Conferencia Ocean Chile. Diseño estructural conceptual del buque tipo OPV de Segunda generación Armada Republica de Colombia

Transcripción

1 Conferencia Ocean Chile Diseño estructural conceptual del buque tipo OPV de Segunda generación Armada Republica de Colombia Valdivia, Chile Diciembre 2016

2 AGENDA 1. Fases del Diseño 2. Principios del diseño 3. Resumen de Características Principales 4. Análisis cota de clasificación 5. Comparación aceros para construcción Naval 6. Comparación distancia entre refuerzos 7. Escantillonado reglamento LR-Naval 8. Conclusiones

3 FASES DEL DISEÑO DISEÑO BASICO CONCEPTUAL INGENIERIA DE PRODUCTO E D Diseño Conceptual PRELIMINAR Permite especificar requerimientos del Armador en términos de la misión y principales atributos de desempeño para la embarcación, reflejando equilibrio entre la efectividad, costo y riesgo. Esta se realiza desde la exploración de conceptos hasta el desarrollo del concepto seleccionado. Diseño Preliminar Permite validar requerimientos principales y desarrollar secundarios. Se establece el tamaño de la embarcación y su configuración general a partir de un balance entre los diferentes requerimientos, así como el dimensionamiento de los principales sistemas que aportan a su vida útil orientados a la producción del buque, se cuantifica su desempeño y se reducen o eliminan riesgos técnicos, de costo y tiempo. Diseño Contractual Permite discutir, negociar y acordar detalle a detalle la especificación, planos, materiales y estrategia constructiva, los cuales son aspectos que servirán de soporte al contrato de construcción y regirán la producción y entrega de la embarcación. CONTRACTUAL FUNCIONAL Diseño de Funcional Ingeniería de Transición Ingeniería de Taller TRANSICIÓN TALLER PRE-CONTRACTUAL POST-CONTRACTUAL PRODUCCIÓN Define la embarcación a un nivel funcional con base en información de etapas iniciales de diseño, estrategia constructiva y estándares del astillero. Todos los cálculos, configuraciones y decisiones de diseño pendiente son terminadas, particularmente aquellas que dependen del proyecto de clasificación de planos y aprobación del armador; obteniendo así información relevante para construcción y compras, principalmente para equipos que requieren altos tiempos de producción y materiales (ej. Aceros, motores) requeridos para inicio de construcción. Toda la información de diseño para cada uno de los sistemas SWBS que conforman la embarcación; es coordinada, orientada y asignada en una maqueta electrónica al conjunto de zonas y bloques PWBS definidos en la estrategia constructiva. Toda la información requerida para la conformación de partes (CNC), así como planos e instructivos de trabajo para instalación de los diferentes sistemas y ayudas a la producción son elaboradas para cada una de las zonas.

4 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DIMENSIONES PRINCIPALES ESLORA TOTAL 93 m MANGA TOTAL 14.0 m CALADO 4.1 m DESPLAZAMIENTO 2550 Ton DESEMPEÑO VELOCIDAD nudos ALCANCE MN TRIPULACIÓN Pax BOTE INTERCEPTOR Apostol HELO Mediano

5 PRINCIPIOS DEL DISEÑO Con base en experiencia (OPV I/II/III) Operación en escenarios internacionales Capaz de incorporar tecnologías futuras Diseño flexible Orientado a la producción Costo reducido Largo ciclo de vida

6 ANÁLISIS COTA DE CLASIFICACIÓN Obtener cota de clasificación similar a OPV 80 BUQUE OPV80 OPVMKII Casa clasificadora GL LR Cota de clasificación 100-N5-AUX-NH Patrol Boat, OPV 100-A1-NS3-OPV-SA1-AIR- RAS(AV)-LMC-IBS Tipo de buque Naval auxiliar Naval auxiliar Escantillonado Comercial Naval Área de servicio Sin restricciones Sin restricciones Propuesta clasificación: Maquinaria IBS Cubierta de vuelo RAS

7 ANÁLISIS COTA DE CLASIFICACIÓN Cota de clasificación GL SÍMBOLO SIGNIFICADO Buque nuevo construido bajo supervisión Casa clasificadora. 100 El buque cumple 100% con los requerimientos de escantillonado. N5 Buque naval aprobado por 5 años. AUX-NH Buque Auxiliar casco Naval. Patrol Boat Buque tipo Patrullero OPV Buque tipo OPV

8 ANÁLISIS COTA DE CLASIFICACIÓN Cota de clasificación LR SÍMBOLO SIGNIFICADO Buque nuevo construido bajo supervisión Casa clasificadora. 100 Buque para navegación en mar abierto. A Casco aprobado por Casa Clasificadora. 1 Buque con sistema de fondeo. NS3 OPV SA1 AIR RAS (AV) LMC IBS Clasificado con reglamento naval buque tipo NS3 Buque tipo OPV Área de servicio sin restricciones Buque apto para operaciones aéreas Reaprovisionamiento de líquidos y solidos (RAS, FAS, VERTREP) Sistema de propulsión y maquinaria principal supervisada por casa clasificadora. Sistema de puente integrado

9 COMPARACIÓN ACEROS Comparación uso acero alta resistencia (AH 36) con acero naval (A131), en cubierta principal Propiedad Mecánica Acero A 131 Acero AH36 E (N/mm 2 ) σ s (N/mm 2 ) σ u (N/mm 2 )

10 COMPARACIÓN ACEROS Comparación uso acero alta resistencia (AH 36) con acero naval (A131), en cubierta principal t e = t p + A w (sec. stiff ) s + A w (prim. stiff ) l + A w (prim. long. stiff ) 5s Special Service Craft Naval Naval / SSC Tipo de Acero t e (mm) t e (mm) % A131 5,07 5,31 5% AH36 4,58 4,64 1% AH36 / A131 10% 13% 9% Referencia: Okumoto, Y. Design of Ship Hull Structures, A practical guide for engineers. Springer

11 DECK SIDE BOTTOM COMPARACIÓN DISTANCIA ENTRE REFUERZOS Se analizó la variación del área, inercia y módulo de sección requeridos por las reglas de clasificación SSC y LR-Naval, variando el valor s en fondo, costado y cubierta principal. s = 300,400 y 500 mm, Special Service Craft Naval s mm l mm t e mm A e cm 2 t e mm A e cm ,4 84,2 7,5 74, ,5 105,3 8,4 84, ,6 126,4 10,2 101, ,1 18,2 6,1 18, ,3 21,9 6,2 18, ,8 26,5 6,3 18, ,0 35,3 5,3 36, ,1 35,5 5,3 37, ,1 35,7 5,4 37,6

12 COMPARACIÓN DISTANCIA ENTRE REFUERZOS Se analizó la variación del área, inercia y módulo de sección requeridos por las reglas de clasificación SSC y LR-Naval, variando el valor s en fondo, costado y cubierta principal. s = 300,400 y 500 mm, s (mm) A e (SSC) cm 2 A e (Naval) cm 2 Naval/SSC ,7 129,8-6% ,7 140,0-14% ,6 158,3-16%

13 ESCANTILLONADO Definición estructural Se desarrolla una hoja de cálculo basada en las reglas LR-Naval. Se divide el buque en 4 zonas básicas: popa, centro, proa y superestructura; cada una de ellas están divididas a su vez se dividen en 3 subzonas: I, II y III POPA CENTRO PROA SUPERESTRUCTURA I II III I II III I II III I II III M01 - FR05 M03 - FR25 M04 - FR33 M05 - FR53 M07 - FR85 M07 - FR85 M08- FR97 M10 - FR121 M11 - FR131 M05 - FR53 M07 - FR85 M07 - FR85

14 ESCANTILLONADO Definición de materiales Se listan las propiedades mecánicas relevantes empleadas en el cálculo de escantillones Propiedad / Material A 131 AW 6082 AW 5083 E (N/mm 2 ) σ s (N/mm 2 ) σ u (N/mm 2 ) Configuración estructural Se define un panel que contenga refuerzos secundarios, refuerzos transversales primarios y refuerzos longitudinales primarios, con sus respectivos espaciamientos Refuerzos Long. secundarios Refuerzos Trans. Primarios Refuerzos Long. Primarios s(mm) l (m) s (mm) l (m) s (mm) l (m) 400 1, ,2

15 ESCANTILLONADO Cálculo de espesor y módulo de sección mínimo para perfiles De acuerdo a las fórmulas del reglamento LR-Naval, adopta para el cálculo de espesor y requerimientos mecánicos para los perfiles y sus planchas asociadas. Se presentan como referencia los cálculos para el panel del fondo para la zona II del centro Fondo A w ( cm 2 ) Z (cm 3 ) I (cm 4 ) tp (mm) Planchaje de Fondo 5,65 Refuerzos Long. Secundarios 2,0 28,3 83,1 Refuerzos Trans. Primarios 7,4 106,2 380,3 Refuerzos Long. Primarios 22,1 764,9 380,3

16 ESCANTILLONADO Cubierta principal Cuaderna Maestra Corte en LC

17 CONCLUSIONES El reglamento naval es mas exigente en cubierta expuestas y forro exterior del casco, este aumento asegura o aumenta la resistencia del buque aun en escenarios de daño. En zonas donde no se prevé que el buque pueda recibir castigo el reglamento naval es menos exigente, por ejemplo cubiertas interiores, mamparos doble fondo, etc. Es ahí donde este reglamento disminuye pesos con respeto al reglamento SSC. Emplear un material con mejores propiedades mecánicas presupone escantillones de menor tamaño, se obtiene una reducción del 10% para el reglamento LR-SSC y del 13% para el reglamento LR-Naval. Ventaja: disminución de pesos Desventajas: aumento de costos en construcción y mantenimiento Se requiere mayor cantidad material mientras más grande es el espacio sin soportar, la decisión del espaciamiento de refuerzos debe evaluarse también desde el punto de vista de diseño estructural orientado hacia la producción del buque y también el costo beneficio entre horas hombre Vs. Disminución de espacios entre refuerzos.

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20 SOMOS PODER NAVAL SOMOS PATRIMONIO NACIONAL