La arquitectura naval , o ingeniería naval , es una disciplina de ingeniería que incorpora elementos de ingeniería mecánica, eléctrica, electrónica, de software y de seguridad aplicada al proceso de diseño de ingeniería , construcción naval , mantenimiento y operación de embarcaciones y estructuras marinas. [1] [2] La arquitectura naval implica investigación, diseño, desarrollo, evaluación del diseño (clasificación) y cálculos básicos y aplicados durante todas las etapas de la vida de un vehículo marino. Las principales actividades involucradas son el diseño preliminar del buque, su diseño de detalle, construcción , pruebas , operación y mantenimiento, botadura y dique seco . Los cálculos del diseño del buque también se requieren para los buques que se modifican (mediante conversión, reconstrucción, modernización o reparación ). La arquitectura naval también implica la formulación de normas de seguridad y reglas de control de daños y la aprobación y certificación de diseños de buques para cumplir con requisitos legales y no legales.
La palabra "buque" incluye todas las descripciones de embarcaciones , principalmente barcos y embarcaciones , pero también incluye embarcaciones sin desplazamiento, embarcaciones WIG e hidroaviones , utilizadas o susceptibles de ser utilizadas como medio de transporte sobre el agua . [3] Los principales elementos de la arquitectura naval se detallan en las siguientes secciones. [4]
La hidrostática se refiere a las condiciones a las que está sometido el buque mientras está en reposo en el agua y a su capacidad para permanecer a flote. Esto implica calcular la flotabilidad , el desplazamiento y otras propiedades hidrostáticas como el asiento (la medida de la inclinación longitudinal de la embarcación) y la estabilidad (la capacidad de una embarcación para restaurarse a una posición vertical después de haber sido inclinada por el viento, el mar o la carga). condiciones). [5]
Mientras que encima de una superficie líquida un cuerpo flotante tiene 6 grados de libertad en sus movimientos, estos se clasifican en traslación o rotación.
Estabilidad longitudinal para inclinaciones longitudinales, la estabilidad depende de la distancia entre el centro de gravedad y el metacentro longitudinal. En otras palabras, la base sobre la cual el barco mantiene su centro de gravedad es su distancia igualmente separada de la sección de popa y de proa del barco.
Mientras un cuerpo flota sobre una superficie líquida, todavía encuentra la fuerza de la gravedad que lo empuja hacia abajo. Para mantenerse a flote y evitar hundirse existe una fuerza opuesta que actúa contra el cuerpo conocida como presiones hidrostáticas. Las fuerzas que actúan sobre el cuerpo deben ser de la misma magnitud y la misma línea de movimiento para mantener el cuerpo en equilibrio. Esta descripción del equilibrio sólo está presente cuando un cuerpo que flota libremente está en agua tranquila, cuando están presentes otras condiciones cuya magnitud estas fuerzas cambian drásticamente creando el movimiento de balanceo del cuerpo. [6]
La fuerza de flotación es igual al peso del cuerpo, es decir, la masa del cuerpo es igual a la masa del agua desplazada por el cuerpo. Esto agrega una fuerza hacia arriba al cuerpo por la cantidad de área de superficie multiplicada por el área desplazada para crear un equilibrio entre la superficie del cuerpo y la superficie del agua.
La estabilidad de un barco en la mayoría de las condiciones es capaz de superar cualquier forma de restricción o resistencia encontrada en mares agitados; sin embargo, los barcos tienen características de balanceo indeseables cuando el equilibrio de las oscilaciones en el balanceo es dos veces mayor que el de las oscilaciones en el movimiento vertical, lo que provoca que el barco vuelque. [7]
Las estructuras implican la selección del material de construcción, el análisis estructural de la resistencia global y local de la embarcación, la vibración de los componentes estructurales y las respuestas estructurales de la embarcación durante los movimientos en alta mar . Dependiendo del tipo de barco, la estructura y el diseño variarán en cuanto a qué material utilizar y en qué cantidad. Algunos barcos están hechos de plástico reforzado con vidrio, pero la gran mayoría son de acero y posiblemente algo de aluminio en la superestructura. [6]
La estructura completa de la nave está diseñada con paneles de forma rectangular formados por chapas de acero apoyadas en cuatro bordes. Combinadas en una gran superficie, las parrillas crean el casco del barco , la cubierta y los mamparos, al mismo tiempo que brindan apoyo mutuo a las cuadernas. Aunque la estructura del barco es lo suficientemente resistente como para mantenerse unida, la fuerza principal que tiene que superar es la flexión longitudinal que crea una tensión contra el casco, su estructura debe diseñarse de manera que el material quede lo más adelante y atrás posible. [6]
Los principales elementos longitudinales son la cubierta, el revestimiento de la carcasa, el fondo interior, todos ellos en forma de rejas, y estiramientos longitudinales adicionales a estos. Las dimensiones del barco son para crear suficiente espacio entre los refuerzos para evitar el pandeo. Los buques de guerra han utilizado un sistema longitudinal de refuerzo que han adoptado muchos buques comerciales modernos. Este sistema se utilizó ampliamente en los primeros buques mercantes, como el SS Great Eastern , pero luego pasó a la estructura de marco transversal, otro concepto en el diseño de cascos de barcos que resultó más práctico. Este sistema se implementó más tarde en buques modernos, como los petroleros, debido a su popularidad y luego se denominó Sistema Isherwood . [6]
La disposición del sistema Isherwood consiste en rigidizar los tableros tanto laterales como inferiores mediante largueros, los mismos están suficientemente separados para que tengan la misma distancia entre ellos que los pórticos y vigas. Este sistema funciona espaciando los largueros que soportan el longitudinal unos 3 o 4 metros, con la gran separación esto provoca la resistencia transversal necesaria al desplazar la cantidad de fuerza que proporcionan los mamparos. [6]
Las disposiciones involucran diseño conceptual , disposición y acceso, protección contra incendios , asignación de espacios, ergonomía y capacidad .
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La construcción depende del material utilizado. Cuando se utiliza acero o aluminio, esto implica soldar las placas y perfiles después de enrollarlos , marcarlos, cortarlos y doblarlos según los dibujos o modelos de diseño estructural , seguido del montaje y lanzamiento . Se utilizan otras técnicas de unión para otros materiales como el plástico reforzado con fibra y el plástico reforzado con vidrio . El proceso de construcción se piensa con cautela teniendo en cuenta todos los factores como la seguridad, la resistencia de la estructura, la hidrodinámica y la disposición del barco. Cada factor considerado presenta una nueva opción para los materiales a considerar, así como la orientación del barco. Cuando se considera la resistencia de la estructura, los actos de colisión del barco se consideran la forma en que se altera la estructura del barco. Por lo tanto, las propiedades de los materiales se consideran cuidadosamente, ya que el material aplicado al barco golpeado tiene propiedades elásticas, la energía absorbida por el barco golpeado se desvía en la dirección opuesta, por lo que ambos barcos pasan por el proceso de rebote para evitar daños mayores. [8]
Tradicionalmente, la arquitectura naval ha sido más un oficio que una ciencia. La idoneidad de la forma de un barco se juzgaba observando un semimodelo de un barco o un prototipo. Las formas desgarbadas o las transiciones abruptas eran mal vistas por considerarlas defectuosas. Esto incluía aparejos, arreglos de la cubierta e incluso accesorios. Se utilizaron descriptores subjetivos como desgarbado , completo y fino como sustituto de los términos más precisos que se utilizan hoy en día. Un barco era, y todavía es, descrito como de forma "justa". El término "justo" pretende denotar no sólo una transición suave de proa a popa sino también una forma que era "correcta". Determinar qué es "correcto" en una situación particular en ausencia de un análisis definitivo que lo respalde abarca el arte de la arquitectura naval hasta el día de hoy.
Las modernas computadoras digitales de bajo costo y el software dedicado, combinados con una extensa investigación para correlacionar datos computacionales y de tanques de remolque a gran escala , han permitido a los arquitectos navales predecir con mayor precisión el rendimiento de un vehículo marino. Estas herramientas se utilizan para estabilidad estática (intacta y dañada), estabilidad dinámica, resistencia, potencia, desarrollo del casco, análisis estructural , modelado de aguas verdes y análisis de portazos. Los datos se comparten periódicamente en conferencias internacionales patrocinadas por RINA , la Sociedad de Arquitectos e Ingenieros Marinos (SNAME) y otros. La dinámica de fluidos computacional se está aplicando para predecir la respuesta de un cuerpo flotante en un mar aleatorio.
Debido a la complejidad asociada con la operación en un entorno marino, la arquitectura naval es un esfuerzo cooperativo entre grupos de personas técnicamente capacitadas que son especialistas en campos particulares, a menudo coordinados por un arquitecto naval líder. [9] Esta complejidad inherente también significa que las herramientas analíticas disponibles están mucho menos evolucionadas que aquellas para diseñar aviones, automóviles e incluso naves espaciales. Esto se debe principalmente a la escasez de datos sobre el entorno en el que debe trabajar el vehículo marino y a la complejidad de la interacción de las olas y el viento en una estructura marina.
Un arquitecto naval es un ingeniero responsable del diseño, clasificación, estudio, construcción y/o reparación de barcos, embarcaciones, otras embarcaciones marinas y estructuras costa afuera, tanto comerciales como militares, que incluyen:
Algunos de estos buques se encuentran entre las estructuras móviles más grandes (como los superpetroleros ), más complejas (como los portaaviones ) y de mayor valor producidas por la humanidad. Suelen ser el método más eficiente para transportar las materias primas y los productos del mundo. La ingeniería moderna a esta escala es esencialmente una actividad de equipo realizada por especialistas en sus respectivos campos y disciplinas. Los arquitectos navales integran estas actividades. Este exigente rol de liderazgo requiere cualidades gerenciales y la capacidad de reunir las demandas, a menudo contradictorias, de las diversas limitaciones de diseño para producir un producto que sea adecuado para el propósito. [10]
Además de esta función de liderazgo, un arquitecto naval también tiene una función especializada para garantizar que se produzca un diseño seguro, económico, ambientalmente racional y apto para navegar . Para llevar a cabo todas estas tareas, un arquitecto naval debe tener conocimientos de muchas ramas de la ingeniería y estar a la vanguardia de las áreas de alta tecnología. Él o ella debe poder utilizar eficazmente los servicios proporcionados por científicos, abogados, contadores y empresarios de diversos tipos.
Los arquitectos navales suelen trabajar para astilleros , propietarios de buques, empresas y consultorías de diseño, fabricantes de equipos, sociedades de clasificación , organismos reguladores ( ley del Almirantazgo ), armadas y gobiernos.
