vargas Katherine Paz Westerhout Alba Profesor: Boris Ivelic Kusanovic Escuela de arquitectura y diseño Pontificia Universidad Católica de Valparaíso Año: 2006

Primera etapa

I Perfiles hidrodinámicos

1. Introducción a los perfiles hidrodinámicos

Los perfiles hidrodinámicos son alas montadas en puntales debajo del casco de una embarcación. Cuando ésta aumenta su velocidad los hydrofoils levantan el casco por encima del agua. Esto da lugar a una reducción en la fricción y un aumento correspondiente en velocidad. Los primeros hidrofoils usaron alas en forma de V, o de superficie perforada, ya que parte del v foil sale sobre la superficie del agua cuando el casco se eleva por completo.

Los hydrofoils modernos utilizan perfiles en forma de T que van totalmente sumergidos. Los t-foils están menos expuestos al oleaje, por lo que son más estables en el mar y más cómodos para la tripulación y los pasajeros. Este tipo no se auto estabiliza como lo hacen los de superficie perforada, por lo que el ángulo de ataque necesita ajustarse constantemente de acuerdo a los cambios de condiciones del oleaje, como también en maniobras de viraje y cambios de velocidad de la embarcación. Este proceso de control es realizado por computadores. Si estos ajustes no se realizaran el casco caería violentamente al mar.

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2. Reseña histórica

En marzo de 1906, en el artículo de la revista “scientific american“, Guillermo E. Meacham, pionero americano de los hidrofoils explicó los principios básicos de éstos. Alexander Graham Bell consideró la invención del hidroavión un logro muy significativo y después de leer este artículo comenzó a bosquejar conceptos de lo que ahora se llama un barco de hydrofoil. Comenzó la experimentación con éstos en el verano de 1908 con Casey Baldwin. Éste último estudió el trabajo del inventor italiano Enrique Forlanini y comenzó a probar los modelos basados en sus diseños. Esto lo condujo junto a Bell al desarrollo del watercraft hydrofoil. Después de crear numerosos diseños se llega HD – 4 que usó la ingeniería de Renault para alcanzar la máxima velocidad de 87 km/h., tomando las olas sin dificultad, con buen manejo y gran estabilidad.

La primera evidencia sobre el uso de hidrofoils en botes y barcos fue patentado en 1869 en Inglaterra. Un parisino llamado Emmanuel Denis Farcot dijo: "adaptando los lados y la parte inferior del barco o inclinando los planos o las piezas que forman la cuña, manejando el barco desde adelante, se obtendrá el efecto de levantamiento en el agua y se reducirá el juego".

Primeros modelos

Oscar Tietjens, otro pionero sobre el hidrofoil, patentó el sistema de arco de superficie perforada, que fue probado la primera vez en un bote de velocidad en Filadelfia en 1932.

Ensayos de hidrofoils en Inglaterra, en 1958, demostraron que el estudio de Baldwin sobre el uso de los V-foils en mares agitados no era el correcto. Por el contrario, se decidió que la hoja delantera debe tener un ángulo de ataque relativamente insensible y actuar como dispositivo del ajuste, permitiendo que la hoja principal responda por adelantado a la ola entrante. La hoja delantera debe, por lo tanto, ser pequeña con respecto a las superficies de elevación principal. Así, se concluyó que un arreglo del estabilizador era esencial para la buena sustentación del V-foil. 10

3. Usos de embarcaciones con hidrofoils 3.1 Uso militar

3.2 Ferries

3.3 Embarcaciones deportivas

Embarcaciones de perfil hidrodinámico se han desarrollado en el ámbito militar, debido a la gran velocidad que pueden alcanzar cuando se deslizan sobre el agua y a su estabilidad, lo que es muy valioso al momento de manejar armamento delicado. En 1970 Estados Unidos desarrollo un programa junto con la OTAN para desarrollar una flota de embarcaciones con hidroala a las que se les asignó la clase Pegasus, finalmente solo una se construyó.

En mayo de 1953 se llevó a cabo el primer viaje de una embarcación con hidroala de transporte de pasajeros, en Suiza. Fue durante los '50 que alcanzaron su apogeo. En Europa oriental eran usados para servicio de costa a costa o en los lagos, debido a la comodidad al navegar y a su velocidad. En 1955 había cerca de 900 embarcaciones de pasajeros que usaban Hidroala.

Se han desarrollado distintos tipos de embarcaciones recreativas que cuentan con hidroalas, debido a las altas velocidades que se pueden alcanzar. Es así que se han construido embarcaciones de uso individual como grupal, de propulsión humana o mecánica, monocascos, catamaranes y trimaranes.

La Unión Soviética experimentó con hydrofoils, construyendo transbordadores con diseños aerodinámicos, especialmente durante los años 70 y los '80. Tales embarcaciones incluyen el tipo Meteor y el tipo más pequeño de Voskhod.

Monofoil

Hoy en día aún siguen siendo usadas para el transporte de pasajeros en Europa oriental, Japón, Tailandia y Canadá.

Dynafoil, 2002

USS Aquila , hydrofoil militar. Los t-foils son visibles apenas debajo del agua.

Meteor, hydrofoil ruso operado desde Ámsterdam hasta Ljmuiden. Los comunica con un horario de media hora.

Pumpabike

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4. Clasificación de perfiles hidrodinámicos 4.1 Clasificación de perfiles según su forma 4.1.1 Perfil en forma de escalera o Ladder foil Existen tres tipos diferentes de perfiles hidrodinámicos: los primeros utilizados fueron los ladder foil. Estos fueron los que utilizó Enrico Forlanini en sus modelos. Luego aparecieron los V foil, que por no contar antes con sistemas computacionales, eran ideales para la estabilidad de la embarcación al salir del agua, pues son capaces de autoestabilizarse. La nueva tecnología permitió el desarrollo de los T foils, que son manejados por sistemas computacionales, lo cual hace que tenga mayor estabilidad.

Recibe este nombre pues está constituido por una serie de perfiles puestos a igual distancia, por lo que su forma es similar a una escalera. Fue el primer perfil hidrodinámico en desarrollarse, pero es el más inestable y con mayor arrastre. En la actualidad se encuentra en desuso.

Embarcación para transporte de pasajeros, con Vfoils.

Ladder foils.

Bote con sistema de hidrofoils. Este registró la velocidad de 47 mph con un motor Mercury fuera de borda de 65 hp. Puede transportar a 6 personas. Embarcaciones con Tfoils de uso militar. 12

4.1 Clasificación de perfiles según su forma 4.1.2 Perfil en forma de T invertida o T foil Esta clasificación se les da a las embarcaciones cuyo perfil hidrodinámico está diseñado para que una parte de él pueda funcionar tanto en el aire como en el agua cuando se desliza. La embarcación cuenta con refuerzos que conectan los perfiles hidrodinámicos con el casco, los cuales son lo suficientemente fuertes para levantar el barco del agua a la velocidad a la cual han sido diseñados.

Este modelo de perfil hidrodinámico es insensible a la profundidad, por lo que se le deben agregar sensores para determinar a que profundidad se encuentra y poder estabilizarlo modificando su ángulo de ataque. Presenta un menor coeficiente de arrastre que los otros modelos y es más estable pues son insensibles al efecto de las olas.

4.1.3 Perfil en forma de V o V-foil Esta forma de perfil hidrodinámico tiene la ventaja de autoestabilizarse, debido a que sus perfiles forman un diedro. Están limitados a navegar en aguas tranquilas, pues las fluctuaciones en el mar les hace perder sustentación. Otra de sus limitaciones es que no se puede deslizar muy por encima del agua, pues a menor profundidad esté sumergido el perfil, menor empuje experimenta. 13

4.2 Clasificación de perfiles según su configuración 4.2.1 Embarcación con hidroala de superficie perforada Esta clasificación se les da a las embarcaciones cuyo perfil hidrodinámico está diseñado para que una parte de él pueda funcionar tanto en el aire como en el agua cuando se desliza. La embarcación cuenta con refuerzos, que conectan los perfiles hidrodinámicos con el casco, los cuales son lo suficientemente fuertes para levantar el barco del agua a la velocidad a la cual han sido diseñados.

Esta forma de perfil hidrodinámico tiene la ventaja de autoestabilizarse, debido a que forma un diedro. Pero están limitados a navegar en aguas tranquilas, pues las fluctuaciones en el mar les hacen perder sustentación. Otra de sus limitaciones es que no puede deslizar muy por encima del agua, pues a menor profundidad menor empuje.

Ferrie para el transporte de pasajeros.

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4.2 Clasificación de perfiles según su configuración 4.2.2 Embarcación de Hidroala completamente sumergida Estas embarcaciones operan con su perfil hidrodinámico completamente sumergido y la estructura que los conecta al casco y sostiene todo el peso de la embarcación, no contribuye a la sustentación.

El perfil completamente sumergido no se autoestabiliza por lo que debe variar su ángulo de ataque para mantener la sustentación de la embarcación dependiendo de la velocidad de esta, su peso y las condiciones del mar. Su principal ventaja es que ya que se encuentran sumergidos no se ven afectados por las olas.

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4.2 Clasificación de perfiles según su configuración 4.2.3 Hyswas (Hydrofoil Small Waterplane Area Ship)

Embarcaciones con hidroala de reducida área de desplazamiento acuático que han sido desarrolladas recientemente. Este tipo de embarcaciones cuenta con dos cascos, uno de ellos va completamente sumergido y el otro esta en contacto con la superficie a baja velocidad pero se despega de ella cuando su velocidad aumenta.

Esta configuración de hidroaola ha sido aplicada también para catamaranes y es actualmente utilizada en su mayoría para propósitos militares.

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B ib l io g r a f ía I P e r f il e s h id r o d in á mic o s

II C o n c e p t o s y t e o r ía

1. Información general sobre embarcaciones con hidrofoils

1. Teoría aerodinámica

http://web.mit.edu/2.972/www/reports/hydrofoil/hydrofoil.html Hidrofoils rusos. http://www.hydrofoils.org/ Sociedad internacional de hidrofoils. http://www.foils.org/

2. Modelos de hidrofoils http://www.laguarderia.net/nota.php?nid=43 http://www.newscientist.com/article.ns?id=dn7414 http://www.humanpoweredboats.com/ http://www.inventist.com/index.php?option=com_content &task=view&id=10 http://lancet.mit.edu/decavitator/VideoClips.IHPVA.html http://www.ocean.washington.edu/people/faculty/parker/ pogo_foil.htm http://foxxaero.homestead.com/indfoil.html

http://www.nasa.gov http://www.infolaser.net/franpr/tecnica/aerodinamica/aero dinamica.html http://www.av8n.com/how/htm/aoa.html#sec-raoa-aaoa http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/stokes/stoke s.html http://web.mit.edu/2.972/www/reports/airfoil/airfoil.html Programa generador de perfiles NACA serie 4 y 5. http://www.pagendarm.de/trapp/programming/java/profiles/ Galeria de perfiles aerodinámicos. http://airfoils.webpark.cz/gallery/gallery.html

2. Conceptos y teoría de hidrofoils http://search.nasa.gov/search/search?q=hydrofoil&entqr =0&output=xml_no_dtd&sort=date%3AD%3AL%3Ad1&i e=UTF8&client=nasa_production&actionType=searchIndex&nu mgm=5&ud=1&site=nasa_collection&oe=UTF8&proxystylesheet=nasa_production&btnG.x=13&btnG.y=12

Conceptos de hidrofoils. http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrofoil http://www.fi.edu/wright/again/wings.avkids.com/wings.avkids.com/Bo ok/Vehicles/advanced/hovercraft-01.html Flujo alrededor de un aerofoil. http://www.av8n.com/irro/profilo_e.html http://web.mit.edu/2.972/www/reports/hydrofoil/hydrofoil.html Gráficos. http://www.tspeer.com/Hydrofoils/h105/h105.htm

III Fu n d a me n t o s d e l p r o ye c t o

IV Te ma s r e l a c io n a d o s

“Amereida”, Godofredo Iommi M., Taller de Investigaciones Gráficas, Escuela de Arquitectura y Diseño, UCV., Valparaíso, 1982.

1. Proyectos de investigación, reportes y tesis electrónicas

"Teoría de las cualidades intrínsecas o peculiares de los objetos", Boris Ivelic, Proyecto Fondecyt n° 1990793 (parte A), pp . 30-35, ARQ, diciembre, número 049, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile, 2001. “Construcción formal”, Fabio Cruz, Ediciones Universitarias de Valparaiso, 2003. “Embarcación Amereida y la épica de fundar el mar patagónico”, Boris Ivelic, Ediciones Universitarias de Valparaiso, 2005.

Reportes de la NACA (National Advisory Committee for Aeronautics). http://www.lindberghaviation.de/kataloge/Katalog_22_NACA_Reports.html http://naca.larc.nasa.gov/search.jsp?N=0&Ntk=all&Ntx= mode%20matchall&Ntt=hidrofoil Estudios NACA sobre hidrofoils. http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/199 30092491_1993092491.pdf Tesis sobre distintos factores que afectan la estabilidad de los hydrofoils. http://etd.caltech.edu/etd/available/

Proyecto de investigación sobre estabilidad de un ferrie. http://www.dacya.ucm.es/segundo/archives/I%20Marco%20de%20la% 20Investigacion.pdf Proyecto trimarán Basiliscus. http://www.basiliscus.com/ http://www.basiliscus.com/CSYSpaper.pdf http://www.basiliscus.com/ProaSections/Paper/ProaSections.htm¨

2. Páginas relacionadas Embarcaciones de alta velocidad. http://www.ingentaconnect.com/search/article?title=hydrofoils&title_type= Royal institution of naval architects. http://www.rina.org.uk/ Free enterprices especificación de productos. http://members.aol.com/jfreeent/specs.htm#cube Construcción de un perfil hidrodinámico. http://www.fastacraft.com/moulded_foils.html

In d ic e P r ime r a e t a pa

8. Alas ......................................................................32

Te r c e r a e t a pa

I P e r f il e s h id r o d in á mic o s

9. Aerodinámica en aviones .....................................36

V Ca n a l d e pr u eba s

1. Introducción a los perfiles hidrodinámicos ...........9 2. Reseña histórica ..................................................10 3. Usos de embarcaciones con hidrofoil ..................11 4. Clasificación de perfiles hidrodinámicos ..............12 II C o n c e p t o s y t e o r ía 1. Introducción a la teoría aerodinámica ..................22

10. Perfiles hidrodinámicos ......................................39 11. Interpretación de gráficos ...................................41

3. Planimetría modelo .............................................................83

1. El objeto naútico como vínculo territorial .............45

VI P r o y e c t o d e s p l ie g u e p e r f il e s y ma n t o d e r es guar do

2. Requerimientos de alto nivel ...............................46 3.Visión del territorio ................................................48

3. Perfil alar...............................................................24

IV D e s a r r o l l o d e l p r o ye c t o

6. Coeficientes aerodinámicos .................................29 7. Números adimensionales ....................................31

1. De las peculiaridades de los objetos ..................................89 2. Perfil telescópico .................................................................91

S e g u n d a e t a pa

5. Desarrollo de fuerzas en un perfil ........................28

2. Análisis de datos canal de pruebas ......................................82

III D e l o o b s e r va d o

2. Sustentación ........................................................23

4. Clasificación de los perfiles .................................25

1. Secuencia pruebas .............................................................81

3. Manto protector de lanchas ................................................92 4. Propuesta despliegue perfiles ............................................93

1. Desarrollo de los perfiles hidrodinámicos.............51

5. Proposición manto de resguardo ........................................94

2. Modelo de pruebas ................................................52

6. Maqueta perfiles y manto de resguardo escala 1:7 ...........101

3. Pruebas catamarán ..............................................53

B ib l io g r a f ía ......................................................................107

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2. Perfil telescópico 3. Manto protector de lanchas 4. Propuesta despliegue perfiles 5. Proposición manto de resguardo 6. Maqueta perfiles y manto de resguardo escala 1:7