Como parte de su programa continuo de investigación de las herramientas de la dinámica de fluidos por computadora (CFD) y la contribución que pueden hacer para acelerar el proceso de diseño reduciendo al mismo tiempo los costes, Damen ha estado ejecutando un proyecto llamado ‘Gone with the Wind’ (GWTW). Este proyecto analiza, específicamente, las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre los buques por encima de la línea de flotación, como análisis independiente a los estudios de la CFD que se centran en las interacciones que se producen bajo la línea de flotación.
La investigación de nuevas herramientas evalúa la estabilidad transversal
Lo que se pretende abordar aquí es cumplir los requisitos de la norma 749.18 de la OMI, que se encarga de los criterios relativos a los vientos extremos y a la inclinación resultante. Su objetivo es garantizar que los buques tengan la suficiente estabilidad transversal para resistir un exceso de inclinación cuando soplan vientos extremos. Necesariamente, la normativa generalmente propuesta por las sociedades de clasificación se equivocan en materia de precaución, de forma que cubren todo el espectro de diseños del buque, pero sin embargo, como resultado es difícil que los buques largo y esbeltos cumplan los requisitos de dicha normativa. Esto solo puede lograrse mediante una exhaustiva y costosa experimentación y, por tanto, tiene un efecto directo tanto en el tiempo necesario como en el coste de obtención de la certificación para buques como el monocasco Fast Crew Suppliers (FCS) de Damen y sus variantes.
Desarrollo de una nueva tecnología
Tradicionalmente, cumplir los requisitos de las sociedad de clasificación con las que cumplen estos buques y con las exigencias de la normativa 749.18 ha requerido la recopilación de datos de evaluaciones físicas usando modelos a escala en tanques de remolque y túneles de viento. No obstante, la CFD tiene el potencial de sustituir esto combinando las matemáticas aplicadas, la física y el software computacional para visualizar en un entorno simulado 3D cómo se comportan los buques en una amplia gama de condiciones de viento y olas. El objetivo del proyecto GWTW es desarrollar una metodología de CFD para sustituir las evaluaciones físicas de buques como la gama FCS, y para demostrar que la herramienta es capaz de probar el cumplimiento a satisfacción de las sociedad de clasificación. Al mismo tiempo, para Damen y sus clientes, un resultado de éxito debe proporcionar un ahorro en tiempo y el costes, por lo que la metodología debe también minimizar los costes de computación y el plazo de entrega.
Físico frente a virtual
GWTW está compuesto por dos elementos principales. Damen está desarrollando la metodología CFD en colaboración con el proveedor de código CFD Numeca International, mientras que al mismo tiempo está realizando los ensayos físicos necesarios para validar y verificar los cálculos de la CFD. Las pruebas relativas a la parte aerodinámica del estudio se han realizado en la Universidad de Southampton, Reino Unido, usando un modelo a escala 1:18 del FCS 3307 de Damen. El modelo ha sido evaluado en un túnel de viento usando varios ángulos de rumbo y escora, y también con contenedores a escala en la cubierta posterior y fuera de ella. Mientras tanto, en Países Bajos el software computacional ha sido configurado para reproducir la estructura interna y las condiciones en el túnel de viento de Southampton con un alto grado de precisión. Las simulaciones usando el FCS 3307 se realizaron posteriormente usando dos modelos matemáticos independientes de la CFD, URANS y DES (haga clic aquí para más información, página 3) para determinar su eficacia y compararlos con las conclusiones del programa de pruebas en túnel de viento.
Los resultados hasta ahora
En resumen, el modelo de la CFD reprodujo el experimento del túnel de viento y los equipos del túnel con un elevado grado de precisión en una gama de condiciones simultáneas y logró una buena correlación para las fuerzas y momentos en distintos ángulos de rumbo e inclinación. Actualmente se está trabajando para adaptar esta metodología a una predicción a escala real, donde solo se prevén cambios menores.
Mientras tanto, se están desarrollando actividades paralelamente para realizar la validación de la CFD de la parte relativa a la hidrodinámica del estudio, que completará la demostración de cómo este tipo de buques logra la estabilidad transversal necesaria para resistir una inclinación excesiva en vientos extremos, y para satisfacer las exigencias de la normativa.
El objetivo final del proyecto será presentar todo el procedimiento de evaluación virtual a las sociedades de clasificación para que lo acepten con fines de cumplimiento.
Para ver el documento científico publicado que detalla la metodología y los resultados, haga clic aquí.
