Propuesta de un método para optimizar selección de motor, transmisión y hélice en barcos de pesca artesanal existentes, utilizando fotogrametría y dinámica de fluidos computacional

Abstract

La propulsión de un barco es fundamental, ya que de ella depende el buen desempeño en su operación y la eficiencia adecuada en cuanto a potencia y velocidad. En Perú, muchos armadores de barcos artesanales desconocen los criterios necesarios para seleccionar el conjunto motor, transmisión y hélice. En general, se basan en la experiencia de otras embarcaciones o simplemente tienen el objetivo de economizar costos. Si a esto se suma la falta de datos de construcción (líneas de forma, curvas hidrostáticas, pruebas de estabilidad) y un diseño ineficiente del casco, no se puede seguir un proceso al momento de escoger equipos de propulsión, y las consecuencias pueden ir desde la parte económica, con un alto consumo de combustible y deterioro temprano del motor, hasta la parte ambiental, con una elevada emisión de CO2. Esta tesis tiene como objetivo plantear un método para optimizar la selección del motor, transmisión y hélice de un barco artesanal a través del uso de fotogrametría y CFD. Para este fin, se utilizó el barco artesanal DELIA I como modelo de prueba en la optimización. Se tomaron fotografías del barco desde diversos ángulos para el proceso de fotogrametría y se realizaron pruebas de mar para recopilar datos reales de velocidad y rendimiento del motor. A partir de este proceso, se creó un modelo 3D del barco y se llevó a cabo una simulación CFD para calcular la resistencia al avance. Esto permitió realizar cálculos y un estudio de propulsión para comprender el comportamiento teórico del barco, que luego se comparó con los resultados de las pruebas reales de mar. Como fase final, se determinó la configuración óptima de motor, transmisión y hélice, garantizando un funcionamiento eficiente y la capacidad de alcanzar velocidades deseadas de más de 9 nudos, según las necesidades del armador del barco.

The propulsion of a vessel is fundamental, since good performance in its operation and adequate efficiency in terms of power and speed depend on it. In Peru, many small-scale boat owners are unaware of the necessary criteria for selecting the engine, transmission and propeller assembly. In general, they rely on the experience of other vessels or simply seek to save costs. If to this is added the lack of constructive data (form lines, hydrostatic curves, stability tests) and an inefficient hull design, a process cannot be followed when choosing the propulsion equipment, and the consequences can range from the economic side, with high fuel consumption and early engine deterioration, to the environmental side, with high CO2 emissions. This thesis aims to propose a method to optimize the selection of the propulsion system (en- gine, transmission, propeller) of an small scale boat by using photogrammetry and CFD. For this purpose, the DELIA I small scale boat was used as a test model in the optimization of the propulsion system. Photographs of the boat were taken from various angles for the pho- togrammetry process and navigation tests were conducted to collect real data on the speed and performance of the engine. From this process, a 3D model of the boat was created and a CFD simulation was performed to calculate the aerodynamic drag. This allowed calculations and a propulsion study to understand the theoretical behavior of the ship, which was then compared with the results of actual sailing tests. As a final phase, the optimal configuration of the propulsion system was determined, ensuring efficient operation and the ability to reach the desired speeds of more than 9 knots, according to the shipowner’s needs.