Determinación de la vida útil del fondo de una embarcación construida en aluminio, por carga vibratoria del sistema propulsivo

Abstract

La lancha “Guayas”, construida por ASTINAVE en aleación de Aluminio 5086 tiene 11 m de eslora total, es impulsada con un sistema propulsor constituido por dos motores de 493 HP cada uno y dos sistemas de chorro de agua, y, tiene una estructura con cuadernaje de tipo combinado. Para calcular la vida útil de la estructura del fondo de la lancha debida a la carga cíclica producida por el conjunto del sistema propulsor se procedió a realizar un modelo estructural con Elementos Finitos. La geometría del modelo, fue desarrollado en AutoCAD y posteriormente se importó este modelo desde el programa de análisis estructural SAP2000, donde se le agregaron las diferentes características de material y estructurales. Además, luego se incluyó la masa añadida debida a la interacción del fondo de la lancha con el fluido, el amortiguamiento estructural y se le incluyó las respectivas condiciones de frontera. El modelo numérico tiene un total de 28098 nodos y 34192 elementos, lo que equivale a un sistema de 168588 ecuaciones por resolver. Luego se aplicaron cargas oscilatorias debidas al sistema propulsor: i) la componente crítica del Torque del motor, y, ii) el Empuje variable del propulsor. Estas cargas fueron aplicadas en la base del motor y en los agujeros de sujeción del ducto del Chorro de agua, respectivamente, y VI se estimaron las amplitudes a diferentes frecuencias de excitación, equivalentes al rango entre 2000 y 2600 RPM del motor. Con las distribuciones de amplitudes de esfuerzos resultantes se seleccionaron seis detalles estructurales, en los que se presentan los máximos valores de esfuerzos alternativos, en donde se analizará la posibilidad del fallo por fatiga. Para determinar el tiempo de vida útil se sigue el proceso descrito por la sociedad clasificadora DNV. De las distribuciones de esfuerzo se toman los valores nominales y se obtiene el número de ciclos que estos pueden soportar, empleando las curvas de Esfuerzo–vida corregidas por fatiga, dadas en EUROCODE 9 para detalles de aluminio. Posteriormente se asumió tres espectros para la Forma de operación, para, en combinación con la regla de daño lineal acumulativo de Miner, calcular el tiempo de vida útil total que tiene cada detalle referencial en una hora. Finalmente, se consideraron diferentes porcentajes de uso de la embarcación y se determinó el tiempo de vida útil de la lancha por falla de cualquiera de los detalles seleccionados. El detalle crítico corresponde a la plancha del fondo ubicado bajo el motor propulsor. Se ha estimado que el fondo de la lancha tiene un tiempo de vida útil de 1.8, 2.7, o 5.4 años, navegando 18, 12, o 6 horas diarias, durante todo el año, respectivamente.