Estimación de fuerza cortante y momento flector dinámicos en un tanquero de 7440 DWT sometido a un mar irregular extremo

Abstract

En esta tesis se calculó la respuesta estructural en mar irregular de una embarcación tipo tanquero de 7440 DWT y 112 m de eslora entre perpendiculares. Para esto, se utilizó primero el programa SCORES, [6], con el cual se obtuvieron, en olas regulares, los Operadores de Amplitud de Respuesta (RAO) de la Fuerza Cortante Vertical y el Momento Flector. Dichos valores se calcularon para un rango de longitudes de ola entre 20 y 270 m, con ángulos de incidencia de ola desde 90º hasta 180º, y, para tres condiciones de carga: i) lastre con consumibles al 10%, ii) 78% de carga con consumibles al 10%, y, iii) consumibles y carga al 100%. Además, los cálculos de Fuerza Cortante se aplicaron a L/4 y 3L/4 de la embarcación y, los de Momento Flector, en Sección Media. Se determinó que las máximas respuestas estructurales ocurren bajo la influencia de olas de proa (180º), en la primera condición de carga, y, con longitudes de ola de alrededor del 90% de la eslora entre perpendiculares. Luego, se implementó el método de predicción de cargas a Corto Plazo para determinar los valores máximos de Fuerza Cortante y Momento Flector que se desarrollan en el casco de la embarcación al ser sometido, por un tiempo corto (una hora), a un mar irregular extremo. Se representó dicho fenómeno de manera probabilística empleando el concepto de Espectro de Estado de Mar, que se combinó con los resultados en olas regulares, para identificar los siguientes parámetros: RMS y ancho de banda del proceso, los cuales se usan en el cálculo de las Funciones de Distribución Acumulada (CDF). Luego, asumiendo probabilidades de excedencia de 10-7 , 10-8 y 10-9 se encontraron los valores de diseño de Fuerza Cortante y Momento Flector para cada probabilidad. Los cálculos mencionados se realizaron en tres Estados de Mar: 5, 6 y 7, y para las tres condiciones de carga ya descritas. Se implementó también el método de predicción de cargas a Largo Plazo para determinar los valores de Fuerza Cortante y Momento Flector que se desarrollarán en la embarcación con una probabilidad de 10-8 en 20 años de Vida Útil, navegando en mar irregular. Para esto, se asumió una ruta de navegación, y, al igual que en los cálculos a Corto Plazo, se determinaron los parámetros RMS y ancho de banda para cada Estado de Mar que se presenta en dicha ruta. En este caso, se consideró como Función de Distribución de Probabilidad Acumulada la de Weibull. Además, se encontró la probabilidad de que se excedan límites determinados para Fuerza Cortante y Momento Flector. Estos cálculos se realizaron para las tres condiciones de carga ya mencionadas. Finalmente, empleando el programa de cálculos hidrostáticos CHidrBuq, [7], se calcularon las Fuerzas Internas que se desarrollan en Aguas Tranquilas, y, en Olas por el método Cuasiestático. Además se calcularon dichos parámetros usando las fórmulas de la Sociedad de Clasificación DNV. Estos resultados se compararon con los obtenidos en los cálculos probabilísticos a Corto y Largo Plazo obteniendo una diferencia de 6% para Fuerza Cortante y 9% para Momento Flector entre los de Largo Plazo y las formulaciones de DNV.