Interacción de recubrimientos bioinspirados de geometría variable con la capa límite de un fluido y su efecto sobre la resistencia viscosa en buques
- Autores: Alvaro Rodriguez Ortiz
- Directores de la Tesis: Juan Carlos Suárez Bermejo (dir. tes.), Paz Pinilla (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2023
- Idioma: español
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingenieria Naval y Oceánica por la Universidad Politécnica de Madrid
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
- Resumen
Cualquier elemento que se desplaza en un fluido esta afectado por los fenómenos que tienen lugar en la capa límite, los cuales implican siempre un consumo de energía. En el caso de un buque desplazándose por el mar esto puede suponer que pueda llevar adherida al casco una masa de agua que sea de hasta un tercio de la masa total desplazada. Este fenómeno se acentúa en buques mercantes, que navegan a velocidades bajas o moderadas. Lograr una reducción de esta masa de agua añadida repercutirá en un menor gasto de combustible y, por consiguiente, en una reducción de la emisión de gases de efecto invernadero.
Si observamos a los tiburones, excelentes nadadores, se puede comprobar que tienen una piel formada por miles de pequeñas escamas o dentículos, con una geometría compleja de canales y estriaciones paralelas a la dirección del flujo, que varían en tamaño y orientación en distintas partes del cuerpo. El propósito de estos dentículos es reducir la resistencia viscosa al avance, controlando las características del flujo a escala microscópica y aumentando la velocidad del pez. Este mecanismo de la naturaleza, convenientemente adaptado a nuestras tecnologías de fabricación, nos permite el diseño de nuevos materiales bioinspirados para su empleo en aplicaciones de ingeniería naval, con el objetivo de reducir la resistencia viscosa del buque y por ende las emisiones de gases de efecto invernadero durante la navegación.
El presente trabajo se centra en el estudio de la fabricación de materiales híbridos bioinspirados para ser usados como recubrimiento del casco en buques y, asimismo, en el desarrollo de una metodología experimental que permita, mediante la fabricación de un canal de ensayos y su instrumentación con sistemas auxiliares, evaluar la eficacia de los mismos para reducir la resistencia viscosa producida por la interacción con el fluido en movimiento. Este nuevo material está formado por unos dentículos que se han construido mediante fabricación aditiva. Para que los dentículos adopten una forma o ángulo de incidencia respecto al fluido de una forma independiente y autorregulable se ha necesitado situar bajo los dentículos otro material que responda elásticamente y que absorba las deformaciones necesarias de manera reversible. El material que se ha elegido es un hidrogel de PVA, que se ha sintetizado para que responda a al comportamiento deseado de forma sintonizable. Además, se han utilizado herramientas CFD para analizar la física implicada en estos fenómenos, que ha permitido diseñar y fabricar materiales bioinspirados guiados por los resultados obtenidos con los modelos numéricos, para su posterior ensayo y adaptación de cara a conseguir un recubrimiento efectivo para su empleo en condiciones reales de navegación.
