Investigadores del MIT han logrado demostrar que la incorporación de generadores de vórtices en forma de cuña en el casco de los barcos puede reducir la resistencia hasta un 7.5 por ciento, lo que se traduce en una disminución significativa de las emisiones y costos de combustible. Este hallazgo fue presentado en el marco de la Convención Marítima 2025 de la Sociedad de Arquitectos Navales e Ingenieros Marinos, celebrada en Norfolk, Virginia.
La investigación representa un avance prometedor hacia la descarbonización, abordando la urgente necesidad de cumplir con el objetivo establecido por la Organización Marítima Internacional (OMI), que busca reducir la intensidad de carbono del transporte marítimo internacional en al menos un 40 por ciento para 2030, comparado con los niveles de 2008. Para alcanzar estas metas ambiciosas será necesario adoptar un enfoque coordinado que incluya múltiples métodos, desde el rediseño de cascos y hélices hasta el uso de combustibles novedosos y métodos operativos innovadores.
Aportaciones del equipo investigador
El equipo, compuesto por José del Águila Ferrandis, Jack Kimmeth y Michael Triantafyllou del MIT Sea Grant y el Departamento de Ingeniería Mecánica, junto a Alfonso Parra Rubio y Neil Gershenfeld del Centro para Bits y Átomos, determinó la forma y tamaño óptimos del generador de vórtices mediante una combinación de dinámica de fluidos computacional (CFD) y métodos experimentales guiados por técnicas de optimización basadas en inteligencia artificial.
Inicialmente, establecieron tendencias paramétricas a través de un análisis exhaustivo con CFD, seguido por pruebas en múltiples cascos mediante prototipos rápidos para validar experimentalmente los resultados. Se produjeron modelos a escala de un casco axissimétrico con cola desnuda, una cola con generadores de vórtices en forma de ala delta y otra con generadores en forma de cuña. Los investigadores identificaron que los generadores tipo cuña eran clave para lograr este nivel de reducción en la resistencia.
Impacto práctico y futuro desarrollo
A través de visualización del flujo, los investigadores observaron que la resistencia se reducía al retrasar la separación del flujo turbulento, permitiendo que el agua fluyera más suavemente a lo largo del casco del barco y disminuyendo así el remolido detrás del buque. Esto también mejora la eficiencia del propulsor y el timón al operar en un flujo uniforme. “Documentamos por primera vez experimentalmente una reducción en el combustible requerido por los barcos utilizando generadores de vórtices”, explica Michael Triantafyllou, profesor de ingeniería mecánica y director del MIT Sea Grant.
Los generadores de vórtices han sido utilizados durante mucho tiempo en el diseño de alas aeronáuticas para mantener el levantamiento y retrasar el estancamiento. Este estudio es pionero al demostrar su aplicación para reducir la resistencia en barcos comerciales.
La adaptabilidad modular de los generadores tipo cuña permitiría su integración en una amplia gama de formas de casco, incluidos cargueros y petroleros. Estos dispositivos pueden sinergizar o incluso reemplazar tecnologías existentes como los estatores pre-swirled (aletas fijas montadas frente a las hélices), mejorando así el rendimiento general del sistema. Por ejemplo, se estima que instalar estos generadores en un carguero Newcastlemax de 300 metros operando a 14.5 nudos sobre una ruta trans-pacífica resultaría en una notable reducción de emisiones y aproximadamente $750,000 en ahorros anuales en combustible.
Estos hallazgos ofrecen una solución práctica y rentable que podría implementarse eficientemente a través de las flotas existentes. Esta investigación fue respaldada por el Consorcio CBA, trabajando junto a Oldendorff Carriers, que opera alrededor de 700 cargueros a nivel mundial. Una extensión adicional de esta investigación cuenta con apoyo del Consorcio Marítimo del MIT, liderado por los profesores Themis Sapsis y Fotini Christia, creado para abordar las brechas críticas en la modernización de la flota comercial mediante investigación interdisciplinaria y colaboración entre academia, industria y agencias regulatorias.
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