diseño, análisis y desarrollo de un casco prototipo de un

IM-2005-II-05

Diseño, Análisis y Desarrollo de un Casco Prototipo de un Sumergible para

Investigación de Arrecifes Coralinos

Por: Christian Calle Bogota, Enero 18 de 2006

Profesor Asesor: Luís Mario Mateus Sandoval

Índice 1. Introducción

1.1. Historia 1.2. Necesidades en una Investigación de Arrecifes Coralinos 1.3. Tesis 1.4. Desarrollo de la Tesis

2. Especificaciones Previas 2.1. Profundidad de Operación 2.2. Comodidad y Autonomía 2.3. Visibilidad 2.4. Área de Aplicación 2.5. Aplicación en Colombia

2.5.1. Materiales 2.5.2. Procesos 2.5.3. Costos 2.5.4. Facilidad 2.5.5. Leyes

2.6. Comparación de Modelos Existentes 2.6.1. Criterio de Comparación

2.7. Definición del Problema 3. Diseño

3.1. Descripción 3.2. Análisis del Diseño 3.3. Refuerzos 3.4. Carga Máxima (Teórico)

4. Modelo 4.1. Dimensiones Escaladas 4.2. Presiones Escaladas 4.3. Similitud de Materiales 4.4. Instalación y Carga del Modelo 4.5. Resultados de la Prueba a Carga Estática

4.5.1. Realidad de la Prueba 4.6. Carga Estática Computacional del Modelo (Ansys) 4.7. Comparación de los Datos Experimentales con los Computacionales 4.8. Conclusiones

5. Conclusiones Generales 5.1. Aplicabilidad 5.2. Diseño 5.3. Modelo 5.4. Conclusión

6. Bibliografía 7. Anexos

1. Introducción Como tesis de grado, gusto personal de la vida acuática y experiencia profesional en el área de buceo recreativo, el autor desea desarrollar el siguiente trabajo. 1.1. Historia En 1950 y 1960 la creación de una gran variedad de sumergibles surgió con propósito de alcanzar elevadas profundidades para hacer observaciones directas del suelo oceánico y mediciones de este, para recuperar elementos perdidos y operaciones de rescate humanitario Dada la necesidad en la oceanografía y la biología de llegar a lugares mas profundos y permanecer el agua durante mas tiempo el hombre ha construido las maquinas necesarias para alcanzar estas metas. “Estas herramientas tecnológicas son las que le permiten al hombre de hoy descubrir sitios, animales y ecosistemas nunca antes vistos.”1 “Los primeros sistemas operados por personas eran algo mas que cámaras que colgaban sujetas a cables y cuerdas. Hasta estos diseños primitivos se mostraban como una promesa para sumergir directamente a científicos marinos con todo su equipo para grabar las especies del océano profundo en sus ambientes nativos.”2 En 1956 el sueño de construir un sumergible de investigación manejado por personas ya era una realidad. Se creo un sumergible sin ataduras llamado el Trieste. Aunque el Trieste tiene el record hasta la fecha del descenso mas profundo (10900 metros), “era bastante grande y no muy manejable. Era claro que se necesitaba un sumergible mejor.”3 A partir de 1960 hasta la fecha se han creado una gran cantidad de sumergibles mas móviles con tecnología de punta. Estos sumergibles están equipados con brazos mecánicos para la recolección de muestras, luces de alta potencia y son de fácil maniobrabilidad, que permiten a los científicos marinos realizar sus pruebas en tiempo real, de manera adecuada y con más facilidad. Es importante reconocer que el hombre, aunque ya conoce las profundidades del mar, conoce más del espacio que de los océanos y mares del planeta. 1.2. Necesidades en una Investigación de Arrecifes Coralinos Para realizar una investigación de arrecifes coralinos se necesita tener un método para tomar apuntes y poder permanecer suficiente tiempo bajo el agua y en un solo sitio para poder ver la vida acuática comportarse de manera normal. Durante este tiempo el

1 http://www.hboi.edu/marineops/history.html 2 http://www.hboi.edu/marineops/history.html 3 http://www.whoi.edu/marine/ndsf/vehicles/alvin/alvin_history.html

investigador tiene que estar cómodo y tranquilo para estar atento a los cambios y movimientos de la vida acuática. 1.3. Tesis Teniendo en cuenta la necesidad de tener un registro investigativo de los arrecifes coralinos del mar Caribe, se desea diseñar un sumergible que permita a un investigador permanecer bajo el agua durante suficiente tiempo para anotar la información necesaria de la flora y fauna que se encuentra en esta área, a un bajo costo y con mano de obra colombiana. 1.4. Desarrollo de la Tesis La forma en la cual se va a desarrollar el tema es el siguiente: primero se obtiene un diseño prototipo del casco a presión del sumergible. Este es analizado utilizando las normas y códigos de ASME para calderas y recipientes a presión4. Segundo, se fabrica un modelo para ser probado hidrostáticamente. De este se miden las deformaciones a diferentes presiones aplicadas, de manera experimental y computacional. Luego se hace un análisis comparativo entre las deformaciones experimentales y las deformaciones computacionales obtenidas.

4 1989 Edition of ASME Boiler and Pressure Vessel Code, The American Society if Mechanical Engineers, 1988.

2. Especificaciones Previas Las especificaciones establecidas a continuación, son requerimientos básicos de cómo debería ser el vehiculo sumergible para poder cumplir con las necesidades de una investigación de arrecifes coralinos. 2.1. Profundidad de Operación Los arrecifes coralinos de las costas Colombianas alcanzan a crecer hasta unos 60 metros de profundidad. Los corales “viven en agua calida y con bastante luz y no pueden crecer en profundidades mayores a 60 metros (200 pies)”5. Para alcanzar a cubrir todo el arrecife con seguridad, la profundidad máxima de operación será sobre dimensionada en 10 metros. Esto significa que el sumergible se va a diseñar para que alcance una profundidad máxima de 70 metros. 2.2. Comodidad y Autonomía Se quiere que la investigación sea realizada de forma amplia y completa, entonces se desea que una persona pueda permanecer bajo el agua durante unas 4 a 6 horas. Este tiempo es suficiente para cubrir una extensa área de arrecife con calma. Es evidente que permanecer durante largos periodos de tiempo en una sola posición es extenuante. Para esto se necesita tener una postura cómoda, una fuente de aire limpio y con la temperatura adecuada para que una persona no sienta fatiga ni cansancio. 2.3. Visibilidad Para realizar una buena investigación de los arrecifes coralinos se necesita ver los alrededores del área que se esta investigando. Es tal vez una de las características más importantes cuando se desea diseñar un sumergible. Se quiere que la persona que este utilizando el vehiculo pueda tener una visión completa y sin interferencias. 2.4. Área de Aplicación El concepto que se tiene del diseño de este sumergible es que sea utilizado para la investigación de arrecifes coralinos. Por lo tanto su área de aplicaron es única y exclusivamente para la investigación de arrecifes coralinos. En ningún momento se ha diseñado el sumergible para propósitos de salvamento o transporte de carga de ninguna clase. 5 The Random House Encyclopedia, Mitchell, James; Random House, New York, Third Edition, 1990.

2.5. Aplicación en Colombia En Colombia, este sumergible puede trabajar en las costas del Mar Caribe. Es para ser utilizado por biólogos marinos para conocer y mantener los arrecifes coralinos de estas costas Colombianas. 2.5.1. Materiales Según el “ASM METALS HANDBOOK”, los materiales que se pueden utilizar son el ASTM A 131 que es un “acero estructural para barcos”6 o el ASTM A 690 que es un “acero de alta resistencia y de baja aleación para uso en ambientes marinos”7. En la industria Colombiana el acero ASTM A 690 no se consigue con facilidad, por lo tanto, para ahorrar costos innecesarios se escogió el acero ASTM A 131. Este material viene en laminas de 6.1 x 1.83 metros y espesor 8 mm., con un costo al día de hoy por lamina de $1.360.000 pesos. (1 USD = 2.273 Pesos (T.R.M. a Enero de 2006)) 2.5.2. Procesos Para la construcción, se requieren varios procesos para las diferentes piezas del prototipo. Como el acero se consigue en la industria como lamina, este se tiene que moldear según la pieza que se desea fabricar. Cilindro La lámina primero se enrolla hasta obtener el diámetro deseado. Varios puntos de soldadura mantienen el enrollado firme hasta que se momento para soldar y terminar el cilindro. Media Esfera La lámina de acero es cortada en cuadrado según la profundidad y el diámetro del embombado. Este cuadrado es pasado por una maquina embombadora que deforma la lamina hasta obtener la cavidad con el radio de curvatura deseado. Los bordes que sobran se cortan. Media Esfera Acrílica Se obtiene una lamina del espesor requerido para luego con un molde termoformar esta con el radio de curvatura y diámetro deseado. Los bordes que sobran se cortan.

6 ASM METALS HANDBOOK, ASM International, Tenth Edition\, Vol. 1. 1195. 7 ASM METALS HANDBOOK, ASM International, Tenth Edition\, Vol. 1. 1195.

Una vez todas las piezas están fabricadas según especificación, estas son unidas con soldadura, excepto la media esfera acrílica, que va sujeta a un anillo con un adhesivo epóxico y sellado al cilindro de forma mecánica. 2.5.3. Costos Para conocer los costos aproximados del prototipo del casco del sumergible se cotizo en dos lugares diferentes. El primer sitio, Industrias C.D.T., que se encuentra localizado en la Cra. 24 # 10 – 35 hizo una cotización de la mano de obra que constaría el que se le llevara el material y ellos harían el embobado, enrollado y unión con soldadura de todas las piezas de la lamina A 131. Por aparte, se tendría que fabricar la media esfera acrílica y elaborar las pruebas necesarias de la soldadura y la unión final de todas las piezas. En la casilla otros se toman en cuenta el costo de la unión del acrílico con el cuerpo y el mecanismo de cierre de estos. Tabla 2.5.1. Cotización Industrias C.D.T.

Industria C.D.T. Descripción Valor Cantidad Valor Total Lamina ASTM A 131 1.360.000 1 1.360.000 Embombado Media Esfera Pies 120.000 1 120.000 Embombado Elipsoide Piso 60.000 1 60.000 Enrollado Cilindro Cuerpo 90.000 1 90.000 Enrollado Cilindro Pies 70.000 1 70.000 Soldadura 180.000 1 180.000 Media Esfera Acrílica 600.000 1 600.000 Pruebas 500.000 1 500.000 Otros 600.000 1 600.000 Total 3.580.000

La segunda cotización realizada fue con la empresa Talleres Técnicos Colombianos. Este, se encuentra localizado en la Cra. 127 # 22 – 90 Int. 8, e hizo una cotización donde ellos construirían todo el sumergible y se encargaban de conseguir el material y hacer las pruebas necesarias a las soldaduras elaboradas. Por aparte se debe construir la media esfera acrílica. En la casilla otros se toman en cuenta el costo de la unión del acrílico con el cuerpo y el mecanismo de cierre de estos. Tabla 2.5.2. Cotización Talleres Técnicos Colombianos

Talleres Técnicos Colombianos Descripción Costo x Kilo Kilos Precio Construcción con Pruebas y Material ASTM A 131 9.000 300 2.700.000 Media Esfera Acrílica ***** ***** 600.000 Otros ***** ***** 600.000 Total 3.900.000

Teniendo en cuenta estas dos cotizaciones, se puede apreciar que no están muy distantes la una con la otra. En la cotización de Industrias C.D.T. requiere trabajo adicional para finalizar el proyecto, mientras que Talleres Técnicos Colombianos se encargan de todo el trabajo comprendido en la constricción metálica. Notando que la segunda cotización es un tanto más elevada que la primera, es la mejor opción, ya que no incurre en tantos gastos adicionales no establecidos como el transporte del material y tiempo adicional de trabajo. 2.5.4. Facilidad Se busca que el sumergible sea fácil de manufacturar y que los materiales se puedan encontrar en la industria actualmente. Las piezas del prototipo son geométricamente simples, ya que es una composición de cilindros, medias esferas y elipsoides. Los procesos necesarios para fabricar estas piezas son utilizados a diario en Colombia, esto genera tranquilidad ya que en el momento de hacer estas piezas se puede tener confianza que las piezas van a quedar bien hechas. Adicional a esto, hay que tener en cuenta que como las piezas no son estándar en la industria, algunas requieran de moldes para su fabricación. Un ejemplo es la media esfera acrílica. Esta, por su espesor y su gran diámetro, necesitara de un molde. 2.5.5. Leyes Hasta el momento no existe ley que prohíba ni regule a los sumergibles. En un proyecto de ley que se efectuó en el mes de Agosto de 2005 en Santa Marta, Colombia, se escribió un artículo con respecto a los sumergibles. “CAPITULO X; ACTIVIDADES CON SUMERGIBLES Y HABITAT SUBMARINOS; ARTICULO 31. AUTORIZACION SUMERGIBLES Y HABITAT SUBMARINOS.- Cualquier tipo de vehiculo que opere bajo el agua, ya sea manejado a control remoto u operado desde su interior, deberá contar con la autorización de la Autoridad Marítima y poseer permiso de operación, indicando el propósito especifico para el cual va a ser utilizado.” Este proyecto de ley no se ha hecho realidad y aun así este no afecta las especificaciones del diseño. 2.6. Comparación de Modelos Existentes Para poder decidir el diseño apropiado para las aplicaciones deseadas, basta con conocer lo que el mercado mundial tiene para ofrecer y modificarlo para que cumpla con las necesidades. En esta tesis se compararon 10 ejemplares existentes de sumergibles y se escogió uno para que sirva de base en el diseño del prototipo. Para la escogencia del

mejor ejemplar, se evaluaron algunas características y a estas se le asigno un valor numérico como factor de peso. Finalmente, para obtener una calificación global de cada uno de los ejemplares, sumó la multiplicación de todas las calificaciones por su factor de peso. En la decisión del factor de peso de cada una de las características se tuvo en cuenta que la idea del sumergible es que sea posible la aplicación en Colombia. El valor numérico junto a cada característica, es el factor de peso que le corresponde. Visibilidad (10): es el factor mas importante para el diseño del vehiculo ya que su principal función es la de permitir a una persona que pueda documentar los arrecifes coralinos. El investigador debe poder mirar a sus alrededores sin tener que cambiar de postura. El mejor ejemplo es el de una esfera de acrílico que deja a la persona mirar hacia todos los lados sin mayor esfuerzo. Postura (9): la postura es de gran importancia en la escogencia del diseño del sumergible ya que como se desea permanecer durante unas 4 a 6 horas dentro del vehiculo, este tiene que ser lo mas cómodo posible. La postura va unida con la visibilidad del vehiculo porque se quiere que la persona pueda mirar con facilidad sus alrededores sin tener que cambiar de postura. La mejor opción es la de estar sentado. Constructividad (8): la idea de este trabajo es de diseñar un sumergible que se pueda manufacturar en Colombia. Para esto se requiere revisar las formas de los ejemplares, ya que entre mas sencilla sea su forma, mas fácil es este de construir. Peso (7): el sumergible se desea transportar desde y hasta el mar cada vez que este se necesite para la investigación, entonces lo mas adecuado es que sea lo mas liviano posible. Menor peso también significa menor costo del sumergible y menor costo de transporte. Tamaño (6): esta característica va ligada con el peso, ya que se quiere que el vehiculo pueda ser transportado con facilidad. El vehiculo se desea guardar en un lugar fuera del agua, por lo tanto se quiere que este sea lo mas pequeño y manejable posible. Profundidad Máxima (5): en este caso todos los diseños sobrepasan las expectativas de profundidad. Los sumergibles que existen en el mercado están diseñados para explorar mayores profundidades y llegar a sitios donde no se puede llegar con un equipo autónomo de buceo. Como todas las opciones sobrepasan la profundidad máxima del prototipo, no se le va a dar mucho peso a esta característica. Autonomía (4): los diseños de sumergibles en el mercado son para otras aplicaciones más extremas, por lo tanto para fines de comparación con este proyecto todos están sobredimensionados. Todas las opciones cumplen con este requisito. Tripulantes (3): la cantidad de tripulantes no tiene mucha importancia entre un diseño y otro ya que lo pensado en este proyecto es que sea necesario un solo tripulante. Que un

ejemplar tenga puesto para acompañantes no tiene importancia. Todas las opciones cumplen con este requisito. Tabla 2.6.1. Calificación de Sumergibles Característica Modelo Peso Tamaño Profundidad

Máxima Visibilidad Postura Construcción Tripulantes Autonomía

Factor de Peso 7 6 5 10 9 8 3 4 Deep Worker 10 10 6 9 10 10 8 6 Deep Rover 9 10 7 10 10 9 8 7 Deep Flyer 10 10 3 8 9 8 8 6 Aquarius 8 9 4 8 8 10 9 7 Sea Otter 9 9 5 7 7 10 9 8 Alvin 5 7 9 7 7 7 9 8 Clelia 7 7 4 8 8 10 9 9 Sea-Link 6 6 7 10 10 9 10 10 Mir 4 5 10 7 9 7 9 8 Pisces V 6 8 8 7 7 7 9 9 Calif icación Mejor = 10 Menos Bueno = 1 Tabla 2.6.2. Comparación de Sumergibles Característica

Modelo Peso (Ton)

Tamaño (m)

Profundidad Máxima (m) Visibilidad Postura Construcción Tripulantes Autonomía

(hrs.)

Factor de Peso 7 6 5 10 9 8 3 4 Deep Worker 1.75 2.4 600 Media 360 Sentado Cilindros 1 80 Deep Rover 3.6 2.5 900 Esfera 360 Sentado Esfera 1 150 Deep Flyer 1.3 2.5 100 Media 180 Acostado Compleja 1 76 Aquarius 4.5 4.1 300 Media 180 Acostado Cilindros 3 140 Sea Otter 3.25 4.1 450 Ventanas Acostado Cilindros 3 200 Alvin 17 7.1 4500 Ventanas Acostado Compleja 3 216 Clelia 10 7 300 Media 180 Acostado Cilindros 3 360 Jonson Sea-Link 13.2 8 900 Esfera 360 Sentado Esfera 4 480 Mir 18.6 122 6000 Ventanas Acostado Compleja 3 250 Pisces V 13 6 2000 Ventanas Acostado Compleja 3 360 Con respecto a costo de los sumergibles no se encontró información, excepto el precio aproximado de uno solo: El sumergible Aquarius tiene un costo aproximado de 750.000 USD. En los anexos 1.1. al 1.10. se puede presenciar imágenes de los ejemplares. 2.6.1. Criterio de Comparación El autor cuenta con 5 años de experiencia en el área del buceo recreativo y conoce las condiciones necesarias para tener una inmersión exitosa. Esto lo permite calificar con precisión todas las características de los ejemplares que van a favorecer en el diseño del prototipo.

Tabla 2.6.3. Calificación Global de Sumergibles

Dada la clasificación total en la comparación de todos los sumergibles, es evidente que el Deep Worker y el Deep Rover tienen puntuaciones muy parecidas. Ya entrando en detalle con estos dos sumergibles se ha tomado la decisión de seguir el diseño del Deep Worker ya que este puede ser construido en Colombia con mayor facilidad mientras que el Deep Rover, que esta compuesto de dos medias esferas acrílicas grandes, hacen que su manufactura sea más complicada y costosa. 2.7. Definición del problema No se cuentan con los recursos económicos para adquirir o invertir en un vehiculo submarino de investigación ya que los diseños actuales son para profundidades mayores. Este factor hace que estos sumergibles se salgan del presupuesto para los investigadores de arrecifes coralinos. Se desea solucionar este problema construyendo un sumergible con las siguientes especificaciones: Tabla 2.7.1. Especificaciones Deseadas del Prototipo

Para decidir los parámetros de las especificaciones del prototipo se baso en las características del ejemplar Deep Worker. Las especificaciones de longitud, altura, ancho, peso, autonomía, visibilidad, confort, velocidad y tripulantes del prototipo son iguales o muy aproximadas a las del Deep Worker. La profundidad máxima de operación del prototipo es de 70 metros por lo que los arrecifes coralinos no crecen a más profundidad. El costo del prototipo se sugiere de aproximadamente 200.000.000 de pesos, incluyendo todos los equipos de manejo, autonomía, equipos de emergencia, etc. Es decir, con 200.000.000 de pesos el vehiculo queda listo para la investigación de arrecifes coralinos.

Modelo Calificación Total Deep Worker 448 Deep Rover 450 Deep Flyer 401 Aquarius 397 Sea Otter 392 Alvin 344 Clelia 384 Johnson Sea-Link 418 Mir 347 Pisces V 356

Longitud (m) 2.5 Altura (m) 1.7 Ancho (m) 1.5 Peso (Ton) 2 Profundidad Máxima (m) 70 Autonomía (Horas) 80 Visibilidad (Grados) 360 Confort Sentado Velocidad (Nudos) 2 Tripulantes 1 Costo (Pesos) 200.000.000

3. Diseño En el diseño de este sumergible se tuvo en cuenta que su fabricación va a ser en Colombia, por lo tanto los materiales escogidos y la geometría diseñada fueron pensados para tal propósito. 3.1. Descripción En el diseño del prototipo se apreciaron todas las especificaciones previas que se describieron en el numeral 2.7. El sumergible consta de la unión de dos cilindros que están puestos con un ángulo de 105° el uno con respecto al otro. Para cerrar las aberturas que se encuentran en las partes inferiores de los cilindros, se diseñaron dos hemisferios. En la abertura superior del cilindro vertical se diseño un mecanismo de cierre donde la media esfera acrílica pueda ser levantada para que este sea el punto de entrada y salida del sumergible. Por facilidad se le han asignado unos números a cada una de las piezas del diseño. Figura 3.1. Asignación Numérica de las Piezas

3.2. Análisis del Diseño El diseño en el cual se baso la idea de este prototipo tiene un elemento que complica la fabricación en Colombia. Este tiene como pieza 1 una esfera a la que las piezas 2 y 5 están sujetas. Se decidió simplificar esta pieza por un cilindro, ya que un cilindro es más sencillo de manufacturar. Este cilindro se diseño lo suficientemente amplio como para

23

1

5

4

Pieza 1 – Cilindro Cuerpo Pieza 2 – Cilindro Pies Pieza 3 – Media Esfera Pies Pieza 4 – Elipsoide Piso Pieza 5 – Media Esfera Acrílica

permitir que una persona pueda maniobrar y tomar apuntes con comodidad. La pieza 1 – cilindro cuerpo del prototipo también tiene espacio suficiente adicional como para incluir los instrumentos y objetos necesarios en la navegación y soporte de vida del tripulante. Por lo tanto el cambio de esfera a cilindro no afecta las especificaciones del sumergible. Adicionalmente, las dimensiones del sumergible admiten una postura de la persona como si este se encontrara sentado en primera clase en un aeroplano. Se pensó en un diseño que proporcionara a la persona la mayor comodidad ya que este debe realizar sus tareas de investigación durante un periodo extendido de tiempo. En los anexos 2.1. al 2.6. se puede apreciar los planos correspondientes a cada uno de los elementos del prototipo y el plano de soldadura. 3.3. Refuerzos Según el código ASME para la construcción de recipientes de presión, cualquier cilindro de pared delgada que contenga una abertura requiere la adición de refuerzos para que los elementos no se comben. Como es claro, la pieza 1 es un cilindro de pared delgada con una abertura grande en el sitio donde se unirá con la pieza 2 – cilindro pies. Es necesario reforzar la unión de estas piezas “adicionando material para prevenir que los elementos se comben localmente.”8 La adición de material le proporcionara mayor rigidez a elemento. 3.4. Carga Máxima (Teórico) En el cálculo de las presiones críticas se emplearon dos ecuaciones que se utilizan en el caso de diseño de tanques a compresión. Una ecuación es para cilindros y la otra es para medias esferas y tapas elipsoidales, Pc1 y Pc2 respectivamente. Estas ecuaciones son derivadas de los códigos de construcción de calderas y recipientes a presión. Según la teoría, el elemento mas susceptible a la presión compresiva es la pieza 1, por lo tanto, se evaluó varios espesores hasta que algún espesor de la pieza 1, con factor de seguridad de 5, nos proporcionara un valor de Pc1 un poco por encima de 810.600 Pa. La presión a una profundidad de 70 metros es de 810.600 Pa, que es la presión máxima de operación. Siendo el elemento anterior el más critico, se utilizo el mismo espesor de lámina para el resto de los elementos, garantizando que estos tendrán un factor de seguridad mayor que el cilindro cuerpo. En el caso de la media esfera acrílica se utilizo un espesor mayor al resto de los elementos del conjunto para contrarrestar el efecto de ser un material con un modulo elástico mas bajo.

8 Theory and Design of Pressure Vessels, Harvey, John F.,Van Nostran Reinhold, Second Edition, 1991.

5*

**6,25,2

1

⎟⎠⎞⎜

⎝⎛

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

=

dL

dtE

Pc ( ) 51*

05,0****84,0

2

2 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=oo rrtECmPc( )1.4.3 ( )2.4.3

Pc1 = Presión critica del cilindro (Pa)9 Pc2 = Presión critica de la media esfera (Pa)10 E = Modulo elástico del material (Pa) t = Espesor de lamina (m) d = Diámetro interno (m) L = Longitud del cilindro (m) ro = Radio externo de la media esfera (m) Cm = Factor de esfuerzos compresivos residuales (0,85 para piezas de acero; 0,95 para pieza de acrílico) Tabla 3.4.1. Tabla de Presión Crítica Diámetro Interno (m)

Diámetro Externo (m)

Radio Interno (m)

Espesor (m)

Longitud (m)

Longitud Critica* (m)

Presión Critica** Cilindro (Pa)

Presión Critica** Media Esfera (Pa)

Pieza 1 – Cilindro Cuerpo 0,8000 0,8160 0,4000 0,0080 0,9000 8,8800 924.444,444 N/A

Pieza 2 – Cilindro Pies 0,7000 0,7160 0,3500 0,0080 0,8000 7,2682 1.270.636,304 N/A

Pieza 3 – Media Esfera Pies 0,7000 0,7160 0,3500 0,0080 N/A N/A N/A 15.802.467,770

Pieza 4 – Elipsoide Piso 1,6000 1,6160 0,8000 0,0080 N/A N/A N/A 3.102.188,939

Pieza 5 – Media Esfera Acrílica 0,8000 0,8450 0,4000 0,0225 N/A N/A N/A 1.655.050,409 * La longitud crítica es una variable utilizada para caracterizar un cilindro. Este puede ser largo, intermedio o corto. Conociendo la característica de la longitud crítica permite utilizar la ecuación de presión crítica adecuada. En este caso la pieza 1 – cilindro cuerpo y pieza 2 – cilindro pies son cilindros intermedios. ** La presión crítica es la presión a la cual, con un factor de seguridad de 5, va a resistir la pieza.

9 Theory and Design of Pressure Vessels, Harvey, John F.,Van Nostran Reinhold, Second Edition, 1991. 10 Theory and Design of Pressure Vessels, Harvey, John F.,Van Nostran Reinhold, Second Edition, 1991.

4. Modelo Un modelo de un diseño prototipo es una geometría con dimensiones escaladas. 4.1. Dimensiones Escaladas Ya que las dimensiones del prototipo son muy grandes para hacerle pruebas, se utilizo una escala de 1:5 para reducir su tamaño a dimensiones que son más apropiadas y manejables. Por ejemplo; si el diámetro interno del cilindro principal es de 800 mm. y se reduce a la escala de 1:5, este se convierte en un cilindro modelo con diámetro interno de 160 mm. 4.2. Presiones Escaladas En el momento de preparar el experimento en el laboratorio se encontraron limitaciones con respecto a las presiones que se le podían aplicar al modelo. Por lo tanto fue necesario trabajar con las presiones que se podían emplear. Conociendo la presión a la cual va a estar sometido, el modulo elástico del material y todas las dimensiones del modelo, se resuelven las ecuaciones Π1 y Π2 dependiendo de su geometría. Ahora, con los datos de Π1 y Π2 obtenidos y los datos del prototipo, volvemos a entrar a las ecuaciones 4.2.1 y 4.2.2 y se despejan estas para encontrar P1 y P2. Estas presiones que son las que se debería someter el prototipo si se quieren obtener las mismas condiciones a las que se encuentra el modelo. En la Tabla 4.2.1. se puede apreciar los datos de Π1 y Π2 obtenidos del modelo y respectivamente los datos P1 y P2 resultantes. Análisis Adimensional – Teorema Π de Buckingham

Π1 = numero adimensional para los cilindros Π2 = numero adimensional para la media esfera o elipsoide P1 = Presión en el cilindro (Pa) P2 = Presión en la media esfera o elipsoide (Pa) E = Modulo elástico del material (Pa) t = Espesor de lamina (m) d = Diámetro interno (m) L = Longitud del cilindro (m) ro = Radio externo de la media esfera o elipsoide (m) Cm = Factor de esfuerzos compresivos residuales (0,85 para piezas de acero; 0,95 para pieza de acrílico) En la tabla a continuación se puede ver la presión a la cual se debería someter el prototipo si este se fuera a comparar con el modelo a escala a la presión de prueba del modelo.

⎟⎠⎞⎜

⎝⎛

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

=Π

dLP

dtE

*

**6,2

1

5,2

1 ( )2

2

2

05,0****84,0

Prr

tECmoo

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=Π( )1.2.4 ( )2.2.4

Tabla 4.2.1. Análisis Adimensional

4.3. Similitud de Materiales En la escogencia del material para el modelo se tuvo en cuenta varios factores. El material debía ser metal ya que este se comportaría de manera similar al acero del prototipo. La accesibilidad de los deformímetros también fue importante en la escogencia del material para el modelo ya que esto podría demorar el proceso de experimentación. El material tenia que ser lo suficientemente dúctil como para que con una carga baja este se pudiera deformar y así obtener datos reales del comportamiento del sumergible bajo presión. Finalmente se escogió como el material al Aluminio 1100, que es de fácil manipulación y se consigue en el mercado industrial con facilidad. 4.4. Instalación y Carga del Modelo El modelo se desea cargar hidrostáticamente de forma compresiva en un recipiente con agua. En este experimento se desea obtener información de las deformaciones percibidas

Pieza 1- Cilindro Cuerpo

Pieza 2 - Cilindro Piernas

Pieza 3 - Media

Esfera Pies

Pieza 4 - Elipsoide

Piso

Pieza 5 - Media Esfera

Acrílica

No.

П1 П1 П2 П2 П2

Presión Aplicada

al Modelo

(Pa) П del Modelo en Aluminio 1

40,905 56,224 755,558 144,618 305,970 34.473,786

2 20,453 28,112 377,779 72,309 152,985 68.947,573

3 13,635 18,741 251,853 48,206 101,990 103.421,360

4 10,226 14,056 188,889 36,155 76,492 137.895,146

5 8,181 11,245 151,112 28,924 61,194 172.368,932

P1 P1 P2 P2 P2 Presión de Prueba del Prototipo (Pa) 1

112.998,227 112.998,227 104.574,863 107.254,253 27.045,991

2

225.996,458 225.996,458 209.149,729 214.508,508 54.091,984

3

338.994,688 338.994,688 313.724,595 321.762,764 81.137,976

4

451.992,916 451.992,916 418.299,458 429.017,017 108.183,968

5

564.991,143 564.991,143 522.874,321 536.271,269 135.229,959 Acero Acrílico

por el modelo a diferentes presiones. Estas deformaciones van a ser comparadas con los datos de deformación computacionales y se espera que esto ayude en el entendimiento de cómo se comporta el sumergible bajo presión. A continuación se darán los materiales y pasos a seguir para el montaje de la prueba. Para mejor entendimiento de estos pasos, ver los anexos 3.1. al 3.6.. Materiales

• Modelo a probar • Tanque para pruebas hidrostáticas compresivas • Transductor de presión Vishay de 0 – 60 psi. • 7 deformímetros (galgas) para el material del que este hecho el modelo • 2 Multímetros Tektronix • Caja de micro deformaciones P-3500 • Fuente Dual Tektronix • Bomba de aceite manual marca Tangyes Ltd. • 3 metros de cable para protoboard • Adhesivo instantáneo • Silicona transparente • Vaselina • Algodón • Alcohol industrial • Cinta • Plástico ‘Vinipel’

Pasos para el montaje de la prueba:

1. Aplicación de los deformímetros en la superficie del modelo. a. Lijar el área donde se va a situar la galga con una lija de agua 400. b. Limpiar la superficie con algodón y alcohol industrial. c. Repetir los anteriores puntos 1.a. y 1.b. hasta que la superficie quede

lisa y limpia. d. Soldar el alambre a la galga según la cantidad que se requiera. e. Revisar la resistencia de cada uno de los deformímetros. f. Aplicar una pequeña cantidad de adhesivo instantáneo a área donde se

va a alinear la galga. g. Alinear la galga según la orientación que se haya predeterminado. h. Adicionar la longitud de cable necesario para que se pueda, a través de

este tomar las mediciones de deformación correspondientes. i. Revisar la resistencia de cada uno de los deformímetros.

2. Impermeabilización del modelo.

a. Ceñir el cable de los deformímetros a las paredes del modelo con cinta y dirigirlos hacia la parte trasera del cilindro vertical.

b. Una vez todos los cables salgan desde el mismo punto, estos se deben enrollar los unos con los otros para evitar enredos.

c. Aplicar vaselina sobre los deformímetros hasta que estos se encuentren completamente cubiertos y aislados.

d. Revisar la resistencia de cada uno de los deformímetros. e. Cubrir el modelo completamente con plástico ‘Vinipel’, hasta que este

tenga suficientes capas como para prevenir que el agua llegue hasta la superficie del modelo.

f. Revisar la resistencia de cada uno de los deformímetros.

3. Instalación en el tanque para pruebas hidrostáticas. a. Meter el modelo en una bolsa plástica cualquiera. b. Sacar por una esquina inferior de la bolsa los cables de los

deformímetros. c. Amarrar a las manijas de la bolsa un peso total de 10 Kg. para permitir

que el modelo pueda sumergirse bajo el agua. d. Llenar de agua el tanque hasta 5 cm. antes de que este se rebose. e. Revisar la resistencia de cada uno de los deformímetros. f. Ubicar los cables de las galgas sobre el empaque del tanque y aplicar

una capa abundante de silicona transparente a toda la circunferencia. g. Dejar secar una hora la silicona. h. Alinear la tapa del tanque en su respectiva posición y esperar otra hora

antes de torquear los tonillos del tanque. i. Apretar los tornillos en forma de ‘X’ hasta que estén todos los tornillos

apretados igualmente. j. Terminar de llenar el tanque hasta que este se rebose por los orificios

superiores de la tapa. k. Revisar la resistencia de cada uno de los deformímetros.

4. Preparación de los equipos para la prueba.

a. En una mesa colocar una fuente, un multímetro y una caja de micro deformaciones.

b. Conectar la fuente y ajustarla para 10 voltios. c. Revisar el multímetro y ajustar para señal de miliamperios. d. Roscar a la tapa del tanque la bomba de aceite y el transductor de

presión. e. Conectar la fuente, el multímetro y el transductor de presión según lo

indica el manual del transductor de presión.

5. Medición y toma de datos. a. Encontrar la curva característica del transductor de presión. b. Revisar la resistencia de cada uno de los deformímetros. c. Conectar uno de los deformímetros a la caja de micro deformaciones

como lo indica esta. d. En presión 0 ‘cero’, iniciar el procedimiento en la caja de micro

deformaciones.

e. Aumentar lentamente la presión en el tanque con la bomba de aceite hasta llegar a la primera presión permitida.

f. Anotar los datos del deformímetro a la presión instantánea. g. Repetir el procedimiento 5.c. a 5.f. hasta terminar con todas las galgas.

4.5. Resultados de la Prueba a Carga Estática Los datos obtenidos de las pruebas son las deformaciones del modelo al ser sometido a diferentes presiones. Las deformaciones del material fueron leídas de la caja de micro deformaciones y tienen magnitudes del orden de 1x10-6 mm/mm. Las piezas 1 y 2 tienen datos horizontales y verticales ya que los cilindros registran diferentes esfuerzos en dos direcciones. Tabla 4.5.1. Datos Deformaciones Experimentales

DEFORMACION (µε)

No. Presión (KPa)

P ieza 4 - Elipsoide

P iso

P ieza 5 - Media Esfera

Acrílica

P ieza 3 - Media

Esfera P ies

Pieza 1 - Cilindro Cuerpo

Horizontal

P ieza 1 - Cilindro Cuerpo Vertical

P ieza 2 - Cilindro

P ies Horizontal

P ieza 2 - Cilindro

P ies Vertical

1 34,5 28 35 75 29 22 27 24 2 68,9 57 80 164 67 54 52 42 3 103,4 86 91 206 103 78 88 49 4 137,9 127 113 228 134 100 122 98 5 172,4 155 132 245 159 123 149 123

Grafica 4.5.1. Deformaciones Experimentales

Deformaciones Experimentales

0

50

100

150

200

250

300

34,5 68,9 103,4 137,9 172,4Presion (KPa)

De

form

acio

n (

µε)

Pieza 4 - Elipsoide PisoPieza 5 - Media Esfera AcrilicaPieza 3 - Media Esfera PiesPieza 1 - Cil indro Cuerpo (Horizontal) Pieza 1 - Cil indro Cuerpo (Vertical)Pieza 2 - Cil indro Pies (Horizontal)Pieza 2 - Cil indro Pies (Vertical)

4.5.1. Realidad de la Prueba La prueba hidrostática compresiva del modelo se realizo para simular una columna de agua de hasta máximo 17 metros. La prueba se realizo satisfactoriamente cumpliendo todos los objetivos deseados y permitiendo la obtención de datos experimentales valiosos para el desarrollo de esta tesis. La simulación fue efectiva ya al incrementar la presión del tanque este se mantenía firme y deformaba el modelo que se encontraba dentro. Los datos experimentales son usados ahora para comparar con los datos computacionales. 4.6. Carga Estática Computacional del Modelo (Ansys) Para utilizar las herramientas computacionales fue necesario crear un diseño con las mismas dimensiones y características a las del modelo. Este diseño paso por el mismo proceso de experimentación que el modelo real. Es decir, se le aplicaron las mismas presiones a las que estaba sometido el modelo y se recopilaron datos de deformación en los mismos sectores donde se encontraban los deformímetros. Los datos de deformación obtenidos de manera computacional serán utilizados para hacer una comparación con los datos experimentales. En los anexos 4.1. y 4.2. se puede apreciar gráficamente los puntos críticos del modelo cuando este esta sometido a presión compresiva de 137,9 y 172,4 KPa respectivamente. 4.7. Comparación de los Datos Experimentales con los Computacionales En las graficas a continuación se puede apreciar como el comportamiento de las deformaciones tanto experimentales como computacionales aumenta al aumentar la presión. Grafica 4.7.1. Datos Pieza 1 – Cilindro Cuerpo

Deformaciones Pieza 1

34,5 68,9 103,4 137,9 172,4

Presion (KPa)

Experimental

Computacional

Grafica 4.7.2. Datos Pieza 2 – Cilindro Pies

Grafica 4.7.3. Datos Pieza 3 – Media Esfera Pies

Grafica 4.7.4. Datos Pieza 4 – Elipsoide Piso


34,5 68,9 103,4 137,9 172,4

Presion (KPa)

ExperimentalComputacional


34,5 68,9 103,4 137,9 172,4

Presion (KPa)



34,5 68,9 103,4 137,9 172,4

Presion (KPa)


Grafica 4.7.5. Datos Pieza 5 – Media Esfera Acrílica

4.8. Conclusiones Es evidente que los datos experimentales tiene el mismo comportamiento ascendente de los datos computacionales. El modelo resulto ser exitoso en el momento de presentar una idea general y clara de cómo seria el proceso de construcción y manufactura. Este mostró los posibles problemas que se pueden presentar en el momento de fabricar el prototipo pero sin entrar en los altos gastos de este. La modelación computacional permitió visualizar como se deforman los elementos del sumergible como conjunto. A diferencia de lo que se pensaba inicialmente, que la pieza 1 – cilindro cuerpo seria la más crítica, el modelo experimental y computacional aclaró que este diseño de sumergible como conjunto presentara su mayor deformación en el centro de la pieza 3 – media esfera pies.


34,5 68,9 103,4 137,9 172,4

Presion (KPa)


5. Conclusiones Generales Ya una vez concluidos los experimentos necesarios y las pruebas computacionales, entra en curso la necesidad de reunir toda la información para poder obtener conclusiones sabias y bien argumentadas. 5.1. Aplicabilidad Después de haber realizado una investigación de la industria Colombiana y tener un conocimiento de las normas y códigos de construcción de sumergibles ASME, vale la pena cuestionarse si todo el trabajo cumplido tiene relevancia para la aplicación en Colombia. Los elevados costos de un vehiculo sumergible del exterior hacen que la construcción de uno de estos se una posibilidad. Además, la falta de normatividad del gobierno Colombiano con respecto a este tema, permite que varios diseños experimentales puedan ser trabajados para obtener información real y concisa. Es también un momento ideal para trabajar el ingenio Colombiano con tecnología de punta. La industria Colombiana esta preparada para manejar este tipo de proyecto y es completamente capaz de obtener los resultados deseados. No tiene que ser siempre Colombia, que por ser pensado un país tercer mundista nos comportemos como tal. 5.2. Diseño El diseño de este sumergible es viable, ya que el material necesario y las maquinas para los procesos de manufactura se encuentran disponibles dentro de nuestra localidad. Las geometrías no son complicadas y la forma de unir las piezas es altamente utilizada en Colombia. Es evidente que se va a ver una reducción significativa de costos al manufacturar el casco a presión del sumergible dentro de Colombia por lo que no requiere pagar impuestos de importación. Puede presentar un poco de problema, en la construcción del prototipo, la aplicación de la soldadura ya que este requiere de una aplicación lo mas perfecta posible. Además esta tiene que pasar unos evaluaciones no destructivas para así asegurar que la soldadura si ha sido bien aplicada. Este es un proceso lento y costoso, incrementando los costos de manufactura pero al mismo tiempo asegurando la calidad de la construcción. 5.3. Modelo En la construcción del modelo se contó con un material apto para la prueba que demostró ser útil en el momento de obtención de información. Su soldadura estuvo muy bien ejecutada y genero confianza en el momento de realizar la prueba. La aplicación de los deformímetros en la superficie del modelo fue sencilla y se evaluaron durante todo el procedimiento para verificar que estos no entraran en corto en el momento de ingresar el modelo al tanque para presión hidrostática. Los demás materiales utilizados en el

aislamiento de los deformímetros con el agua del tanque resultaron ser efectivos evitando que estos hicieran corto y no se pudiera obtener datos de ellos. 5.4. Conclusión Es claro que en diseño de piezas nuevas es necesario llevar a cabo un proceso en el cual se tiene que trabajar todas las áreas comprendidas por este. Siempre es importante conocer la teoría y lo que existe en mercado para tener un mejor entendimiento en el momento de abordar el problema. Finalmente, utilizar toda la herramienta experimental y computacional disponible para establecer que el diseño de las piezas es el apropiado. La unión de toda esta información permitirá que se minimicen los posibles errores antes de la fabricación de un prototipo.

6. Bibliografía • Theory and Design of Pressure Vessels, Harvey, John F.,Van Nostran Reinhold,

Second Edition, 1991. • 1989 Edition of ASME Boiler and Pressure Vessel Code, The American Society if

Mechanical Engineers, 1988. • Human Factors Engineering, McCormick, Ernest J., McGraw Hill, Second Edition,

1964. • The Random House Encyclopedia, Mitchell, James, Random House, New York,

Third Edition, 1990. • ASM METALS HANDBOOK, ASM International, Tenth Edition\, Vol. 1. 1195. • Mechanical Engineering Design, Shigley, Joseph E., Mischke, Charles R., McGraw

Hill, Sixth Edition, 2001. • http://www.nuytco.com/ • http://ieeexplore.ieee.org/xpl/tocresult.jsp?isNumber=26433 • http://www.diveweb.com/rovs/features/uw-fa99.02.htm • http://transit-port.net/Lists/AUVs.html • http://www.cacs.louisiana.edu/~kimon/AUV/ • http://www.huv.com/uSeeker/index.html • http://www.whoi.edu/marine/ndsf/vehicles/alvin/index.html • http://www.marinetech.org/marineworkforce/technology.php • http://www.diversinstitute.com/ • http://web.nps.navy.mil/~me/papoulias/shallow/shallow.html#information} • http://oceanexplorer.noaa.gov/technology/subs/subs.html • http://www.tribology-abc.com/sub12.htm • http://www.scuba-doc.com/index.html • http://www.longstreath.com/ • http://www.hboi.edu/marineops/pdf/jsl_specs.pdf • http://www.soest.hawaii.edu/HURL/hurl_pisces_V_specs.html • http://www.hboi.edu/marineops/pdf/clelia_specs.pdf • http://www.deepoceanexpeditions.com/MIR_sub.pdf • http://www.matweb.com • http://www.dupontelastomers.com/Products/neoprene/neoprene.asp

7. Anexos • Anexo 1.1. Deep Worker (http://www.nuy tco.com/deepworker.html) • Anexo 1.2. Deep Rover (http://www.nuy tco.com/deeprover.html) • Anexo 1.3. Deep Flyer (http://www.nuy tco.com/deepflyer.html) • Anexo 1.4. Aquarius (http://www.nuy tco.com/aquarius.html) • Anexo 1.5. Sea Otter (http://www.nuy tco.com/seaotter.html) • Anexo 1.6. Alvin (http://www.whoi.edu/marine/ndsf/vehicles/alvin/index.html) • Anexo 1.7. Clelia (http://www.hboi.edu/marineops/pdf/clelia_specs.pdf) • Anexo 1.8. Johnson Sea-Link (http://www.hboi.edu/marineops/pdf/jsl_specs.pdf) • Anexo 1.9. Mir (http://www.deepoceanexpeditions.com/MIR_sub.pdf) • Anexo 1.10. Pisces V (http://www.soest.hawaii.edu/HURL/hurl_pisces_V_specs.html) • Anexo 2.1. Plano Pieza 1 – Cilindro Cuerpo • Anexo 2.2. Plano Pieza 2 – Cilindro Pies • Anexo 2.3. Plano Pieza 3 – Media Esfera Pies • Anexo 2.4. Plano Pieza 4 – Elipsoide Piso • Anexo 2.5. Plano Pieza 5 – Media Esfera Acrílica • Anexo 2.6. Plano Soldadura • Anexo 3.1. Imagen Instalación Deformímetros • Anexo 3.2. Imagen 1 Aislamiento con ‘Vinipel’ • Anexo 3.3. Imagen 2 Aislamiento con ‘Vinipel’ • Anexo 3.4. Imagen Modelo en Tanque • Anexo 3.5. Imagen Equipos y Bomba • Anexo 3.6. Imagen Equipos, Bomba y Tanque • Anexo 4.1. Imagen de Análisis Computacional a 137,9 KPa • Anexo 4.2. Imagen de Análisis Computacional a 172,4 KPa

Anexo 1.1. Deep Worker

Specifications: Length: 8.25 ft. (2.4 m) Beam: 5.3 ft. (1.6 m) Height: 4.5 ft. (1.35 m) Weight in Air: 1.75 tons Operating Depth: 2000 ft. (600 m) Payload: 250 lbs (114 kg) Life Support: 80 man hours Max Speed: 3 knots Crew: 1 pilot System Description: Pressure Hull: 38 inch sphere attached to 24 inch dia. by 24 inch long cy linder. Manufactured of A516 grade 70 steel with 316 stainless steel hatch rings. Optional aluminum alloy , or titanium hull.

Anexo 1.2. Deep Rover

Vehicle Specifications: Length: 8.2 ft. (2.5 m) Beam: 6.3 ft. (1.9 m) Height: 7.8 ft. (2.3 m) Weight in Air: 3.6 tons Operating Depth: 3000 ft. (900 m) Payload: 200 lbs (90 kg) Life Support: 150 man hours Max Speed: 2.25 knots Crew: 1 pilot, no observers System Description: Pressure Hull: Two 160 degree, five inch thick acry lic plastic hemispheres, joined by two aluminum rings to form a single sphere, 64 inches O.D.

Anexo 1.3. Deep Flyer

Vehicle Specifications: Length: 8.4 ft. (2.5 m) Beam: 4.9 ft. (1.5 m) Height: 5.2 ft. (1.6 m) Weight in Air: 1.3 tons Operating Depth: 300 ft. (100 m) Payload: 400 lbs (180 kg) Life Support: 76 man hours Max Speed: 2 knots Crew: 1 pilot, 0 observers System Description: Pressure Hull: 36 inch sphere attached to 24 inch diameter by 58 inch long cy linder

Anexo 1.4. Aquarius

Vehicle Specifications: Length: 13.6 ft. (4.1 m) Beam: 6.0 ft. (1.8 m) Height: 6.6 ft. (2.0 m) Weight in Air: 4.5 tons Operating Depth: 1000 ft. (300 m) Payload: 1,000 lbs (455 kg) Life Support: 140 man hours Max Speed: 3 knots Crew: 1 pilot, 2 observers System Description: Pressure Hull: Cylindrical in shape. Manufactured of A516 grade 70 steel. 47 inches (1.17 m) in diameter and 107 inches (2.67 m) long.

Anexo 1.5. Sea Otter

Vehicle Specifications: Length: 13.6 ft. (4.1 m) Beam: 5.0 ft. (1.5 m) Height: 7.8 ft. (2.3 m) Weight in Air: 3.25 tons Operating Depth: 1500 ft. (457 m) Payload: 548 lbs (249 kg) Life Support: 200 man hours Max Speed: 3 knots Crew: 1 pilot, 2 observers System Description: Pressure Hull: Cylindrical in shape. Manufactured of A 212 B mild steel. 47 inches (1.17 m) in diameter and 107 inches (2.67 m) long.

Anexo 1.6. Alvin

Specifications: Length: 7.1 m (23.3 ft.) Beam: 2.6 m (8.5 ft.) Operating Depth: 4,500 m (14,764 ft.) Normal Dive Duration: 6-10 hours Speeds: Cruising - 0.8 km/hr (0.5 knot) Full - 3.4 km/hr (2 knots) Height: 3.7 m (12.0 ft.) Draft: 2.3 m (7.5 ft.) surfaced Gross Weight: 17 metric tons (35,200 lbs.) Payload: 680 kg (1,500 lbs.) Complement: Pilot – 1 Scientific Observers - 2 Pressure Hull: 208 cm (82 in.) OD, 4.9 cm (1.9 in.) thick titanium Hatch Opening: 48.2 cm (19 in.) max. diameter for science equipment Total Power: 57.6 kWh maximum (120V x 480 Ah), 43.2 kWh usable (120V x 360 Ah) Max. Cruising Range: 5 km (3 miles) submerged @ 14 meters/minute Life Support Duration: 216 man-hours (72 hrs. x 3 persons) Anexo 1.7. Clelia

Characteristics: Depth Rating 304m (1000 FSW) Length 7.0 m (23 ft.) Width 2.5 m (8 ft. 3 in.) Height 2.9 m (9 ft. 7 in.) Draft 1.8 m (5 ft. 8 in.) Crew 3 persons Payload 340 kg (750 lb.) in excess of standard equipment and crew Weight 10 tons (9090 kg) approximately , at neutral buoyancy Main Propulsion 10 h.p. Maneuvering Thrusters 5 x 70 lb.(32 kg.) Speed 3 kt. maximum Endurance 6-7 Hours Life Support 3 men for 120 hours Power Two Pods, 120V, 24 KWH each, Total 48 KWH Pressure Hull 48 in. diameter with internal ribs. Material: A-516 and A-537 low temperature service steel Viewports Material: Acry lic Plastic One 91 cm (36 in.) diameter hemispherical viewport Eight 20 cm (8 in.) major diameter viewports around the conning tower One upward viewing 20 cm (8 in.) major diameter viewport in conning tower hatch

Anexo 1.8. Johnson Sea-Link

Dimensions: 1. Overall a. Length 26' 4" (8.01 m) b. Beam 9' 9" (2.78 m) c. Height 10' 10.9" (3.07 m) d. Draft 7' 6.75" (2.3 m) e. Weight 2800 lbs. (12727 kg) f. Pay load 1,000 lbs. (453 kg) g. Gross Weight 29,000 lbs. (13181 kg) 2. Pilot Sphere a. Inside Diameter 57.8" (146.81 cm) b. Hull Thickness 5" (12.7 cm) c. Hatch Opening 17.5" diameter (44.5 cm) 3. Aft Observation Compartment a. Length 97.50" (2.47 m) b. Internal Diameter 43.90" (1.11 m) c. Hull Thickness (1) Side Wall 3.30" (8.38 cm) (2) Heads 2.281" (5.79 cm) d. Side Ports 8.10" dia. x 3.85" thick (20.57 cm x 8.77 cm) e. Manway Opening 20" diameter (50.8 cm) Characteristics 1. Operate at any depth from the surface to 3000 FSW (914 meters) at speeds of 0-1 kts. (Not to exceed 3000 FSW actual bottom depth.) 2. Carry one observer in forward compartment and one observer in aft compartment. 3. Perform scientific or engineering tasks.

Anexo 1.9. Mir

The Mir I and Mir II are battery -powered, three-person submersibles with a maximum operating depth of 6,000 m (20,000 ft). This ties the Mirs with the French submersible Nautile as the second-deepest-diving submersibles in the world. The Japanese Shinkai 6500 is the leader, with a depth rating of 6,500 m. Size Length – 7.8 m / 25.6 ft. Width – 3.6 m / 11.8 ft. Height – 3.0 m / 9.8 ft. Weight – 18,600 kg. Service Depth Maximum 6,000 m / 19,680 ft. Maximum Ocean trial depth MIR I – 6170 m / 20,238 ft. Maximum Ocean trial depth MIR II – 6120 m / 20,074 ft. Crew 1 pilot, 2 observers/passengers. Pressure Hull Material – nickel steel. Inside diameter – 2.1 m / 6.9 ft. Viewing Ports Central 200 mm / 71/2 in diameter. Side 2 x 120 mm / 41/2 in diameter. Thickness 180 mm / 7 in. Manoeuvring Stern thruster – main hydraulic 9 kW. Side thruster – hydraulic 2 x 2.5 kW. Maximum Speed 5 Knots.

Anexo 1.10. Pisces V

General Data: Length: 20' Width: 10'6" Height: 11' Weight: 13 tons Payload: 600 lbs. Crew: 1 Pilot 2 Observers Life support: 140 hours for 3 people Max. Operating Depth: 6,580 ft Power: Two lead-acid battery sy stems: 120 VDC at 330 Ah capacity 12 - 24 VDC at 220 Ah capacity Propulsion: Two side mounted reversible thrusters tiltable through 90 degrees. Speed: 2 Kts. Duration: 7-10 hours

Construction: Builder: International Hydrodynamics of Vancouver, British Columbia. Classed by American Bureau of Shipping Materials: Personnel sphere, Trim sphere, and Aft sphere: HY 100 steel Frame: Welded, oil-filled, pressure compensated tubular steel. Viewports: 3 forward-looking acry lic windows, 6" diameter.� Penetrators: 316 SS inserts to pass electrical, hydraulic air, and oxygen supplies through the hull.

Anexo 3.1. Imagen Instalación Deformímetros

Anexo 3.2. Imagen 1 Aislamiento con ‘Vinipel’

Anexo 3.3. Imagen 2 Aislamiento con ‘Vinipel’

Anexo 3.4. Imagen Modelo en Tanque

Anexo 3.5. Imagen Equipos y Bomba

Anexo 3.6. Imagen Equipos, Bomba y Tanque

37

Anexo 4.1. Imagen de Análisis Computacional a 137,9 KPa

Anexo 4.2. Imagen de Análisis Computacional a 172,4 KPa

diseño, análisis y desarrollo de un casco prototipo de un

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