Análisis de la estabilidad de pesqueros en olas regulares de proa

Abstract

Uno de los requisitos fundamentales en el proyecto de todo buque es la capacidad de este para resistir a la zozobra. El análisis tradicional de la estabilidad del buque se basa en la Hidrostática, sin embargo, una gran parte de la vida útil del buque se lleva a cabo en presencia de olas, y ocasionalmente encontrando condiciones ambientales severas. Las olas siempre han sido un problema para el ingeniero naval, pues su responsabilidad es asegurar que el buque sea capaz de realizar todas las funciones en todas las condiciones para las que fue proyectado, no sólo de forma segura y económica, sino también manteniendo un buen control de su rumbo y un buen comportamiento en el mar (seakeeping). En condiciones extremas el buque deberá soportar condiciones dinámicas de tormentas que puedan someterlo a grandes aceleraciones, torsiones y flexiones sin que ocurra falla estructural o zozobra. Luego, una de las grandes preocupaciones del ingeniero naval serán los movimientos del buque en olas. Esta tarea, como es de esperar, es bastante compleja. El movimiento de balance del buque (más conocido en la literatura como su equivalente inglés roll), es el más crítico de todos los movimientos del buque. La zozobra es un fenómeno que por su propia naturaleza involucra movimientos excesivos, principalmente, el de balance. Estos movimientos grandes o excesivos pueden ser causados por diversos factores y situaciones de peligro que los buques pueden encontrar en el mar. Se cree que la zozobra es uno de los fenómenos menos comprendidos en el campo de la teoría de movimientos del buque. A fin de entender los mecanismos de zozobra, debemos ver el buque bajo la óptica del análisis de sistemas dinámicos de múltiples grados de libertad. Del punto de vista tradicional de la estabilidad, que considera el balance como el único grado de libertad relevante, los movimientos verticales del buque, i.e., arfada y cabeceo (más conocidos en la literatura como sus equivalentes ingleses de heave y pitch), no representan ninguna grande amenaza para el capitán de un buque. Sin embargo, es bien sabido que, arfada y cabeceo pueden bajo ciertas circunstancias afectar o estimular el movimiento de balance del buque. A pesar de que ya hace mucho tiempo se sepa que el problema de la estabilidad del balance en olas debe considerarse del punto de vista dinámico en vez del estático, muchos avances se han realizado apenas sobre la base de la estabilidad convencional, que asume el buque parado en aguas tranquilas. El presente trabajo discute la estabilidad de buque como un problema dinámico, y muestra la importancia práctica de este tipo de tratamiento en detrimento del tratamiento puramente estático. Para sustentar esta hipótesis son usados dos buques pesqueros típicos, ya ensayados experimentalmente, que demuestran claramente que a pesar de satisfacer los criterios convencionales que garantizarían su seguridad, están sujetos a grandes movimientos que ponen en peligro su operación y seguridad. Abrimos el presente trabajo con una introducción sobre la estabilidad del buque, haciendo un recuento histórico de los avances que marcaron hitos en esta materia. Luego, se presenta una breve descripción de los mecanismos de zozobra dinámicos más frecuentes observados en diferentes condiciones y tipos de buques, entre los que se encuentra la resonancia paramétrica. Ese capítulo es encerrado con la descripción general de los objetivos, método de trabajo, alcance y limitaciones de la presente tesis. Seguidamente, ya en el Capítulo 2, presentamos formalmente el fenómeno del balance paramétrico, lo describimos del punto de vista físico, analizamos su dinámica y explicamos las condiciones que estimulan su aparición, para finalizar con una descripción histórica de los trabajos más relevantes relativos al fenómeno de la resonancia paramétrica. En el Capítulo 3, presentamos la modelación teórica del fenómeno, comenzando por la descripción general de las ecuaciones que gobiernan los movimientos del buque en olas y los diferentes términos que intervienen en ellas. Posteriormente, estas ecuaciones son particularizadas para el caso del balance paramétrico en olas longitudinales, inclusive presentando las ventajas de la modelación propuesta por el Autor [Rodríguez, 2004] frente a la modelación lineal y a las modelaciones basadas en la modelación clásica de Mathieu. En el Capítulo 4, se muestran los análisis y resultados de la aplicación práctica de la modelación matemática para la predicción numérica de la resonancia paramétrica. Usando dos modelos de cascos típicos de pesqueros es mostrada la importancia del análisis dinámico frente al análisis estático convencional, específicamente en la identificación de comportamientos dinámicos peligrosos como el balance paramétrico. Las simulaciones numéricas presentadas son obtenidas con el código numérico STAB3D – desarrollado e implementado por el Autor con base en la modelación matemática presentada en el Capítulo 3. Finalmente, en el Capítulo 5, son presentadas las conclusiones del presente trabajo, y las respectivas recomendaciones para trabajos futuros.