Optimización del sistema de propulsión de las embarcaciones de alta velocidad mediante el análisis por herramientas computacionales

Abstract

En el Perú, la demanda de embarcaciones de alta velocidad es cada vez mayor debido a la necesidad de transportar personal a las plataformas petroleras, embarcaciones y lugares sin conexión terrestre, como existen en la Amazonía peruana. Uno de los retos de los armadores, dueños de estas embarcaciones, es alcanzar el máximo rendimiento del sistema de propulsión. De esta manera, la embarcación consumirá menos combustible, disminuyendo los costos operacionales. El objetivo de esta tesis es desarrollar una herramienta computacional para evaluar y calcular, con alta precisión, el rendimiento propulsivo (potencia BHP y la eficiencia de propulsión total) en las embarcaciones de alta velocidad con sistema convencional, utilizando únicamente los datos geométricos del casco y del propulsor, evaluándose también el riesgo de cavitación en el propulsor. Este algoritmo permitirá optimizar o seleccionar el sistema propulsivo de estas embarcaciones. Para alcanzar este objetivo, métodos para calcular la resistencia al avance, los coeficientes de interacción casco-hélice, el rendimiento del propulsor y la cavitación fueron estudiados e implementados en el algoritmo desarrollado en LabVIEW. Para verificar la precisión del algoritmo, un caso de estudio es evaluado. En este caso, se verifica el cálculo de la potencia, rotación y torque realizado por el algoritmo, proporcionando buenos resultados. Además, el algoritmo fue utilizado para optimizar el sistema propulsivo de la embarcación utilizada como caso de estudio, logrando mejorar el rendimiento propulsivo y disminuir la cavitación.

In Peru, the demand for high-speed vessels is increasing due to the need to transport crew from coast to oil platforms, vessels, and locations without land connections, such as those found in the Peruvian Amazon. One of the challenges facing shipowners of these vessels is to achieve the maximum propulsion system performance. This will reduce fuel consumption, lowering operating costs. The objective of this thesis is to develop a computational tool to evaluate and calculate, with high precision, propulsion performance (BHP and efficiency) in high-speed vessels with conventional propulsion systems, using only the geometric data of the hull and propeller, and the assessing also the risk of cavitation in the propeller. This algorithm will allow for the optimization or selection of the propulsion system for these vessels. To achieve this objective, methods for calculating resistance, hull-propeller interaction coefficients, propeller efficiency, and cavitation were studied and implemented in the algorithm developed in LabVIEW. To verify the algorithm's accuracy, a case study was evaluated. In this case, the calculation of power, rotation, and torque was verified, getting satisfactory results. Furthermore, the algorithm was used to optimize the propulsion system of the vessel used as a case study, improving propulsion efficiency, and reducing the cavitation.