Simulación de maniobras de buques con sistemas de propulsión no convencional en aguas poco profundas

Los requisitos cada vez más exigentes en cuanto a misiones, limitaciones operacionales y ambientales así como nuevas tecnologías, imponen permanentemente retos a los arquitectos navales para generar alternativas de buques y valorar su bondad en las primeras etapas del proyecto. Este es el caso de los Buques Patrulleros de Apoyo Fluvial Pesados PAF-P, que por requerimiento de la Armada Nacional de Colombia ha diseñado y construido COTECMAR. Los PAF-P, son buques fluviales cuya relación Manga-Calado excede la mayoría de los buques existentes (B/T=9,5), debido principalmente a las restricciones en el calado a consecuencia de la escasa profundidad de los ríos. Estos buques están equipados con sistemas de propulsión acimutales tipo “Pum-Jet”. Las particularidades del buque y del ambiente operacional, caracterizado por ríos tropicales con una variabilidad de profundidad dependiente del régimen de lluvias y sequía, así como la falta de canalización y la corriente, hacen que la maniobrabilidad y controlabilidad sean fundamentales para el cumplimiento de su misión; adicionalmente, no existen modelos matemáticos validados que permitan predecir en las primeras etapas del diseño la maniobrabilidad de este tipo de buques con los efectos asociados por profundidad. La presente tesis doctoral aborda el desarrollo de un modelo matemático para simulación de maniobrabilidad en aguas poco profundas de buques con relación manga-calado alta y con propulsores acimutales tipo “Pump-Jet”, cuyo chorro además de entregar el empuje necesario para el avance del buque, genera la fuerza de gobierno en función del ángulo de orientación del mismo, eliminando la necesidad de timones. El modelo matemático ha sido validado mediante los resultados obtenidos en las pruebas de maniobrabilidad a escala real del PAF-P, a través de la comparación de trayectorias, series temporales de las variables de estado más significativas y parámetros del círculo evolutivo como son diámetro de giro, diámetro táctico, avance y transferencia. El plan de pruebas se basó en técnicas de Diseño de Experimentos “DOE” para racionalizar el número de corridas en diferentes condiciones de profundidad, velocidad y orientación del chorro (ángulo de timón). En el marco de la presente investigación y para minimizar los errores por efectos ambientales y por inexactitud en los instrumentos de medición, se desarrolló un sistema de adquisición y procesamiento de datos de acuerdo con los lineamientos de ITTC. La literatura existente describe los efectos negativos de la profundidad en los parámetros de maniobrabilidad de buques convencionales (Efecto tipo S), principalmente las trayectorias descritas en los círculos evolutivos aumentan en la medida que disminuye la profundidad; no obstante, en buques de alta relación manga-calado, B/T=7,51 (Yoshimura, y otros, 1.988) y B/T=6,38 (Yasukawa, y otros, 1.995) ha sido reportado el efecto contrario (Efecto tipo NS Non Standart). Este último efecto sin embargo, ha sido observado mediante experimentación con modelos a escala pero no ha sido validado en pruebas de buques a escala real. El efecto tipo NS en buques dotados con hélice y timones, se atribuye al mayor incremento de la fuerza del timón comparativamente con las fuerzas del casco en la medida que disminuye la profundidad; en el caso de estudio, el fenómeno está asociado a la mejor eficiencia de la bomba de agua “Pump-Jet”, debido a la resistencia añadida en el casco por efecto de la disminución de la profundidad. Los resultados de las pruebas con buque a escala real validan el excelente desempeño de esta clase de buques, cumpliendo en exceso los criterios de maniobrabilidad existentes y muestran que el diámetro de giro y otras características de maniobrabilidad mejoran con la disminución de la profundidad en buques con alta relación manga-calado. ABSTRACT The increasingly demanding requirements in terms of missions, operational and environmental constraints as well as new technologies, constantly impose challenges to naval architects to generate alternatives and asses their performance in the early stages of design. That is the case of Riverine Support Patrol Vessel (RSPV), designed and built by COTECMAR for the Colombian Navy. RSPV are riverine ships with a Beam-Draft ratio exceeding most of existing ships (B/T=9,5), mainly due to the restrictions in draft as a result of shallow water environment. The ships are equipped with azimuthal propulsion system of the “Pump-Jet” type. The peculiarities of the ship and the operational environment, characterized by tropical rivers of variable depth depending on the rain and dry seasons, as well as the lack channels and the effect of water current, make manoeuvrability and controllability fundamental to fulfill its mission; on the other hand, there are not validated mathematical models available to predict the manoeuvrability of such ships with the associated water depth effects in the early stages of design. This dissertation addresses the development of a mathematical model for shallow waters’ manoeuvrability simulation of ships with high Beam-Draft ratio and azimuthal propulsion systems type “Pump-Jet”, whose stream generates the thrust required by the ship to advance and also the steering force depending on the orientation angle, eliminating the need of rudders. The mathematical model has been validated with the results of RSPV’s full scale manoeuvring tests, through a comparison of paths, time series of state variables and other parameters taken from turning tests, such as turning diameter, tactical diameter, advance and transfer. The test plan was developed applying techniques of Design of Experiments “DOE”, in order to rationalize the number of runs in different conditions of water depth, ship speed and jet stream orientation (rudder angle). A data acquisition and processing system was developed, following the guidelines of ITTC, as part of this research effort, in order to minimize errors by environmental effects and inaccuracy in measurement instruments, The negative effects of depth on manoeuvrability parameters for conventional ships (Effect Type S: the path described by the ship during turning test increase with decrease of water depth), has been documented in the open literature; however for wide-beam ships, B/T=7,51 (Yoshimura, y otros, 1.988) and B/T=6,38 (Yasukawa, y otros, 1.995) has been reported the opposite effect (Type NS). The latter effect has been observed thru model testing but until now had not been validated with full-scale results. In ships with propellers and rudders, type NS effect is due to the fact that increment of rudder force becomes larger than hull force with decrease of water depth; in the study case, the phenomenon is associated with better efficiency of the Pump-Jet once the vessel speed becomes lower, due to hull added resistance by the effect of the decrease of water depth. The results of full scale tests validates the excellent performance of this class of ships, fulfilling the manoeuvrability criteria in excess and showing that turning diameter and other parameters in high beam-draft ratio vessels do improve with the decrease of depth.

Hacia una teoría de la restauración arquitectónica y estudio de los centros históricos

La Tesis, formalmente, es parte de la que consta desde 1.975 en la biblioteca de la Escuela con la signatura 20024. Manteniendo el mismo título, estudia la evolución de la teoría de la restamración y del análisis de los centros históricos a través de la bibliografía publicada en los últimos veinte años y, de algunas actuaciones realizadas en Sevilla durante el mismo período. El resultado está presentado, siguiendo el orden del índice General, en cinco volúmenes: I resumen, II El desarrollo general del tema, III Apéndices, IV bibliografía publicada en los últimos veinte años y, V glosario de términos. Para identificar los orígenes y antecedentes de la teoría de la restauración arquitectónica y de su evolución, el estudio se encuentra desarrollado en cuatro capítulos: Una visión general; La restauración en España en el siglo XX hasta 1.976; Los últimos veinte años 1975 - 1.996 y, El estudio de los centros históricos. En el primero, se perfila el origen, la evolución y el estado actual de la cuestión dentro del ámbito internacional. Al respecto, se destacan las relaciones entre los hechos y las opiniones en Europa y en América. Las consecuencias de la revolución francesa, de la revolución industrial, de la segunda guerra mundial y del movimiento moderno sobre el patrimonio ya construido a través de los cambios en el marco legal; de la opinión de los más destacados profesionales que se han pronimciado sobre el tema, entre otros: Vitet, Viollet le Duc, Ruskin, Morris, Boito, Riegl, Giovannoni, Brandi. Paralelamente, también se hace referencia a la formación del arquitecto y a la participación de otras disciplinas en la restam-ación del patrimonio cultiual construido. En el segundo capítulo, se estudia el proceso de adscripción de los especialistas españoles a las corrientes internacionales de la restauración y la forma como inició la "restauración perceptiva" en los escritos de los "restauradores" que habían asumido el pensamiento de Viollet le Duc, representados por Lampérez y de los "antirrestauradores" que defendían la postura de Ruskin. La tercera vía sugerida por Boito, debido a su distanciamiento razonado de los dos anteriores, no se la encuentra identificada de manera específica en ningún autor español de esta época pero sí a través de la adopción generalizada de la casuística, del "caso por caso". Durante la República, "la elaboración teórica perderá el carácter de debate enconado que había caracterizado el desarrollo de decenios anteriores lo cual, unido a que la escasa diuación del período impide la formación de una tradición teórica, hace que las contribuciones no sean cuantiosas" Posteriormente, cuando el trabajo teórico de Torres Balbás puesto de manifiesto en centenares de artículos y en las obras de la Alhambra, permitía advertir su aporte al enriquecimiento de los principios internacionales de la restauración, sobrevino la guerra civil y con ella el inicio de un largo período de aletargamiento. Él, en 1.931 había asistido a la conferencia de Expertos para la protección realizada en Atenas para presentar su trabajo titulado: "Evolución del criterio respecto a la restauración de monimientos en la España actual". De esa reunión surgió la Carta Internacional que treinta y tres años después, serviría de referente a la Carta de Venecia, el documento de más amplia repercusión en el ámbito de la protección del patrimonio cultural edificado (arquitectura y centros históricos). La continuidad de los congresos de especialistas iniciada a fines del siglo pasado, se interrumpió en la década de los cuarenta. Debido a las consecuencias de la segunda guerra mundial se aprobó la "Convención de La Haya sobre protección de los Bienes Culturales en caso de conflicto armado". A partir de entonces, los moniunentos (la restaiuración) quedarán inmersos en luia nueva concepción, más general y amplia que, después de ser profundizada por Giannini, será adoptada en la Ley del Patrimonio Histórico Español, vigente desde 1.985. Los primeros pronimciamientos del movimiento de la arquitectm-a moderna y después las sendas Cartas de Atenas (1.931, 1.933) habían ubicado a la restaiuación en una situación perfectamente acotada dentro de la cual prolongaban su vida todas las otras corrientes: historicista, ecléctica, nacionalista, neoromántica, etc. En un lado se ubicaron los "modernos" y en el otro los "conservacionistas". Solamente a fines de los años setenta, demostradas las insuficiencias "modernas", ésta reiterativa compartiamentación tratará de ser superada. En el tercer capítulo se estudia detalladamente el aporte bibliográfico al tema y se evidencia la forma cómo, por exceso de doctrina y, coetáneamente, de una escasa teoría, terminada la dictadm-a en España, la situación del patrimonio arquitectónico seguía pareciéndose mucho a aquella descrita por Torres Balbás sesenta años antes: "un tremendo deterioro", debido a la especulación inmobiliaria y a la falta de vma política cultiu-al. El peso del régimen anterior parece haber sido tal que, pocas cosas escaparon a su control. Gracias al ambiente democrático, según la bibliografía revisada, la actitud de los especialistas en "lo nuevo" frente a "lo antiguo" también cambió. La norma, desde entonces ha perdido contundencia pero no su vigencia. Después del agotamiento terminológico al que llegó la restam-ación en los años setenta, Sola Morales introdujo, por primera vez en España ima palabra familiar entre los italianos pero novedosa en castellano: "intervención". A partir de este momento se adoptaron los principios del "restauro crítico" italiano y se provocó el cuestionamiento sobre la rehabilitación. En 1.983, por primera vez en español aparece resiunida y ordenada por Antón Capitel, una "Discusión crítica sobre las Teorías de la Restam^ación arquitectónica". Será parte constitutiva del libro publicado en 1.988 "Metamorfosis de monumentos". Emergía de un período esencialmente confuso pero de reflexión a la que se integraron los arqueólogos, historiadores, críticos, etc, debido particularmente a dos circunstancias: la infrautilización del patrimonio construido en los centros históricos y la consecuente "fiebre restauradora y rehabilitadora". En los últimos veinte años, según 524 registros publicados en España de un total de 799 que constan en el índice onomástico de la bibliografía estudiada, la notable influencia del pensamiento italiano sobre el tema de la tesis, solamente ha servido para matizar la tradición doctrinaria local, incapaz de extraer de su enorme tradición práctica, un componente teórico generador propio. Lo dicho se constata al analizar dos importantes obras ejecutadas en Sevilla durante el período de preparación del Quinto Centenario: la Cartuja y el Palacio de Manara. La primera no ha conseguido evidenciar su objetivo cultural. La restaiu"ación en el Palacio de Manara ha logrado recuperar la distribución tipológica de una importante casa señorial del centro histórico de Sevilla pero, contrariamente a lo que se proclama, tampoco tiene características para convertirse en un modelo a seguir. En el último capítulo se estudia la relación entre la restamación arquitectónica y el centro histórico. Si a éste se lo reconoce como una unidad homogénea, su protección intermediada por la intervención en sus monumentos tendría una apreciable limitación pues, esa arquitectura sin aquella connotación no podría garantizar la protección de todo el "conjunto". De esta circunstancia emerge el planeamiento como el único reciuso técnico capaz de garantizar la protección integral de la arqmtectura. Sin embargo, en España, el planeamiento de protección sigue dependiendo de la filosofía de la Ley del Suelo. No de la de Cultura. Debido a ello, todavía no es posible apreciar una postm-a de lo "antiguo" frente a lo "nuevo" en forma semejante a la conocida actitud de quienes están edificando lo "nuevo" hacia lo "antiguo". Esta es la situación que en el futuro deberá superar la "restauración" arquitectónica y la "protección" en los centros históricos para hacer propicia una reflexión teórica dinámica. Complementariamente, a manera de conclusión, entre otros puntos se ha verificado: En cantidad, en calidad y en diversidad, el contenido de los registros bibliográficos de las dos últimas décadas en España, son superiores a los de épocas anteriores pero, en cuanto a profundidad, las diferencias se hacen imperceptibles. No existe una teoría de la restam-ación tomada como un. conjunto de conocimientos especulativos independientes de su aplicación. Existen algunos componentes dispersos que, desde luego, constituyen un cuerpo doctrinal (en cuanto normativo) con indudables contenidos conceptuales que a la vez podrían constituir los fragmentos sueltos de una posible teoría. El fracaso en la delimitación del ámbito del restam-o y en la construcción de una teoría general sobre la restauración de monumentos en España no quita ni pone importancia a las intervenciones en el patrimonio edilicio con alto valor social agregado realizadas en los últimos veinte años. Eso sí, dificulta identificar una actitud profesional y académica generalizadas frente al patrimonio cultural edificado. No es posible afirmar que las intervenciones de los últimos años estén sometidas a una teoría general o específica ni tampoco decir que hay una "escuela regional" entendida como una tradición de haceres, actitudes o características resultantes commies en las restam-aciones del patrimonio arquitectónico. Obedecen al cumplimiento de la doctrina tradicional que bien podría convertirse en el pragmático empleo de un recurso artificio con connotación ética. En la restauración - a diferencia de la arquitectura de nueva planta- pareciera ser necesario y más fácil identificar la relación entre ética y estética; por lo tanto, habría una especie de obligación social de explicar la razón de ser de las obras tanto como la forma de ejecutarlas. Como conclusión, operativa y parte de ese corpus teórico -que no teoría propiamente dicha- se ha elaborado lui GLOSARIO de términos especializados sobre el tema.