#insights

La reducción de la resistencia al avance es un objetivo primordial en la ingeniería naval, ya que permite mejorar la eficiencia energética y reducir el coste operativo y las emisiones contaminantes en buques. El análisis hidrodinámico y la simulación por dinámica de fluidos (CFD) son herramientas que se aplican en el diseño y operación de buques para minimizar la resistencia al avance y optimizar su desempeño; así como otras aplicaciones presentes y futuras en el ámbito naval.

Análisis hidrodinámico

El análisis hidrodinámico consiste en estudiar y comprender los flujos de agua alrededor del casco del buque. A través de mediciones de presiones y velocidades en canales de pruebas o mediante modelos computacionales, es posible identificar las áreas de alta resistencia y desarrollar soluciones para minimizarlas. Esto implica optimizar la forma del casco, reducir la rugosidad de la superficie y mejorar la distribución de la carga para disminuir la resistencia hidrodinámica.

Simulación por dinámica de fluidos computacional (CFD)

Hoy en día, la CFD es una herramienta esencial para simular y predecir el comportamiento de los fluidos (agua y aire) alrededor del casco del buque. Mediante la discretización espacial del entorno de éste y la resolución numérica de las ecuaciones de Navier-Stokes, en estacionario o transitorio, se obtiene una descripción detallada del campo fluido en sus proximidades y de su interacción con el casco.

En particular, suministra la distribución de presiones y esfuerzos viscosos, que una vez integrados sobre el casco, proporciona fuerzas y momentos en el buque; asimismo, permite conocer en detalle cómo es el flujo para, por ejemplo, obtener la uniformidad de este en la zona de la hélice. La simulación por CFD permite evaluar diferentes escenarios de diseño, lo que facilita la optimización del casco y la determinación de las configuraciones óptimas para minimizar la resistencia al avance.

Beneficios y aplicaciones del análisis hidrodinámico y la simulación CFD

La integración del análisis hidrodinámico y la simulación por CFD brinda numerosos beneficios en la reducción de la resistencia al avance en buques mediante el diseño eficiente del casco, la optimización de la forma, la distribución de la carga y la reducción de la resistencia viscosa, aplicándose de forma rutinaria desde hace tiempo.

Sin embargo, en la actualidad, el espectro de estudios abarcados por estas disciplinas se ha ampliado, como puede ser a la minimización de los efectos de la interacción entre el casco y la hélice. Estas técnicas son aplicables tanto en la etapa inicial de diseño como en la optimización de buques en servicio, permitiendo mejoras continuas en la eficiencia y el rendimiento.

Hoy, es posible, mediante CFD, realizar ciertos estudios difíciles de ensayar en canal. Un ejemplo de ello es la optimización de la forma del casco de manera semiautomática mediante la deformación de la superficie y el análisis del efecto de esta en una función objetivo previamente definida (por ejemplo, la reducción de la resistencia total). Asimismo, es posible estimar el impacto del flujo originado por el avance del barco sobre la propulsión o eficiencia de los sistemas de control. La posibilidad de simulaciones transitorias con diversos escenarios de navegación (olas regulares e irregulares, aguas poco profundas, green water, interacción entre barcos, acoplamiento con la carga en transportes de líquidos o grano, etc.) o el análisis de la respuesta del barco en diversas condiciones operativas (lugares confinados, interacción entre diversos buques, etc.) es una realidad cada vez más utilizada.

Adicionalmente, y fuera de los aspectos puramente hidrodinámicos, la CFD también es utilizada en diversos problemas que pueden aparecer en algunos diseños de buques. A modo de ejemplo, esta técnica permite el cálculo de cargas de viento (tanto bajo el punto de resistencia aerodinámica, como del efectos desestabilizantes o incluso propulsivos), confort de pasajeros (particularmente importante en cruceros, con objeto de evitar zonas incómodas en las cubiertas), interacción estructura-aerodinámica en plataformas de aterrizaje de helicópteros, fuegos, análisis de botaduras, movimiento con hielo, etc.

Hacia un futuro más sostenible

La reducción de la resistencia al avance es un objetivo clave en la ingeniería naval para mejorar la eficiencia y sostenibilidad de los buques. El análisis hidrodinámico y la simulación por CFD son herramientas fundamentales y validadas en este proceso, al proporcionar información precisa y detallada sobre los flujos de fluidos y permitir la optimización del diseño y operación de los buques.

La implementación de estas técnicas en la industria naval permite alcanzar avances significativos en la eficiencia y el rendimiento, contribuyendo a la preservación del medio ambiente marino y la mitigación del cambio climático.