Proyecto vientos
Fernando CatalánInforme5 de Diciembre de 2023
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ICO 424 – Hidráulica Marítima y Medioambiental
Facultad de Ingeniería – Valparaíso
Proyecto 02
Análisis de Vientos:
“Puerto de Iquique – Sector 3”
Alumnos: Fernando Catalán Tobar
Pablo Valdebenito Sanhueza
Profesor: Patricio Winckler Grez
Fecha de entrega: 13 de Noviembre 2022
Contenido
1. INTRODUCCIÓN 2
2. ESTIMACIÓN DEL DOWNTIME OPERACIONAL 3
2.1 Correcciones de magnitud y dirección en los datos del modelo 3
2.1.1 Corrección por altura 3
2.1.2 Corrección por temperatura 4
2.1.3 Corrección por racha 4
2.1.4 Corrección por ubicación 5
2.1.5 Resultados obtenidos en correcciones de magnitud y dirección del viento 6
2.2 Correlaciones para los datos de la magnitud y dirección del viento 8
2.3 Análisis estadístico a medio plazo 11
2.4 Geometría buque Car – Carrier 15
2.5 Downtime operacional 16
3. CARGAS DE VIENTO ACTUANDO SOBRE EL BUQUE ATRACADO 24
3.1 Cálculo de valores extremos de la serie de tiempo 24
3.2 Riesgo máximo admisible y vida útil para el buque Car – Carrier 29
INTRODUCCIÓN
El viento está producido por el movimiento del aire en la atmósfera. La atmósfera es como un gigantesco condensador en donde se acumula la energía procedente del Sol. Esta energía térmica del Sol se transforma en energía cinética llevando masas de aire de unas regiones del planeta a otras.
El viento se define por su dirección e intensidad. Su dirección viene dada por el punto cardinal del horizonte desde el que viene, expresado en grados sexagesimales. Por otro lado, su intensidad es la velocidad de las partículas del aire en movimiento. Esta intensidad se puede medir en “nudos”, en “km/h”, o en “m/s”.
El informe se concentra en el análisis de vientos en el Puerto de Iquique, específicamente en el Sector 3. Además, se realizarán los estudios en base al modelo de buque denominado Car-Carrier (representado en la Ilustración 1), el cual su función principal es el transporte de vehículos.
Ilustración 1: Barco Car-Carrier.[pic 5]
Fuente: Portal Portuario.
Se busca estimar el Downtime operacional del buque. El Downtime operacional es el porcentaje de tiempo en que se excede la magnitud umbral de operación o se exceden las condiciones limites operacionales. Además del Downtime, se busca estimar las cargas que actúan sobre el buque atracado y las cargas que actúan sobre las defensas del sitio de atraque (Sector 3).
ESTIMACIÓN DEL DOWNTIME OPERACIONAL
Los datos a utilizar para el análisis fueron medidos durante una campaña anual en 2019, mediante un anemómetro digital ubicado en una estación a 15 metros sobre el nivel medio del mar, precisamente en la Gobernación Marítima de Iquique. Estos datos son parte de un registro. De manera simultánea, se descargaron datos de un modelo a 16 metros sobre el nivel medio del mar, en donde, para estos datos se busca realizar una corrección en sus magnitudes y direcciones para realizar comparaciones con los datos del registro.
Correcciones de magnitud y dirección en los datos del modelo
Las correcciones que están presentes en este tipo de análisis son:
- Por altura.
- Por temperatura.
- Por racha.
- Por ubicación.
Corrección por altura
Para realizar la corrección por cota, los datos del modelo deben ser adaptados a 10 metros sobre el nivel medio del mar. Los datos del modelo que se tienen fueron calculados a 16 metros sobre el nivel medio del mar, para realizar la transformación de los datos a lo que se necesita, la Ecuación 1 transforma los datos medidos a cualquier altura, a los 10 metros sobre el nivel medio del mar.
Ecuación 1: Cálculo de magnitud del viento a 10 metros sobre el nivel medio del mar.
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es la magnitud del viento a una altura sobre el nivel medio del mar. Obteniendo así la magnitud del viento a una altura de 10 metros sobre el nivel medio del mar (). En la Gráfica 1, se observa la serie corregida de la magnitud del viento del modelo.[pic 7][pic 8][pic 9]
Gráfica 1: Corrección por altura de magnitudes de viento del modelo
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Fuente: Elaboración propia – MatLab.
Corrección por temperatura
Para realizar corrección por temperatura a una serie de magnitud y dirección del viento, es necesario tener una serie de datos de la temperatura del viento. Debido a que no se cuenta con dicha serie, para términos del proyecto el coeficiente de corrección por temperatura será de 1,1 (CEM, 2008).
Corrección por racha
Las rachas son un aumento brusco del viento con respecto a su velocidad o magnitud media, tomada en un intervalo de tiempo. Para realizar el cálculo de la racha, se debe utilizar la relación planteada en la Ecuación 2.
Ecuación 2: Cálculo para corrección por racha.
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Donde , es la magnitud del viento en un instante y es la magnitud del viento en segundos. Por otro lado, para se ocupa el instante de tiempo de 60 segundos o 1 minuto, según el documento “Recomendaciones para Obras Marítimas – ROM 3.1-99” (ROM, 2000)[pic 12][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16]
Corrección por ubicación
Para la corrección por ubicación, se estableció que el lugar de la toma de datos por parte del anemómetro (ubicado en la Gobernación Marítima de Iquique) se encuentra a una distancia cercana del lugar de estudio, en este caso el sitio 3 del puerto de Iquique. Es por esto, que el coeficiente de corrección será el valor 1.
Ilustración 2: Ubicación del anemómetro y distancia hacia el SITIO 3.
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Fuente: Google Earth.
Resultados obtenidos en correcciones de magnitud y dirección del viento
Las correcciones de los datos, se efectuaron tanto al modelo como al registro, utilizando los puntos anteriores, en donde a través de Rosas de Vientos, representadas en la Ilustración 3 e Ilustración 4, permitiendo identificar las direcciones predominantes dentro del sitio 3 y las magnitudes más comunes.
Ilustración 3: Datos de magnitud y dirección del registro corregidos a través de los factores de corrección.
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Fuente: Elaboración propia – MatLab.
Ilustración 4: Datos de magnitud y dirección del modelo corregidos a través de los factores de corrección.
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Fuente: Elaboración propia – MatLab.
Las Rosas de Viento presentadas en la Ilustración 3 e Ilustración 4, muestran que las direcciones predominantes están en el tercer cuadrante, correspondiente al Sur-Oeste. En cuanto a las magnitudes de los vientos, su diferencia más notoria es que las magnitudes en los datos del registro corregido son mayores a las del modelo corregido.
Correlaciones para los datos de la magnitud y dirección del viento
La correlación es un tipo de asociación entre dos variables numéricas, específicamente evalúa la tendencia (creciente o decreciente) en los datos. Para este caso, las curvas de los datos se deben ajustar a la mejor relación, como por ejemplo, la relación lineal, potencial, exponencial, entre otras. Siguiendo esta idea, las relaciones para el análisis de la magnitud del modelo v/s registro que se ocuparon fueron la relación lineal y potencial representadas en las Gráficas 2 y 3.
Gráfica 2: Correlación lineal para magnitudes del viento.
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