Diseño de plataformas adicionales para equipos complementarios del radiotelescopio LCT.

Abstract

La presente Memoria de Título busca contribuir significativamente al desarrollo del proyecto Leighton Chajnantor Telescope (LCT) que consiste en el traslado, modificación y puesta a punto de un radiotelescopio ubicado actualmente en la isla de Hawaii, para ser instalado finalmente en el Llano de Chajnantor, desierto de Atacama, Chile. Se busca optimizar el funcionamiento del telescopio, por lo que se realizarán varias modificaciones estructurales necesarias para albergar equipos complementarios tales como compresores, motores, equipos criogénicos, y aparatos para la observación radioastronómica. El objetivo general de la presente Memoria de Título es diseñar y dimensionar un par de estructuras de plataformas adicionales nasmyt para la instalación de equipos complementarios en el radiotelescopio LCT, considerando solicitaciones externas y de funcionamiento. Estas estructuras deben ser ancladas de manera “colgante a la estructura preexistente”. Los objetivos específicos incluyen determinar restricciones mecánicas y de funcionamiento en la estructura del radiotelescopio LCT, dimensionar alternativas de diseño de plataformas adicionales considerando fabricación nacional, y evaluar mediante el Método de Elementos Finitos (MEF) estructuras de plataformas que optimicen su desempeño mecánico. Para el cumplimiento de los objetivos mencionados, se retoman y desarrollan los modelos CAD y de Elementos Finitos (EF) del radiotelescopio LCT elaborados mediante software SpaceClaim y Ansys Mechanical, durante etapas anteriores del Proyecto LCT. Se investigan las restricciones de diseño: operación del radiotelescopio, lista de equipos a instalar, perfiles de vigas disponibles en el mercado nacional, y la norma chilena de diseño estructural bajo cargas de viento. Conociendo la distribución de esfuerzos en los puntos críticos de la estructura preexistente, se determina el peso máximo admisible para las nuevas plataformas y para los equipos complementarios. Definidos los criterios de evaluación, se diseñan varias alternativas de plataformas adicionales. Estos diseño, modelado en elementos finitos de vigas, se optimizan iterativamente mediante Algoritmos Genéticos Multi-Objetivo (MOGA), tarea que implica compensar objetivos en conflicto. Luego, se filtran los mejores candidatos de diseño y modelan en elementos de placas para alcanzar resultados más realistas, eligiendo un ganador. Del análisis MOGA se seleccionan varios candidatos que luego son modelados en elementos de placas. Aplicando los criterios de diseño, principalmente el esfuerzo equivalente de Von Mises, se encuentra la estructura óptima de plataforma adicional (AX_Y) para el “lado compresor”, con un peso propio de 591 [kg]. Esta estructura, con un factor de seguridad igual a 2, admite una máxima carga de viento de aproximadamente 40 m/s (en direcciones lateral, frontal o posterior), combinada con un peso máximo de equipos complementarios igual a 900 [kg]. Para el “lado gabinete”, bajo las mismas condiciones de viento, se sugiere instalar la misma estructura de plataforma adicional, pero con un peso máximo de equipos complementarios igual a 600 [kg]. Las plataformas van ancladas de modo colgante, tienen forma de jaula, y sus perfiles estructurales son de aceros ASTM A36 y A270ES de alta soldabilidad, disponibles en catálogo chileno de Aceros Prodalam (vigente al año 2023). Se concluye la factibilidad de diseño de plataformas nasmyt adicionales cuyas características, de acuerdo a los criterios de diseño, son adecuadas para soportar: las restricciones de operación del radiotelescopio, las condiciones ambientales de carga de viento presentes en el Llano de Chajnantor a 30 m/s, el peso de los equipos complementarios a instalar, y el límite de carga admisible. Estas estructuras son simétricas y optimizan el desempeño mecánico respecto a una larga lista de alternativas de diseño modeladas mediante el Método de Elementos Finitos.