Un equipo de investigación de la Universidad Tecnológica de Chalmers es el primero en demostrar un método único que reduce la resistencia aerodinámica de los barcos en un 7,5 por ciento. Esto abre el camino para los grandes buques de carga transportados a través de los océanos solo por el viento, ya que los barcos impulsados ​​por viento se ven más afectados por la resistencia aerodinámica que los que funcionan con combustibles fósiles.

Para alcanzar los objetivos climáticos internacionales, las emisiones de carbono del transporte marítimo deben reducirse en más del 50 por ciento para 2050 en comparación con los niveles de 2008. Hasta el 99 por ciento del transporte marítimo mundial depende actualmente de los combustibles fósiles. Aunque la electricidad puede transportar transbordadores más pequeños a través de distancias más cortas, la electrificación de barcos más grandes y de mayor recorrido se ve obstaculizada por limitaciones de alcance. Esto significa que la necesidad de nuevas soluciones tecnológicas de propulsión energéticamente eficientes para el transporte marítimo es importante y urgente.

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, son los primeros en demostrar con éxito un nuevo método que puede allanar el camino para reducir significativamente el impacto climático del transporte marítimo. Inspirándose en una tecnología aerodinámica utilizada en la aviación, los investigadores han encontrado una manera de reducir la resistencia aerodinámica de un barco en un 7,5 por ciento. El resultado es una mayor eficiencia energética y un menor consumo de combustible.

« Para un petrolero que vaya de Arabia Saudita a Japón, esto significaría una reducción en el consumo de combustible de unas diez toneladas métricas », dice Kewei Xu, investigador postdoctoral en tecnología marina en el Departamento de Mecánica y Ciencias Marítimas de Chalmers. « La reducción de la resistencia aerodinámica rara vez se ha examinado; nuestro estudio es uno de los primeros de su tipo ».

Allanando el camino para los barcos de energía eólica

El método único es particularmente relevante para el futuro transporte marítimo impulsado por viento. La propulsión eólica no es una tecnología nueva per se; estuvo inactivo durante décadas, con un gran interés en que solo se reanudó en los últimos años.

Un barco con propulsión eólica requiere un diseño aerodinámico más eficiente, ya que no tiene la salida de alta potencia constante de un barco de combustible fósil. Anteriormente, el efecto aerodinámico no se consideraba importante en comparación con la resistencia total de un barco en el agua. Pero cuando se trata de propulsión eólica, el método de los investigadores podría abrir nuevas posibilidades.

« En los próximos años, probablemente veremos barcos que combinen propulsión eólica y de combustible. Pero nuestro objetivo a largo plazo es hacer que la energía eólica sea la única fuente de energía para los buques de carga y similares », dice Kewei Xu.

El efecto Coanda hace que el flujo de aire se adhiera a las superficies curvas

El elemento central del método es el efecto Coanda de flujo constante. Esto se basa en la tendencia de un fluido a fluir, como el agua por el dorso de una cuchara, a lo largo de una superficie curva hacia afuera (convexa), en lugar de salir disparado.

En el transporte marítimo, una de las principales fuentes de resistencia aerodinámica es la parte posterior cuadrada de la superestructura del barco; la parte que emerge de la cubierta. El nuevo método desarrollado por los investigadores de Chalmers induce el efecto Coanda alrededor de esta zona.

« Al crear un diseño con bordes convexos en la superestructura del barco y permitir que el aire altamente comprimido fluya a través de las « ranuras de chorro », el efecto Coanda permite que la presión del aire en el casco del barco se equilibre. Esto, a su vez, reduce considerablemente la resistencia aerodinámica, haciendo el barco sea más eficiente energéticamente », dice Kewei Xu.

El método, que se puede utilizar en barcos existentes y de nuevo diseño, se describe en el estudio de los investigadores Simulación de grandes remolinos del control del flujo de aire del barco con efecto Coanda constante publicado en Physics of Fluids.

« Al demostrar que nuestro método puede reducir la resistencia aerodinámica en un 7,5 %, esperamos que la industria naviera acoja esta solución como parte de su transición necesaria hacia la reducción de las emisiones », dice Kewei Xu. « Nuestro estudio también indica un gran potencial para reducir aún más la resistencia a través de una mayor optimización ».

El método como medida para aumentar la seguridad de los helicópteros

El nuevo método de los investigadores de Chalmers también permitiría despegues y aterrizajes más seguros en barcos para helicópteros. La turbulencia generalmente surge cuando el aire fluye hacia abajo desde la superestructura del barco, desestabilizando el helicóptero. Dado que los pilotos necesitan aterrizar o despegar en un lugar muy preciso del barco, esto conlleva grandes riesgos y algunos helicópteros se estrellan. Actualmente, se utilizan vallas o una forma adaptada en el barco para minimizar los riesgos, pero no son muy efectivos. El nuevo método amortigua la turbulencia, ya que afecta el viento que fluye detrás de la superestructura. Por lo tanto, reduciría el riesgo de accidente de los helicópteros.

El efecto Coanda : en aviones a reacción, aire acondicionado y productos para el cabello

El efecto Coanda lleva el nombre del inventor rumano Henri Coanda quien, alrededor de 1910, fue el primero en reconocer las aplicaciones prácticas del fenómeno en el diseño de aeronaves. Hoy en día, el efecto se usa en aviones a reacción, donde la sustentación aerodinámica aumenta a medida que la corriente en chorro se « pega » al ala. El efecto Coanda afecta los flujos de aire y líquidos en muchos contextos diferentes, como el aire acondicionado. El fenómeno también ha llegado a la peluquería, donde se utiliza en algunos productos.

Más sobre la investigación

Las pruebas numéricas se llevaron a cabo en un modelo de barco utilizando simulación CFD (dinámica de fluidos computacional) de alta fidelidad. Los investigadores diseñaron la tecnología, incluida la geometría y la intensidad del chorro. Las pruebas se realizaron en SNIC (la Infraestructura Nacional Sueca para la Computación) en el Centro Nacional de Supercomputadoras (NSC).