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Capítulo 5

Modelado en CATIA

Una vez que conocemos el proceso de diseño y fabricación de un barco de acero

remachado de principios de siglo XX, en este apartado, vamos a explicar los pasos

seguidos para la creación del modelo por ordenador. Para ello, utilizaremos el

programa CATIA, cuyo uso se ha extendido dentro de la industria aeroespacial.

CATIA (computer-aided three dimensional interactive application) es un pa-

quete informático de diseño, fabricación e ingeniería asistida por ordenador. El

programa está concebido para desarrollar el producto desde el diseño hasta la

producción y así como su análisis. Es probablemente esta característica la que

hace que se diferencie de otros programas de CAD (Diseño Asistido por Ordena-

dor), ya que, al englobar todos los pasos del desarrollo del producto, nos permite

optimizar los procesos y mejorar la interacción entre departamentos, reduciendo

los tiempos y costes en el proceso de concepción del producto.

Aunque nació como una herramienta para la industria aeronáutica, actualmente

su uso se ha extendido otras industrias como automovilística, para el diseño de

componentes de la carrocería, o a la construcción de edi�cios con super�cies de

gran complejidad, siendo el Museo Guggenheim de Bilbao un buen ejemplo.

Precisamente esta capacidad de generar super�cies complejas hace que CATIA

resulte atractivo para este proyecto, ya que nos permitirá generar la super�cie

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CAPÍTULO 5. MODELADO EN CATIA 65

de casco. Además, podremos recrear el sistema constructivo de la época, ya en

desuso.

En este punto, hay que decir que dada la cantidad de componentes que conforman

un barco y la compleja geometría del mismo, hace que prácticamente no haya

dos piezas iguales. Por otro lado, al estar compuesto nuestro navío por uniones

remachadas hace que las uniones de las planchas sean solapadas. Esto implica a

efectos prácticos que las planchas y refuerzos sean aún más complejos en forma,

pues tienen que amoldarse a estas planchas. Por estas razones hemos decidido

realizar sólo parte del modelo, esperando que se concluya en el futuro proyecto de

algún compañero. Tratando de seguir el orden de construcción real realizaremos:

quilla, mamparos, codaste y timón.

Por último, hemos tomado la decisión de no representar los remaches pues, aun-

que en la realidad hagan efectiva la unión, esto complicaría enormemente el

modelo y no aportan información adicional.

5.1. Introducción a CATIA v5

En CATIA v5 existen multitud de módulos de trabajo, cada uno enfocado a

los distintos pasos del desarrollo de un producto como son el diseño, su análisis

estructural o la fabricación. En nuestro caso no vamos a crear un producto desde

cero, sino que interpretaremos los planos de uno ya existente para crear un modelo

virtual del cual poder extraer información sobre cómo se diseñaba y fabricaba

en la época. Por eso es también es interesante trabajar con CATIA, para ver en

qué puntos podía mejorarse el diseño.

Trabajaremos en uno u otro de los módulos en función de la tarea a realizar,

ya que en cada uno de ellos existen unos comandos especí�cos que nos resulta-

rán útiles en las distintas situaciones. Nosotros, para la realización del modelo

usaremos principalmente los siguientes bloques:

Mechanical Design: para la creación de las piezas sólidas y la creación

del conjunto. Donde usaremos los siguientes módulos:


Figura 5.1.1: Módulos de CATIA

� Part Design. Donde crearemos las piezas individualmente.

� Assembly Design. Con el que montaremos las piezas del conjunto.

Shape: para la obtener las líneas de forma y las super�cies de referencia.

Donde usaremos los siguientes módulos:

� Sketch Tracer. Con el que proyectaremos la imágenes de las líneas

de forma sobre un plano que luego nos servirá de apoyo.

� Generative Shape Design. Lo usaremos para la generación de las

super�cies de referencia.

5.2. Creación de las super�cies de referencia

En primer lugar, es necesario crear una serie de super�cies de referencia de las

cuales dependerá el resto del modelo. La geometría de la super�cie del casco y,

por tanto de las cuadernas, vienen de�nidas por las líneas de forma. Sin embargo,

en estos planos no detallan la forma de las 52 cuadernas, sino que nos dan 21

secciones con las que se de�ne el casco. Es decir, es necesario en primer lugar


Figura 5.2.1: Lineas de forma proyectadas sobre el plano YZ

crear la super�cie del casco mediante las 20 líneas de forma, para luego obtener

la forma de cada una de las 52 cuadernas por la intersección del plano en el que

está contenida con la super�cie generada.

Aunque este proceder aparentemente se aleja del realizado en la realidad en la

Sala de Gálibos, en ambos se trata de la obtención de las caja de cuadernas a

partir de las líneas de forma. Podría considerarse un proceso de ingeniería inversa,

obtenemos la piel antes que las cuadernas cuando al construir se realiza al revés.

En nuestro caso decidimos utilizar el abanico de secciones normales a la dirección

longitudinal, pues nos ofrece más información al tener un muestreo mayor.

En primer lugar, necesitamos pasar la información de los planos de forma al

ordenador. En un primer momento optamos por medir las distancias en el plano

e importarlas a Catia mediante una macro, con este proceder obtuvimos curvas

que no era suaves y generaban abolladuras en el casco. Estas discrepancias de

los valores reales se debían a errores de truncamiento, pues la sensibilidad de

los instrumentos de medida de que disponíamos no era lo su�cientemente alta.

Buscamos entonces una alternativa y decidimos que �calcarlas� directamente de

los planos lo que evitaría este tipo de error de redondeo. Después de investigar


encontramos una herramienta, Create an immersive sketch dentro del módulo

Sketch Tracer, que nos permite proyectar una imagen a la escala que se desee.

Procedemos entonces a la proyección de las lineas de forma1 en el plano YZ.

Después, creamos un total de 19 planos paralelos al plano YZ, que distan 1,4

metros entre ellos, más otro a 0,7 metros del plano YZ que se corresponde con

la sección 0.5.

Figura 5.2.2: Planos de las secciones

Ahora en el módulo Generative Shape Design, calcamos cada una de las secciones.

Para ello, creamos un Sketch en el plano correspondiente donde dibujamos

la sección deseada. Creamos una curva con el comando Spline que pasa por

varios puntos de la curva dada. Este comando usa polinomios interpolantes a

trozos de tercer grado para generar la curva, que da muy buen resultado para

curvas complejas. Aún así, hay tener cuidado de no seleccionar puntos demasiado

próximos pues podríamos obtener oscilaciones no deseadas.

1Las líneas están numeradas del 0 al 19 de popa a proa en función del plano de corte. Esdecir, comenzando por la popa, la línea n-ésima será el resultado de la intersección del cascocon un plano paralelo a YZ y que dista de él n veces la 1,4 metros.


Figura 5.2.3: Sección 8

Repetimos el proceso para todas las secciones.

Figura 5.2.4: Secciones


Con el comando Multi-Sections Surface , del módulo Generative Shape Design,

creamos un barrido con secciones variables.

Figura 5.2.5: Barrido de las secciones

Para la proa y la popa, lo realizamos con más detalle usando las líneas de forma

de planta y per�l. Repetimos el proceso de creación de planos, trazado de las

secciones y creación de la super�cie.



Finalmente, obtenemos la super�cie total del casco.


También necesitamos como super�cies de referencia la tapa del doble fondo y los

suelos de las bodegas. Éstas las generamos a partir con el comando Inter-

section que obtiene la intersección del plano que contiene al suelo con el casco

previamente creado. Las altura de cada suelo se toma del plano de la Tapa del

Tanque.


Figura 5.2.8: Tapa del doble fondo y suelos.

Por último, también creamos una super�cie para la cubierta.

Figura 5.2.9: Cubierta


5.3. Pasos previos a las creación de las piezas

Antes de realización de las piezas que conforman el conjunto, necesitábamos dar

una serie de pasos necesarios para la correcta de�nición de las cuadernas. Para

la creación de las cuadernas había que estudiar las uniones de la piel exterior del

navío y amoldar la geometría según conviniera.

La información necesaria para esta tarea se encuentran en el plano de la Cuaderna

Maestra. Si los analizamos, nos damos cuenta de que las líneas de traca van unidas

por solape. Por el contrario, un análisis in situ de las mismas nos revela que dentro

de la misma hilera de planchas, se unen a tope. Era por tanto necesario generar

distintas super�cies que de�nieran la geometría de cuadernas y mamparos.

Figura 5.3.1: Detalle de las uniones de las líneas de traca

En primer lugar, como las medidas de cada �la de planchas no se encuentran

en ningún plano, medimos sobre el barco las líneas de traca en proa, cuaderna

maestra y popa. Efectivamente, el ancho de la línea de traca no es el mismo a

lo largo de la eslora del barco. Para generar estas planchas de anchura variable,

utilizamos cilindros cuyo radio se adapta a las medidas tomadas y cuya generatriz

depende de la plancha anterior.

Estos cilindros auxiliares se crean usando el comando Swept que permite crear

una super�cie barriendo una curva a lo largo de una guía. En el caso del cilindro,

permite además asignar una ley para la variación variable. El cilindro generado

de�ne la línea de corte de la super�cie , obteniendo la línea de traca. El corte se


Popa [cm] Central [cm] Proa [cm]Quilla plana 75 75 75

1ª línea de traca 75 105 752ª línea de traca 70 100 703ª línea de traca 80 110 804ª línea de traca 55 105 1055ª línea de traca 40 100 100

Cuadro 5.1: Medidas de las distintas líneas de traca en tres puntos

ejecuta con el comando Split , que divide una super�cie en dos por medio de

otra super�cie.

Comenzamos por la quilla plana cuya generatriz viene dada por la intersección

del casco con el plano XZ y cuyo radio es constante e igual a 75cm.

Figura 5.3.2: Cilindro de corte

Después damos grosor a la pieza con el comando Thick Surface hacia afuera

en este caso.

Figura 5.3.3: Quilla plana


Repetimos la operación para la primera línea de traca. En esta ocasión, tene-

mos que de�nir la generatriz previamente. Ésta viene dada por otro cilindro de

radio 70 milímetros con el centro en el límite de la plancha anterior, y de las

dos intersecciones que genera el cilindro, elegimos la inferior de manera que se

superponga a la plancha precedente.

Seguidamente de�nimos geométricamente la ley de variación del radio. Tras lo

que realizamos el barrido.

Figura 5.3.4: Ley de variación del radio de la segunda linea de traca. 1000 mmen el centro y 700mm en los extremos

Figura 5.3.5: Cilindro de corte segunda línea de traca

En esta ocasión el comando Thick Surface se ejecuta hacia dentro. Obteniendo

el siguiente resultado


Figura 5.3.6: Primera línea de traca

Esta operación la repetiremos hasta completar las cinco líneas necesarias.

Figura 5.3.7: Segunda línea de traca

Figura 5.3.8: Casco


5.4. Conjuntos

Una vez realizadas las operaciones necesarias explicadas anteriormente, procede-

mos a la ejecución de las estructura propiamente dicha.

Al no ser piezas integrales, cada una de las partes del barco es a su vez un

conjunto de piezas menores unidas entre sí para formar un conjunto, que posee

mejores propiedades estructurales que cada una de las piezas por separado. Estas

se unen a su vez para formar un conjunto mayor, el barco. Es decir, un barco

es un conjunto compuesto por quilla, cuadernas, mamparos... etc. Éstos a su vez

están compuestos por elementos de menor tamaño, por ejemplo, en un mampa-

ro podemos encontrar piezas como planchas, refuerzos angulares, cartabones o

remaches.

Figura 5.4.1: Árbol

Con el �n de organizar mejor todos los elementos constituyentes creamos Pro-


ducts dentro del Product mayor que es Matagorda. Cada Product a su vez estará

compuesto por diferentes Parts. CATIA permite visualizar esta organización en

el árbol. Éste siempre está presente y es de gran ayuda cuando hace falta por

ejemplo seleccionar una pieza, una línea, un punto, etc. De esta forma pode-

mos siempre trabajar de una manera ordenada y saber siempre a qué conjunto

pertenece cada pieza.

Como se dijo anteriormente, una de las principales di�cultades consisten en la

singularidad de cada una de las piezas, pues se tienen que adaptar exactamente

a cada geometría dada. Esto ocasiona una gran cantidad de piezas que apenas se

repiten, llegando a veces a que la pieza de babor y estribor no sean simétricas.

5.4.1. Quilla

Comenzamos creando la quilla sobre la que se construirá el resto del navío. Como

explicamos en el capítulo cuarto, es una de las piezas claves del barco, actuando

como su columna vertebral.

El conjunto cuenta con los siguientes elementos constituyentes:

1 Quilla

2 Quilla plana

2 Zapata

2 Quilla vertical

3 Alma

3 Ala

3 Quilla Vertical 2

3 Quilla vertical 2.2

2 Refuerzo 1

2 Refuerzo 2


2 Refuerzo 3

2 Refuerzo 4

2 Refuerzo 5

2 Symmetry of Refuerzo 1





Figura 5.4.2: Piezas de la quilla

Comenzamos trabajando sobre la quilla plana, que fue creada en los pasos pre-

vios. Bajo ella se dispone la zapata y encima descansa la quilla vertical. La quilla


vertical a su vez se compone de cuatro piezas a las que hemos denominado: alma,

ala, quilla vertical 2 y quilla vertical 2.2.

Todos los elementos constituyentes de la quilla se pueden agrupar en dos tipos:

los formados a partir de planchas y los refuerzos. Las planchas se crean a partir

del plano de simetría longitudinal delimitado por las super�cies de referencia que

se crearon anteriormente. Una vez de�nidos los límites con estas super�cies, sólo

hay que dar grosor al plano con el comando Thick Surface .

Los refuerzos, que son per�les en L, se usan, además de para unir las planchas

perpendiculares, para aumentar la rigidez del conjunto. El per�l lo dibujamos

en un Sketch. Después con el comando Rib, del módulo Part Design, se

extruye el per�l a lo largo de una directriz dada, rectas en este caso.

Figura 5.4.3: Sketch del per�l de un refuerzo


Figura 5.4.4: De�nición del Rib.

5.4.2. Mamparos

Como ya sabemos, los mamparos son diafragmas verticales que dividen el casco

interiormente, en nuestro caso transversalmente. Entre sus cometidos se encuen-

tran la contribución a la resistencia transversal, transmisión de los esfuerzos o el

soporte e�caz de las cubiertas, costados y fondo. En este caso los mamparos están

constituidos por planchas de acero unidas entre sí y reforzadas con per�les para

evitar el pandeo, tanto vertical como horizontal. Distinguimos entonces, como

con la quilla, entre estos dos grupos de piezas. Sin embargo esta vez las piezas

son más complejas como ahora veremos.


Figura 5.4.5: Mamparo 50

La operación utilizada para crear las planchas es la misma que la usada en el

apartado anterior, pero la obtención de la super�cie a la que daremos grosor es

mucho más compleja. Esto se debe a que no sólo se unen láminas perpendiculares

entre sí, sino también coplanarias. Esto requiere solapar una sobre la otra y

complica nuestra tarea. Además, el contorno también debe adaptarse a las líneas

de traca del casco. Realizamos a modo de ejemplo una plancha y una cuaderna

del mamparo 50 para ilustrarlo. Este es su árbol:

2 Mamparo.50

3 M50-1

3 M50-2

3 M50-1.2

3 RF50-Cuad


3 RF50-Cuad2

3 Bao50

3 RF50-V1

3 RF50-V2

3 Symmetry of RF50-V2

3 RF50-VarV1

3 RF50-VarV2

3 RF50-VarH1

3 RF50-VarH2

3 Symmetry of RF50-VarV1

3 Symmetry of RF50-VarV2

3 Symmetry of RF50-VarH1

3 Symmetry of RF50-VarH2

Nos centramos por ejemplo en la pieza M50-1. Dibujamos en Sketch sobre el

plano de la cuaderna 50. Para de�nir el contorno, utilizamos la intersección dada

por el comando Intersect 3D Elements, entre el plano en el que dibujamos y

las super�cies de referencia del casco. Como vemos, el resultado obtenemos una

curva discontinua que, como ya dijimos, se corresponde con las uniones de las

líneas de traca. Una vez tenemos el contorno, utilizamos un Pad para darle

el espesor requerido.


Figura 5.4.6: Detalle del Sketch de la pieza M50-1.

Por otro lado, se presenta la necesidad de unir las planchas que están contenidas

en el mismo plano M50-1 y M50-2. El solape lo realizamos con un Pad al que

le daremos como sección a extruir una �gura como la que sigue.

Figura 5.4.7: Solape de la plancha M50-1 sobre la M50-2.


En cuanto a los refuerzos, vemos que esta vez tienen que adaptarse también

a las planchas y al casco. Básicamente es la misma operación Rib que la

usada en los refuerzos de la quilla, pero esta vez la directriz no es recta sino que

debemos darle la forma deseada. Fijándonos por ejemplo en la cuaderna, vemos

que debe adaptarse a las discontinuidades en el casco. Para crear una directriz

que se ajuste de manera suave a la geometría, usamos el comando Spline del

módulo Generative Shape Design. Para que se ajuste de manera óptima, además

de los puntos que se desean unir, le daremos las tangentes de las curvas en esos

puntos. Así no sólo es continua la generatriz, sino que lo es también su tangente

y obtenemos un resultado mejor.

Figura 5.4.8: Cuaderna


Figura 5.4.9: Cuaderna

5.4.3. Codaste

El codaste está formado por una única pieza de acero fundido. Como comentamos

en el capítulo cuarto, el del Matagorda es completo, es decir, encierra a la hélice.

Este tipo de codaste tiene la doble �nalidad de proteger la hélice y soportar el

timón.

Al rodear a la hélice, la protege de posibles daños cuando la profundidad sea baja

y también el codaste popel sirve de apoyo para el eje del timón. El eje de la hélice

atraviesa un núcleo taladrado que se encuentra en el contracodaste soportando

su peso y �jando la hélice.

Se ensambla al resto de la estructura mediante dos vástagos, uno vertical y otro

horizontal, que irán �jados a la cuaderna número 0 y la quilla respectivamente.


Comenzamos dibujando en un Sketch la silueta, sin el núcleo para la hélice

ni los apoyos del timón y después realizamos un Pad.

Figura 5.4.10: Sketch y Pad del codaste

Del mismo modo creamos un Sketch sobre la super�cie del codaste proel,

en él dibujamos una circunferencia que conforma el núcleo mediante el comando

Pad. Por último realizamos el taladro para el eje con Pocket


Figura 5.4.11: Creación del núcleo y del taladro para el eje

Ya sólo quedan los apoyos para el timón. Éstos se crean simplemente con un

Sketch y un Pad, ya que se incluye la circunferencia del taladro en el Sketch

y por tanto no crea el material.

Figura 5.4.12: Apoyos para el eje del timón


Figura 5.4.13: Codaste

5.4.4. Timón

Como ya explicamos, el timón es una super�cie que va colocada en la popa y

sirve para gobernar el buque. Puede estar constituido por una plancha o tener

una forma hidrodinámica para aumentar el rango de actuación, en este caso el

per�l siempre es simétrico para poder girar a ambos lados.

En la estructura del timón, se pueden distinguir la mecha o eje que le va a

transmitir el giro, atravesando el casco por la limera, y la pala que, siendo el

codaste completo, se apoya en el codaste popel a través de los machos.

Comenzamos construyendo la pala. Al ser un geometría de sección variable, uti-

lizamos el comando Multi-Sections Surface del módulo Generative Shape De-

sign, como ya hiciéramos para generar la super�cie de referencia del casco. Como

per�l usamos lo que podría ser un per�l aerodinámico simétrico. Lo dibujamos

en un Sketch y para el resto de secciones usamos la misma, pero escalada.

Esta vez daremos tres guías para forzar al Multi-Sections Surface a generar la

super�cie que queremos: en el borde de ataque, en el borde de salida y a media


Figura 5.4.14: Pala del timón.

distancia. Una vez que tenemos la super�cie, creamos otra simétrica que com-

plete la pala y creamos el sólido que encierran mediante el comando Cose

Surface.

Una vez que tenemos la pala, creamos con un Pad la mecha del timón que será

cilíndrica.

Figura 5.4.15: Mecha del timón


Figura 5.4.17: Eje de giro del timón.

Por último, creamos los machos de la bisagra que unirán a timón y codaste

permitiendo el giro en el eje z.

Figura 5.4.16: Apoyos del timón

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