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Modelo de barco de cuenca

Modelo de Emma Mærsk en fase de pruebas en un estanque de modelos de barcos

Una cuenca de modelismo naval es una cuenca o tanque que se utiliza para realizar pruebas hidrodinámicas con modelos de barcos , con el fin de diseñar un barco nuevo (de tamaño real) o perfeccionar el diseño de un barco para mejorar su rendimiento en el mar. También puede referirse a la organización (a menudo una empresa) que posee y opera dicha instalación.

Una empresa de ingeniería actúa como contratista de los astilleros pertinentes y proporciona pruebas de modelos hidrodinámicos y cálculos numéricos para respaldar el diseño y desarrollo de barcos y estructuras marinas.

Historia

Modelos de cascos de 12 pies utilizados por William Froude en pruebas de estabilidad a escala, en exhibición en el Museo de Ciencias
Modelo experimental de cuenca de EE. UU., alrededor de 1900

El eminente ingeniero inglés William Froude publicó una serie de artículos influyentes sobre diseños de barcos para maximizar la estabilidad en la década de 1860. La Institución de Arquitectos Navales finalmente le encargó que identificara la forma de casco más eficiente. Validó sus modelos teóricos con extensas pruebas empíricas, utilizando modelos a escala para las diferentes dimensiones del casco. Estableció una fórmula (ahora conocida como el número de Froude ) por la cual los resultados de las pruebas a pequeña escala podrían usarse para predecir el comportamiento de los cascos de tamaño real. Construyó una secuencia de modelos a escala de 3, 6 y (mostrado en la imagen) 12 pies y los usó en pruebas de remolque para establecer leyes de resistencia y escala. Sus experimentos fueron reivindicados más tarde en pruebas a escala real realizadas por el Almirantazgo y, como resultado, se construyó el primer dique de modelos de barcos, a expensas del público, en su casa de Torquay . Aquí pudo combinar la experiencia matemática con la experimentación práctica con tan buenos resultados que sus métodos todavía se siguen hoy en día. [1]

El tanque Denny, el primer tanque de pruebas comercial del mundo.
El tanque Denny , el primer tanque de pruebas comercial del mundo.

Inspirada por el exitoso trabajo de Froude, la empresa de construcción naval William Denny and Brothers completó el primer ejemplo comercial del mundo de una dársena para maquetas de barcos en 1883. La instalación se utilizó para probar modelos de una variedad de embarcaciones y explorar varios métodos de propulsión, incluidas hélices, paletas y ruedas de paletas. Se llevaron a cabo experimentos en modelos de los estabilizadores Denny-Brown y el aerodeslizador Denny para evaluar su viabilidad. El personal de Tank también realizó investigaciones y experimentos para otras empresas: Harland & Wolff, con sede en Belfast, decidió colocar una proa bulbosa en el transatlántico Canberra después de las exitosas pruebas de modelos en el Denny Tank. [2]

Instalaciones de prueba

Las instalaciones de pruebas hidrodinámicas presentes en un emplazamiento de dársena modelo incluyen al menos un tanque de remolque y un túnel de cavitación y talleres. Algunas dársenas de modelos de barcos cuentan con instalaciones adicionales, como una dársena de maniobras y navegación y un tanque de hielo .

Tanque de remolque

El Ocean Towing Tank, con instalaciones para remolcar y generar olas, en el University College de Londres
Un modelo que se está probando en el tanque de remolque de la Universidad de Newcastle.
Túnel de cavitación del Versuchsanstalt für Wasserbau und Schiffbau en Berlín
Hélice cavitante en un experimento de túnel de agua en la cuenca modelo David Taylor

Un tanque de remolque es una dársena de varios metros de ancho y cientos de metros de largo, equipada con un carro de remolque que se desplaza sobre dos raíles a cada lado. El carro de remolque puede remolcar el modelo o seguir al modelo autopropulsado, y está equipado con ordenadores y dispositivos para registrar o controlar, respectivamente, variables como velocidad, empuje y par de la hélice, ángulo de timón, etc. El tanque de remolque sirve para realizar pruebas de resistencia y propulsión con modelos de barcos remolcados y autopropulsados ​​para determinar cuánta potencia deberá proporcionar el motor para alcanzar la velocidad establecida en el contrato entre el astillero y el armador. El tanque de remolque también sirve para determinar el comportamiento de maniobra a escala del modelo. Para ello, el modelo autopropulsado se expone a una serie de maniobras en zigzag con diferentes amplitudes de ángulo de timón. El posprocesamiento de los datos de prueba mediante identificación de sistemas da como resultado un modelo numérico para simular cualquier otra maniobra como la prueba de espiral de Dieudonné o círculos de giro. Además, un tanque de remolque puede estar equipado con un PMM ( mecanismo de movimiento planar ) o un CPMC (carro de movimiento planar computarizado) para medir las fuerzas y momentos hidrodinámicos en barcos u objetos sumergidos bajo la influencia de la entrada oblicua y movimientos forzados. El tanque de remolque también puede estar equipado con un generador de olas para llevar a cabo pruebas de comportamiento en el mar, ya sea simulando olas naturales (irregulares) o exponiendo el modelo a un paquete de olas que produce un conjunto de estadísticas conocidas como operadores de amplitud de respuesta (acrónimo RAO ), que determinan el probable comportamiento en alta mar en la vida real del barco cuando opera en mares con amplitudes y frecuencias de olas variables (estos parámetros se conocen como estados del mar ). Las instalaciones de prueba de comportamiento en el mar modernas pueden determinar estas estadísticas RAO, con la ayuda de hardware y software informáticos adecuados, en una sola prueba.

Túnel de cavitación

Para el estudio de las hélices se utiliza un túnel de cavitación . Se trata de un circuito vertical de agua con tuberías de gran diámetro. En la parte superior se encuentran los equipos de medición. Se establece una entrada paralela. Con o sin modelo de barco, la hélice, unida a un dinamómetro , se introduce en la entrada y se mide su empuje y par en diferentes relaciones entre la velocidad de la hélice (número de revoluciones) y la velocidad de entrada. Un estroboscopio sincronizado con la velocidad de la hélice sirve para visualizar la cavitación como si la burbuja de cavitación no se moviera. De esta forma, se puede observar si la hélice se dañaría por cavitación. Para garantizar la similitud con la hélice a escala real, se reduce la presión y se controla el contenido de gas del agua.

Talleres

Los talleres de modelismo naval fabrican sus modelos de barco en madera o parafina con una fresadora computerizada . Algunos de ellos también fabrican sus hélices. El equipamiento de los modelos de barco con todos los mecanismos y calibres y la fabricación de equipos para ensayos de modelos no estándar son las principales tareas de los talleres.

Dársena de maniobras y navegación

Se trata de una instalación de pruebas lo suficientemente amplia como para investigar ángulos arbitrarios entre las olas y el modelo del barco, y para realizar maniobras como círculos de giro, para los que el tanque de remolque es demasiado estrecho. Sin embargo, algunas maniobras importantes, como la prueba en espiral, aún requieren más espacio y aún deben simularse numéricamente después de la identificación del sistema.

Tanque de hielo

En el desarrollo de buques rompehielos se utiliza un tanque de hielo , que cumple funciones similares a las del tanque de remolque para buques de aguas abiertas. La resistencia y la potencia del motor requerida, así como el comportamiento de maniobra, se determinan en función del espesor del hielo. También se pueden determinar las fuerzas del hielo sobre las estructuras marinas. Las capas de hielo se congelan con un procedimiento especial para reducir la escala de los cristales de hielo a escala de modelo.

Software

Además, estas empresas o autoridades disponen de software CFD y experiencia para simular numéricamente el complicado flujo alrededor de los buques y sus timones y hélices. El estado actual de la técnica aún no permite que el software sustituya en su totalidad los ensayos de modelos por cálculos CFD. Una razón, pero no la única, es que la elementación sigue siendo cara. También el diseño de líneas de algunos de los buques lo llevan a cabo los especialistas de la cuenca de modelismo naval, ya sea desde el principio o optimizando el diseño inicial obtenido del astillero. Lo mismo se aplica al diseño de las hélices.

Ejemplos

Las cuencas de modelos de barcos en todo el mundo están organizadas en la ITTC [3] (Conferencia Internacional de Tanques de Remolque) para estandarizar sus procedimientos de prueba de modelos.

Algunas de las cuencas de modelismo naval más significativas son:

Referencias

  1. ^ Brown, David K. (2006). El camino de un barco en medio del mar: la vida y la obra de William Froude. Penzance: Periscope Publishing. pág. 143. ISBN 1-904381-40-5.
  2. ^ "La revolución científica y de gestión en la construcción naval en los "Two Clydes", 1880-1900" (PDF) . The Nautical Research Guild. Verano de 2013.
  3. ^ "Inicio". ittc.sname.org .
  4. ^ Cruzando la barrera. Una historia oral de las industrias británicas de construcción naval, reparación de barcos y construcción de motores marinos en la era de la decadencia, 1956-1990 . Liverpool University Press. 2017. p. 33. ISBN 9781786948847.
  5. ^ "CMRT: CWPRS". cwprs.gov.in .
  6. ^ "Océano SINTEF". SINTEF . 30 de noviembre de 2023.
  7. ^ "Bienvenido a Wolfson Unit - Consultores del sector de aerodinámica marina e industrial | Wolfson Unit MTIA". www.wolfsonunit.co.uk .
  8. ^ "Acerca de nosotros - NRC-IOT". 11 de octubre de 2007. Archivado desde el original el 11 de octubre de 2007.
  9. ^ "Tecnología FORCE". forcetechnology.com .
  10. ^ "Bienvenido a SSPA". www.sspa.se .
  11. ^ "IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas". www.ipt.br (en portugués) . Consultado el 5 de abril de 2023 .
  12. ^ "IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas". www.ipt.br. ​Consultado el 5 de abril de 2023 .
  13. ^ "Instituto de Investigación Marítima de los Países Bajos | MARIN". www.marin.nl .
  14. ^ "CNR - INSEAN | Insean.CNR.it". Archivado desde el original el 15 de enero de 2020. Consultado el 23 de mayo de 2014 .
  15. ^ "Dipartimento di Ingegneria Industriale - DII - Università degli Studi di Napoli Federico II". www.dii.unina.it .
  16. ^ "Schiffbau-Versuchsanstalt Potsdam GmbH". 1 de junio de 2015.
  17. ^ "Inicio". hsva.de .
  18. ^ "Cadre". 10 de febrero de 2006. Archivado desde el original el 10 de febrero de 2006.
  19. ^ "Cehipar". Cehipar .
  20. ^ "Inicio". Centrum Techniki Okrętowej SA .
  21. ^ "La Instalación | FloWave". 25 de agosto de 2014. Archivado desde el original el 25 de agosto de 2014.
  22. ^ "Instalaciones de investigación | Instituto Nacional de Investigación Marítima. Sitio oficial". www.nmri.go.jp .
  23. ^ "cssrc-Inicio". www.cssrc.com .

Enlaces externos