La Simulación por Ordenador en el Diseño de Embarcaciones de Recreo y Competición Ciclo de Conferencias: El Ingeniero Naval y las Embarcaciones de Recreo y Competición

Agradecimientos

El Proyecto del buque El tortuoso camino desde la concepción inicial al proyecto final requiere: Analisis de alternativas y toma de decisiones El camino que va desde la concepción inicial al proyecto final requiere en muchos puntos intermedios, de un análisis de las alternativas de diseño y consecuentemente de una selección (toma de decisiones) de la mejor alternativa.

El Proyecto del buque Para dar en el blanco (proyecto óptimo) es necesario apoyar cada decisión (selección de la mejor alternativa) en las herramientas disponibles: la experiencia, la experimentación con modelos y la simulación por ordenador Cada uno de los procesos de selección de alternativas que se plantean a lo largo del proceso de diseño, requiere que sea apoyado en una serie de herramientas. Nuestro objetivo es que la mejor alternativa (definida por los criterios de diseño, menor resistencia al avance, mayor resistencia estructural, mejor comportamiento en olas, ...) sea la seleccionada. Para ello necesitamos evaluar las diferentes alternativas, esta evaluación se basa en tres herramientas principales: la experiencia, la experimentación con modelos y la simulación por ordenador.

Simulación y experimentación Experimentación + Extrapolación Se presenta aquí un ejemplo de aplicación de las técnicas de simulación por ordenados y de experimentación. En concreto los análisis correspondientes al velero Rioja de España, participante en la edición de 1995 de la Copa América de vela. A la izquierda se muestran los resultados de la simulación con el programa Tdyn (ver http://www.compassis.com) en las condiciones de 9Kn de velocidad, 0º de deriva y 0º de escora, que corresponden al ensayo experimental con un modelo a escala 1:3.5, llevado a cabo en Cehipar que se muestra a la derecha. Los ensayos experimentales y la simulación son herramientas que se usan complementariamente en diferentes fases del proyecto. La exactitud de las medidas y la gran experiencia acumulada frente a su dificultad de realización y gran inversión de recursos, provoca que los ensayos experimentales sean más adecuados para su realización en la última fase del proyecto, mientras que la facilidad de acceso y la posibilidad de ensayar diferentes configuraciones de manera prácticamente simultánea, hace que la simulación por ordenador sea la herramienta preferida en las fases intermedias del desarrollo del proyecto. Por otra parte, hay multitud de casos en los que la experimentación es imposible de realizar en la práctica (grandes efectos de escala, falta de medios, limitaciones físicas, ...) por lo que la simulación por ordenador es, en estos casos, la única herramienta disponible.

Simulación: Aplicaciones al Diseño de Embarcaciones de Recreo y Competición Diseño estructural Cálculo de casco Cálculo de detalles constructivos Cálculo de apéndices Cálculo de velas Análisis de fenómenos de impacto Simulación fluidodinámica Cálculo de resistencia y fuerzas de sustentación de casco y apéndices Análisis de fenómenos locales Cálculo del empuje de las velas Diseño del perfil del mástil Análisis del comportamiento en la mar Sistemas de predicción de velocidad (VPP)

Copa América: Diseño hidrodinámico de casco y apéndices A continuación se presenta el primer ejemplo de aplicación de las técnicas de simulación en el diseño de embarcaciones de competición. En concreto, el diseño hidrodinámico de un velero Copa América. La utilización de herramientas de simulación hidrodinámica en el proyecto de embarcaciones de competición es universal. A modo de ejemplo, el referido programa Tdyn está siendo utilizado por los equipos Alinghi y GBR, participantes en la actual edición de esta competición (y clasificados para la siguiente ronda) en sus respectivos proyectos, para el diseño hidrodinámico de casco y apéndices. Lamentablemente, por razones de confidencialidad, los resultados de estos ensayos no pueden mostrarse, y por ello presentaremos una serie de resultados correspondientes al velero Rioja de España. Estos resultados son similares a los utilizados por los mencionados equipos Alinghi y GBR, en sus respectivos proyectos. Image © Rick Tomlinson

Cálculo de la resistencia al avance en condiciones definidas de velocidad, escora y deriva. Mapas de presión y velocidad obtenidos.

Copa América: Diseño hidrodinámico de casco y apéndices

MP Yacht Design: Diseño estructural de una embarcación planeadora Vedette 16: L = 16 m, V = 60 Kn Aplicación al diseño estructural de una embarcación planeadora, que está siendo desarrollada por la empresa MP yacht design. Esta embarcación desarrollará los 60 Kn y por lo tanto es previsible que sufra tremendos pantocazos en su operación. Se presentan imágenes de los datos de entrada y resultados de un análisis estructural, ante una carga de impacto por pantocazo, obtenidos mediante el programa RamSeries (ver http://www.compassis.com).

MP Yacht Design: Diseño estructural de una embarcación planeadora El cálculo estructural es estos casos requiere de una estimación de las cargas de impacto que se producen. Para ello pueden llevarse a cabo simulaciones numéricas de este tipo de fenómenos.

FNB-QUANTUM: Análisis de la interacción casco-velas El proyecto de las velas, es también un ejemplo de la aplicación de técnicas de simulación por ordenador en el proyecto de embarcaciones de competición. En este caso se presenta el análisis de diferentes configuraciones de velas desarrolladas por la empresa Quantum, dispuestas sobre el casco de un velero open 6.5, diseñado por la Facultad de Náutica de Barcelona.

Nautatec: Optimización del acuerdo casco-quilla en un crucero de vela IMS 40’ Se presenta un ejemplo de optimización del acuerdo casco quilla. Para ello se eligieron dos configuraciones que fueron estudiadas en los siguientes rangos de funcionamiento: Rango de escoras: 0º a 30º Rango de velocidades: 5 a 9 nudos Rango de derivas: 0º a 5º Se analizaron los siguientes resultados, para seleccionar la mejor alternativa: Resistencia al avance total y de apéndices Sustentación lateral total y de apéndices Observación de líneas de corriente Turbulencia generada en la salida del perfil de la quilla

Nautatec: Catamarán turístico de vela 79’ El ejemplo que se presenta a continuación consiste en la optimización del diseño de un catamarán turístico de vela de 79’, diseñado por la empresa Nautatec. El trabajo se enfocó a la selección de la mejor configuración de la distancia entre cascos, para lo cual se consideraron las alternativas de 10.1 m, 9.1 m y 8.1 m, en el rango de velocidades de 8 a 28 nudos y un rango de derivas de 0º a 5º. Para la selección de la mejor alternativa, se tuvieron en cuenta los siguientes resultados del análisis: Resistencia al avance total y de apéndices Sustentación lateral total y de apéndices Resistencia viscosa total y de apéndices Resistencia de presión total y de apéndices

Nautatec: Catamarán turístico de vela 79’

IZAR San Fernando: Análisis de una toma de mar de un yate de alta velocidad Lpp=32m V~70Kn Ejemplo de la simulación del flujo de agua alrededor de la toma de mar de un yate de alta velocidad (Lpp = 32m y V ~ 70 Kn). El trabajo realizado consistió en valorar el funcionamiento de diferentes configuraciones de la entrada de agua en la toma, para evitar los fenómenos de cavitación y descebamiento de la bomba de aspiración.

Conclusiones La simulación por ordenador es hoy en día una herramienta imprescindible como soporte al diseño de embarcaciones de competición Su uso está asimismo muy extendido en aquellos proyectos que tienen unas especiales exigencias en cuanto a su comportamiento u operación Estas herramientas permiten al ingeniero comparar diferentes alternativas de diseño en las diferentes fases del proyecto Asimismo, mediante el uso de estas herramientas, es posible conocer - estudiar – predecir el desarrollo de ciertos fenómenos cuyo análisis experimental es muy complejo

Para más información ... http://www.compassis.com http://www.compassis.com/productos/tdyn/descargar http://www.compassis.com/productos/ramseries/descargar