Simulación dinámica de buques

Estudio del calado yámico de los buques en condiciones ambientales constantes

Empresa

i4sea

Actividad

Partners

ITMATI

Reto

La empresa i4sea quería mejorar su herramienta de consultoría portuaria llamada i4cast, ofreciendo a sus clientes información útil con el fin de hacer las operaciones portuarias más seguras, más eficientes y, por lo tanto, más rentables. Para ello, nuestro socio ITMATI desarrolló una herramienta informática que permite calcular el calado dinámico de los buques en condiciones ambientales constantes en aguas poco profundas, como las zonas portuarias. Bajo ciertas condiciones conocidas de fondo marino, batimetría, viento, etc., el calado dinámico se ha obtenido como resultado del cálculo de los RAO (“Response Amplitude Operators”) para todo un rango de frecuencias de interés. De esta manera, en ciertos puntos de interés del buque, como la perpendicular de proa y la perpendicular de popa, se ha calculado su máximo desplazamiento vertical, así como el calado crítico, que indica la altura de la columna de agua mínima para que el buque pueda navegar sin ser obstruido por el fondo marino.

Solución

En esta herramienta de software se pueden identificar dos etapas de cálculo que se pueden utilizar de forma independiente, el cálculo de la posición de equilibrio y el cálculo del comportamiento hidrodinámico de la nave. Para realizar estos cálculos de forma robusta y eficiente para cualquier tipo de casco de barco, también se ha diseñado una metodología robusta para engranar la parte del casco del barco sumergido y el fluido circundante donde las olas se propagan a su alrededor. Esta etapa de preprocesamiento de las geometrías del casco y su correspondiente mallado se ha implementado utilizando los códigos de software libre Gmsh (http://gmsh.info/ ) y Salomé (https://www.salome-platform.org/ ).

Posición de equilibrio

En esta parte, la posición de equilibrio de la nave se calcula sin tener en cuenta la interacción de las olas de la superficie del agua con la nave. Este cálculo puede hacerse sin tener en cuenta las condiciones ambientales (equilibrio hidrostático), o bien introduciendo el efecto de viento y el efecto de sentadilla producido por la velocidad de la corriente marina y el debido a la velocidad del propio barco.

Comportamiento hidrodinámico

Tomando como referencia la posición de equilibrio calculada previamente, la onda se añade con un espectro de frecuencia determinado y se asume como dato. De esta manera, los movimientos de traslación y rotación se calculan con respecto a los ejes iniciales del buque. A partir de la caracterización dinámica del buque (mediante el cálculo de los RAO), se obtiene el calado dinámico del buque teniendo en cuenta la frecuencia y la amplitud de las olas incidentes que configuran el mar de fondo en el que navega el buque. Las dos etapas de cálculo de la posición de equilibrio y el comportamiento dinámico del buque se desarrollan bajo el paradigma del uso intensivo de software libre, basado en su implementación en una programación orientada a objetos utilizando Python (https://www.python.org/), y utilizando la biblioteca de elementos finitos (FEniCS https://fenicsproject.org/).

Impacto y resultados

Gracias a estos desarrollos, la plataforma i4cast ha mejorado su capacidad y ha permitido posicionarse ventajosamente sobre sus competidores, ofreciendo a sus clientes información útil con el objetivo de hacer que las operaciones portuarias sean más seguras, más eficientes y, por lo tanto, más rentables.

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