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ENCARGO

Origen del encargo 

La incorporación de las aguas a la propiedad de los habitantes del fiordo de Comau, es un modo fundamental para generar desarrollo en esta parte del territorio Chileno. Debido a esto, es  necesaria una embarcación de emergencia, que permita romper con el aislamiento de esta zona del país.  Con anterioridad, fueron proyectadas otras embarcaciones pero de menor envergadura, en las cuales por ejemplo, no es imposible albergar una clínica de asistencia. 

Esta investigación se sustenta en diez años de estudios previos: cuatro estudios de poblados del fiordo, el  proyecto del fiordo de puerto bonito, la embarcación Amereida, las obras de construcción realizadas en Huinay, además del estudio de la alumna de postgrado, Josefa Arriagada, (diseño de habitabilidad en una embarcación con hidroalas para los canales de la Patagonia occidental Chilena) y Marla Marchant quienes realizaron las primeras pruebas con hidroalas en embarcaciones de casco plano. Esta tesis y proyecto trabajan en convenio con la empresa Sitecna, fabricante de lanchas de aluminio. 

Actualidad del encargo

La Gobernación Marítima en conjunto con las entidades regionales, han  llamado a concurso para la licitación de una nueva lancha de asistencia para el fiordo de Comau. Durante los últimos años hubo dos lanchas que por mala administración fueron dadas de baja. Desde hace dos meses opera una lancha convencional subvencionada por la gobernación, operativa para 30 personas. Las  lanchas actuales poseen limitaciones tales como la velocidad, capacidad de carga y la capacidad de llegar a toda orilla.  

Importancia del encargo

La importancia de ocupar el mar y los fiordos, construir y fundar desde el agua, es clave al momento de hablar de conexión y desarrollo.Esta embarcación  entrega a los habitantes del fiordo una posibilidad de traslado veloz y seguro. Al incorporar un sistema de hidroalas se reducen los tiempos de traslado, se evita la ola corta y esto se traduce en una mejora del quehacer diario de las personas. 

OBJETIVOS

Objetivo general 

Integración de los sistemas en la concepción general de la embarcación  para el buen funcionamiento de los sistemas de sustentación, potencia, gobierno, redes, seguridad y habitabilidad, tanto en el ir como en la estar.  

Objetivos específicos

1. lograr perfiles hidrodinámicos  capaces de alcanzar la velocidad crucero  de 25 nudos. 
2. Integración en popa del sistema de potencia con sistema de sustentación, de manera que la embarcación pueda fondear y permitir el desembarco de pasajeros.
3. Sistema de rotación para perfiles, repliegue necesario para desembarco en orillas.
4. Integración en proa de sistemas de puerta de acceso y sistema de sustentacióN.
5. Integración del sistema de gobierno por medio de timón o diferencia de revolución de motores en la popa de la embarcación.
6. Determinar el fondeo de la embarcación en tierra a modo de transbordador a partir de la incorporación de quillas para posarse en la playa. Esto debe responder a la condición natural de cambio de niveles de marea y a la condición impuesta de la variación de niveles al navegar con hidroalas.
7. Integración de sistemas básicos tales como redes de agua, eléctricas, calefacción, etc. 
8. Integración de sistemas suplementarios como módulos de permanencia: incorporación de cierre exterior liviano y vehículo de apoyo.
9. Considerar los sistemas constructivos con planchas planas de aluminio de la empresa Sitecna en la proyección formal de la lancha.
10. Conservación de geometría del casco plano de aluminio aportado por empresa Sitecna, a modo del casco chilote, el cual tiene por cualidad el posarse en cualquier orilla 

FUNDAMENTOS

Fundamento teórico 

La incorporación de hidroalas en embarcaciones, permite lograr mayores niveles de eficiencia tanto en traslado como en  rendimiento, volviéndose una opción real para la navegación de aguas semiprotegidas. Por otro lado, la necesidad de esperar en el interior de la embarcación de manera segura, se vuelve una realidad necesaria al enfrentar las múltiples vicisitudes que presenta la geografía y el clima de la región. Necesidad de integrar nuevos espacios alternativos para generar permanencia y autonomía en el agua y la tierra, como por ejemplo: permanecer fondeados una semana, una emergencia sanitaria o apoyo a censos.  

Fundamento técnico 

Los sistemas a considerar son: 

Propulsión: motor, eje, hélice. Gobierno: timón, radio, comunicación, luces navegación. Redes: hidráulicas, neumáticas, eléctricas. Seguridad: red seca, extintores, salvavidas y otros. 

HIPÓTESIS 

En necesario diseñar la integración de los sistemas para alcanzar velocidades de 25 nudos y estabilidad, mediante un sistema de remolque para modelos con calibración de 3 grados de libertad: ubicación longitudinal de los perfiles, regulación de altura en ’struts’ y rotación del ángulo de ataque, además de la construcción de un túnel hidrodinámico para la medición de arrastre y sustentación  en fragmentos del perfil. 

La inserción de un alerón en el tercio posterior de los perfiles, permitirá lograr variaciones en el ángulo de ataque logrando alcanzar velocidades de 25nudos 

METODOLOGÍA

1. Pruebas con modelo a escala 1:12 en canal: obtención de configuraciones y velocidades en un rango entre 25 y 35 nudos, con perfiles planos y diedros. Trabajo realizado en el canal de prueba de Valdivia, la laguna Sausalitoy el estero de Ritoque.
2. Espiral de diseño: método donde se relacionan y modifican las variables a partir de la unidad y la definición de la RAN (requerimientos de alto nivel)
3. Análisis hidrostático del casco, obtención de comportamiento del casco a partir de curvas   hidrostáticas, cruzadas y el cuadro de carga.
4. Análisis hidrodinámico de perfiles, obtención de N° de Reynolds y método de correlación de Freud para determinar potencia de propulsión.
5. Aerodinámico en túnel de pruebas en Escuela de Ingeniería Mecánica PUCV.
6. Dibujo de plantillas de modelación en papel para aproximación a la geometría.
7. Construcción de modelos de cartón para corroborar integración de sistemas.
8. Construcción de un túnel Hidrodinámico y sistema de medición: permiten obtener comportamientos de fragmentos de perfiles  para la medición de sustentación y arrastre por separado. Instalado en Escuela de Ingeniería Mecánica PUCV 

RESULTADOS

1. Para cada par de de perfiles se logró una configuración de equilibrio.
2. La espiral de diseño determinó todas las variables que deben ser integradas en la embarcación. Ensanchamiento de la entrada de proa, conservación de un pasillo interior, quillas longitudinales exteriores y encuentro del sistema de propulsión con perfil de popa, son los factores modificadores la geometría inicial del casco.
3. El análisis hidrostático determinó una aproximación al cuadro de carga  que contempla 21 tons y el comportamiento del casco al permanecer inmóvil.
4. El número de Reynolds determinó que la embarcación necesita de una potencia de 115 HP para alcanzar los 25 nudos utilizando las hidroalas.
5. No se obtuvieron resultados de las pruebas aerodinámicas al no ser realizadas.
6. La construcción de 5 modelos distintos de cartón a escala de 1: 12  permitieron el calce e integración de todos los sistemas. Entradas de proa y popa, quillas, sistema de propulsión y perfiles diedros.
7. El túnel hidrodinámico se adaptó a las instalaciones y maquinara existente generando para un área de 400 cm2 un caudal máximo de 70 lts x seg. Para el sistema de medición del túnel se desarrollaron 2 prototipos:
   • medición por separado de arrastre y sustentación obteniendo resultados cualitativos solo en este último aspecto.
   • medición de ambas coordenadas en un mismo movimiento (trabajo de bielas).
8. No fue necesaria la incorporación de alerones en los perfiles ya que se alcanzaron las velocidades al implementar perfiles diedros. 

CONCLUSIONES

1. El sistema de calibración para un  par de perfiles, arroja datos precisos y es posible lograr configuraciones de equilibrio con mayor facilidad y rapidez.
2. Los perfiles diedros permiten generar mayores velocidades sin necesidad de incorporar un alerón para modificar el ángulo de ataque. Una configuración con un par de perfiles diedros 140 ° es suficiente para lograr los 25 nudos deseados y evitar la ola corta.
3. Un factor importante a resolver, es el cambio de potencia requerido para el uso de las hidroalas. Una vez  navegando utilizando los perfiles, es posible alcanzar la velocidad estipulada necesitando menor potencia de los motores, debido al menor roce con el fluido. Se estima que para hacer emerger la embarcación, se necesitan dos motores de 75 HP, dato teórico que será corroborado con las pruebas en el canal de Valdivia.
4. El sistema de transmisión para la propulsión debe ser considerado como un elemento convencional, que dé cabida real a las posibilidades de reparación y mantenimiento de los habitantes de la zona. Se recomienda utilizar motores Perkins y Volvo Penta.
5. La embarcación puede prescindir de timón, si se toma en cuenta que el cambio de dirección puede ser generado con una diferencia en las revoluciones en ambos motores. Aun así, estudios posteriores deben abocarse a integrar timón como una solución convencional y real para los habitantes del fiordo.
6. Una apropiada evolución geométrica exterior de la embarcación y la integración de los sistemas tomando como prioridades la velocidad de la nave y la humedad del entorno permitiría una mejor habitabilidad  sustentable en el estar.
7. Es necesario retomar el desarrollo del primer sistema de medición para el túnel, hasta lograr resultados en el arrastre. La incorporación de rodamientos en las barras debería disminuir considerablemente el roce. En el transcurso de las pruebas se determinó que es posible incorporar otros formatos de elementos para ser medidos como por ejemplo, obras vivas de cascos. Siempre se debe considerar que las proporciones a medir son muy pequeñas debido al área de medición y a los márgenes a respetar pro los objetos introducidos.
8. Quedan como puntos pendientes los sistemas de redes y de seguridad en el total de la embarcación, los cuales no fue posible abarcar en su  totalidad en este estudio.
9. Una clara definición de la micro-habitabilidad permitirá concluir desde el interior de la embarcación el correcto cierre e integración de los sistemas restantes.