Uso de Modelica para la simulación de sistemas de tanques anti-escora en buques

El pasado mes de julio, en la Escuela Técnica de Ingenieros Navales de Madrid se defendió el Trabajo Fin de Grado de Arquitectura Naval realizado mediante Modelica y titulado “Simulación de tanques anti-escora con herramientas de modelado acausal”, realizado por el miembro del grupo Modelica Spain User’s Group Noé Carnerero y en el que varios integrantes del mismo grupo colaboraron.

El principal objetivo del proyecto ha sido modelar y simular para distintos escenarios el comportamiento de los sistemas de tanques anti-escora mediante el software de simulación OpenModelica.

El desarrollo del proyecto se ha basado en el modelado en Modelica de los elementos necesarios para la simulación del comportamiento de un buque equipado con este tipo de sistemas frente a la escora, que es el grado de inclinación lateral del buque. Este tipo de sistemas anti-escora consta de una pareja de tanques conectados entre sí y ubicados en ambos costados del buque. En el caso de existir una escora mayor a la permisible, el sistema trasvasa agua de un tanque a otro, generando un momento compensador en el buque que reduce la escora hasta la condición inicial de equilibrio.

Ilustración 1 esquema de funcionamiento de un sistema anti-escora

Los componentes modelados han sido:

  • Modelo del buque: para caracterizar la estabilidad del buque que se pretenda simular, ha sido realizado a partir del principio de estabilidad a pequeños ángulos.
  • Modelo anti-escora: este modelo incluye las especificaciones principales del sistema anti-escora para poder caracterizarlo y el sistema de control integrado en el sistema, realizado a partir de submodelos de la librería Modelica.
  • Modelo de tanque: es un modelo independiente al modelo anti-escora utilizado para poder visualizar otras variables como el nivel de llenado de cada tanque de la pareja.

Posteriormente se ha realizado una serie de simulaciones del sistema anti-escora usando los componentes modelados para probar diferentes escenarios de escora y probar una serie de utilidades que pueda contar la librería.

Ilustración 2 modelo de una descarga asimétrica de un buque ferry

La librería ofrece dos principales casos de uso, en primer lugar, utilizarla para simular situaciones de escora conocidas en un buque existente que cuente con un sistema anti-escora y comprobar el comportamiento del buque frente a la operación. Se podría simular por ejemplo una operación de descarga asimétrica o la operación de grúas a bordo del buque. También es posible utilizar la librería para simular el comportamiento que puedan tener los tanques de lastre para compensar escoras, en el caso de un buque que no equipa tanques anti-escora.

La otra principal utilidad que cuenta la librería creada es su uso para el dimensionamiento de sistemas de tanques anti-escora en la etapa de diseño de buques de nueva construcción o buques en los que se plantee una instalación de un sistema anti-escora posterior a su construcción. Mediante el uso de esta librería sería posible calcular los parámetros principales del diseño de un sistema de tanques anti-escora en función de las dimensiones del sistema planteado.

Finalmente, se ha integrado el modelo anti-escora realizado en la librería de simulación naval ”ShipSIM”, simulando en ella un escenario de navegación con velas rígidas, ofreciendo unos resultados determinantes para la instalación de tanques anti-escora en buques con esta clase de sistemas de propulsión alternativos.

Ilustración 3 modelo de navegación con velas rígidas en ShipSIM con modelo anti-escora incluido

El proyecto fue calificado con una puntuación de 10 (Matrícula de Honor) y está publicado en el repositorio de la Universidad Politécnica de Madrid en el siguiente enlace.

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