FreeCAD-Ship s60 tutorial/es

En este tutorial trabajaremos con un barco de la Serie 60, de la Universidad de Iowa. El tutorial pretende mostrar como trabajar con barcos simétricos monocasco.

Puedes conocer más sobre FreeCAD-Ship aquí

Introducciónn
FreeCAD-Ship trabaja sobre Ship entities, que deben crearse previamente sobre la geometría proporcionada. La geometría puede ser un conjunto de sólidos y superficies, pero debe seguir los criterios definidos a continuación:


 * Actualmente sólo se soportan barcos simétricos, así que sólo es necesario proporcionar el estribor del barco.
 * La geometría de estribor debe incluirse en el dominio de las Y negativas.
 * El origen (0,0,0) es la intersección de la Cuaderna maestra y la Línea base.

Criterio de signos de FreeCAD-Ship.

Cargando la geometría del Serie 60
Para ayudar a los nuevos usuarios FreeCAD-Ship incluye un cargador de geometrías de ejemplo.

Icono de la herramienta de cargado de ejemplos.

Ejecutando la herramienta (Diseño de buques/Cargar un ejemplo de geometría de barco) se mostrará un cuadro de diálogo. Selecciona Serie 60 de la Universidad de Iowa y pulsa Aceptar. La herramienta carga un nuevo documento con la geometría s60_IowaUniversity.

Crear instancia del barco
Para crear una Instancia de barco selecciona la geometría s60 y ejecuta la herramienta de creación de barco (Diseño de buques/Crear un nuevo barco).

Icono de la herramienta de creación de barcos.

Se muestra el cuadro de diálogo de la herramienta, y unas anotaciones en la vista 3D. Las anotaciones será eliminadas cuando se cierre la herramienta, así que no te preocupes por ellas.

Existen dos bloques de datos relativos a la creación de una instancia de buque.

Datos relativos al buque.
Los datos relativos al buque que se deben introducir son las dimensiones principales:


 * Eslora: Eslora entre perpendiculares, 25.5 m para este barco.
 * Manga: Manga total del buque, 3.389 m para este barco.
 * Calado: Calado de diseño, 1.0 m para este barco.

Anotaciones sobre la vista frontal.

La eslora entre perpendiculares depende del calado de diseño, por tanto si no se conoce la eslora entre perpendiculares se puede fijar el calado y ajustar la eslora hasta que coincida con la intersección entre la roda (línea tope de la proa) con la flotación.

Anotaciones sobre la vista lateral.

Se puede seguir la misma metodología para proceder con la manga. Conviene darse cuenta que se trata de la manga total, luego se debe considerar el barco completo, incluyendo la mitad oculta.

Opciones de discretización.
Para realizar los cálculos básicos FreeCAD-Ship emplea una versión discretizada de la geometría mediante rebanadas, para lo que se deben proveer los datos sobre la cantidad de puntos a tomar. El proceso de discretización puede llevar algún tiempo (tanto más cuanto más compleja sea la geometría), pero los consiguientes cálculos no se verán excesivamente afectados, pues son más simples. Por tanto, si tan sólo deseas tantear las formas puede considerar dejar los valores por defecto, pero si deseas mejores resultados incrementa el número de puntos en consecuencia.

En este tutorial emplearemos 100x20 puntos.

Cuando presiones el botón de aceptar el programa comenzará la discretización, que en nuestro caso debería llevar menos de un minuto (Tenga cuidado, geometrías más complejas pueden llegar a necesitar horas). Durante el proceso el programa puede parecer congelado, pero si ejecutaste FreeCAD desde una terminal puedes ver el progreso de la discretización, y evetualmente detenerlo presionando Ctrl+C (El barco no será creado).

Cuando la geometría ha sido completamente discretizada dispondrá de una nueva entidad llamada Ship en el árbol de Etiquetas & Atributos. No necesitaremos la geometría original en adelante, así que la ocultamos.

Icono de las instancias Buque.

A partir de este momento Ship debe estar siempre seleccionado antes de tratar de emplear una herramienta de FreeCAD-Ship.

Plano de formas
FreeCAD-Ship proporciona una herramienta para hacer más sencilla la exportación del plano de formas.

Herramienta de trazado de planos de formas

El plano de formas consiste en un conjunto de secciones del casco que permiten plasmar en un plano estandarizado las formas del mismo. La herramienta requiere el set de cortes a realizar.

Caja de cuadernas
Normalmente se emplean 21 cuadernas equi-espaciadas entre las perpendicualres de proa y popa, y para ello FreeCAD-Ship ofrece una herrameitna automática. Simplemente necesitamos seleccionar Cuadernas como tipo de sección, ir al grupo Autogenerar, y establecer 21 cuadernas, presionando Crear secciones.

Vista previa de las cuadernas.

La tabla se rellena, y se crea un nuevo objeto llamado OutlineDraw, que nos permite ver una previsualización de las secciones tomadas. Es habitual introducir más secciones en las zonas cercanas a las perpendiculares de proa y popa, donde se dan curvaturas más acentuadas, para ello simplemente vaya al final de tabla y haga doble click sobre el hueco vacío, añadiendo el nuevo valor, y presione intro para confirmar. Añadiremos manualmente dos cuadernas más:


 * X22 = -12.1125 m
 * X23 = 12.1125 m

Secciones Longitudinales
Usualmente se emplean dos secciones longitudinales, para ello seleccione Longitudinal como tipo de sección, y en el grupo de autogeneración establezca 2 secciones, presionando entonces Crear secciones. Se rellena la tabla y se actualiza la vista previa.

Líneas de agua
Usualmente se disponen 6 líneas de agua entre la línea base y la línea de flotación, para ello seleccione Líneas de agua como tipo de sección, y en el grupo de autogeneración establezca 5 secciones (La línea de agua Z = 0 m no se incluye automáticamente, añadalá más tarde manualmente en caso de ser necesario), presionando entonces Crear secciones. Se rellena la tabla y se actualiza la vista previa.

Se deben añadir manualmente algunas secciones más.


 * Z6 = 1.2 m
 * Z7 = 1.4 m
 * Z8 = 1.6 m
 * Z9 = 1.8 m
 * Z10 = 2.0 m

Trazando el plano
Seleccione una escala 1:100 y presione Aceptar. El plano se traza automáticamente y se muestra en pantalla, para saber más sobre el trazador de planos y como editarlos acuda aquí.

Plano de formas.

Adicionalmente las secciones 3D se conservan en el objeto OutlineDraw por si necesita trabajar sobre ellas (p.ej.- Barcos con múltiples superficies pueden tener aristas dentro del plano que no se desean).

Seccioens resultantes.

Curva de áreas.
La curva de áreas es de utilidad para obtener algunos indicativos sobre el posible comportamiento hidrodinámico de las formas (Resistencia al avance, comportamiento en la mar, ...). FreeCAD-Ship dispone una herramienta para trazar curvas de áreas de forma sencilla.

Icono de la herramienta de trazado de curvas de áreas.

Cuando se ejecuta la herramienta se muestra el cuadro de diálogo correspondiente, al tiempo que se genera una previsualización de la superficie del mar (la previscualización de la superficie del mar será eliminada cuando se cierre la herramienta, así que no se preocupe por ella). En el cuadro de diálogo coexisten datos de entrada y de salida.

Datos de entrada.
A la herrameitna se le deben dar los datos de calado y trimado (Ángulo de rotación alrededor del eje y, siendo positivo cuando cala más por popa). Dependiendo de las situaciones de carga se pueden requerir muchas curvas de áreas, pero existen dos curvas típicas comúnes a todos los diseños:


 * Curva de áreas correspondiente al calado de diseño: Con el buque sin trimar, y usando el calado de diseño, 1.0 m en este caso.
 * Curva de áreas correspondiente al calado máximo: Con el buque sin trimar, y usando el calado máximo, 2.0 m en este caso.

Datos de salida
FreeCAD-Ship muestra un informe de salida que se actualiza en tiempo real, que incluye los siguientes datos:


 * L: Eslora entre perpendiculares, valor que se estableció durante la creación del buque.
 * B: Manga total que se estableció durante la creación del buque.
 * T: Calado actual en la cuaderna maestra.
 * Trim: Ángulo de trimado.
 * TAP: Calado en la perpendicular de popa.
 * TFP: Calado en la perpendicular de proa.
 * Displacement: Desplazamiento del buque (Se considera agua salada, por tanto se debe dividir por 1.025 para conocer el volumen desplazado).
 * XCB: Coordenada X del centro de flotación (relativo a la cuaderna maestra).

Cuando se acepta el botón Aceptar se genera automáticamente la curva de áreas y se muestra por pantalla.

Curva de áreas para el calado de diseño.

FreeCAD-Ship usa pyxplot para trazar la curva de áreas en formato de imagen *.eps, y ghostscript para convertirla posteriormente en una imagen *.png. Si usted abrió FreeCAD desde la terminal podrá comprobar donde guardo FreeCAD-Ship los datos sobre las áreas transversales, junto con otros archivos auxiliares:


 * areas.dat: Contiene la información sobre las áreas transversales calculadas.
 * areas.pyxplot: Preformato para pyxplot que permite generar la curva a partir del archivo areas.dat.
 * areas.eps: Imagen EPS (ideal para ser editada).
 * areas.png: Imagen final PNG.

Cuando se genera una nueva curva de áreas todos los archivos se sobreescriben, luego si desea trabajar con ellos más tarde cópielos en otra carpeta.

Hidrostáticas
El cálculo de las hidrostaticas es una parte clave en el proceso de diseño del buque, pues provee información crucial acerca de la estabilidad del buque. Las sociedades de clasificación exigen esta información de cara a certificar los buques, ya que unida a la información referente a las condiciones de carga aportan la información básica sobre la estabilidad del buque. FreeCAD-Ship incorpora una herramienta para calcular las principales curvas hidrostaticas (Las curvas GZ no han sido implementadas por el momento).

Icono de la herramienta de Hidrostáticas.

Al lanzar la herramienta se muestra el cuadro de diálogo donde deberemos establecer los valores de trimado y calados. Normalmente las curvas hidrostáticas se presentan en un rango de calados para cada ángulo de trimado. En este tutorial sólo consideraremos el barco sin trimar, y puesto que no conocemos las situaciones de carga, para un amplio rango de calados (Convencionalmente se ajustan al rango de calados plausible para el buque).

Por tanto establecemos los siguientes valores:
 * Trimado = 0º
 * Calado mínimo = 0.1 m
 * Calado máximo = 2.0 m
 * Numero de puntos = 39. Un gran número de puntos implica largos tiempos de cálculo, y en ocasiones las diferencias no serán perceptibles. Para el número propuesto el cálculo puede llevar unos 30 segundos.

Aceptamos y se generan las curvas hidrostáticas.

Curvas hidrostáticas.

Al igual que la anterior herramienta, se hace uso de pyxplot para realizar las gráficas en formato *.eps, y ghostscript para convertirlas posteriormente a imágenes *.png. Si ejecutaste FreeCAD desde la terminal podrás ver donde han sido guardadas las imágenes y los datos:


 * hydrostatics.dat: Hidrostáticas resultantes.
 * volume.pyxplot: Preformato para pyxplot.
 * volume.eps: Imagen EPS de las hidrostáticas relacionadas con el volumen.
 * volume.png: Imagen PNG de las hidrostáticas relacionadas con el volumen.
 * stability.eps: Imagen EPS de las hidrostáticas relacionadas con la estabilidad.
 * stability.png: Imagen PNG de las hidrostáticas relacionadas con la estabilidad.
 * coeffs.eps: Imagen EPS de las hidrostáticas relacionadas con los coeficientes de formas.
 * coeffs.png: Imagen PNG de las hidrostáticas relacionadas con los coeficientes de formas.

Si se desea realizar varias hidrostáticas, por ejemplo para diferentes ángulos de trimado, se deben salvar los archivos antes de repetir el proceso, pues la herramienta los sobreescribirá.