Sector de la invención

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 producción.

Antecedentes de la invención

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 formaciónxle 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. Descripción de la invención

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 contendores 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:

• Posibilidad de transportar grandes cargas a gran velocidad.

• Posibilidad de transportar cargas a granel en el propio buque, sin requerir depósitos adicionales

• No formación de olas y drástica disminución del coeficiente de rozamiento viscoso.

• Bajo consumo y gran velocidad. • Posibilidad real de operar con seguridad en prácticamente cualquier condición meteorológica.

• 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.

• 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.

• Se ha diseñado para no necesitar de remolcadores en operaciones de atraque.

• Posibilidad de atracar en puertos de poco calado sin dificultad

• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

Descripción de las figuras

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

Descripción detallada de la invención

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.