Una herramienta de simulación fácil de usar para los astilleros de Navantia

La mayoría de nosotros piensa en un barco en el mar, flotando libremente en aguas abiertas. Por lo general, no pensamos en el lugar en el que el barco recibe mantenimiento o reparación, ni en cómo se apoya cuando lo hace. Pero los ingenieros mecánicos, los arquitectos y los diseñadores planifican, construyen y configuran cuidadosamente los soportes de atraque de los buques para estos fines y otros.

Los diques secos son esencialmente cuencas estrechas que pueden inundarse y vaciarse de forma intermitente para permitir que un barco entre a flote, se coloque en estos soportes y se tienda por encima del nivel del agua. Como puede imaginarse, los soportes desempeñan un papel integral en el atraque de buques, por lo que mantener su estabilidad es una prioridad absoluta.

Aunque las tripulaciones de los diques secos están muy versadas en este tipo de construcciones, la aportación técnica a través de la simulación y la automatización suelen considerarse aguas desconocidas. Sin embargo, el constructor naval Navantia se está aventurando en un nuevo territorio para avanzar en los métodos tradicionales e introducir el uso de la simulación en sus instalaciones de diques secos en el sur de España, utilizando el kit de herramientas de personalización de aplicaciones de Ansys (ACT). Creada en colaboración con los ingenieros de Ansys, Navantia utiliza una aplicación personalizada, a la que se refieren internamente como BEDCAL para los cálculos de bancada, para simplificar y automatizar la simulación del análisis estructural por elementos finitos (FEA) de Ansys Mechanical de principio a fin. La aplicación ACT está diseñada para ser sencilla, directa y sin complicaciones para cualquier usuario, desde el principiante hasta el experto, democratizando la simulación para todo el equipo.

Al utilizar BEDCAL, el equipo de diques secos de Navantia simula y optimiza la configuración de sus soportes de atraque con cálculos más rápidos y precisos que reducen el tiempo de preparación a la mitad y permiten más rapidez y agilidad para satisfacer las cambiantes demandas del negocio.

Hora de ACTuar en la automatización

Aquí no hay camarillas. El software Ansys ACT da la bienvenida a todos a la mesa, independientemente de su nivel de experiencia con la simulación. ACT permite automatizar los flujos de trabajo mediante la creación de procesos guiados personalizados, denominados asistentes, que permiten una interfaz paso a paso y accesible para cualquier usuario.

El departamento de proyectos de Navantia está utilizando un asistente a medida, denominado apropiadamente Aplicación de Reacción de Bloques, para calcular las fuerzas de reacción de los soportes -principalmente bloques de quilla o de sentina- en sus instalaciones de atraque cerca de la Bahía de Cádiz.

Aunque la flota de Navantia se compone principalmente de buques navales de alta tecnología, se extiende a otras embarcaciones de los sectores militar y civil, desde submarinos hasta cruceros. Con unos tamaños de buque y unos planes de atraque muy diversos, cada soporte requiere una configuración única antes de cada uso, lo que da lugar a un proceso repetitivo, meticuloso y que requiere mucho tiempo. Por término medio, un buque pequeño requiere hasta 100 soportes, mientras que un barco más grande puede necesitar hasta 350 soportes.

«La facilidad de uso y la flexibilidad de acceso y utilización de la Aplicación de Reacción en Bloque es notable», afirma Juana Fernández Sánchez, coordinadora de proyectos en el departamento de ingeniería de Navantia. «Todo el grupo de ingenieros implicados en estos cálculos ha estado de acuerdo con la herramienta y la considera muy útil y fácil de usar».

Además, como la personalización se basa en Ansys Mechanical, la aplicación mejora la colaboración y proporciona un flujo de trabajo más fluido entre el equipo del proyecto y otros departamentos que utilizan Mechanical, como el equipo de análisis estructural.

La automatización no sólo permite a los equipos calcular las configuraciones con facilidad, sino también con mucha más rapidez, lo que acelera las operaciones y mejora el rendimiento.

«La nueva aplicación BEDCAL ha supuesto un importante avance en el cálculo de las reacciones durante las maniobras de flotación, lanzamiento y atraque», afirma Sánchez. «Se ha observado que el tiempo de preparación y cálculo se ha reducido en torno al 50% en relación con la herramienta anterior. También es importante destacar la precisión alcanzada en los nuevos cálculos mediante el uso de elementos finitos a través de la simulación de Ansys.»

A la primera y sin errores

La precisión es esencial en la configuración de los apoyos, ya que la estabilidad es clave durante el acoplamiento de principio a fin. Las condiciones de carga durante el atraque y la maniobra se modifican a menudo, lo que requiere agilidad para reevaluar constantemente las condiciones de los apoyos. Hay que analizar y calcular las fuerzas de reacción de cada soporte para determinar la seguridad estructural antes de su instalación. Esto también permite mantener un equilibrio óptimo durante toda la estancia del buque en el muelle. Además, si se retira un soporte, se desplaza ligeramente o se dispone de forma imprecisa, hay que repetir y actualizar todos los cálculos para garantizar que el peso del buque se dispersa correctamente en los soportes para evitar daños estructurales en el buque en cualquier punto.

Mantener un volumen de datos tan grande, que fluctúa y exige una precisión extrema, requiere un cálculo prudente y muchas repeticiones. Desgraciadamente, esto crea una vulnerabilidad al error, lo que aumenta el riesgo de mal funcionamiento. Pero Navantia alivia estas preocupaciones con la aplicación BEDCAL, al tiempo que libera al equipo para que se concentre en otras tareas.

«Se ha automatizado el flujo de datos, lo que ha supuesto una doble ventaja: por un lado, se reducen los errores humanos durante el procesamiento de los datos y, por otro, se ha reducido considerablemente el tiempo de cálculo necesario, lo que proporciona una mayor agilidad en el proceso de toma de decisiones», afirma Sánchez. «Además, la herramienta Ansys ACT ha optimizado el cálculo de tal manera que, una vez configurado nuestro modelo, es mucho más fácil y rápido realizar cálculos adicionales o modificar algunas de las características de los soportes que componen la cama.»

Junto con los cálculos engorrosos, otro punto de dolor común en la configuración de soportes es el almacenamiento de datos. Navantia implementa la aplicación también para este fin, aplicando la herramienta para un registro más seguro y eficiente.

Con los nuevos cálculos digitalizados, el equipo mantiene fácilmente una base de datos electrónica para futuros proyectos, al tiempo que aplica la herramienta de automatización durante la entrada y salida de archivos dentro de Microsoft Excel.

Tras una exitosa integración de la herramienta para la configuración de bloques, Navantia está aprovechando ACT en diferentes flujos de trabajo, automatizando procesos tediosos y manuales para reducir el tiempo de simulación y agilizar los análisis complejos.

Otros departamentos de Navantia, en particular el equipo de sistemas mecánicos, ya integran la simulación y las herramientas de Ansys, como Ansys Mechanical para la evaluación del comportamiento del casco y la resistencia global; Ansys Fluent para el análisis de sistemas HVAC, tuberías y flujos; Ansys LS-Dyna para explosiones y balística; y Ansys HFSS para la colocación de antenas y la sección transversal de radares.

Con una historia que se remonta al primer astillero moderno de España en 1717, junto con la capacidad de adoptar la última tecnología de simulación de hoy en día, Navantia ciertamente conoce las cuerdas. Para más información, visite Navantia.