ABB desarrolla hélices marinas cicloidales con palas verticales inspiradas en el movimiento de la cola de una ballena: empuje eficiente en cualquier dirección

La gigante suiza del sector marino, ABB, ha dedicado más de una década al desarrollo de una propuesta radicalmente diferente al modelo Voith-Schneider para propulsores marinos. El sistema Dynafin promete hasta un 85% de eficiencia, ofreciendo a las embarcaciones capacidades de maniobra superprecisas.

Este mes destacamos un propulsor de Whale Design que buscaba inspiración en la naturaleza para mejorar la eficiencia. ABB Marine de Suiza también se ha inspirado en «los movimientos dinámicos de la cola de una ballena» para su concepto de propulsión multihoja Dynafin.

ABB Marine señala que si la industria del transporte marítimo fuera un país, sería el sexto mayor emisor de gases de efecto invernadero en el mundo. La Organización Marítima Internacional ha establecido el objetivo de reducir las emisiones globales en un 50% para el año 2050, en comparación con los niveles de 2008, y ahora la carrera está en marcha para encontrar y utilizar combustibles y tecnologías más limpias que ayuden a alcanzar estos objetivos.

Estos desafíos requieren soluciones más inteligentes para mantener todo en movimiento mientras se consume menos energía. ABB ha estado a la vanguardia de la innovación en propulsión, habiendo dado un paso importante con el lanzamiento del primer sistema Azipod en los años 90, que cambió la forma en que operan los barcos hoy… Ahora es el momento de dar el próximo gran salto con nuestra última innovación inspirada en el movimiento perfeccionado por la evolución.

Janne Pohjalainen, ABB.

El concepto Dynafin, que lleva más de una década en investigación y desarrollo, se describe esencialmente como un propulsor cicloidal, donde las palas verticales están montadas en un disco giratorio circular para proporcionar empuje. No es una idea nueva, el Cyclogyro de hace unos años llevó esta configuración a los eVTOLs, mientras que los propulsores Voith Schneider han sido utilizados por las marinas de Estados Unidos y Francia.

En la versión de ABB, un motor eléctrico impulsa un gran disco en la parte inferior de un barco, que gira entre 40 y 80 revoluciones por minuto según sea necesario. El concepto muestra cinco palas controlables de forma independiente montadas debajo del disco, situadas equidistantes a lo largo del borde circular, aunque la configuración puede variar de cuatro a seis módulos.

El esfuerzo combinado de la rueda y las palas genera propulsión en un movimiento que se asemeja al de la cola de un delfín o una ballena. Un sistema de control a bordo puede rotar cada pala alrededor de su propio eje en tiempo real para la propulsión y dirección simultáneas del buque sin necesidad de instalar un timón.

ABB promete un control de empuje instantáneo, capacidades de posicionamiento dinámico precisas y una maniobrabilidad superior, y apunta a una eficiencia en aguas abiertas de hasta el 85%. El concepto modular también puede ser optimizado para diferentes necesidades de operadores, tipos de barcos y tipos de cascos.

Entre las ventajas reclamadas sobre los diseños de propulsores más convencionales se encuentra una notable mejora en la eficiencia que podría llevar a importantes ahorros en los costos de combustible para los buques de motores de combustión, con menos emisiones como un beneficio adicional. El sistema también presume de un conteo de componentes relativamente bajo, lo que debería traducirse en menores costos de mantenimiento.

También debería ser posible operar un barco con una planta de energía más compacta, con ABB señalando que esto podría ser de particular importancia para los buques que funcionan con sistemas eléctricos, de pilas de combustible o híbridos donde los grandes bancos de baterías pueden ocupar un espacio valioso de carga.

Estos buques también pueden operar en «áreas marinas sensibles», gracias a que los motores están alojados dentro del casco del buque anfitrión para reducir el ruido submarino, combinado con «pulsos de baja presión y velocidades de punta de las palas» que crean menos turbulencia.

En esta etapa no está claro si tal sistema podría ser adaptado sin problemas a los buques y barcos existentes, o a qué precio para los propietarios, aunque podría abrir un mundo de nuevas posibilidades para los diseñadores de nuevas construcciones.

El proyecto, que se presentó por primera vez a mediados de 2023, sigue en la etapa de concepto de desarrollo en este momento. ABB informa que se han llevado a cabo simulaciones exitosas y pruebas de modelos a escala, y se ha contactado con diseñadores de barcos «para validar la viabilidad del concepto.»

De hecho, las pruebas independientes de un buque de pasajeros equipado con diferentes sistemas de propulsión encontraron que la solución ABB Dynafin logró ahorros de energía del 22% en comparación con las configuraciones convencionales de ejes. Se espera el primer prototipo completo para el próximo año.

ABB Dynafin genera empuje mediante palas perfiladas que se proyectan desde la parte inferior del barco. Cada pala puede rotar tanto alrededor del eje global de una rueda principal como alrededor de su propio eje local, que actúa como punto de pivote para imponer un movimiento de paso prescrito. Las trayectorias de las palas de empuje se asemejan a las de las colas de ballenas y delfines. Esta solución se trata de eficiencia operativa y evitación de emisiones, aprovechando las innovaciones de las mentes más brillantes en ingeniería marina y de propulsión.

Juha Koskela, ABB

La empresa prevé que una unidad propulsora de 1 a 4 MW sea adecuada para buques de pasajeros o de trabajo pequeños y medianos, aunque los buques más grandes, como los cruceros, podrían albergar múltiples unidades, y ya se planea incorporar la tecnología en un nuevo superyate de 450 pies llamado Aeolis de Oceanco.

Más información: abb.com

Claro, aquí tienes las preguntas frecuentes sobre el sistema de propulsión marina Dynafin de ABB en formato de lista simple, en español:

Preguntas rápidas sobre el sistema de propulsión Marina Dynafin de ABB

• ¿Qué es el sistema Dynafin desarrollado por ABB? El Dynafin de ABB es un sistema de propulsión marina que utiliza un diseño cicloidal con palas montadas verticalmente en un disco giratorio circular. Este sistema, inspirado en los movimientos dinámicos de la cola de una ballena, proporciona empuje en cualquier dirección, mejorando la maniobrabilidad y la eficiencia.
• ¿Cuál es la eficiencia del sistema Dynafin? El sistema Dynafin de ABB promete una eficiencia en aguas abiertas de hasta el 85%. Esta alta eficiencia se logra mediante la capacidad del sistema para controlar el empuje y el posicionamiento de manera precisa y dinámica sin necesidad de un timón.
• ¿Cuáles son los beneficios ambientales de usar el sistema Dynafin? El sistema Dynafin ofrece importantes beneficios ambientales, incluyendo la reducción del consumo de combustible y las emisiones más bajas. Esto lo hace especialmente adecuado para operar en áreas marinas sensibles, ya que también reduce el ruido y la turbulencia submarina debido a su innovador diseño de palas.
• ¿Puede el sistema Dynafin adaptarse a barcos existentes? Aunque está diseñado principalmente para nuevas construcciones, actualmente no está claro si el sistema Dynafin puede adaptarse sin problemas a los buques existentes. ABB está en proceso de validar la viabilidad de este concepto con diseñadores de barcos.
• ¿Qué tipos de buques pueden usar el sistema Dynafin? El sistema Dynafin es lo suficientemente versátil como para ser optimizado para diferentes tipos de operadores, tipos de barcos y formas de casco. Puede ser particularmente beneficioso para barcos de pasajeros o de trabajo que varían de 1 a 4 MW y podría incluso incorporarse en buques más grandes, como un yate superyate planificado de 450 pies.
• ¿Qué desarrollos futuros se esperan para el sistema Dynafin? ABB planea continuar el desarrollo del sistema Dynafin con simulaciones en curso y pruebas de modelos a escala. Se espera el primer prototipo a escala completa para el próximo año, y ABB está explorando la inclusión de esta tecnología en varios diseños de barcos nuevos.