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jueves, 26 de febrero de 2026

Tres cursos online CAD, CAE Y CFD muy recomendables para 2026

Estimados lectores, relacionados con la Tecnología Marítima tenemos el gusto de compartir tres cursos online CAD, CAE, CFD que consideramos muy interesantes para ustedes. Estos cursos forman parte de la plataforma educativa Technical Courses y se ofrecen a precios muy competitivos, con una relación calidad-precio excelente!. 

Se los presentamos:

 

 

En resumen, con el aprendizaje de OpenFOAM le permitirá realizar simulación CFD profesional sin pagar las costosas licencias de software comerciales tales como Ansys. Pudiendo realizar proyectos de simulación CFD profesionales aplicados a los sectores naval e industrial.

Con el software Salome-Meca y Code Aster, podrá realizar diseños 2D y 3D paramétricos, mallados por elementos finitos y finalmente ejecutar proyectos de simulación estructural con software libre. Con la ventaja de poder llegar a ser un especialista en cálculos CAE sin pagar costosas licencias por el uso del software.

Los cursos impartidos por Technical Courses están especialmente valorados por las empresas y estudiantes, por los siguientes motivos:
  • Ponen a disposición de los estudiantes conocimientos a "nivel experto" por medio de cursos de corta duración que le permitan compatibilizarlos con una jornada laboral normal.
  • Proporcionan a los alumnos la disponibilidad de realizar el curso en cualquier horario para mejor aprovechamiento de su tiempo. Los cursos está disponibles las 24 horas del día de lunes a domingo.
  • Disponibilidad para realizar el curso desde cualquier lugar del mundo, con tan solo disponer de acceso a internet.
  • Proporcionan cursos a costes razonables que los hacen asequibles para estudiantes con limitados recursos económicos. Hay que valorar también que con la formación online se eliminan costes adicionales que se tendrían en cursos presenciales (desplazamientos, dietas, estancias, tasas, impuestos, etc).

LINKS:

lunes, 23 de septiembre de 2024

Análisis CFD con OpenFOAM

El término CFD proviene de las siglas en inglés “computacional fluid dynamics”, lo cual se traduce al castellano como dinámica de fluidos computacional. Es una de las ramas de la mecánica de fluidos que utiliza métodos numéricos y algoritmos para resolver y analizar problemas sobre el flujo de fluidos. Los ordenadores son utilizados para realizar millones de cálculos requeridos para simular la interacción de los líquidos y los gases con superficies complejas proyectadas por la ingeniería. El sofware OpenFOAM es gratuito y de código abierto, permitiendo realizar análisis CFD en una amplia variedad de casos prácticos.


La metodología de cálculo CFD se basa en establecer una división del dominio de cálculo, que es considerado como continuo en la mecánica de fluidos clásica, pero que para el análisis CFD se transforma en elementos discretos, para los cuales se resuelven las ecuaciones gobernantes mediante métodos numéricos. Los resultados del análisis pueden posteriormente visualizarse en los diferentes parámetros objeto del cálculo, como por ejemplo; fracciónes másicas, velocidades, temperaturas, presiones, etc

 

EL SOFTWARE OPENFOAM

El software OpenFOAM (open field operation and manipulation), se trata de un software de CFD gratuito y de código abierto desarrollado por Henry Weller y Hrvoje Jasak en 1989 en el Imperial College de Londres, bajo el nombre de FOAM, y lanzado como software de código abierto en 2004 con el nombre de OpenFOAM.

 
Actualmente cuenta con una importante comunidad científica de usuarios y se actualiza periódicamente incluyendo contribuciones tanto del equipo desarrollador como de la comunidad científica de usuarios, lo cual lo hace muy competitivo en comparación con otros programas comerciales de CFD tales como Ansys Fluent, Star-CD, Flow 3D, etc. Los elevados precios de las licencias del software comercial para análisis CFD hacen que el software libre se convierta en una alternativa importante, siendo OpenFOAM sin duda el más conocido y empleado a día de hoy. Cabe destacar la continua expansión que ha experimentado este software, siendo cada vez más los usuarios, tanto a nivel profesional como académico, que lo utilizan.

OpenFOAM está organizado en un conjunto de módulos C++ que posibilitan la resolución de problemas de análisis CFD, tales como flujo compresible, reacciones químicas, combustión, turbulencia, transferencia de calor, turbomáquinas, sólidos, flujo supersónico, electromagnetismo, flujos multifásicos, etc.


El software OpenFOAM es, ante todo, código escrito en lenguaje C++. Aunque cuenta con una amplia gama de funcionalidades para hacer simulaciones de CFD, permite personalizar y ampliar sus funcionalidades para adaptarlas a cada estudio particular, característica que constituye el principal motivo de elección de este software en una amplia diversidad de casos.



ESTRUCTURA DE OPENFOAM

La Estructura del Software OpenFOAM está constituido por una gran biblioteca base, que ofrece las capacidades básicas del código:

  •     Tensor y operaciones de campo.
  •     Discretización de ecuaciones diferenciales parciales usando una sintaxis legible por humanos.
  •     Solución de sistemas lineales.
  •     Solución de ecuaciones diferenciales ordinarias.
  •     Paralelización automática de operaciones de alto nivel.
  •     Malla dinámica.
  •     Modelos físicos generales.
  •     Modelos de medios porosos.
  •     Modelos reológicos.
  •     Modelos de flujos compresibles / térmicos
  •     Modelos de reacción química y cinética.
  •     Métodos de seguimiento de partículas lagrangianas.
  •     Modelos de transferencia de calor radiactivo.
  •     Modelos de turbulencia.
  •     Simulación por medio de las Ecuaciones de Navier-Stokes.
  •    Simulación de grandes remolinos (LES) y de remolinos separados (DES, DDES, etc.).

 
Las capacidades proporcionadas por la biblioteca se usan luego para desarrollar aplicaciones. Las aplicaciones se escriben usando la sintaxis de alto nivel introducida por OpenFOAM, que tiene como objetivo reproducir la notación matemática convencional. Existen dos categorías de aplicaciones:
  •  Solvers: realizan el cálculo real para resolver un problema específico de mecánica continua.
  • Utilidades: se utilizan para preparar la malla, configurar la caja de simulación, procesar los resultados y realizar operaciones distintas a la solución del problema bajo examen.


Cada aplicación proporciona capacidades específicas: por ejemplo, la aplicación llamada BlockMesh se usa para generar mallas de un archivo de entrada proporcionado por el usuario, mientras que otra aplicación llamada IcoFoam resuelve las Ecuaciones de Navier-Stokes para un Flujo laminar incompresible.

Finalmente, un conjunto de paquetes de terceros se utilizan para proporcionar funcionalidad paralela (Open MPI) y post-procesamiento gráfico (ParaView). 

 
 

PROCEDIMIENTO DE SIMULACIÓN CFD CON OPENFOAM

Los pasos para realizar el análisis CFD con OpenFOAM sigue el mismo procedimiento habitual:

1- Preprocesado:
  • La geometría y los límites físicos del problema se pueden definir utilizando un diseño asistido por computadora (CAD). A partir de ahí, los datos pueden procesarse adecuadamente y se extrae el volumen de fluido (o dominio de fluido).
  •  El volumen ocupado por el fluido se divide en células discretas (la malla). La malla puede ser uniforme o no uniforme, estructurada o no estructurada, y consiste en una combinación de elementos hexaédricos, tetraédricos, prismáticos, piramidales o poliédricos.
  • Se define el modelado físico, por ejemplo, las ecuaciones de movimiento fluido + entalpía + radiación + conservación de especies.
  • Las condiciones de contorno están definidas. Esto implica especificar el comportamiento y las propiedades del fluido en todas las superficies limitantes del dominio del fluido. Para problemas transitorios, también se definen las condiciones iniciales.
2- Simulación: 
  • Las ecuaciones se resuelven iterativamente como un estado estacionario o transitorio.
3- Postprocesado:
  • En esta etapa final se realiza el análisis y la visualización de la solución resultante.
 

EJEMPLO DE LAS POSIBILIDADES DE ANÁLISIS CON OPENFOAM

Podemos usar OpenFOAM por ejemplo para simular un motor diésel de cuatro tiempos. La malla empleada para modelar el motor se muestra en la Fig. siguiente. 

Debido al movimiento del pistón y válvulas, la malla se actualiza en cada paso de tiempo. El número de elementos de la malla varía desde 32.000 en el PMS a 450.000 en el PMI. El tipo de elementos es hexaédrico. La cabeza del cilindro, especialmente alrededor de las válvulas, debe ser refinada para capturar las complejas características del fluido en esa zona.

En OpenFOAM se realizan los cálculos basándose en las ecuaciones RANS (Navier-Stokes con el promedio de Reynolds, del inglés “Reynolds averaged Navier-Stokes”) de conservación de la masa, momento y energía, respectivamente. Respecto a turbulencia, se recomienda usar el modelo k-e.

Respecto a las reacciones químicas que tienen lugar durante el proceso de combustión, varias ecuaciones adicionales deben de ser añadidas al modelo de cálculo.

Respecto a los modelos de combustión, OpenFOAM aporta una importante ventaja, ya que se pueden incorporar diversos esquemas cinéticos que han sido validados por medio de experimentación empírica en laboratorios, como modelo de combustión del diesel-oil está disponible el esquema cinético de Ra y Reitz (2008), basado en 131 reacciones y 41 especies. 

Como modelo de formación de NOx, se dispone del esquema cinético de Yang y col. (2003), basado en 43 reacciones y 20 especies. Como modelo de reducción de NOx, se puede usar el esquema cinético de Miller y Glarborg (1996), basado en 131 reacciones y 24 especies. En caso de querer analizar el uso del  amoniaco como combustible en un motor de combustión interna, se dispone del esquema cinético de Mathieu y Peterson (2015).


 
 
VENTAJAS E INCONVENIENTES DE OPENFOAM

Ventajas:

  •     Reducción sustancial en tiempo y costes en los nuevos diseños.
  •     Sintaxis amistosa para ecuaciones diferenciales parciales.
  •     Código fuente completamente documentado.
  •     Amplia gama de aplicaciones y modelos listos para usar.
  •     Sin costos de licencia.
  •     Software muy flexible con capacidad de ser ejecutado en paralelo.
  •     Posibilidad de analizar sistemas y condiciones muy difíciles de simular experimentalmente.

 Inconvenientes:

  • La comunidad de desarrollo sufre de fragmentación, dando lugar a numerosos proyectos bifurcados.
  • Ausencia de una interfaz gráfica de usuario integrada (están disponibles las opciones independientes de código abierto y de propiedad).
  • La guía del programador no proporciona suficientes detalles, lo que hace que la curva de aprendizaje sea muy pronunciada si necesita escribir nuevas aplicaciones o agregar funcionalidades.
  • Se precisa de un gran conocimiento de las ecuaciones que modelan ciertos fenómenos físicos, necesitando personal con grandes conocimientos en la materia.
  • Simplificación del fenómeno a estudiar para que el hardware y el software puedan abordarlo. El resultado será tanto más preciso cuanto más adecuadas hayan sido las hipótesis y simplificaciones realizadas.
  • La existencia de insuficientes e incompletos modelos para simular el efecto de la turbulencia, fenómenos multifásicos o la combustión, entre otros.
 
 
CURSOS DE FORMACIÓN RECOMENDADOS:

Para realización de análisis CFD recomendamos el software gratuito OpenFOAM.

Si necesita formación para aprender a manejar este software le recomendamos los cursos de Technical Courses, por su buena relación calidad - precio.

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ENLACES:
 
 

AUTORA: María Isabel Lamas Galdo (Doctora Ingeniera Industrial por La Universidad de La Coruña)

 

sábado, 7 de febrero de 2015

Programas gratuitos de Elementos Finitos que son de aplicación en la industria Naval

En esta ocasión vamos a mostraros los programas de análisis CAE basados en el método de elementos finitos, también conocido por las siglas FEM (finite element method). La Ingeniería asistida por computadora (CAE, del inglés Computer Aided Engineering) es la disciplina que se encarga del conjunto de programas informáticos que permiten analizar y simular los diseños de ingeniería realizados con el ordenador, para valorar sus características, propiedades, viabilidad, y rentabilidad.

La utilidad de las herramientas modernas de modelado y simulación por el método de elementos finitos son actualmente indiscutibles, permitiendo ensayar de manera virtual diferentes modelos o diseños antes de acometer la fabricación del prototipo industrial, proporcionando con esta metodología de trabajo, enormes ventajas y beneficios por ahorro de costes de fabricación de prototipos y acortamiento de los tiempos en el desarrollo del producto, dando lugar como consecuencia que la compañía sea más competitiva en la creación y desarrollo de nuevos productos.


OpenFOAM

- Tipo de FEM: CFD
- Tipo de Licencia: GNU General Public License
- Desarrollador: The OpenFOAM Team
- Sistema operativo: Unix/Linux
- Descarga: OpenFOAM
El software OpenFOAM (Open Field Operation and Manipulation) es el programa CFD (Computational Fluid Dynamics) de uso libre más importante de la actualidad. Tiene un gran número de usuarios en la mayoría de áreas de la ingeniería y de la ciencia, tanto en organizaciones comerciales como académicas.


El  OpenFOAM incluye una extensa librería con más de 80 solvers y 170 tutoriales con los que se puede resolver prácticamente cualquier problema, entre ellos los siguientes:
- Problemas básicos de mecánica de fluidos computacional.
- Flujo comprensible.
- Reacciones químicas.
- Combustión.
- Turbulencia.
- Transferencia de calor.
- Motores y turbomáquinas.
- Dinámica de sólidos.
- Flujo supersónico.
- Electromagnetismo.
- Flujos multifásicos.
- Otros...



Code_Aster

- Tipo de FEM: Linear & non-linear static/dynamic, thermal & fluid analysis
- Tipo de Licencia: GPL
- Desarrollador: Electricité de France (EDF)
- Sistema operativo: Linux, Solaris and IRIX 64 bits
- Descarga: Code_Aster
 
Code_Aster es un software para el análisis de elementos finitos y simulación numérica en mecánica estructural y multifísica.

Fue desarrollado por la empresa francesa Électricité de France (EDF), para el estudio y mantenimiento de plantas y redes eléctricas. Fue liberado bajo la GNU General Public License en octubre de 2001. La mayoría de la documentación disponible se encuentra en francés.


Code_Aster es el solver o motor de procesamiento, por lo que no incluye el preprocesamiento y posprocesamiento, es decir el mallado del objeto y presentación de las soluciónes del estudio.

Su aplicación abarca múltiples disciplinas: análisis tridimensinal mecánico y térmico principalmente, hidrodinámica, metalurgia, hidratación, secado... ya sean condiciones estacionarias o transitorias, y tanto en procesos lineales como no lineales. Además, posee herramientas específicas para fatiga, deformación, fractura, contacto, geotecnia, materiales porosos, etc. Además, la combinación de estas características con los programas específicos de preprocesado y posprocesado, como por ejemplo el SALOME-MECA, le permiten disponer de una funcionalidad completa para el desarrollo de estudios multidisciplinares.

CALCULIX

- Tipo de FEM: Finite element analysis
- Tipo de Licencia: GPL (free software)
- Desarrollador: Guido Dhondt & Klaus Wittig
- Sistema operativo: Linux, Iris, Windows.

 
El programa Calculix fue diseñado para solucionar problemas lineales y no-lineales estáticos, dinámicos y térmicos. Usa solamente elementos 3D (tetraedros y hexaedros)

Fue un proyecto realizado por trabajadores de MTU Aero Engines in Munich, Alemania

Consta de dos módulos independientes pero totalmente compatibles. Uno es el módulo de cálculo basado en ABAQUS, y el otro modulo de pre y post proceso compatible con diferentes formatos: nastran, abaqus, ansys, code-aster, dolfyn, duns, ISAAC y OpenFOAM.


ELMER

- Tipo de FEM: Multiphysical simulation software.
- Tipo de Licencia: GNU General Public License
- Desarrollador: Finnish Ministry of Education's CSC
- Sistema operativo: Linux, Windows, GPL, Mac OS X
El programa Elmer fue desarrollado por el Ministerio de Eduacación de Finlandia. Permite Resolver los siguientes modelos físicos: fluidos dinámicos, estructuras mecánicas, electromagnetismos, térmicos y acústicos.

Está compuesto por los siguientes módulos principales;
  • ElmerGUI, donde generamos la malla, aplicamos las características del material y aplicamos las condiciones de contorno.
  • ElmerSolver, introduciremos un archivo en cual hemos definido con anterioridad : tipo de simulación, definición de constantes, material, fuerzas, ecuaciones, métodos de resolución,condiciones de contorno y valores iniciales.
  • ElmerPost, procesado de los resultados. Usa diferentes formatos de salida: GID, Gmsh, VTK legacy, Open DX , Open DX .
  • EmerGrid, posibilita la opción de que partiendo de la misma geometría se puedan obtener diferentes mallas con diferentes tipos de elementos para poder así resolver problemas físicos diferentes.
 


SALOME-MECA

- Tipo de FEM: CAD, Pre-Processing and Post-Processing for numerical simulation
- Tipo de Licencia: GNU LGPL license
- Desarrollador: Electricité de France (EDF)
- Sistema operativo: Unix, GNU/Linux


Salome-Meca es un software que permite la realización del preproceso y postproceso de cálculos numéricos. Al ser una aplicación libre se pueden implementar en ella diferentes módulos. Su gran flexibilidad permite utilizar diferentes tipos de archivos como: IGES, STEP, BREP, MED, UNV, DAT, STL. Integrándose totalmente en un sistema de diseño CAD.

En su versión más básica, el Salome-Meca esta integrado por los siguientes módulos:
- Módulo Geométrico
- Módulo de Mallado
- Módulo Post-Proceso
La mayor parte de los usuarios utilizan el Salome Meca como herramienta de mallado y visualizador de resultados de los cálculos numéricos realizados con programas de código abierto como pueden ser OpenFOAM, Code_ASTER, CAELINUX, etc.



CURSOS DE FORMACIÓN RELACIONADOS:

Si desea recibir cursos de  formación relacionados con esta temática, le recomendamos que realice los cursos de Technical Courses:


http://www.technicalcourses.net

Technical Courses está especializado en la impartición de actividades formativas en todo el mundo, destinados a cubrir la necesidades de cualificación de personal técnico, nuestros cursos se encuentran estrechamente ligados a las tendencias del mundo laboral y las necesidades formativas de las empresas.



LINKS RELACIONADOS:

martes, 18 de marzo de 2014

Modelar un casco en 3D a partir del plano de formas

Plano de formas de un buque:
En construcción naval se aplica el término plano de formas como un plano, a escala conveniente, de las líneas de trazado horizontales o comúnmente conocidas como líneas de agua del buque en planta; así como de las secciones verticales longitudinales y transversales.
Modelado 3D de un casco con SolidWorks, al ser programa paramétrico tiene algunas ventajas, pero al no estar basado en Nurbs tiene limitaciones para controlar la posición e las superficies.

Las secciones transversales igualmente espaciadas entre las perpendiculares de proa y popa, constituye lo que se conoce como caja de cuadernas. Dependiendo de la eslora del buque se cogerá un número u otro de cuadernas denominadas cuadernas de trazado (más o menos de 10 a 20) además de dos secciones en los puntos medios de los espacios finales tanto de proa como de popa, cuya causa en la acentuación del cambio de las formas del buque en las secciones denominadas anteriormente.
Plano de formas de un pesquero pequeño.

Únicamente se dibuja, en el plano de formas, la mitad del buque, debido a su simetría respecto a crujía, por su parte, las secciones de la mitad de proa se dibujan a la derecha de la proyección del plano de crujía y las de popa a la izquierda.

Una vez concluido el plano de formas se precede a la realización de la cartilla de trazado el cual alberga una serie de mediciones específicas del buque y consiste en las medias mangas a diferentes alturas de las diferentes líneas de agua y alturas de cubierta en cada una de las secciones transversales.

Las paralelas al plano de la base se denominan líneas de agua, y también flotaciones. Se numeran de abajo hacia arriba empezando por el plano de la base, al que se denomina línea de base o línea de agua “0” cero.

Las paralelas a los planos de los extremos de proa y popa, perpendiculares al plano de base, se denominan secciones transversales, y también cuadernas. Se numeran generalmente de popa a proa, empezando por la perpendicular de popa a la que le corresponde el “0”. De la perpendicular de popa hacia popa se enumeran con números negativos.

Las paralelas a los planos de los costados, de babor y estribor, que dividen al prisma longitudinal y perpendicularmente al plano de la base, se denominan secciones longitudinales. La principal es la que divide al prisma y al buque longitudinalmente en dos partes simétricas, que generalmente se denomina plano diametral. Se designa línea central a la intersección del plano diametral con el plano de la base, con los de las líneas de agua, con los de las secciones transversales y con los de toda estructura a la que divida en dos partes simétricas.
Plano de formas de un buque de carga grande. Fuente wikipedia.

Las líneas de intersección de los planos de las secciones descritas con la superficie exterior del buque, representadas en los tres planos de proyección, constituyen el plano de formas del buque. En la proyección horizontal se representan las líneas de agua de un costado, tomando como eje de simetría el “plano diametral” y que convencionalmente se denomina línea central sobre la que se indican las siglas L.C. La proyección longitudinal se dibuja en el plano vertical y se representan las secciones longitudinales de uno de los costados del buque, en buques simétricos. La proyección transversal representa la sección media (cuaderna maestra), cuyo eje de simetría es el “plano diametral”, dibujando a un lado las semisecciones situadas a popa de la maestra y al otro lado las semisecciones a proa de l misma, a izquierda y a derecha del eje de simetría L.C., respectivamente.

Existen tres procedimientos para llevar a cabo el trazado de las formas de un buque:
- Derivación de formas, a partir de un buque considerado bueno para los criterios primarios
- Generación de formas, a partir de los parámetros principales
- Series sistemáticas (desarrolladas por canales de experiencias y astilleros)
Botadura de un O.B.O. en la empesa nacional Bazán, años 70. Para la elaboración del plano de formas se utilizó el procedimiento Series Sistemáticas.

Diseño 3D del casco de un buque:
La definición de formas de un buque es un aspecto de suma importancia, por sus múltiples implicaciones en diferentes aspectos del proyecto.
Una vez tengamos las formas definidas se realiza el diseño estructural, para ello lo más idoneo es la utilización de un programa de diseño paramétrico como NX, Catia, Pro Engineer, SolidWorks, SoliEdge, todos ellos software con licencia.

La obtención de unas formas óptimas desde este punto de vista hidrodinámico es lo que se busca para que el buque pueda navegar a una velocidad determinada utilizando la menor cantidad de potencia posible y de esta forma gastar menos combustible y mejorar la autonomía.

Entre los programas existentes en la actualidad más apropiados para realizar el modelado 3D del casco están el Maxsurf y el Rhinoceros, ambos trabajan creando superficies NURBS (acrónimo inglés de non-uniform rational B-spline) es un modelo matemático muy utilizado en la computación gráfica para generar y representar curvas y superficies.
Modelo de casco 3D realizado con software libre FreeCAD. Fuente: FreeCAD

Una de las ventajas que aporta el Rhinoceros 3D como modelador de cascos de buques, es su facilidad para aprender a manejarlo, y que permite ajustar mucho más fácilmente la geometría del casco a lo que nosotros queremos. También tiene herramientas para realizar el alisado del casco (fairing) lo cual es indispensable para obtener un buen modelo 3D y que pueda ser utilizado posteriormente en la fase de análisis numérico.

Rhinoceros 3D es una herramienta para modelado en 3D basado en NURBS. Lo creó Robert McNeel & Associates, últimamente se ha ido popularizando en las diferentes industrias, por su diversidad, funciones multidisciplinares y el relativo bajo costo. Las extensas opciones para importación y exportación en el programa es una razón del crecimiento de su uso. La gran variedad de formatos con los que puede operar, le permite actuar como una herramienta de conversión, permitiendo romper las barreras de compatibilidad entre programas durante el desarrollo del diseño. Hay disponibles varios agregados (add-ons), también desarrollados por Robert McNeel & Associates, para el renderizado fotorrealístico raytracing (Flamingo) y Keyshot, en renderizado no fotorrealístico (Penguin) y la animación (Bongo). Existen también la versión RhinoMarine, que se adapta a las características especiales requeridas por los diseñadores navales incluidos los carenados, las superficies desarrollables y el análisis de curvaturas, etc. Además Rhinomarine tiene el complemento ORCA3D que es un plug-in externo que ofrece un paquete completo de herramientas especializadas para el diseño naval y el análisis en Rhino.

Para la creación del plano de formas utilizando Rhinoceros 3D se pueden utilizar diversas técnicas, siendo una de las más sencillas la siguiente:
  • En Rhinoceros, se puede poner una imagen bipmap como imagen de fondo del plano de trabajo. Partiendo de esta imagen de fondo, se pueden calcar las líneas del plano de formas con lo que correspondería informáticamente a los junquillos que se usaban antes cuando los planos de formas se hacían a mano. Es preciso intentar aproximar esta líneas con curvas que tengan lo menos puntos de control posible para simplificar el proceso del alisado después.
  • Con estas curvas podremos para generar superficies NURBS que se acerque a las formas verdaderas del casco. Es importante obtener unas curvas correctas que sigan fielmente las formas del casco, es la precisión en la manipulación de estas curvas, cuando se ponen cada unas en el mismo origen que debe ser bien identificado en cada una de las tres vistas. Para esto se aconseja trazar líneas de referencia y comprobar que coincidan en la vista 3 D una vez giradas y escaladas las curvas en cada vista.
  • A partir de la red de curvas que hemos usado, vamos a hacer las superficie NURBS. Para esto Rhinoceros cuenta con una herramienta muy útil "surface from network of curves". Para usar esta herramienta hay que saber lo que se entiende por "network of curves". No podemos usar todas las curvas de esta red porque todas no cumplen unas condiciones de validez (las curvas deben formar una rejilla cuadrada o si no se cruzan exactamente, no deben estar "muy" lejos). Así, seleccionamos unas curvas de manera inteligente para que cumplan estas condiciones y que sean representativas de las formas del casco.
  • Reconstruir y alisar las superficies NURBS con el fin de que se acerquen lo más posible al modelo de partida.

Una vez tengamos el modelo de casco en 3D, nos facilitará la realización de diferentes análisis utilizando software de arquitectura naval, CFD, etc, lo cual nos va a permitir comprobar la validez del diseño o en caso necesario implementar mejoras, que llevarán a la modificación del modelo 3D y a su vez la realización de nuevos análisis, entre los que se pueden incluir los siguientes:
  • Cálculo de las curvas hidrostáticas, estudio de la estabilidad, desplazamientos y calado de proyecto.
  • Predicción de resistencia al avance
  • Análisis CFD para cuantifcar la eficiencia hidrodinámica de la carena y de los apéndices
  • Análisis de comportamiento en la mar y maniobrabilidad.
  • Análisis de formas para que resulten beneficiosas desde el punto de vista constructivo (desarrollables y sin curvaturas complejas).
  • Obtención de presentaciones fotorealistas, renderizados, etc. En muchos casos es un requisito importante el que las líneas tengan una componente estética atractiva, para favorecer la comercialización del producto.
Curvas Hidrostáticas. Fuente: Wikipedia.
Estabilidad transversal. Fuente: Wikipedia.

Altura metacéntrica, radio metacéntrico. Fuente: Wikipedia.
Curvas de estabilidad transversal. Fuente: Wikipedia.

Análisis CFD de la carena de un velero modelado con Rhinoceros.

Análisis CFD:
El diseño de la formas de un buque requiere el ensayo con modelos con el fin de verificar su comportamiento y de esta forma determinar cuanto va a ser la resistencia por formación de olas, como será su comportamiento en la mar con diferentes tipos de olas, su maniobrabilidad, etc.
Análisis CFD de un buque navegando en aguas tranquilas.
Tradicionalmente se realizaban prototipos a escala y se probaban en un cana de experiencias, sin embargo, los ensayos hidrodinámicos de modelos de buques tienen una serie de inconvenientes:
-         Elevado coste.
-         Cierta indeterminación por los efectos de escala.
-         Largo periodo de tiempo desde la especificación inicial hasta el análisis de los resultados.
Por lo tanto representó un avance muy importante la introducción del análisis CFD (mecánica de fluidos computacional).  Que se generalizó su uso desde principios del siglo XXI, e introdujo la posibilidad de realizar los análisis por ordenador para verificar la bondad del diseño desde el punto de vista hidrodinámico (también aerodinámico) antes de fabricar el prototipo, al menos en la etapa inicial del anteproyecto, lo cual redunda en un ahorro de tiempo y de dinero muy importante dentro del apartado de ingeniería.
Destructor tipo Fletcher navegando con mal tiempo, más información en Los Cinco Latinos, destructores de la clase Lepanto.
Los CFD han experimentado grandes avances y actualmente se utiliza de forma habitual en el diseño naval, tanto en barcos de gran tonelaje como en embarcaciones de pequeñas, tanto de vela como de motor.

El análisis CFD también se utiliza para calcular otros elementos además del casco, como son las velas y hélices. Fuente: Mecánica de Fluidos Computacional (CFD). Aplicaciones Navales