Diseño y construcción de Catamaranes PRFV

Transcripción

XXII COPINAVAL Buenos Aires-Argentina 2011
Diseño y construcción de Catamaranes PRFV orientado a mayor desempeño y
productividad.- Introduciendo nuevos conceptos en la flota turística de
Galápagos
Roberto Omar Morante Villareal, Ingeniero Naval
Diseñador & Constructor de Embarcaciones
[email protected]
Km. 26 Vía Daule, Guayaquil – Ecuador
Telefono: (593) (8) 4942238
RESUMEN
Desde la década pasada la demanda de catamaranes de turismo en las islas galápagos creció
considerablemente y con ella la construcción naval en Ecuador, lo que origino el desarrollo de
un prototipo que cumplió todos los requerimientos de turismo en las islas. Un reciente análisis
costo-efectividad de la flota existente en cuestión determinó que el prototipo en aquel entonces
pudo mejorarse en cuanto a formas, navegabilidad, velocidad, construcción y costo. Aunque la
infraestructura de construcción y el estado del arte de catamaranes turísticos en el Ecuador no
fueron las más completas en ese entonces, la misma operación de dicha flota permitió ahora
introducir conceptos de diseño orientados a desempeño y a productividad que beneficiaron al
armador con menores tiempos y costos de construcción, y menores costos operativos. Una
recolección de los datos de operación de la flota, experiencias en la construcción, revisiones de
diseños existentes, análisis racionales de todos los sistemas y estados del arte de catamaranes
permitió el desarrollo de modelos costo-efectividad (OMOE-OMOC) que condujeron a una
solución mejorada y que sirvió como base para la construcción del CATAMARAN OCEAN
SPRAY PRFV 34m. El resultado fue el empleo de solo el 84% de las horas-hombre usadas en
construcción de proyectos similares anteriores, se obtuvo un ahorro en el costo final arriba del
11% incluyendo materiales y equipos, se mejoro la velocidad en 1.5 nudos incluso cuando las
dimensiones principales aumentaron 5% en comparación de otros, y la autonomía se incremento
en un 65% permitiendo a este tipo de embarcaciones realizar turismo de 15 días además del
común de 7 días alrededor de las islas. Finalmente, se realizan comparaciones de los
catamaranes representativos incluyendo el OCEAN SPRAY para luego de usar los modelos de
síntesis e implementar sus resultados para sentar las bases para el mejoramiento de las futuras
construcciones de catamaranes en las Islas Galápagos.
ABSTRACT
Since the last decade the continuous use of cruising catamarans around the Galapagos Islands
has grown considerably in harmony with the boatbuilding in Ecuador, which led to the
development of a prototype catamaran fulfillment at all the requirements of cruise inside the
islands. A cost-effective analysis of the existing local catamarans was carried out resulting in
that such prototype could be improved regarding the hull forms, seaworthiness, speed,
construction and cost. Although the outfitting capabilities and the state of the art of cruising
catamarans in Ecuador were not the best, nowadays the catamaran´s operational experience
itself allowed introduce a design with performance and productivity-oriented concepts benefiting
the owner with shorter construction time, lower construction costs and lower operational costs.
A data collection of the fleet itself, past boatbuilding experience, survey of existing designs,
[1]
rational analysis of the boat breakdown structure and a little review of the catamaran´s state of
the art led to the development of a cost-effectiveness model (OMOE-OMOC) and solved it giving
a improved solution as the basis for the GRP CATAMARAN OCEAN SPRAY design and
construction. The results were the employ of just 84% of man-hours used in previous projects
equivalent to a final cost saving above 11% including materials and equipments, 1.5knots higher
even when the main dimensions were increased by 5% compared to others catamarans and the
endurance/autonomy was increased by 65% giving to this boat an added cruising autonomy of
15 days as well the common 7 days around the islands. Finally, this paper include comparisons
of representative catamarans including the OCEAN SPRAY as a result of the feasibility models
and the conclusions for improved future catamarans construction for the Galapagos Islands.
INTRODUCCION
A inicios de la década del 2000, el uso de
catamaranes para los cruceros navegables en
las Islas Galápagos inició con la
construcción de un prototipo que tuvo
muchas ventajas comparado con su
homólogo monocasco debido a que el
confort en habitabilidad llamó mucho la
atención a los armadores. Dicho prototipo
tuvo continuas evoluciones en esa década
basado en las experiencias ganadas de la
tripulación, de constructores, diseñadores y
de armadores que encontraron un nicho de
desarrollo en la construcción de la flota, que
hasta el momento pasan de 10 en número.
Teniendo en cuenta la gran ventaja que
brindan los catamaranes en cuanto a su área
útil en cubiertas, su selección para el sector
turístico y de transporte siempre fue un
acierto en ese momento revelando incluso en
la actualidad que considerando un poco más
a fondo los requerimientos, definiendo un
espacio de diseño y desarrollando modelos
de síntesis para su evaluación, ese prototipo
aún pudo acercarse a una solución de
frontera no dominada dentro del mismo
espacio de diseño; es decir una solución
factible para la cual no existe otra solución
factible, y que además es la mejor en un
atributo objetivo y al menos, la mejor, para
otros atributos objetivos dentro de ese
espacio de diseño, Figura 1Figura 1, y de
este trato racional a la selección del
catamarán optimo para las Islas Galápagos
resulta el OCEAN SPRAY.
Para iniciar el análisis se presupone contar
con una población de diseños generados
aleatoriamente o partir de una población de
diseños existentes que es el caso de la flota
turística de catamaranes y a seguir la
evaluación de dicha población mediante un
modelo de síntesis de las embarcaciones, la
generación de una medida total de
desempeño tomando en cuenta efectividad y
costo, la filtración de los diseños acorde a
capas de dominancia por las restricciones
definidas en el espacio de diseño, el
penalizar diseños como no factibles
asignando probabilidades geométricamente
decrecientes y hasta finalmente el tomar
decisiones de diseños óptimos dentro del
espacio, Figura 2.
En el caso particular del catamarán OCEAN
SPRAY, la metodología de cálculo de la
medida total de efectividad se basó en la
opinión y juicio de armadores, operadores
turísticos y de la tripulación para sintetizar
diversas entradas del modelo como
operación, requerimientos de los cruceros,
experiencia de navegación y experiencia del
autor en diseño y construcción. Así, el
modelo de efectividad desarrollado permitió
cuantificar la efectividad del catamarán
mediante la definición de los cruceros y
servicios a bordo, la efectividad y eficacia
de la estrategia de construcción, y la relación
[2]
funcional entre el catamarán y el sistema de
medida del desempeño (MDD1).
Los requerimientos fueron deliberadamente
invocados a provocar innovación respecto de
los catamaranes anteriores en cuanto a
perfiles y distribución en cubiertas, espacios
amplios y confort en zonas sociales, en
cabinas de pasajeros y en las de tripulación,
autonomía para incrementar el tiempo
navegación al doble, navegabilidad en olas
reduciendo periodo de cabeceo y “slaming”,
mayor velocidad sostenida en olas para
tránsito entre islas del archipiélago y
menores tiempos y costos de construcción.
En este sentido, el autor desarrolló una
metodología racional de evaluación para
generar una solución específica para tales
requerimientos explorando algunas pero no
todas las posibles configuraciones de
alternativas distintas a las empleadas hasta
ese momento para construir y operar los
catamaranes de la flota turística de
Galápagos tales como procesos de análisis
jerárquicos para las valores de desempeño
(PAJ2)i,ii, fronteras de Pareto para filtrar
soluciones
factibles
y
propuestas
tecnológicas de construcción y ensamble en
embarcaciones de materiales compuestos.
Por ello, el presente trabajo describirá
brevemente el abordaje del modelo de
efectividad y costo, y los conceptos
conducentes a construcciones de mayor
productividad y menor costo en estas
embarcaciones.
ABORDAJE DEL PROYECTO
De acuerdo a un estudio de factibilidad y
plan de negocios del armadoriii para el
proyecto del Catamarán Ocean Sprayiv, y
basado en estadísticas de la administración
de las islas Galápagos, existe una demanda
insatisfecha en cuanto a duración del crucero
1
Traducción del Ingles Measure of Performance
MOP
2
Traducción del Ingles Analytical Hierarchical
Process AHP
(mayormente 8 días) y número de pasajeros
en embarcaciones con TRB<500. Dicha
demanda obliga a enfocar la atención en las
capacidades intrínsecas de la embarcación
dada su autonomía y confort para poder
estructurar un modelo de selección racional
de las características optimas acorde a
requerimientos específicos. Por ello, basado
en un itinerario propuesto por el agente
turísticov (Figura 3) y en las exigencias de
confort de los pasajeros desatendidos se
definieron las misiones del proyecto basadas
en el perfil operacional:
1. Crucero entre islas: Basado en el
27% del tiempo de operación de
transito que la embarcación ocupa en
las Islas Galápagos con una
velocidad de crucero al 80% de la
carga de sus motores propulsores
2. Navegación a Dique: Basado en el
máximo recorrido continuo realizado
por la embarcación rumbo a dique y
a un poco mas de 500millas náuticas
de navegación a su máxima
velocidad para aprovechar los
tiempos de mantenimiento y regresar
a operación
3. Tour y Acomodaciones: Basado en el
servicio y confort a bordo como
prioridad y requerimientos de mayor
exigencia durante el 73% del tiempo
de operación de transito.
De acuerdo a la infraestructura de
construcción de catamaranes disponible en
el Ecuador, algunos métodos de laminación
y ensamble de partes de la estructura en
embarcaciones de gran volumen en prfv se
orientaron a alta producción.
Estas
consideraciones fueron en base a la
significativa participación de casi el 53% del
costo total solo en materiales de casco y
estructura, mano de obra de estructura y
herramientas de fabricación de la estructura,
siendo todos estos rubros relevantes al
momento de sumarse con el costo de
propulsión, el de electricidad y el de
[3]
sistemas auxiliares de todo el proyecto en
cuestión.
Por ello, el modelo de costo preparado
asume los rubros distintos a la estructura
como constantes para fines de evaluación en
algún escenario que analice costo de
adquisición, y en escenarios que analicen el
costo del ciclo de vida la propulsión será
tomada en cuenta por el consumo de
combustible, horas de trabajo de motores y
costos fijos que la operación requiera. Por
ello, la justificación de evaluar costos es por
una lado la de un diseño orientado a
construcción y por otro la de un plan de
negocios de una inversión rentable
considerando opciones tecnológicas que
aceleren la disponibilidad de operación en el
turismo en menores tiempos y con
desempeños superiores en navegación.
Efectividad
Soluciones
de frontera
No dominada
Region de
Factibilidad
Soluciones Varias
(No optimas de acuerdo
a modelos de efectividad/costo)
Costo
Figura 1.- Frontera no dominada en un espacio de diseño.
Factible
?
Definir
Espacio
de Diseno
Definir
Poblacion
a Evaluar
Modelo
de Sintesis
Riesgo
Costo
Seleccion
Soluciones
Optimizar
?
Niche
?
Figura 2.- Proceso de Optimización
[4]
Figura 3.- Itinerario 15 días demandado para turismo en Islas Galapagos
MEDIDAS DE EFECTIVIDAD
Con el fin de identificar fortalezas y
debilidades de la flota de catamaranes actual
se recogió información de parte de
armadores y tripulación, de diseños
existentes y de revisión del estado del arte
de embarcaciones multicascos en régimen de
desplazamiento.
El resultado fue la
definición de los grupos de afinidad dentro
de las misiones antes descritas para el
modelo total de evaluación y la definición de
los valores de desempeño y su naturaleza
para valoración (discreta en caso de
opciones tecnológicas de equipos y sistemas,
o continua en caso de medidas numéricas).
Estas son mostradas en la Tabla 1 y se
describen a continuación:
Espacios en cabinas de pasajeros (m3): Esta
medida de desempeño hace referencia a la
demanda de espacio adicional en cabinas de
pasajeros y a la permutación de pasajeros
acorde a preferencias de usuarios cuya edad
media sobrepasa los 40 años con el objeto de
ofrecer mayor confort en habitabilidad.
Espacios en cabinas de tripulación (m3):
Esta medida de desempeño surge con la
intención de asegurar políticas de servicio al
cliente mejorando la satisfacción de la
tripulación con espacios independientes y
agrupados
por
zonas
de
trabajo
(maquinistas, camarería, marinería y
administración)
Cantidad de zonas sociales: Esta medida de
desempeño establece la asignación de zonas
de entretenimientos mínimos acorde al
servicio turístico establecido por las
regulaciones locales en las Islas Galápagos
como son: alistamiento para buceo o paseo
fuera del barco, recepción a embarque y
espera, balcones de cabinas, salón de
reuniones para audio y video, zonas de
comida al interior, zonas de comida al
exterior, zonas de soleo y jacuzzi, zonas de
avistamiento de especies marinas.
Autonomía (kg): Esta medida de desempeño
establece el volumen de espacio para víveres
de pasajeros y tripulación que aseguren una
dotación por días de cruceros.
Alcance (mn): Esta medida de desempeño
establece la capacidad de recorrer millas
náuticas acorde a la capacidad de
almacenamiento de combustible y consumo
de las maquinas propulsoras y grupos de
generación eléctrica.
Velocidad sostenida (nudos): Esta medida
hace referencia a la velocidad que puede
alcanzar la embarcación en olas en las
distintas
situaciones,
influyendo
directamente en los tiempos de descanso de
la tripulación, tiempos de entretenimiento de
los pasajeros, tiempos para abastecimiento
de víveres y horas de operación de motores
y generadores.
[5]
Grupo de
afinidad
Misión
Permanencia
Movilidad
Estrategia de
Construcción
Consumo de
Recursos en
Construcción
Medida de desempeño
Tipo de Medida
de Desempeño
Espacios cabinas
Continua
Espacios servicios
Continua
Cantidad zonas sociales
Discreta
Autonomía
Continua
Alcance
Continua
Velocidad sostenida
Continua
Comportamiento en mar
Continua
Peso de Estructura
Continua
Uso de Moldes de
laminación
Discreta
Montaje y Erección de
partes
Discreta
Mamparos
Discreta
Estrategia de Fabricación
de Moldes
Continua
Estrategia de Laminación
de Casco
Estrategia de Erección de
Cuadernaje
Continua
Continua
Unidad de medida
Volumen total de
acomodación
mínimo/máximo de
cabinas de pasajeros o
tripulantes
Volumen total de
servicio
mínimo/máximo
Cantidad de zonas
sociales independientes
Autonomía en cantidad
víveres mínimo/máximo
Capacidad de recorrido
en millas náuticas
mínimo/máximo
Velocidad en olas a
máxima carga
mínimo/máximo
Ponderaciones de
desempeño por tipos de
formas mínimo/máximo
Cantidad de fibras y
resinas en la
construcción
mínimo/máximo
Moldes hembras de prfv
(configuración
tradicional varios usos)
o Moldes únicos de
madera
Montaje secuencial o
Montaje por bloques
prefabricados
Reforzamiento vertical y
horizontal o
Reforzamiento
Corrugado
HH de fabricación
mínimo/máximo
HH de fabricación
mínimo/máximo
HH de fabricación
mínimo/máximo
Tabla 1.- Medidas de efectividad y costo definidas en el proyecto
[6]
Comportamiento en mar: Esta medida de
desempeño
hace
referencia
al
comportamiento en el mar de catamaranes
asumiéndolos como cuerpos rígidos respecto
a 9 parámetros presentados en la Tabla 2.
Un análisis a 10 tipos de catamaranesvi,
Figura 4, publica las ponderaciones basadas
en dichos 9 parámetros de comportamiento
en el mar y clasifica cada tipo de catamarán
para misiones acorde a requerimientos
específicos.
En este trabajo se toman únicamente las
opciones tecnológicas correspondientes a los
tipos A, B y C a pesar que los restantes
pudieran tener ventajas sobre los 3 primeros
en algunos de los 9 parámetros en cuestión.
Además, la discriminación de los tipos de
catamaranes restantes en este trabajo es
debido a que las ventajas de aquellos son
notorias en regímenes de semiplaneo y
planeo, no siendo este el caso del régimen de
desplazamiento que caracteriza a la flota de
catamaranes
de
Galápagos.
Las
características de los tipos A, B y C son:
A. Cascos
simétricos,
túnel
medianamente alto, codillos agudos,
ángulo de entrada pequeño, astilla
muerta < 12º
B. Cascos simétricos, túnel alto,
pantoque redondo, ángulo de entrada
pequeño, astilla muerta < 8º
C. Cascos asimétricos con codillo a los
exteriores y pantoque redondo a los
interiores de los cascos,
astilla
muerta < 8º, túnel medianamente
alto.
Figura 4.- Formas de Catamaranes
Las ponderaciones normalizadas en función
del mayor desempeño en cada uno de los 9
parámetros también se presentan en la Tabla
2. Por otra parte, resultados de pruebas de
resistencia con modelos en aguas calmasvii
indican que para FnL>=0.75, los cascos con
codillos tienen ventajas sobre los de
pantoque redondo para un amplio rango de
L/B además de las mejoras en estabilidad
dinámica, curso y balance estables. Aun
más notorias son las ventajas de cascos con
codillos sobre los de panque redondo cuando
FnL>=1.75, sin embargo debajo del primer
valor y para operaciones que requieren un
alto porcentaje del tiempo a bajas
velocidades y con velocidad de crucero
limitada por estados de mar, los cascos de
pantoque redondo son favorables debido a
sus características de potencia y alcance.
Por ello, como justificación de la
ponderación aquí tomada en cuenta surge
una nueva recomendación para una
selección conceptual y preliminar de las
formas de casco en catamaranes en este
régimen, esta se presenta en la Figura 5
tomada de vii.
[7]
Parámetro de comportamiento en el
mar
CATAMARAN
TIPO A (62%)
CATAMARAN
TIPO B (77%)
CATAMARAN
TIPO C (90%)
0.29
1.00
0.11
0.33
1.00
0.11
0.83
0.86
0.67
1.00
1.00
1.00
0.11
0.50
1.00
0.56
0.83
0.86
0.83
1.00
0.71
1.00
1.00
1.00
0.25
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1. Low vertical accel – sponsons
2. Low vertical accel – tunnel
3. Inward banking in turns
4. Non-broaching in following sea
5. Non-weaving in quartering sea
6. Resistance to barrel-rolling
7. Load carrying ability
8. Transverse stability
9. Pitch stability
10. Dry ride in small chop
Tabla 2.- Tabla de desempeño en comportamiento en el mar para catamaranes tipo A, B y C i.
Figura 5.- Régimen de operación para cascos con codillos y pantoques redondos (vii)
Peso de Estructura (ton): Esta medida de
desempeño vincula indirectamente la carga
útil del catamarán, resultado de la diferencia
entre el desplazamiento máximo y
desplazamiento
ligero,
este
ultimo
extremadamente influenciado por el
escantillón de la estructura que puede tomar
valores muy conservadores por los factores
de seguridad de normas de clasificación,
valores normales por el abordaje racional del
cálculo estructural y ensamble aislado sin
conexión entre partes (laminado y montaje
[8]
secuencial de panel luego de refuerzos) o
abordaje racional de una sola estructura
monolítica
simulada
también
en
construcción (laminado integrado de panel y
refuerzo al mismo tiempo). Esta medida
considera el método de conexión de partes
en la construcción cuando micro y macromecánicamente la bibliografía (viii, ix & x)
muestra que el esfuerzo ultimo de
compresión y el mecanismo de falla están
íntimamente ligados al sistema matrizrefuerzo (orientación interna, composición y
geometría), observándose que en juntas
donde varias partes convergen (los
parámetros geométricos y la composición
del compuesto son variados independiente
del método de laminación), la propagación
de la falla se vuelve inestable, es decir, no se
puede predecir con niveles de confianza
aceptables cuales serán los factores de
seguridad de la estructura. Esto puede
evitarse simulando laminaciones en erección
(built-up) evitando realizar laminaciones
secundarias luego de curada la resina.
MEDIDAS DE COSTO
Uso de moldes de laminación: Esta medida
de desempeño hace referencia al arranque de
la construcción cuando todos los diseños del
proyecto están listos, fabricando o una
réplica exacta a escala real de la
embarcación o parte de ellaxi (generalmente
en madera, dimensionalmente preciso y con
acabados superficiales adecuados) para
luego copiar las formas exteriores de ese
modelo y construir sobre aquel el molde
hembra para varios usos; o, se fabrican
directamente moldes de un único uso (oneoff) generados con la superficie exterior de
la embarcación o parte de ella (madera,
preciso y superficie adecuada); para al final
laminar en ambos casos las piezas en prfv
con acabados finos.
Las diferencias
significativas entre ellos son los recursos
necesarios para fabricarlos y la cantidad de
usos que se les dé, siendo el primero
efectivo y justificado su elaboración cuando
la producción de piezas sea en serie y sus
formas poco flexibles, y el segundo efectivo
y justificado para producciones limitadas y
de formas muy flexibles. Esta medida de
costo se valora en horas-hombre (HH)
Montaje y erección de partes: Esta medida
hace referencia explícitamente a las
opciones tecnológicas disponibles como
tradicional y por bloques, siendo la primera
más usada en nuestro medio y consiste en
ensamblar en sitio cada parte del barco
alistándolas individualmente en talleres
antes del montaje. La estrategia por bloques
en prfv se aborda por zonas y en el caso de
paneles planos (Figura 6) integrando en
talleres el reforzamiento para laminación
monolítica entre paneles y refuerzos, para
luego montar directamente en sitio; en el
caso del casco (Figura 7) consiste en
ensamblar los paneles de fondo y costado
con sus refuerzos integrados al mismo
instante de la laminación en sitio evitando
tiempos muertos de alistamiento y de
ensamble en sitio previo a laminación total.
Esta medida se valora en horas-hombre
(HH).
Mamparos: Esta medida hace referencia a
innovación en partes de la embarcación que
provean espacios adicionales en zonas
habitables y a la vez facilidad de
construcción y montaje. Tradicionalmente
los mamparos en prfv reforzados horizontal
y verticalmente demandan la fabricación de
moldes complejos por las intersecciones
ortogonales de los refuerzos a ser plasmados
en la pieza final, en este caso el mamparo,
que a su vez permiten formar ángulos
inversos de desmolde obligando a contar con
una pieza hembra y una pieza macho con el
fin de evitar mayores dificultades. La opción
tecnológica adicional es la de un solo molde
corrugado de una sola pieza y sin ángulos
inversos de desmolde ahorrando tiempo y
costo, y manteniendo la integridad
estructural
del
mamparo
mediante
[9]
equivalencias de módulos seccionales
(Figura 8). Esta medida se valora en horashombre (HH).
Estrategia de fabricación de moldes: Esta
medida,
relacionada
al
costo
de
construcción, valora en horas-hombres la
opción tecnológica que cada proyecto haya
justificado cuando a largo plazo se expanda
o se mantenga construyendo otras
embarcaciones similares. En el caso del
prototipo de catamarán en la década pasada,
la expansión era incierta por la muy
conocida
operación
turística
con
embarcaciones monocascos, sin embargo, la
diversidad de cambios con la evolución de
los catamaranes en Galápagos mantuvo a
fondo los conceptos de un mismo casco tipo
A, que parecía haber llegado a un estándar.
Hace muy pocos años surgió una generación
distinta con otro tipo de casco (hibrido tipo
A-D) que apunto a mejorar acertadamente el
Laminacion 100% de paneles en taller
comportamiento en mar con una distribución
de
masa
añadida
distinta,
pero
simultáneamente los requerimientos de
confort
demandaron
también
una
distribución de pesos distinta y al final no se
logro probar si con solo lo primero era
suficiente. Por ello, mientras las pruebas en
escala real no validen la dinámica simulada
del catamarán y mientras los requerimientos
de confort no dejen de variar, no conviene
fabricar moldes hembras poco flexibles y de
alto consumo de recursos, por el contrario
convienen moldes de un solo uso a la espera
de la acomodación de turno exigida para
luego encontrar las formas con distribución
de masas requerida, el balance será un
menor tiempo y un menor costo de
construcción. Esta medida se valora en
horas-hombre (HH).
Laminacion 100% de refuerzos y paneles integrados en taller
Laminacion 100% de refuerzos en taller
Ensamble de refuerzos en sitio
Ensamble de paneles en sitio
Montaje final
Ensamble de paneles en sitio
Montaje final
Figura 6.- Estrategia constructiva tradicional de cubiertas prfv en catamaranes L > 15m (Izquierda). Estrategia
constructiva por bloques prfv en catamaranes L > 15m (Derecha)
[10]
Laminacion 100% de casco en sitio
Laminacion 80% refuerzos, 100% casco en sitio
Montaje final en sitio
Montaje final en sitio
Figura 7.- Estrategia constructiva tradicional de cascos en embarcaciones prfv (Izquierda). Estrategia constructiva de
cascos por bloques en embarcaciones prfv (Derecha)
PIEZA 1
B
PIEZA 2
A´
B
B´
A
B´
CORTE B-B´
SM1
CORTE B-B´
SM2
Figura 8.- Estrategia constructiva tradicional de mamparos en embarcaciones prfv (Izquierda). Estrategia constructiva
de mamparos corrugados en embarcaciones prfv (Derecha)
Estrategia de laminación de casco:
Haciendo referencia a la medida de
desempeño “peso de estructura”, esta
medida cuantifica la efectividad de la
laminación integrada de paneles y refuerzos
en casco, e incorpora una opción tecnológica
inducida que es el alistamiento de los paños
de tela (mat o roving) y reducción del
desperdicio, ambas cosas por la ausencia de
paños adicionales para conexiones de partes,
juntas y traslapes reduciendo las HH
necesarias. Esta medida se valora en horashombre (HH).
[11]
Estrategia de erección de cuadernaje: Esta
medida de desempeño cuantifica la
relevancia de la prefabricación al no más del
20% en capas de laminación de todo el
cuadernaje en taller para luego ensamblar en
sitio el 80% restante de capas en el momento
exacto de la laminación final, permitiendo
una planificación de construcción con
menores tiempos y menores costos. Esta
medida se valora en horas-hombre (HH).
PONDERACION DE LAS MEDIDAS DE
DESEMPEÑO Y DE COSTO
Para cada una de las misiones se elaboraron
matrices de comparación par-par de las
medidas de desempeño usando la
metodología PAJ con expertos en la
Valoración
numérica
9
8
7
6
5
4
3
2
1
operación turística (armadores), agentes
turísticos y constructores. La valoración de
cada medida en el juicio par-par se realizo
con la escala de la Tabla 3, por ejemplo la
valoración de la matriz para la misión Tour
y acomodaciones se muestra en la Tabla 4.
Una vez obtenida las matrices de
ponderaciones para el proyecto de
construcción del Catamarán Ocean Sprayxii
se asignó a cada medida de desempeño su
valor correspondiente a la opción
tecnológica aplicable o su valor numérico
respectivo.
Las jerarquías para las 3
misiones definidas y para el costo de
adquisición se presentan en la Figura 9, la
Figura 10, la Figura 11 y Figura 12
respectivamente.
Valoración de juicios verbales
Absolutamente más importante
Entre absoluto y demostrado
Demostradamente más importante
Entre demostrado y fuertemente
Fuertemente más importante
Entre fuertemente y ligeramente
Ligeramente más importante
Entre igualmente y ligeramente
Igualmente importante
Tabla 3.- Escala de valoración de acuerdo a PAJ
MOE TOUR Y
HOTELERIA
Espacios cabinas
Espacios servicios
Cantidad zonas
sociales
Autonomía
Alcance
Comportamiento
en mar
1
1/5
Espacios
servicio
s
5
1
Cantidad
zonas
sociales
1/3
1/9
3
9
1/3
1/6
½
Espacios
cabinas
VECTOR
SUMA
Autonomía
Alcance
Comportamiento
en mar
3
½
6
1/3
2
1/6
24%
3%
1
5
4
2
38%
2
3
1/5
¼
1
1
1
1
¼
¼
7%
7%
6
½
4
4
1
21%
Tabla 4.- Comparación par-par para relaciones cuantitativas en la misión TOUR &ACOMODACIONES
[12]
Medida total de
efectividad
(OMOE)
EFECTIVIDAD TOTAL
MOE (Crucero
entre Islas)
GRUPOS DE AFINIDAD
VALORES DE DESEMPEÑO
Misión
MOE (Tour y
Acomodaciones)
MOE (Navegación
a Dique)
Movilidad
Permanencia
Espacio en
Cabinas
Cantidad Zonas
Sociales
Velocidad
sostenida
Comportamiento
en el mar
(18%)
(3%)
(19%)
(33%)
Autonomía
Alcance
(18%)
(8%)
Figura 9.- Jerarquía 1, Crucero entre islas
Medida total de
efectividad
(OMOE)
EFECTIVIDAD TOTAL
MOE (Crucero
entre Islas)
GRUPOS DE AFINIDAD
MOE (Tour y
Acomodaciones)
Misión
MOE (Navegación
a Dique)
Movilidad
Permanencia
Espacio en
Cabinas
Espacio de
servicios
Cantidad Zonas
Sociales
Comportamiento
en el mar
(24%)
(3%)
(38%)
(21%)
Autonomía
(7%)
Alcance
(7%)
Figura 10.- Jerarquía 2, Tour y Acomodaciones
Medida total
de efectividad
(OMOE)
EFECTIVIDAD TOTAL
GRUPOS DE AFINIDAD
MOE (Tour y
Acomodacione
s)
MOE (Crucero
entre Islas)
Misión
MOE
(Navegación a
Dique)
Movilidad
Permanencia
Espacio de
servicios
Cantidad Zonas
Sociales
Velocidad
sostenida
Comportamien
to en el mar
Peso de
Estructura
(5%)
(2%)
(19%)
(39%)
(9%)
Autonomía
(11%)
Alcance
(16%)
Figura 11.- Jerarquía 3, Navegación a Dique
COSTO TOTAL
Medida total de
Costo (OMOC)
MEDIDAS DE COSTO
MOC (Operación)
MOC
(Construcción)
Consumo de
recursos de
construcción
Estrategia de
construcción
GRUPOS DE AFINIDAD
MOC
(Equipamiento)
Uso de moldes de
laminación
(10%)
Mamparos
(20%)
Montaje y
erección de partes
(23%)
Estrategia de
fabricación de
moldes
Estrategia de
laminación de
cascos
Estrategia de
erección de
cuadernaje
(11%)
(18%)
(18%)
Figura 12.- Jerarquía 4, Costo del proyecto
[13]
MEDIDA DE
DESEMPEÑO
Archipel i
archipel ii
galápagos
journey
athala
milenium
nemo 11
queen
beatriz
nina
seaman
treasure
cormorant
ocean
spray
anai
3
400m3
424m3
456m3
456m3
456m3
456m3
512m3
456m3
456m3
456m3
472m3
581m3
448m3
Espacios servicios
250m3
250m3
265m3
265m3
265m3
265m3
275m3
265m3
265m3
265m3
267m3
336m3
267m3
5
6
6
6
6
6
7
6
6
6
5
7
5
Autonomía
1150kg
1150kg
1250kg
1250kg
1250kg
1250kg
1280kg
1250kg
1250kg
1250kg
1300kg
1500kg
1100kg
Alcance
350mn
350mn
450mn
450mn
450mn
450mn
350mn
450mn
450mn
450mn
440mn
500mn
440mn
Velocidad sostenida
8nudos
8nudos
9nudos
9nudos
9nudos
9nudos
10nudos
9nudos
9nudos
9nudos
9nudos
13nudos
11nudos
Comportamiento en
mar4
62%
62%
62%
62%
62%
62%
62%
62%
62%
62%
62%
77%
62%
102ton
104ton
107ton
107ton
107ton
107ton
119ton
107ton
107ton
107ton
111ton
91ton
107ton
16199H-H
7789H-H
7697H-H
7880H-H
8247H-H
8639H-H
37699H-H
7527H-H
8063H-H
8351H-H
7363H-H
4062H-H
7363H-H
6480H-H
7789H-H
7697H-H
7880H-H
8247H-H
8639H-H
9425H-H
7527H-H
8063H-H
8351H-H
7363H-H
7616H-H
7363H-H
3888H-H
5563H-H
5498H-H
5629H-H
5891H-H
6171H-H
8378H-H
5376H-H
5760H-H
5965H-H
5259H-H
5077H-H
5259H-H
3240H-H
2782H-H
2749H-H
2814H-H
2945H-H
3086H-H
5236H-H
2688H-H
2880H-H
2983H-H
2630H-H
4062H-H
2630H-H
25918H-H
23366H-H
23091H-H
23641H-H
24740H-H
25918H-H
34558H-H
22580H-H
24190H-H
25054H-H
22089H-H
22847H-H
22089H-H
9071H-H
8345H-H
8247H-H
8443H-H
8836H-H
9257H-H
9425H-H
8064H-H
8639H-H
8948H-H
7889H-H
7108H-H
7889H-H
Espacios cabinas
Cantidad zonas sociales
Peso de Estructura
Uso de Moldes de
laminación
Montaje y Erección de
partes
Mamparos
Estrategia de
Fabricación de Moldes
Estrategia de Laminación
de Casco
Estrategia de Erección
de Cuadernaje
Tabla 5.- Caracterización de la flota de catamaranes prfv de turismo en las Islas Galápagos.
3
4
Deducido del tonelaje de registro neto (TRN). Fuente: DIRNEA www.dirnea.org
Ponderación basada en la referencia vi
[14]
CARACTERIZACION DE LA FLOTA
Teniendo en cuenta el modelo de efectividad
y de costo generado, los datos de desempeño
de acuerdo a las jerarquías definidas de
algunos de los catamaranes de turismo de las
Islas Galápagos se muestran en la Tabla 5.
RESULTADOS
La implementación del modelo de
efectividad y el modelo de costo basado en
la caracterización de la flota resulta en el
análisis de dos escenarios que están
definidos en primer lugar por la medida total
de efectividad (OMOE) y la medida total de
costo de adquisición o fabricación (MOC
(construcción); y en segundo lugar por la
medida total de efectividad y la medida total
de costo de operación. Ambos escenarios
son comparados en un espacio de
negociación costo-efectividad simulando
que la flota existente son virtualmente
diseños propuestos, sin necesidad de
generación aleatoria o genética para
analizarlos. Así:
Escenario 1: Costo de adquisición: Basado
en las horas hombres empleadas en el
proyecto de construcción, manteniendo los
costos de acomodaciones y equipamiento
constantes, y asumiendo un costo/kg de prfv
procesado, el costo de adquisición como
porcentaje de un costo referencial
(US$2`000,000) versus la efectividad del
diseño y la construcción se muestran en la
Figura 13. Los resultados muestran que el
catamarán OCEAN SPRAY tiene una
efectividad del 90.30% (14.36% más que el
promedio de la flota) respecto a operación,
crucero y estrategia de construcción para el
espacio analizado en las Islas Galápagos y
un costo de adquisición del 68.56% (6.45%
menos que el promedio de costo de la flota)
respecto al costo referencial. Aunque otros
catamaranes resultaron en menores costos
(68.32%), la mayor razón beneficio/costo de
adquisición (1.317, Tabla 6) se la obtiene
con el OCEAN SPRAY debido a la
disminución de horas-hombre en la
construcción y a las mejoras obtenidas por la
estrategia constructiva empleada.
Escenario 2: Costo del ciclo de vida: Basado
en el perfil operacional de los cruceros de 8
y 15 días alrededor de las islas Galápagos, la
capacidad
de
combustible
de
los
catamaranes, el consumo de sus motores y
generadores, los tiempos de transito y
fondeo, costos indirectos generadosiv y un
costo
referencial
del
combustible
(US$3.5/gal), el costo en una vida útil
estimada de 10años versus la efectividad del
diseño, de la construcción y de la operación
se muestran en la Figura 14. Los resultados
muestran que el OCEAN SPRAY tiene un
costo del ciclo de vida de 75% del máximo
(máximo: US$10`756.000), y aunque otros
catamaranes solo llegan al 69.65% la mayor
razón beneficio/costo de ciclo de vida
(1.202, Tabla 6) se la obtiene con el
OCEAN SPRAY debido a su autonomía y
velocidad en el 27% del tiempo de crucero
en navegación entre islas.
OCEAN SPRAY, LA CONSTRUCCION
El desarrollo del modelo de evaluación de
efectividad y costo, la caracterización de la
flota y la implementación de estrategias de
construcción de alta producción dieron lugar
a la selección de un diseño optimo en la
región de factibilidad de las Islas Galápagos.
El Catamarán Ocean Spray cuyas
características se muestran en Tabla 7 y
cuyo perfil y cubiertas se muestra en Figura
25, se construyo empleando solo el 84% de
las
horas-hombre
promedio
de
construcciones similares anteriores lo que
represento un ahorro en el costo de
adquisición. Las figuras 15-23 muestran
parte del proceso de construcción del Ocean
Spray.
El Ocean Spray ciertamente fue concebido
dentro de restricciones especificas, y una
solución distinta puede resultar si otros
requerimientos modifican el espacio de
[15]
factibilidad, es decir, incluso si la
combinación de un presupuesto limitado y
un plan de negocios menos atractivo para las
ventas fueran el caso, la Figura 13 y la
Figura 14 serian una herramienta ideal para
CATAMARAN
archipel
archipel ii
athala
galápagos journey
milenium
nemo 11
nina
queen beatriz
seaman
treasure
cormorant
ocean spray
anai
la toma de decisiones en proyectos similares
debido a la aparición de un subespacio de
factibilidad con una nueva mayor razón
beneficio/costo para elegir.
RAZON BENEFICIO/COSTO
DE ADQUISICION
DE CICLO DE VIDA
0.851
0.601
0.993
0.960
1.087
1.017
1.060
1.048
1.009
1.014
0.959
1.045
0.802
1.032
1.114
1.017
1.033
1.015
0.995
1.013
1.036
0.880
1.317
1.202
1.008
0.989
Tabla 6.- Razón Beneficio/Costo de Catamaranes de Turismo en Galápagos
ESPACIO DE FACTIBILIDAD COSTO-BENEFICIO
CATAMARANES DE TURISMO ISLAS GALAPAGOS
95.00%
90.00%
85.00%
EFECTIVIDAD
80.00%
75.00%
70.00%
65.00%
60.00%
55.00%
archipel
archipel ii
athala
galapagos journey
milenium
nemo 11
nina
queen beatriz
seaman
treasure
cormorant
ocean spray
anai
50.00%
65.00%
70.00%
75.00%
80.00%
85.00%
90.00%
COSTO DE ADQUISICION
95.00%
100.00%
105.00%
Figura 13.- Escenario 1: Costo de adquisición
[16]
ESPACIO DE FACTIBILIDAD COSTO-BENEFICIO
CATAMARANES DE TURISMO ISLAS GALAPAGOS
95.00%
90.00%
85.00%
EFECTIVIDAD
80.00%
75.00%
70.00%
archipel
athala
milenium
nina
seaman
cormorant
anai
65.00%
60.00%
55.00%
archipel ii
galapagos journey
nemo 11
queen beatriz
treasure
ocean spray
50.00%
60%
65%
70%
75%
80%
85%
COSTO DE CICLO DE VIDA
90%
95%
100%
Figura 14.- Escenario 2: Costo de ciclo de vida
Figure 15.- Construcción de molde de casco (one-off)
Figure 16.- Laminación integrada panel-refuerzo en
sitio (costado de casco)
[17]
Figure 17.- Desmolde de casco babor (one-off)
Figure 20.- Laminación de paneles reforzados 100% en
taller
Figure 18.- Laminación de mamparos corrugados
Figure 21.- Laminación integrada panel-refuerzo en
sitio (cubierta mojada)
Figure 19.- Laminación integrada cuadernas-refuerzospaneles en casco estribor (built-up)
Figure 22.- Estructura de soporte montada en sitio
[18]
Figure 23.- Catamarán Ocean Spray al 90% de la
estructura
Figure 24.- Catamarán Ocean Spray al 100
Tabla 7.- Características principales del CAT Ocean Spray
[19]
Figura 25.- Perfil y Cubiertas del CAT Ocean Spray
[20]
REFERENCIAS
i
Kamal M. Al-Subhi, Application of the AHP in project management, International Journal of Project Management,
1998.
ii
Trigo, L & Costanzo, S., DEA-AHP, Cómo combinar dos metodologías de toma de decisiones, Estudio IESA,
2006
iii
Chauca Ballesteros, Camilo O., Armador del Catamarán Ocean Spray, 2010
iv
Chauca Ballesteros, Camilo O., Plan de Negocios Proyecto Catamarán Ocean Spray 2010
v
Haugan, K., Haugan Cruises, www.haugancruises.com
vi
Van Renen Van Niekerk, Jacob. Comparisons of Power Catamarans Hull Types. Article of Power Multihulls 2002
vii
Blount, Donald L., Factors influencing the selection of a hard chine or round bilge hulls for high Froude numbers.
Fast `95, 1995.
viii
Waas, Anthony M., Compressive Failure of Fiber Reinforced Composites. The University of Michigan & U.S.
Army, RDP 2003
ix
Banerjee, Biswajit & Adams, Daniel. Micromechanics based prediction of thermoelastic properties of high energy
materials. 15TH ASCE Engineering Mechanics Conference, Columbia University, 2002
x
Sun, T., Cho, J. & Deo, A. Composites reinforced with short wavy fibers. Purdue University & Air Force Office
Scientist Research, RDP 2006.
xi
Nudelman, Noman. Principles of Fiberglass Boat Design & Construction, WESTLAWN, Institute of Marine
Technology 2007.
xii
Morante V., Roberto O., Desarrollo de Matrices Jerárquicas costo-efectividad de las misiones y afinidades del
Catamarán Ocean Spray, 2010
[21]

Diseño y construcción de Catamaranes PRFV

Transcripción

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