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DNV GL ofrece a través de lo que denomina el servicio de optimización del casco ECO Lines a los armadores para que consideren durante el proceso de diseño de sus buques si una popa asimétrica les ofrece ahorros de combustible.
Nönnecke (Hamburgo 1921), ingeniero naval y refutado cantante de ópera, sugirió por primera vez por los años 60 hacer la popa de los buques con formas asimétricas, pero debido a la dificultad, por aquel entonces, de realizar manualmente los cálculos, la ejecución del diseño en el astillero y el consecuente elevado coste, hicieron que quedase en el olvido. Durante las décadas siguientes se construyeron, con un gran esfuerzo y coste, algunos buques cuyas secciones de popa formaban líneas retorcidas, demostrando las mejoras que ofrecían a las alternativas existentes (aletas o toberas).
DNV GL ha revisado esta idea y, gracias al uso de CFD junto con una optimización paramétrica, esta sociedad de clasificación puede ahora ofrecer a los armadores la opción de incorporar una popa asimétrica a sus nuevas construcciones.
“Básicamente, lo que ahora podemos hacer es modelizar unas formas de popa que actúe como un dispositivo que mejora la propulsión, sin preocuparse por vibraciones y fatigas que se dan al instalar otros dispositivos”, comenta Karsten Hochkirch, director de departamento de mecánica de fluidos de DNV GL Maritime. “La optimización paramétrica que hemos desarrollado permite realizar cientos de complejos cálculos iterativos para un gran número de variables de diseño hasta encontrar el diseño que logre alcanzar el equilibrio entre la mejora de la eficiencia propulsora y el no aumento de la resistencia.
Gracias al procedimiento desarrollado, los armadores tienen más libertar para variar las formas manteniendo los requisitos más relevantes del diseño. Con el objetivo de una integración perfecta en la filosofía de diseño, el equipo de expertos de DNV GL, han desarrollado una selección de herramientas CFD que emplean códigos creados a medida. Todo esto respaldado por los resultados de las cientos de pruebas realizadas en el canal de ensayos, esta herramienta evalúa de manera muy fiable incluso pequeñas diferencias de mejora.
La tecnología para calcular la distribución asimétrica de la popa se basa en un par de simulaciones de los modelos promediados de Reynolds de las ecuaciones de Navier-Stokes (RANS) para el buque y el timón junto con un código de análisis de última generación. Esto permite usar la eficiencia propulsiva como una medida directa en la optimización.
Aprovechando los códigos de diseño de la hélice, esta metodología permite evaluar los efectos de la popa asimétrica con la suficiente precisión. A su vez, este factor puede ser empleado como una característica adicional para reducir la necesidad de dispositivos de ahorro energético adicionales.
En un proyecto reciente, un portacontenedores de 3.000 teu se mejoró el consumo con la mínima potencia. Comparado con el diseño básico simétrico, el diseño asimétrico redujo en más de un 3% la potencia propulsora como predecían las pruebas de canal. En otro proyecto, se buscaba mejorar la eficiencia propulsora de un petrolero de 38.000 tpm. La optimización generada por CFD prometía un 3,5% de descenso de la potencia propulsora comparado con el diseño original.
En conjunto, han observado una mejor propulsión en petroleros y graneleros y algo menos en portacontenedores.
“Todo esto se trata de un ejemplo más donde las ventajas que ofrecen la tecnología computacional y el uso de un buen software permiten desvelar eficiencias en el diseño de buques. Al simular con precisión el rendimiento de estas complejas formas de casco, estamos logrando mejoras en la potencia de propulsión de hasta un 5%, con mayor robustez estructural, comenta Karsten Hochkirch. “Además, los astilleros emplean técnicas de CAD/CAM avanzadas y modernos métodos de fabricación controlados por control numérico, haciendo aún si cabe más fácil y económica la producción de estos diseños”.
