Per raggiungere gli obiettivi climatici internazionali, le emissioni di carbonio del trasporto marittimo devono essere ridotte di oltre il 50% entro il 2050 rispetto ai livelli del 2008. Attualmente il 99% del trasporto marittimo globale dipende dai combustibili fossili. Anche se l’elettricità può trasportare i traghetti più piccoli su distanze più brevi, l’elettrificazione delle navi più grandi e a lungo raggio è ostacolata dai limiti di autonomia. Ciò significa che la necessità di nuove soluzioni tecnologiche di propulsione ad alta efficienza energetica per il trasporto marittimo è importante e urgente.
I ricercatori della Chalmers University of Technology, in Svezia, sono i primi ad aver dimostrato con successo un nuovo metodo che potrebbe aprire la strada a una significativa riduzione dell’impatto climatico del trasporto marittimo. Ispirandosi a una tecnologia aerodinamica utilizzata nell’aviazione, i ricercatori hanno trovato un modo per ridurre la resistenza aerodinamica di una nave del 7,5%. Il risultato è una maggiore efficienza energetica e una riduzione del consumo di carburante.
“Per una petroliera che va dall’Arabia Saudita al Giappone, questo significherebbe una riduzione del consumo di carburante di circa dieci tonnellate”, spiega Kewei Xu, ricercatore in tecnologia marina presso il Dipartimento di Meccanica e Scienze Marittime di Chalmers. “La riduzione della resistenza aerodinamica è stata raramente esaminata; il nostro studio è uno dei primi del genere”.
Come preparare la strada per le navi a energia eolica
Questo metodo unico è particolarmente importante per la futura navigazione a energia eolica. La propulsione a energia eolica non è di per sé una nuova tecnologia; è rimasta inattiva per decenni e ha ripreso a suscitare un forte interesse solo negli ultimi anni.
Una nave con propulsione eolica richiede un design aerodinamico più efficiente, poiché non ha la potenza costante ed elevata di una nave a combustibile fossile. In precedenza, l’effetto aerodinamico non era considerato importante rispetto alla resistenza totale di una nave in acqua. Ma per quanto riguarda la propulsione eolica, il metodo dei ricercatori potrebbe aprire nuove possibilità.
“Nei prossimi anni probabilmente vedremo navi che combinano la propulsione eolica con quella a combustibile. Ma il nostro obiettivo a lungo termine è quello di rendere l’energia eolica l’unica fonte di energia per le navi da carico e simili”, afferma Kewei Xu.
L’effetto Coanda fa sì che il flusso d’aria si attacchi alle superfici curve
L’elemento centrale del metodo è l’effetto Coanda a flusso costante. Questo si basa sulla tendenza di un fluido a scorrere – come l’acqua sul dorso di un cucchiaio – lungo una superficie curva verso l’esterno (convessa), invece di allontanarsi da essa.
Nel settore navale, una delle principali fonti di resistenza aerodinamica è la parte posteriore a forma di quadrato della sovrastruttura della nave, quella che emerge dal ponte. Il nuovo metodo sviluppato dai ricercatori di Chalmers induce l’effetto Coanda in quest’area.
“Creando un design con bordi convessi sulla sovrastruttura della nave e consentendo all’aria altamente compressa di fluire attraverso “fessure a getto”, l’effetto Coanda permette di bilanciare la pressione dell’aria sullo scafo della nave. Questo, a sua volta, riduce notevolmente la resistenza aerodinamica, rendendo la nave più efficiente dal punto di vista energetico”, spiega Kewei Xu.
Il metodo, che può essere utilizzato sia sulle navi esistenti che su quelle di nuova progettazione, è descritto nello studio Large eddy simulation of ship airflow control with steady Coanda effect pubblicato su Physics of Fluids.
“Dimostrando che il nostro metodo è in grado di ridurre la resistenza aerodinamica del 7,5%, ci auguriamo che l’industria navale accolga questa soluzione come parte della necessaria transizione verso una riduzione delle emissioni”, afferma Kewei Xu. “Il nostro studio indica anche un grande potenziale per ridurre ulteriormente la resistenza aerodinamica attraverso un’ulteriore ottimizzazione”.
Questa tecnologia potrebbe essere utilizzata anche per aumentare la sicurezza degli elicotteri
Il nuovo metodo dei ricercatori di Chalmers consentirebbe anche agli elicotteri di effettuare decolli e atterraggi più sicuri sulle navi. Le turbolenze di solito si verificano quando l’aria scende dalla sovrastruttura della nave, destabilizzando l’elicottero. Poiché i piloti devono atterrare o decollare in un punto molto preciso della nave, questo comporta rischi notevoli e alcuni elicotteri si schiantano. Attualmente, per ridurre al minimo i rischi si utilizzano recinzioni o una forma adattata della nave, ma non sono molto efficaci.
Il nuovo metodo smorza la turbolenza, poiché influisce sul vento che scende dietro la sovrastruttura. In questo modo, si ridurrebbe il rischio di incidenti per gli elicotteri.
Che cosa è l’effetto Coanda
L’effetto Coanda prende il nome dall’inventore rumeno Henri Coanda che, intorno al 1910, fu il primo a riconoscere le applicazioni pratiche del fenomeno nella progettazione degli aerei. Oggi l’effetto è utilizzato negli aerei a reazione, dove la portanza aerodinamica aumenta perché il flusso del getto si “attacca” all’ala. L’effetto Coanda influisce sui flussi d’aria e di liquidi in molti contesti diversi, come ad esempio il condizionamento dell’aria. Il fenomeno ha trovato spazio anche nel settore dei parrucchieri, dove viene utilizzato in alcuni prodotti.
Fonte e foto: comunicato stampa Chalmers University of Technology
