CIDNAV - IPIN Americas

IPIN CUBA
SYMINTECHNAVAL-2012
CIDNAV
CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO NAVAL
INSTALACIÓN DE ENSAYOS DE LAS CUALIDADES PARA
EMBARCACIÓN SUBACUÁTICA DEDICADAS AL TURISMO
Autor: Inv. Agregado. Ing. Yohelvis Armando Febles Martínez
Doc.Cien. Inv Titular. Ing. Alejandro Pablo Prieto Fernández
Noviembre 2012
Resumen:
Como parte de la continuidad de los procesos de la construcción naval y una vez concluida la
fabricación y montaje del casco y los sistemas que garantizan la funcionalidad del buque, juega un
papel de vital importancia las pruebas de taller. Por ello nos dimos a la tarea de construir una
instalación capaz de garantizar y servir como plataforma para los ensayos de las cualidades de
nuestras embarcaciones antes de su posterior botadura.
Introducción:
Nuestro astillero por su posición geográfica no cuenta con una acuatoria natural capaz de
transformar y aprovechada como una instalación costera dedicada a ensayos de las características
de los buques. Tampoco contamos con diques secos, y de tenerlo no podrían estar disponibles para
esta actividad ya que interrumpiría la planificación de varadas establecidos por el astillero durante el
año. De esta forma fue recomendable el diseño y construcción de una instalación para ensayos de
las características de pequeños buques dedicados al turismo antes de su botadura. Para dar
respuesta a la tarea principal se tuvieron en cuenta los requisitos tácticos técnicos siguientes
.
1. Dicha instalación debía estar próximo a los talleres que garantizan las últimas etapas
constructivas de la embarcación.
2.
3.
4.
5.
Facilidad de acceso de los diferentes medios de remolque e izaje.
No debía obstaculizar los procesos productivos durante su empleo.
Debía garantizar el acceso al agua directa así como la energía eléctrica.
Debía contar con los medios de protección y seguridad a la hora de los trabajos así como con
los medios contra incendio.
También se exigía que fuese capaz de desarrollar los procesos trimado y funcionamiento del Buque
en estanque:
I. Centraje: Determinación del peso (P) y las coordenadas longitudinal (Xg) y transversal (Yg) del
centro de gravedad en el aire, (en posición crucero sin buzo).
II. Carenado: Determinación de ángulos de asiento y escora, francobordos y calados (F y T) de
crucero (con buzo y sin buzo en variante con navegación en superficie).
III. Lastrado y trimado: Determinación de la masa de lastres sólidos que garantizan la flotabilidad
positiva mínima, manteniendo el trimado con ángulo de asiento en cero grados (ψ), (con error de
+0,5 a -0,1 grados de asiento y con error de +-1 grado de escora)
IV. Estabilidad: (solo para 1 articulo)
V. Condiciones del mar: Determinación del ángulo máximo de escora (θmax) para recuperación
durante el balanceo transversal. Evaluar movimiento interno de baterías por escora residual
después de recuperarse.
VI. Trabajo instalación propulsora: Comprobación trabajo instalación propulsora.
PARA LA REALIZACION DE LAS PRUEBAS LAS CONDICIONES INICIALES DEBIAN SER LAS
SIGUIENTES:
• Estanque abastecido de agua hasta una altura de 1,8 m.
• Medio de izaje con capacidad de carga superior o igual a 6 t.
• Proyecto totalmente equipado y completadas las cargas variables.
• Certificada la prueba de taller de hermeticidad con aire a presión 0,5 kgf/cm2, con pérdida de
presión en 2 horas inferior a 0,05%, con no más de 72 horas, anteriores a la realización de la
prueba.
• Equipos de medición certificados.
• Personal instruido para la realización de las pruebas y en el cumplimiento de las medidas de
seguridad.
Equipos de medición:
En el cumplimiento del presente procedimiento de trimado del Buque
, se emplearán los siguientes instrumentos y equipos de medición.
Tabla 1. Relación de equipos e instrumentos de medición.
No Denominación
UM
Rango
1
Balanza digital o
kg
0 - 6500
analógica (dinamómetro)
3
KO-30
(º ´” )
-90º + 90º
4
Clinómetro sumergible
(º)
-30º +30º
5
Nivel de burbuja
6
Cinta métrica
Min 5 m
7
Plomada.
Intervalo
1
1´
0.5º
Desarrollo:
I.-PRUEBA DE CENTRAJE (EN EL AIRE). Ver figura 1.
Objetivos:
• Determinación del peso (P).
• Determinación de las coordenadas del centro de gravedad (Xg , Yg).
Medios Técnicos:
• Medio de izaje con capacidad de carga superior o igual a: 6 t.
• Juego de 2 eslingas o fajas de izaje. (3 t c/u)
• Cabos de retén de proa y popa.
• Proyecto totalmente equipado y completadas las cargas variables.
Equipos e instrumentos de medición:
Balanza digital o dinamómetro
Nivel de burbuja
Plomada
Cinta métrica 5 m
Fig 1 y 2. Centraje del buque.
Balanza digital
Xg
CG
Proceso:
1. Liberar el Proyecto de las retenidas a la bancada de remolque
2. Colgar la Balanza Digital en el gancho del medio de izaje
3. Colgar a la Balanza Digital el Juego de eslingas o fajas de izaje
4. Realizar la Tara de la Balanza Digital
5. Colocar las eslingas en los puntos de izaje del Proyecto
6. Colocar el nivel de burbuja sobre parte centrar superior del contenedor de baterías delante del
mástil o torreta central.
7. Izar el Proyecto sobre la bancada de remolque, hasta que penda libre en el aire y tenga ángulos
de asiento y escora de 0 grados, ver nivel. Se regula con el largo de las eslingas.
8. Entonces se mide distancia de comienzo de cono de popa hasta centro de gravedad y este se
marca en el casco.
Notas:
• Si no se estabiliza el valor del peso en las tres mediciones iniciales, se procede a realizar 5
repeticiones.
• Si no se estabilizase en las 5 mediciones inIciales, se procede a realizar 10 repeticiones.
• Los valores se registraran en una tabla con el siguiente formato:
Tabla No2.
No Parámetro
1
2
3
4
5
Peso izado en el aire en
taller:
Angulo de asiento
Angulo de escora
Abcisa centro de
gravedad
Ordenada centro de
gravedad
Símbolo
UM
P
kgf
Valor práctico
promedio de 3
mediciones
Aprox. 4075
Ψ
θ
Xg
°
°
mm
0
0
Aprox. 3,48
Yg
mm
0
Observacion
es
Desde
comienzo de
forma cónica
en popa
Procesamiento de los datos.
• Se eliminan los datos máximo, mínimo y los que tengan una significativa inclinación en el plano
longitudinal.
• Promediar los valores obtenidos
II. PRUEBA DE CARENADO: Ver figura 2.
Nota: Se realiza después del lastrado y trimado.
Objetivos:
• Determinación de las posiciones respecto a la superficie del mar de crucero con buzo y sin buzo.
Medios Técnicos:
• Medio de izaje con capacidad de carga superior o igual a: 6 ton.
• Juego de eslingas
• Cabos de retén de proa y popa
• Proyecto totalmente equipado y completadas las cargas variables.
• Estanque lleno hasta el nivel Ho(m).
Fig 3 y 4. Esquema de Carenado
F popa
F proa
Ψ
Tpopa
Tproa
LF cruc
Fig 4.
Equipos e instrumentos de medición:
Clinómetros sumergibles (longitudinal y transversal)
Regla
Listones rectos
Cinta métrica
Proceso:
1. Izar el buque sobre la bancada de remolque, hasta que penda libre en el aire.
2. Observar la inclinación del proyecto por la posición de la burbuja en el nivel.
3. Bajar el Proyecto sobre el Estanque, hasta que las eslingas pendan libremente. (crucero sin buzo)
4. Observar el burbujeo en la superficie para determinar si no hay afectación de hermeticidad.
Identificar las fuentes y eliminar las causas.
5. Registrar las lecturas de los francobordos de proa y popa, con regla y cinta métrica o marcar con
lápiz en el casco limites de flotación en proa, popa y bandas, después se representa en plano de
autocad y se determinan los francobordos y calados.
6. Registrar la lectura del ángulo de inclinación por escora y asiento con KO ubicado encima del
casco delante del mástil y rompeolas central.
7. Abordar el Proyecto por los buzos de prueba y esperar a que se estabilice el nivel del agua.
(crucero con buzo)
8. Repetir 5 y 6.
Los valores se registraran en 2 tablas para cada desplazamiento o estado de carga con el siguiente
formato:
Tipo de desplazamiento:
Tabla No 2.1
No
Parámetro
1
3
4
Desplazamiento en agua
dulce
Angulo de asiento en
superficie
Francobordo en proa
Francobordo en popa
5
6
7
Calado en proa
Calado en popa
Angulo de escora
2
Tipo de desplazamiento:
Tabla No 2.2
No
Parámetro
1
3
4
Desplazamiento en agua
dulce
Angulo de asiento en
superficie
Francobordo en proa
Francobordo en popa
5
6
7
8
Calado en proa
Calado en popa
Angulo de escora
Peso del buzo
2
(crucero sin buzo)
Símbolo
UM
∆
kgf
Valor práctico
promedio de 3
mediciones
Aprox. 4075
Ψ
°
Aprox. -0,12
Fproa
Fpopa
m
m
Aprox. 0,028
Aprox. 0,043
Tproa
Tpopa
θ
m
m
°
Aprox. 0,877
Aprox. 0,877
Aprox. 0
Observaciones
En comienzo de
forma cónica en
popa
(crucero con buzo)
Símbolo
UM
∆
kgf
Valor práctico
promedio de 3
mediciones
Aprox. 4075
Ψ
°
Aprox. -0,12
Fproa
Fpopa
m
m
Aprox. 0,028
Aprox. 0,043
Tproa
Tpopa
θ
Pb
m
m
°
kgf
Aprox. 0,877
Aprox. 0,877
Aprox. 0
Aprox. 73
Procesamiento de los datos.
Medir marcas en casco en dependencia de los dos desplazamientos.
Observaciones
En comienzo de
forma cónica en
popa
Trazar las líneas de calado en el plano a escala del Proyecto.
III. PRUEBA DE LASTRADO Y TRIMADO: Ver figura 3.
Objetivos:
• Determinación de la masa de lastres sólidos que garantizan el trimado.
Fig 5 y 6. Compensación, lastrado y trimado
Ψ
Lastre sólido exterior.
Lastre sólido interior
Fig 6.
Medios Técnicos:
• Medio de izaje con capacidad de carga superior o igual a: 5 ton.
• Juego de eslingas
• Cabos de retén de proa y popa
• Proyecto totalmente equipado y completadas las cargas variables.
• Lastres sólidos de 20 kgf establecidos por proyectos.
Equipos e instrumentos de medición:
Balanza digital
Nivel de burbuja
Inclinómetro KO
6 Pesos calibrados de 20 kg.
Cinta métrica.
Proceso:
1. Fijar los Clinómetros sumergibles (longitudinal y transversal)
2. Bajar el Proyecto sobre el Estanque, hasta que las eslingas pendan libremente.
3. Observar el burbujeo en la superficie. Identificar las fuentes y eliminar las causas.
4. Liberar eslingas.
5. Registrar francobordos de proa y popa, y por ambas bandas o marcar con lápiz flotación en el
casco.
6. Registrar la lectura del ángulo de inclinación por escora y asiento con KO.
7. Poner pesos calibrados en la posición por eslora hasta lograr (con error de +0,5 a -0,1 grados de
asiento y con error de +-1 grado de escora) (trimado idóneo para navegación)
Si los pesos en la quilla no rectifican el trimado se colocan encima del casco hasta lograr el trimado y
después se ubican dentro del casco.
8. Abordar el Proyecto por buzo de prueba y esperar a que se estabilice el nivel del agua. Registrar
francobordos de proa y popa, y por ambas bandas o marcar con lápiz flotación en el casco.
9. Registrar la lectura del ángulo de inclinación por escora y asiento. Valorar asiento.
Se registran en un atabla la nueva posición de los lastres.
Tabla No3
No
Lastre No
1
2
3
4
Peso No 1
Peso
(kgf)
20
Posición por X
Posición por Y
desde comienzo Desde plano
del cono de
diametral. (m)
popa. (m)
Aprox. +1,5
Aprox. -0,02
Procesamiento de los datos.
Se registran en paso anterior.
Ejemplo de conclusiones: Este artículo en la primera puesta a flote presentó elevado asiento negativo
a proa y poca flotabilidad, por lo que tuvo que sacarse 7 lastres sólidos de 20 kgf, cada uno, de la
quilla interior. Posteriormente se colocó 4 lastres en el cono de popa en su interior y se puso a flote.
Ver tabla 3.
Además, posee un lastre sólido de 20 kgf en la proa.
Una vez a flote se incluyeron dos lastres de 20 kgf en el 6to compartimiento de la quilla exterior
lográndose los parámetros de asiento y escora representados en tabla No2.
IV PRUEBA DE ESTABILIDAD:
Objetivos
• Determinación de ángulos máximos de balance, comprobando la ausencia de movimientos de
pesos. (equipos, etc)
Medios Técnicos:
• Medio de izaje con capacidad de carga superior o igual a: 6 ton.
• Juego de eslingas
• Cabos de retén de proa y popa
• Proyecto totalmente equipado y completadas las cargas variables.
Fig 7 y 8 Esquema de Balance del buque.
Θ max
LF
Fig. 5 Movimiento transversal de buque.
Equipos e instrumentos de medición:
Clinómetros sumergibles (longitudinal y transversal)
Cronómetros.
Unidad de medición inercial (IMU)..(Ver Figura 8)
Proceso:
1- Bajar el Proyecto sobre el Estanque, hasta que las eslingas pendan libremente.
2- Observar el burbujeo en la superficie. Identificar las fuentes y eliminar las causas.
3- Clinómetros sumergibles transversales para observar ángulo máximo inicial de inclinación.
4- Inclinar el Buque hasta ángulos máximos de escora de 30 grados.
5- Soltarlo y esperar que se estabilice. Repetir esto 3 veces.
6- Medir todos los parámetros nuevamente y comprobar que no hubo variaciones de escora,
asiento y francobordos, si hay variación desarmar el buque y buscar las causas. Se repite la
prueba tantas veces no halla alteraciones a los parámetros.
Tabla No 4.
θmax(º)
inicial
Dirección
Estribor
Estribor
Estribor
Babor
Babor
Babor
Babor
Babor
+35
+34
+35
-30
-36
-33
-37
θmax(º)
1ra
Tiempo
oscilación Oscilaciones
(s)
-24
3
9.7
-27
3
9.6
-29
3
9.2
+30
3
9.6
+30
3
9.7
3
9.8
+30
3
9.7
+30
2
6.2
Período
(s)
3.23
3.20
3.07
3.20
3.23
3.27
3.23
3.10
3.19
max.
max.
Promedio
Procesamiento:
• Promediar los tiempos oscilaciones transversales y el tiempo máximo de amortiguamiento.
• Si las desviaciones son significativas en alguna de las variantes, entonces debe identificarse las
causas y repetirse el proceso, como mínimo 5 veces en total.
Ejemplo de Conclusiones: Después de realizadas las 8 inclinaciones a ángulos máximos (ver tabla
anterior) no hubo desplazamiento interno de cargas, además se mantuvo la estabilidad transversal
positiva, con pequeño periodo de recuperación, lo que demuestra que el medio está acto para
navegación en mar fuerza 2-3.
La prueba demuestra que para ángulos máximos de escora de 37 grados se recupera la posición
inicial con facilidad.
Para lograr un mejor procesamiento de los datos obtenidas durante la prueba de balanceo.
Utilizamos además una unidad de medición inercial y una PC para el almacenamiento de los datos
permitiendo obtener los resultados obtenidos en la siguiente tabla.
Tab. 5 Límites de las mediciones para el modelo MTi-28 A-33 G35
Sensor
Escala máxima
Linealidad
%Esc.max
Aceleración lineal
1,7g
0,2
2
( 17m/s )
Velocidad angular
±300º/s
0,1
(±5,236rad/s)
Campo magnético (*)
±750mGauss
0,2
Estabilidad BIAS
(UM/σ)
0,02
1
0,1
(*) Se expresa en Unidades arbitrarias relativas al campo magnético de la tierra en la región de
navegación
Fig 8. Unidad de medición inercial (IMU).
Unidad de medición inercial (IMU).
La IMU es de la firma Holandesa Xsens, Modelo MTi 28 A33 G35, No de serie Mti. Cuenta con los
siguientes tipos de sensores: Aceleración lineal, Velocidad angular y Campo magnético. De cada tipo
cuenta con 3 sensores, uno en cada eje X, Y, Z del sistema Euleriano. El conjunto de los 9 sensores
se conectan a través de ADC de 16 bits, al integrador DSP, donde se procesan mediante de un Filtro
Kalman para escenarios (SKF). Los resultados se envían al transceptor RS232, de donde por los
canales (Tx, Rx), la señal pasa al convertidor externo RS232 / USB, para la conexión serie con el
Procesador portátil, quien suministra el voltaje de excitación de 5Vcd, por el puerto USB. Ver Fig. 4
Fig. 9 Estructura de la Unidad de medición inercial firma Xsens, modelo MTi 28 A33 G35.
Nota: La MTi empleada en las pruebas no cuenta con la salida por temperatura.
VI. TRABAJO DE INSTALACION PROPULSORA:
Objetivos
• Determinación de trabajo correcto de instalación propulsora en 24 y 48V por 1 min. cada una con
artículo fijado por popa y bandas, de forma tal que trabaje libremente el motor.
• Valorar vibraciones y ruido del trabajo de la instalación propulsora.
Ejemplo de conclusiones: Se comprobó el correcto funcionamiento del motor propulsor y la hélice en
régimen de 24 y 48 V.
Fig . 11 Instalación Propulsora.
Conclusiones:
 Se realizo el diseño de una instalación capacitada en la realización de los diferentes ensayos
para este tipo de buques.
 Se utilizo la Unidad de Medición Inercial (IMU) para el procesamiento y almacenamiento de
datos de cada una de los ensayos.
 Quedo establecida la metodología a seguir para los distintos tipos de ensayos, así como el
equipamiento utilizado en las mismas.
Recomendaciones: