Investigadores noruegos optimizan hélices contra-rotativas que mejoran en más de un 10 % la eficiencia de grandes buques

Nuevo sistema de medición de SINTEF impulsa el uso de hélices contra-rotativas más eficientes para barcos de gran tamaño.

• Dos hélices, sentidos opuestos.
• Energía recuperada, no desperdiciada.
• Más de un 10 % de eficiencia extra.
• Menos consumo, menos emisiones.
• Tecnología madura, por fin viable.
• Pruebas reales, no solo teoría.

Investigadores de SINTEF han diseñado y construido un nuevo sistema de medición para ensayar hélices contra-rotatorias, es decir, sistemas con dos hélices alineadas que giran en sentidos opuestos. Una configuración conocida desde hace décadas, pero que nunca había dado el salto definitivo a la navegación comercial a gran escala.

Ahora, ese salto empieza a parecer realista.

Øyvind Rabliås, investigador del área de hidrodinámica, explica que el principio es sencillo pero potente: aprovechar parte de la energía que normalmente se pierde detrás de la primera hélice. El flujo de agua que sale turbulento del propulsor delantero se reorganiza gracias a la hélice trasera, que trabaja con una entrada más limpia y eficiente.

“Esto puede proporcionar más de un 10 % de mejora en eficiencia en comparación con hélices convencionales”, señala.

Aunque el concepto no es nuevo, su uso en buques comerciales ha sido limitado durante años.

El motivo principal: coste elevado, complejidad mecánica y dificultades de diseño. Tres barreras que, poco a poco, empiezan a caer.

“Junto con nuestros socios de investigación, hemos dedicado mucho tiempo a entender el fenómeno y a desarrollar soluciones realistas. Creemos que la tecnología ya está madura y lista para un uso más amplio”, afirma Jahn Terje Johannessen, hidrodinamista sénior en Brunvoll, uno de los principales proveedores europeos de sistemas de propulsión y maniobra.

Resultados de ensayo prometedores

El nuevo sistema de medición se desarrolló tras la decisión de Hurtigruten de incorporar hélices contra-rotatorias en su ambicioso proyecto Sea Zero, cuyo objetivo es poner en servicio un crucero de cero emisiones antes de 2030, con una filosofía claramente sostenible y circular.

Las pruebas confirman que estas hélices ofrecen una eficiencia significativamente superior a la de los sistemas actuales. No se trata de simulaciones aisladas, sino de ensayos físicos en condiciones controladas, realizados en el Norwegian Ocean Technology Centre.

“El diseño nos permite necesitar menos energía para alcanzar la misma velocidad”, explica Gerry Larsson-Fedde, director de operaciones de Hurtigruten. “Además, la solución desarrollada por Brunvoll es incluso más eficiente que otros sistemas contra-rotatorios existentes”.

En un sector donde cada punto porcentual cuenta, una mejora de este calibre no es menor. Especialmente en buques de gran tamaño, donde la propulsión es uno de los principales focos de consumo energético.

Del plano a la realidad

El desarrollo del sistema no ha sido un trabajo puntual. En SINTEF Ocean ha participado un equipo interdisciplinar amplio: técnicos, ingenieros de instrumentación, expertos en diseño y personal investigador. Todos alineados en un mismo objetivo: medir con precisión lo que antes solo se estimaba.

El resultado es un sistema especialmente adaptado a pruebas de autopropulsión a escala de modelo. Se han desarrollado dos dinamómetros específicos —instrumentos capaces de medir fuerzas y pares en sistemas rotativos— pensados para distintos entornos de ensayo.

“Uno se integra en modelos de buques probados en el canal de remolque, y el otro se utiliza en pruebas en aguas abiertas y ensayos de cavitación”, explica Rabliås.

El sistema ya ha servido para evaluar el diseño de Brunvoll destinado al proyecto Sea Zero. Los datos obtenidos han permitido ajustar parámetros clave, identificar pérdidas ocultas y avanzar hacia la configuración más eficiente posible antes de pasar a fases posteriores de desarrollo.

Para Brunvoll, además, el proyecto ha tenido un valor añadido inesperado. “La versatilidad del sistema nos ha permitido abordar muchos retos industriales reales al mismo tiempo. Eso acelera mucho el camino hacia un demostrador funcional”, apunta Johannessen.

Desde el lado del armador, la valoración es clara. “Poder probar cada elemento del diseño Sea Zero en un laboratorio tan avanzado es fundamental”, señala Larsson-Fedde. “Las hélices contra-rotatorias no son habituales, y por eso necesitamos estar seguros de que funcionarán en condiciones reales”.

Retos que aún no han desaparecido

La mejora de eficiencia se logra, en esencia, recuperando parte de la energía perdida por la hélice delantera y optimizando el flujo hacia la trasera. De ahí que se puedan alcanzar ganancias superiores al 10 %.

Pero el sistema no está exento de desafíos.

Las hélices contra-rotatorias requieren un eje dentro de otro eje, una solución mecánica más compleja que incrementa las exigencias de fabricación, mantenimiento y alineación. Además, el proceso de diseño es considerablemente más delicado.

“Hay fenómenos de flujo mucho más complejos y un mayor número de parámetros que ajustar”, explica Rabliås. “Por ejemplo, la relación de diámetros entre hélices o la proporción de revoluciones entre ambas”.

Nada trivial. Nada improvisado.

Para Hurtigruten, sin embargo, el esfuerzo merece la pena. “Si el objetivo es diseñar el buque más eficiente del mundo, no se puede dejar ninguna opción sin explorar”, afirma Larsson-Fedde. “La propulsión consume una parte enorme de la energía total. Por eso este tipo de soluciones resultan tan interesantes”.

Potencial

Las hélices contra-rotatorias no son una solución milagro. Pero sí una pieza clave dentro de un enfoque más amplio de eficiencia energética en el transporte marítimo.

Aplicadas primero en buques nuevos de gran tamaño —cruceros, ferris, cargueros especializados— pueden marcar el camino para una flota más eficiente. Combinadas con electrificación, combustibles alternativos y diseño hidrodinámico avanzado, ayudan a reducir emisiones sin sacrificar operatividad.

También ofrecen una ventaja estratégica: hacer más con menos energía, algo esencial en un escenario de transición energética, precios volátiles y objetivos climáticos cada vez más exigentes.

No es una revolución ruidosa. Es ingeniería afinada. De la que no se nota… hasta que deja de quemar toneladas de combustible cada día.

Vía SINTEF