El noventa por ciento del comercio mundial se mueve por mar y más de $ 4 billones de carga se transportan anualmente en grandes buques portacontenedores. A medida que el transporte marítimo continúa fortaleciendo nuestra economía, Los arquitectos navales se enfrentan a un fenómeno natural en los buques portacontenedores que antes se veía en pequeños barcos pesqueros:el movimiento de balanceo de gran amplitud.

El movimiento de balanceo de gran amplitud hace que los grandes buques portacontenedores sean extremadamente inestables y vulnerables a accidentes de tripulación y carga. falla de maquinaria, daño estructural y posiblemente zozobra.

El balanceo de gran amplitud debido a la excitación paramétrica se produce cuando la longitud de la ola es comparable a la del barco, lo que provoca variaciones especialmente pronunciadas en la estabilidad del barco mientras navega por mares agitados. El barco se empuja alternativamente de un lado a otro, y, en solo unos pocos ciclos, Se forman olas elevadas con ángulos de balanceo de más de 35 grados, lo que lo hace peligroso para la tripulación y la carga.

"El movimiento de un barco o una estructura en alta mar en las olas siempre ha sido un problema fascinante para el arquitecto naval, "dijo el Dr. Jeffrey Falzarano, profesor en el nuevo Departamento de Ingeniería Oceánica de la Universidad A&M de Texas.

Falzarano, un arquitecto naval de formación ha estado estudiando el fenómeno del movimiento de balanceo y zozobra de los barcos pesqueros desde sus días como estudiante de posgrado.

"Movimiento de balanceo paramétrico de gran amplitud de los buques portacontenedores en mares frontales donde las olas corren directamente contra el rumbo de un barco, sin embargo, es un problema relativamente nuevo, ", dijo." Ha planteado graves preocupaciones sobre la estabilidad del barco ".

Falzarano, junto con el ex alumno Dr. Amitava Guha y los estudiantes graduados Dr. Abhilash Somayajula y Yujie Liu, ha desarrollado la suite Marine Dynamics Laboratory (MDL), una serie de programas de software que predicen la probabilidad de un movimiento de balanceo de gran amplitud. Reducir la probabilidad de un accidente causado por el vuelco se considera un enfoque más eficaz que mitigar las consecuencias. Con el apoyo del programa de predicción ambiental del movimiento de buques de la Oficina de Investigación Naval, el grupo está ayudando a desarrollar las herramientas de predicción del movimiento de balanceo de próxima generación para arquitectos navales.

"Gran parte de los criterios de estabilidad para el diseño de barcos actualmente no tienen en cuenta los movimientos dinámicos del barco, ", dijo Somayajula." Los criterios más antiguos asumen que las aguas están tranquilas y, por lo tanto, necesitamos un nuevo conjunto de reglas de estabilidad de próxima generación basadas en la respuesta dinámica del barco en olas realistas ".

Según los investigadores, El diseño y la operación nuevos y mejorados de los buques portacontenedores pueden reducir efectivamente la probabilidad de que se produzca un movimiento de balanceo de gran amplitud.

Falzarano y Guha desarrollaron MDL HydroD, una herramienta de dominio de frecuencia que analiza las interacciones de ondas y estructuras. El programa de software es un código de panel tridimensional que calcula las cargas de las olas de primer y segundo orden y la respuesta de movimiento a velocidad cero y de avance en aguas profundas y poco profundas.

Falzarano y Somayajula ampliaron el trabajo de Guha para desarrollar SIMDYN, una herramienta en el dominio del tiempo que utiliza los resultados en el dominio de la frecuencia de MDL HydroD. El programa de software analiza modelos precisos del movimiento del barco en ondas aleatorias. SIMDYN considera conceptos como hidrostática no lineal, fuerzas de Froude Krylov no lineales y amortiguación de balanceo calculada para simular los movimientos de la embarcación no lineales y aleatorios. Somayajula está aplicando actualmente esta herramienta para analizar el balance paramétrico de barcos en mares irregulares y resolver el problema de optimización del diseño de barcos para mayor seguridad, Embarcaciones más estables y eficientes.

La investigación de Falzarano y Liu extiende el programa MDL HydroD de Guha para considerar múltiples embarcaciones. Está diseñado para evaluar con precisión las respuestas hidrodinámicas de múltiples flotadores considerando cargas de olas de primer y segundo orden entre múltiples buques, descarga paralela y análisis de la elevación de las olas entre los buques.

"Existe una enorme cantidad de interacción entre varias naves de diferentes tamaños debido a la brecha entre ellas, ", dijo Falzarano." Esto no está bien predicho en los modelos y necesitamos analizar datos experimentales para mejorar la predicción ".

Los investigadores dicen:este programa de software de flujo potencial aborda la necesidad de una herramienta confiable que busque soluciones prácticas y rentables en aplicaciones de tecnología costa afuera. Existe un interés creciente en comprender cómo interactuarán entre sí y buscar un plan confiable y económicamente eficiente.

Para predecir con precisión el movimiento de rodadura, Falzarano y su equipo analizaron los datos de prueba del modelo tomados de experimentos realizados en R / V Melville, un buque de investigación oceanográfica de propósito general operado por la Institución de Oceanografía Scripps de la Universidad de California en San Diego.

Actualmente, los investigadores están ampliando el conjunto de programas de software MDL para estudiar la resistencia a las ondas constantes en un barco. El método de flujo potencial es conocido por su eficiencia y puede usarse como una selección inicial para identificar candidatos prometedores. Luego, estos candidatos pueden analizarse más a fondo utilizando técnicas más sofisticadas, como la dinámica de fluidos computacional o las pruebas de modelos. Esto permite el uso secuencial de estos enfoques para optimizar simultáneamente las formas del casco para los movimientos y la resistencia de las olas.

Su siguiente paso incluye el uso de MDL Suite para estudiar otros problemas importantes, como las turbinas eólicas flotantes en alta mar y la carga de olas no lineales.