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2014

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Hull Vane; hidrofoil para ahorrar mucho combustible

 

 

Se trata de un alerón submarino fijado bajo la popa capaz de optimizar el comportamiento del barco y conseguir ahorros de combustible por encima del 20%, mejorando la eficiencia de la navegación.

Los avances en hidrodinámica continúan sorprendiendo y haciendo evolucionar la forma de las carenas hacia diseños aún más eficientes. Pods de propulsión, turbinas, cascos en infusión de bajo peso, superestructuras en carbono para

reducir los pesos en las partes altas… Avances muy actuales con los que se consiguen yates más rápidos y de comportamiento más seguro.

Como ocurriera hace sólo unos decenios, cuando se descubrió por casualidad que el morro de proa de los grandes buques era capaz, contra el sentido común, de reducir el consumo de combustible a pesar del aumento del rozamiento, el “Hull Vane” actúa de forma compleja consiguiendo un resultado global sorprendente en el funcionamiento de la carena en velocidades medias en torno a los 12 a 20 nudos.

 

 

En el comportamiento de un barco no sólo influye la hidrodinámica que podemos analizar en un canal de ensayos. Muy al contrario se han de tener presente los efectos de las olas y la dinámica de comportamiento del barco al navegar en diferentes estados del mar.

 

 

El “invento” en cualquier caso comenzó hace unos 20 años, pues fue puesto en práctica por primera vez en la Copa América del año 1992 en un velero de 58 pies. En grandes buques de la marina mercante, el alerón de popa ha sido utilizado con éxito en numerosos diseños de ferries y otros barcos de transporte.

Este año 2015, es el prestigioso astillero holandés Hessen quien lo utiliza para uno de sus megayates de lujo en un modelo de 42 metros de eslora. Ahora que se busca mejorar la eficiencia de los yates tanto por motivos económicos como ecológicos, cualquier mejora en el comportamiento de las carenas es bienvenido.

 

Cómo funciona el “Hull Vane”

 

A nadie se le escapa que la utilización de un foil detrás del chorro de propulsión, producirá un marcado efecto de sustentación y por tanto una elevación de la popa lo cual reduce la superficie mojada y por tanto el rozamiento. No hay ninguna pieza móvil y por tanto no existen costes de mantenimiento en revisiones, como ocurre con otros sistemas de estabilización.

Cierto, pero si esta fuera toda la historia, poco mejoraría el comportamiento del barco, pues al levantarse la popa algo hundirá la proa, aumentando el rozamiento por superficies mojadas en esta zona de la carena. La realidad es que el foil produce 4 efectos diferentes, todos ellos positivos y por tanto una mejora global del comportamiento de la carena que a máxima velocidad casi alcanza el 25% de ahorro en consumo de combustible!  El resultado empírico no deja lugar a dudas, pues Hessen ha calculado una mejora en el rendimiento medio del 18%, lo cual es un porcentaje muy importante.

 

 

Efecto 1: se levanta la popa y reduce superficies mojadas y por tanto rozamientos. Esta sustentación se manifiesta cuando más se necesita, a partir de los 15 ó 18 nudos de velocidad, que es cuando el barco tiende a levantar la proa por presión hidrodinámica, y por tanto desequilibrar el comportamiento de la carena. En definitiva, el “Hull Vane” hace las veces de “flap”, pero en vez de por presión hidrodinámica, por sustentación, lo cual contribuye a aportar fuerza de propulsión.

Efecto 2: la sustentación del alerón es una fuerza que tiene una pequeña componente hacia adelante y por tanto parte de la sustentación del foil se convierte en fuerza de propulsión (FX). Esto es debido a que el flujo laminar que llega a la popa de un barco no es horizontal y tiende ligeramente hacia la superficie.

 

 

Efecto 3: el alerón canaliza el flujo hidrodinámico que en condiciones normales dista mucho de ser un flujo laminar horizontal, y por tanto ayuda a mejorar el comportamiento hidrodinámico del yate.

Efecto 4: de forma totalmente inesperada, se ha comprobado en los estudios reales en el mar, que la depresión que se forma en la cara superior del alerón, y responsable de la fuerza de sustentación, produce un efecto de succión de las olas más grandes que se forman en la popa y por tanto reduce de forma significativa la resistencia de ola en la popa. En definitiva, el patrón de formación de olas en la popa con este alerón es totalmente distinta y más ventajosa al “aplastar” las olas de popa y obtener un patrón medio más plano y por tanto una reducción de rozamientos y de generación de ola de popa.

 

 

 

Un resultado muy positivo

Tras los estudios teóricos en ordenadores que computan la dinámica de fluidos, Hessen pasó las pruebas en el canal que se vieron positivamente superadas en las pruebas de mar debido a los efectos, que en principio, no eran previsibles, como la desaparición por succión de la ola de popa.

 

 

En las pruebas de mar, el astillero holandés midió ahorros de un 24% en el consumo de combustible a la máxima potencia de propulsión, y con una cifra media de ahorro de un 18% en todo el rango de velocidades. Además el foil ayuda a absorber el cabeceo regular del barco, y por tanto a conseguir una navegación más estable y tranquila.

El Hull Vane es perfecto para integrar en el diseño de los barcos de nueva construcción, pero es relativamente sencillo hacer una nueva ingeniería para adaptarlo a muchos otros barcos existentes cuyas velocidades medias estén en torno a los 12 a 18 nudos, aunque el ahorro no será tan marcado, pues la potencia de propulsión será la anterior y no es posible optimizar todos lo parámetros.

 

 

Dependiendo del barco en el que se quiera montar este tipo de foils, si es de nueva construcción o adaptación posterior, el foil submarino puede ir montado tras el espejo de popa o debajo de la carena de popa, y puede ser construido en aluminio o composites, aunque en los grandes yates suele ser de acero de calidad marina.

 

 

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