Diseño del barco: evolución para la eficiencia, cumplimiento

Modelos digitales detallados cada vez más aproximados y directos a medida que se construyen los resultados. Crédito: Glosten

Los combustibles alternativos como el hidrógeno líquido ya están bien abastecidos por las cadenas de suministro existentes. Crédito: Glosten

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La evolución del diseño marino está cada vez más influenciada por tres impulsores: nuevas herramientas de diseño tridimensional, la creciente complejidad de los sistemas de energía y un nuevo acceso a rutas de envío de alta latitud. Si bien las nuevas herramientas de diseño digital son una progresión natural de la era de la información actual, los nuevos requisitos de energía de propulsión y las rutas de envío Polar son reacciones al legado de la era industrial en decadencia .

Flujos de trabajo de diseño tridimensional
Un joven arquitecto naval declaró recientemente que tenemos una capacidad justa para predecir el desarrollo de nuevas herramientas en la industria marítima porque nuestra industria siempre parece estar rezagada con respecto a las demás. Ella estaba hablando sobre el cambio constante del software de diseño tridimensional del modelado digital de los paquetes finales de producción de astilleros hacia esfuerzos anteriores en las fases de viabilidad y concepto del diseño del buque.

Nos encontramos emergiendo de la incómoda adolescencia del modelado 3D. Hasta hace poco, los barcos fueron diseñados por arquitectos navales bajo un antiguo conjunto de vistas bidimensionales estándar y luego convertidos por diseñadores marinos en modelos digitales de sistemas y estructuras con increíbles niveles de detalle. Estas nuevas habilidades 3D llegaron con los diseñadores más nuevos utilizando herramientas desarrolladas para los sectores de artes digitales, automotriz, aeroespacial y arquitectónico. La adaptación de estas herramientas por arquitectos navales que trabajan en las primeras fases de la viabilidad del diseño ha sido asombrosamente rápida cuando se compara con cientos de años de vistas bidimensionales estándar en paquetes de dibujo en papel.

Los dibujos en 2D para la revisión reglamentaria se derivan cada vez más de los modelos en 3D; El folleto impreso de gran formato de dibujos está dando paso a la superficie giratoria y renderizada. Si bien es difícil renunciar a la experiencia de manipular las páginas de un arreglo general de una mano a otra, hay claramente nuevos beneficios en la eficiencia del flujo de trabajo de diseño, la colaboración en tiempo real, el riesgo de tomar decisiones de diseño tempranas y facilitar la interfaz con robótica métodos de fabricación

Poder verde
La llegada de energía con bajas emisiones de carbono a la industria marina coincide con una tendencia anterior de mayor complejidad en las opciones de propulsión diesel-eléctrica, interfaces e interconexiones. Las interfaces tradicionales bien definidas entre el sistema de propulsión y el resto de la embarcación se han convertido en sistemas integrados empujados a niveles de complejidad que antes eran inimaginables. La adopción de estos sistemas complejos fue impulsada por muchos requisitos, incluidos el manejo reducido de remolcadores, el posicionamiento dinámico, la eficiencia competitiva del combustible y una mayor seguridad en los códigos de diseño.

La altura de la actual era diesel-eléctrica ha sido un período de duras lecciones en la integración de sistemas. Sin la optimización de todo el sistema y el control de la interfaz, los proyectos de embarcaciones con múltiples sistemas eléctricos y de datos interconectados de un ejército de vendedores independientes se convierten en campos de batalla fracturados. Muchos propietarios, astilleros, diseñadores y vendedores no han estado preparados para esta nueva era de complejidad de sistemas mientras operan en un modelo de construcción naval comercial desde un momento más simple. Esto ha generado una nueva subdisciplina de la ingeniería marina. Los diseñadores de sistemas eléctricos marinos tienen la tarea de optimizar todo el sistema eléctrico y de control para desarrollar requisitos claros de interfaz.

Las nuevas iniciativas para la reducción de carbono y las mejoras de eficiencia han agregado aún más complejidad a los sistemas del futuro cercano y han llevado a un campo floreciente de conceptos de energía renovable. La perspectiva del panorama de generación de energía marina incluye un amplio conjunto de opciones que abarcan hidrocarburos, electricidad renovable, hidrógeno, amoníaco y viento. Cada una de estas opciones lleva un conjunto intimidante de nuevos sistemas e interconexiones para controles, alarmas y automatización que deberán optimizarse.

Envío polar
El mayor acceso a las rutas de envío del Ártico está iluminando la necesidad de nuevas herramientas de navegación, infraestructura y diseños de embarcaciones para cerrar las brechas operativas y cumplir con los requisitos ambientales. Los métodos actuales de previsión de hielo y planificación de viajes se congelan en un sistema venerable destinado a un número limitado de buques activos en aguas con hielo afectado. Se requerirán métodos avanzados y nuevas tecnologías para una aplicación comercial generalizada en las nuevas rutas del norte. Las nuevas regulaciones ambientales de Polar, junto con los requisitos existentes, requerirán ingeniería adicional y capacidad del vendedor a medida que aumente la actividad marítima en aguas polares.

El desarrollo de nuevas herramientas de navegación en hielo es un compromiso de inversión más que un desafío técnico. Crédito: Glosten

Las operaciones de buques en y cerca de aguas cubiertas de hielo agregan nuevas cargas diarias a las tripulaciones de buques que operan en latitudes altas. Muchos de estos nuevos requisitos se centran en estimar las condiciones de hielo en tiempo real y en el futuro cercano en las áreas inmediatas de operaciones y a lo largo de las rutas de navegación. En los términos más simples, la navegación en hielo puede considerarse como navegación costera con una costa en constante cambio y movimiento. En una época en la que la información digital ha mitigado la mayoría de los riesgos, la práctica intemporal de la vigilancia de los observadores de relojes sigue siendo la herramienta principal para la navegación en hielo. Las predicciones de hielo específicas del sitio que cubren el entorno inmediato del barco durante un intervalo de horas a días se encuentran actualmente dentro del alcance técnico mediante la combinación de datos metoceánicos en tiempo real con modelos digitales de alta definición. La adopción comercial de estas herramientas por un mayor desarrollo y empaquetado es un desafío emergente para los proveedores activos de servicios de planificación climática de rutas y viajes.

La búsqueda y rescate (SAR), el rescate y la respuesta a derrames en aguas polares es otra brecha en la gestión de riesgos para el envío en latitudes altas. Se requieren nuevos métodos y prácticas estandarizadas de monitoreo y respuesta para gestionar los riesgos de víctimas marinas y normalizar los términos comerciales para las operaciones de aguas polares.

Los requisitos medioambientales nuevos y desconocidos para los buques que operan en aguas polares se implementarán cada vez más en paquetes de diseño de nuevas construcciones y modificaciones para proporcionar a los buques la flexibilidad para trabajar en latitudes altas. Los diseños y tratamientos para reducir el ruido irradiado bajo el agua ya están siendo considerados para puertos existentes y corredores de envío de alta concentración. Las embarcaciones designadas para rutas y operaciones polares necesitarán nuevos niveles de diseño especializado para minimizar los impactos del ruido de las embarcaciones en los hábitats árticos de mamíferos marinos protegidos. Del mismo modo, se debe esperar que los nuevos sistemas e ingeniería brinden cumplimiento para reducir las emisiones de los buques. Las zonas de descarga cero son un impulsor existente de tales sistemas de tratamiento. Los controles de emisión de carbono negro para el motor principal y los sistemas auxiliares son otra área probable para la evolución de la ingeniería en el diseño de embarcaciones de alta latitud.

Nuevos métodos, nuevas responsabilidades
Es la naturaleza de los diseñadores, ingenieros y constructores verse a sí mismos como innovadores que están aportando nuevas soluciones disruptivas y emocionantes a sus sectores tecnológicos; Las herramientas digitales están cambiando el diseño marino justo cuando la hélice interrumpió la rueda de paletas. Si bien estos son emocionantes y positivos, tienden a basarse en la trayectoria exponencial de los avances tecnológicos anteriores, también tenemos nuevos desafíos que vienen con el envejecimiento de todas las cosas. En 2019, estos son los desafíos de mantener la salud ambiental y adaptarse a los cambios involuntarios de nuestro estilo de vida industrial anterior.

Sobre el Autor

Ken FitzGerald es director de Glosten, una firma de consultoría y diseño marino de servicio completo con sede en Seattle, Washington. Ken tiene casi 30 años de experiencia marina internacional, con una amplia experiencia en ingeniería y diseño, un extenso trabajo de prospección de campo y experiencia en alta mar. Apoya el trabajo de la empresa en ciencias oceánicas, estudios geofísicos, energías renovables en alta mar, diseño de amarres y logística marina. Antes de unirse a Glosten, Ken trabajó como oceanógrafo de campo y técnico marino para la fabricación y despliegue de plataformas oceanográficas costeras, amarres en alta mar y sistemas remolcados.

Ken FitzGerald. Crédito: Glosten