Un Estudiante de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Piura, Daniel Churampi Román, asumió el reto de analizar la factibilidad de fortalecer las capacidades de izaje sincronizado de la plataforma Syncrolift del astillero estatal SIMA Chimbote, el mayor astillero peruano para embarcaciones de bajo bordo y uno de los principales centros de producción metal-mecánica del país suramericano. El estudio forma la tesis para su maestría en Ingeniería Mecánico-Eléctrica. Febrero de 2013.
El astillero se dio de cara con un problema cuando la empresa pesquera COPEINCA S.A. le solicitó servicios de construcción de tres embarcaciones para pesca de anchoveta de un peso y longitud superior a la capacidad de izaje del Syncrolift de la subsidiaria de SIMA Perú S.A. En forma paralela, la Marina de Guerra del Perú (MGP) requería someter a proceso de mantenimiento al submarino diésel-eléctrico tipo U-209-1100, BAP Arica, que igualmente, excedía la capacidad del astillero para desvarado y traslado a patio de trabajo.
La solución propuesta fue elevar la capacidad de izaje de la mencionada plataforma Syncrolift. La capacidad incrementada redunda en la captación de mayor cantidad de solicitud de trabajos y cubrir los requerimientos de la mayor cantidad de clientes del astillero.
La Facultad de Ingeniería de la Universidad de Piura resolvió integrar la tecnología CAD-CAE (Computer Aided Design – Computer Aided Enginneering) para el diseño de la solución de ingeniería requerida para habilitar servicios de mantenimiento a los submarinos de la Armada y a embarcaciones de cerco anchovetero locales en el astillero SIMA Chimbote, ubicado a unos 435 kilómetros al norte de la ciudad de Lima. Aparte de servicios de fabricación, la demanda es alta para trabajos de modificación estructural de embarcaciones (tiempo promedio de varado de 99 días, al 2007) ya sea para mejora de navegación o incremento de capacidad de bodega. El astillero ha realizado trabajos de mantenimiento en las corbetas ligeras PR-72 de la Armada peruana.
SIMA Chimbote
Previo a los trabajos de ingeniería, el astillero dispone de un área de 164 mil metros cuadrados, un Syncrolift, nueve parqueadores, 69 carrros cuna de acero, seis grúas móviles, dos cargadores frontales, talleres equipados y capacidad general para reparar embarcaciones de hasta 940 toneladas de desplazamiento.
El Syncrolift es un elevador, que permite izar embarcaciones hasta el nivel del patio de trabajo, hacia el cual es trasladado sobre rieles, mediante carros cuna y vehículos de remolque. La plataforma tenía una capacidad de izado de 940 toneladas, velocidad aproximada de izado de 2 pies/min, longitud de 65.45 metros, ancho de 12 metros, recorrido vertical total de 27 pies, 12 winches con la mitad a cada lado, entre otros. Cada winche es potenciado por un motor eléctrico con un acople flexible y engranajes de reducción para el arrollamiento del cable de acero en un tambor acanalado. Los winches operan de manera sincronizada. Cada winche tiene un freno magnético de disco montado con el motor y un trinquete con uña de retención sobre el tambor. El freno de disco se libera al accionar el motor eléctrico y se engancha por resortes cuando el motor es desconectado. Al operar el Syncrolift en movimiento de descenso, las uñas son automáticamente retiradas de los trinquetes al ingresar aire comprimido en cilindros neumáticos.
Diagrama del BAP Arica sobre la plataforma Syncrolift de SIMA Chimbote. Foto: Universidad de Piura
La plataforma está compuesta por elementos de acero estructural con una cubierta de madera. Cada viga transversal principal está soportada por un winche en cada extremo. La capacidad total de izado del Syncrolift se consigue mediante las vigas transversales de izado.
El soporte requerido para la quilla de las embarcaciones es generado por vigas transversales intermedias entre las vigas transversales principales. Las vigas transversales intermedias están soportadas por vigas longitudinales, que a cada extremo disponen de pasadores sobr ela viga principal transversal. Así, cada viga principal retiene su habilidad de levantamiento de carga independiente.
Los controles del Syncrolift están conformados por el centro de control de motores, con arrancadores, interruptores y el equipo básico de control; así como por los interruptores de fin de carrera de los winches. El control de la plataforma es ejercido por una persona, a través del selector maestro y botones de reposición, arranque y parada. En caso de sobrecarga o bajo suministro de voltaje de cualquier motor, el sistema detiene automáticamente a la plataforma íntegra.
En caso de para por sobrecarga durante el izaje de una embarcación, el Syncrolift puede ser operado solamente en bajada hasta eliminar la sobrecarga.
Los interruptores de fin de carrera de los winches y el selector maestro proveen la nivelación automática de la plataforma y la parada en los límites superior e inferior permisibles.
Operaciones de Control: Subida automática, bajada automática, supresión, nivelación automática, subida y bajada manual.
La resistencia de los cables de acero del Syncrolift es más alta que un cable del mismo diámetro, utilizado en la práctica comercial. El cable es catalogado como Cable de Acero Syncrolift con núcleo independiente de acero, compuesto en su totalidad por alambres especialmente estirados y galvanizados, resultando en un producto de resistencia y tenacidad excepcional, así como gran resistencia a la corrosión.
Las embarcaciones pueden ser varadas sobre calzos asegurados a la plataforma o sobre carros-cuna para su transferencia al patio del astillero. Con la plataforma nivelada y los calzos en posición, de acuerdo a los planos del navío, el Syncrolift es bajado en modo bajada automática y es detenida cuando la profundidad del agua sobre los calzos es aproximadamente igual al calado del buque. Tras posicionar la embarcación sobre los calzos, la plataforma es elevada hasta que el barco se apoye sobre los calzos de la quilla. Éstos solamente deben ser colocados sobre los miembros transversales de la plataforma del Syncrolift.
Los calzos laterales se mueven por un sistema de cadena sinfín y poleas operadas desde el muelle, mediante mecanismos de manivela. Si los calzos laterales están fuera del agua, la fuerza requerida para moverlos es mayor y se recomienda empujar o tirar de ellos como apoyo.
Winches de Syncrolift de SIMA Chimbote. Foto: Universidad de Piura
Modelado con elementos finitos
El objeto del análisis por elementos finitos es determinar en forma aproximada la respuesta de un sistema modelado con elementos finitos y sujeto a cargas establecidas. En la creación de un modelo de este tipo, hay que tomar en cuenta que se está desarrollando un modelo del sistema físico real y que no resulta en respuesta exactas sino en un acercamiento a soluciones precisas.
El objeto del análisis por elementos finitos es determinar en forma aproximada la respuesta de un sistema modelado con elementos finitos y sujeto a cargas establecidas. En la creación de un modelo de este tipo, hay que tomar en cuenta que se está desarrollando un modelo del sistema físico real y que no resulta en respuesta exactas sino en un acercamiento a soluciones precisas.
El método de los elementos finitos considera la estructura como un ensamble de pequeñas partículas, cuyo comportamiento y en consecuencia de la estructura completa, se obtiene formulando un sistema de ecuaciones algebraicas por computadora. Las partículas son llamadas elementos finitos. Los puntos donde se interconectan los elementos finitos se conocen como nodos o puntos nodales y la selección de los nodos se llama discretización o modelado.
Para el modelado se deben definir las propiedades de los elementos y seleccionar el tipo de elementos finitos más adecuados, representativos del sistema físico. La matriz de rígidez del elemento consiste de coeficientes derivados de un método de equilibrio, residuos ponderados o energético y relaciona los desplazamientos nodales con las fuerzas aplicadas en los nodos.
El modelo debe replicar aproximadamente la reacción del sistema físico durante la aplicación de cargas.
BAP Arica en abril 2009 durante ejercicio de guerra anti-submarina DESI en Estados Unidos. Foto: Armada de Estados Unidos
Proyecto COPEINCA
SIMA celebra en el año 2009 un contrato con la Corporación Pesquera Inca S.A (COPEINCA) para la construcción de tres embarcaciones con capacidad de bodega de 800 metros cúbicos, sistema refrigerado RSW, 77 metros de eslora, 11 metros de manga, 5 metros de puntal, capacidad para pescar en aguas oceánicas y peso aproximado de 1,175 toneladas cada una. Se selecciónó a SIMA Chimbote para desarrollar el programa de construcción. El astillero está certificado con ISO 9001, ISO 14001 y OHSAS 18001, puede emplear el sistema de corte automático CNC, soldadura por arco sumergido, soldadura semiautomática MIG MAG y el sistema de fabricación modular.
SIMA celebra en el año 2009 un contrato con la Corporación Pesquera Inca S.A (COPEINCA) para la construcción de tres embarcaciones con capacidad de bodega de 800 metros cúbicos, sistema refrigerado RSW, 77 metros de eslora, 11 metros de manga, 5 metros de puntal, capacidad para pescar en aguas oceánicas y peso aproximado de 1,175 toneladas cada una. Se selecciónó a SIMA Chimbote para desarrollar el programa de construcción. El astillero está certificado con ISO 9001, ISO 14001 y OHSAS 18001, puede emplear el sistema de corte automático CNC, soldadura por arco sumergido, soldadura semiautomática MIG MAG y el sistema de fabricación modular.
Como se mencionó anteriormente, el Syncrolift de Chimbote tenía una capacidad de levante de 940 toneladas, con un diseño para embarcaciones de 66.45 metros de eslora, 12.2 metros de manga, 5.5 metros de calado y 1.83 metros de puntal. Las embarcaciones encargadas por COPEINCA superaban tales capacidades y parte de ellas quedarían en voladizo (al aire), una situación de riesgo.
Mediante análisis por software Algor y considerando a las embarcaciones como elementos finitos tipo viga se concluyó que un winche estaría sometido a 199 toneladas de carga, cuando su capacidad era de 160 toneladas. Los factores de seguridad de la viga principal presentaban valores muy peligrosos. La plataforma no soportaría el peso de la embarcación o de hacerlo, sería una maniobra muy riesgosa.
Para superar esta situación se realizaron varias simulaciones, concluyendo que la ubicación correcta de winches de 180 toneladas bastaría, junto con el incremento del número de winches de 12 a 14, y que era necesaria revisar la resistencia y estado de desgaste de pines, cables y poleas, mediante la técnica de líquidos penetrantes para detectar posibles fisuras.
Submarino BAP Arica
Esta nueva configuración del Syncrolift debía también ser evaluado para el submarino peruano BAP Arica, tomando su ingreso a la plataforma con la proa hacia tierra. Para ello se considera que el peso total de los 22 carros cuna es 110 toneladas, el peso total de la plataforma Syncrolift es 250 toneladas, el peso de los equipos del submarino es 427 toneladas y el peso de la estructura del submarino es de 764 toneladas.
Esta nueva configuración del Syncrolift debía también ser evaluado para el submarino peruano BAP Arica, tomando su ingreso a la plataforma con la proa hacia tierra. Para ello se considera que el peso total de los 22 carros cuna es 110 toneladas, el peso total de la plataforma Syncrolift es 250 toneladas, el peso de los equipos del submarino es 427 toneladas y el peso de la estructura del submarino es de 764 toneladas.
De manera similar al caso COPEINCA se evaluó la distribución de cargas sobre cada uno de los winches utilizando el software Algor y modelando el submarino como un elemento finito tipo viga. Se considera al submarino como un elemento muy rígido. Se analizaron diversas posiciones del submarino sobre la plataforma, determinando que en posiciones óptimas la carga máxima que soportaría un winche es de 177 toneladas, y que la carga sobre la viga principal, incluso en estado crítico con una carga de 180 toneladas es segura.
Como resultado de la ampliación de la plataforma y el incremento de la capacidad nominal de ocho winches, se pudo llevar adelante el proyecto de COPEINCA y también se realizó sin mayores apuros el mantenimiento en el submarino BAP Arica de la Marina de Guerra del Perú. Asimismo, SIMA Chimbote ha optimizado los espacios de diques usados por los submarinos, que hasta hace poco ingresaban a SIMA Callao y mantenían un dique seco ocupado por 3 á 9 meses, impidiendo aprovechar el dique para otras labores. Actualmente, los procesos de mantenimiento y reparaciones de los submarinos se están orientando a SIMA Chimbote, que ingresa a través del Syncrolift al área de trabajo y no interrumpe el ingreso de los navíos de otros clientes.
Durante el primer semestre de 2014, SIMA invirtió en la Plataforma Syncrolift de SIMA Chimbote mediante la fabricación de tres vigas principales, mantenimiento de la consola de sincronización, cables, poleas, tableros de alarma, reparación de carros cuna, reparación del Parqueadero de Construcciones No 6, redes eléctricas, entre otros.
Bibliografía:
– Análisis Computacional para mejorar la operación de varado y desvarado de plataforma Syncrolift de SIMA-Chimbote. Tesis de Master en Ingeniería Mecánico-Eléctrica con mención en Sistemas Energéticos y Mantenimiento. Facultad de Ingeniería, Universidad de Piura. Daniel Churampi-Román. Piura, Febrero 2013.
– Análisis por elementos finitos. Solidworks. Dassault Systems.
– Informe de Control y Seguimiento de metas del Plan Estratégico de SIMA Perú 2013-2017. SIMA Perú S.A.
(maquina-de-combate.com)
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