AGUA EN LA CUBIERTA

Por:
Marcelo de Almeida Santos Neves (1) masn@peno.coppe.ufrj.br

Miguel Angel Celis Carbajal (2) mcelis@peno.coppe.ufrj.br
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RESUMEN

Un barco es susceptible a pasar por grandes tempestades y como consecuencia de esto, el movimiento de las olas y del navío puede volverse de grandes amplitudes de tal forma que el fluido alcance la cubierta del navío. Este fenómeno es bien conocido como ‘shipping of water’, ‘deck wetness’ o ‘Green water loading’. Vale señalar que existe la diferencia en llamar ‘Green water’ a este fenómeno porque es utilizado para diferenciar el spray (pequeñas cantidades de gua y espuma) volando al rededor y la real cantidad de agua en la cubierta, además porque el agua de mar es más verde que azul por esta razón el termino ‘Green water’ es mas usado.

Este fenómeno es un problema tanto para navíos de todo tamaño como para as estructuras offshore como son las TLPs, SPARs y semi-sumergibles.

Motivación efecto de agua en la cubierta.

La consecuencia de este fenómeno es que el agua puede invadir los compartimientos del navío disminuyendo su flotabilidad y estabilidad y sobre todo colocando en riesgo la vida humana, por esta razón el comportamiento del artefacto naval debe ser evaluado de acuerdo con los criterios reglamentados por las instituciones internacionales como la IMO. Este estudio tiene como objetivo analizar situaciones de riesgo en forma dinámica (en el dominio del tiempo) de forma de predecir posibles medidas que ayuden a disminuir los accidentes y riesgos.

Efecto de agua en la cubierta

El problema de fluido de agua poco profunda en La cubierta de un barco puede ser formulado a través de un sistema de ecuaciones no lineales hiperbólicas utilizando la teoría del fluido de aguas poco profundas. Se considerando agua poco profunda cuando la profundidad del agua en la cubierta es pequeña comparada con el radio de curvatura de la superficie del agua. El flujo de agua sucede al mismo tiempo en que el barco se mueve en los seis grados de libertad.

Figura 1: Sistema de referencia de La cubierta

En la Figura 1 muestra el sistema de coordenadas donde el origen se localiza en la cubierta a una distancia Zd del centro de gravedad del buque, no olvidar que tenemos otro sistema de referencia en la superficie libre no perturbada donde el eje Z apunta verticalmente para arriba y el eje Y a lo largo de la superficie no perturbada.

Tomando en consideración las ecuaciones de Navier Stokes expresadas en coordenadas cartesianas. Para el caso bidimensional se puede escribir las ecuaciones que describen el movimiento del agua:

Para un análisis mas profundo de las cargas sobre la cubierta y como este fenómeno afecta la estabilidad del navío puede utilizarse CFD que resuelve las ecuaciones de Navier Stokes para todo el dominio agua y aire conjuntamente, para esto se trabaja con una formulación del problema utilizando una malla computacional del casco del navío y las condiciones de superficie libre son resueltas dentro de la ecuación de Navier Stokes y las condiciones de contorno deben imponerlas en el solver junto con el método de desratización del casco.

Figura 2

Figura 3

Figura 4

Figura 5

Figura 6

En la Figura 2 podemos apreciar un ejemplo de un modelo numérico en el cual se modela los efectos de agua en la cubierta así como cargas en la estructura.

En la figura 3 y 4 se muestra la variación del volumen de agua elevada que cubre la cubierta en la posición de máximo ángulo de roll (loll) estable, WoD es conocido como el volumen total de agua sobre a cubierta, en la Figura 3 tenemos KG=12m y en la Figura 4 KG=11m, la Figura 5 y 6 corresponden a la variación de del volumen elevado con KG=12.5m y la altura máxima de agua sobre la cubierta en función del ángulo de roll e a variación do GZ con el ángulo de roll.
Proyecto en andamiento.

1- Departamento de Ingeniería Naval y Oceánica, Universidad Federal de Rio de Janeiro COPPE - UFRJ, Rio de Janeiro, Brasil.
2 -Alumno de Doctorado en Ingeniería Oceánica en la Universidad Federal de Rio de Janeiro COPPE - UFRJ, Rio de Janeiro, Brasil.