Simulações computacionais de dinâmica de fluidos revelam que tampas de proa de placa plana podem diminuir até 42% do arrasto do vento no casco dos navios – Strong The One

O transporte marítimo representa mais de 80% do comércio internacional. É facilitado por superestruturas, como navios de passageiros, porta-contêineres, petroleiros e balsas de carros roll-on-roll-off, tornando-o eficiente e eficaz. No entanto, há uma necessidade cada vez mais premente de tornar o transporte marítimo mais econômico. A esse respeito, os cientistas realizaram vários estudos para melhorar o desempenho aerodinâmico dos navios, que enfrentam força de arrasto significativa dos ventos em seu casco acima da água – o corpo visível do navio – ao navegar.

Recentemente, um grupo de pesquisa de cooperação internacional – formado pelo Dr. Ngoc-Tam Bui, professor assistente da Faculdade de Engenharia de Sistemas e Ciências do Instituto de Tecnologia Shibaura e Dr. Ngo Van He e Dr. Ngo Van Hien, professores associados da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hanói – simulou e comparou diferentes coberturas de proa (a frente do casco), que reduzem o arrasto total do vento atuando nos navios. Seu trabalho foi disponibilizado online em 31 de janeiro de 2023 e publicado no Volume 270 da revista Ocean Engineering em 15 de fevereiro de 2023.

Prof. Bui explica brevemente a metodologia de pesquisa. “Este trabalho utilizou o ANSYS-Fluent, um software comercial, para realizar simulações de dinâmica de fluidos computacional (CFD). Aqui, um pequeno navio de passageiros (com e sem cobertura de proa) e seus arredores foram divididos em milhões de elementos usando uma malha — uma grade numérica. Em seguida, as ‘equações de Navier-Stokes com média de Reynolds’, que representam o movimento do fluxo de fluido com média de tempo para cada elemento, foram resolvidas usando um modelo viscoso turbulento. Seus resultados combinados produziram a resistência do vento atuando na superfície do navio casco.”

Os pesquisadores descobriram que uma malha mais fina fornece resultados mais precisos, com 23,62 milhões de elementos como um número ideal. Além disso, um modelo chamado ‘detached-eddy-simulation (DES) k-ε’ produziu o menor arrasto do vento entre os cinco modelos viscosos turbulentos testados neste trabalho. Usando a malha ideal e o modelo DES k-ε, os pesquisadores realizaram simulações de CFD para sete coberturas de arco em forma de placa plana de diferentes comprimentos e alturas, bem como uma cobertura simplificada convencional. “A região de pressão dinâmica ao redor da proa e o arrasto do vento diminuíram drasticamente com o aumento da altura da cobertura de placa plana. O navio enfrentou um arrasto total 38,71% menor com uma cobertura de proa de 2,4 m de altura do que com uma de 0,37 m de altura. Esse valor é semelhante à redução de 42,41% para um navio com cobertura aerodinâmica”, destaca o Prof. Bui.

Neste trabalho, os pesquisadores também destacam o efeito da direção do vento no desempenho aerodinâmico de um navio. O arrasto é o mais alto, independentemente da cobertura da proa quando o vento sopra em um ângulo de 20^o para a direção do navio. Além disso, é quase zero para 90^o. Em ângulos maiores, o arrasto do vento inverte a direção, auxiliando o movimento do navio.

Discutindo o potencial futuro do presente trabalho, o Prof. Bui diz: “A cobertura de proa plana proposta é simples de fabricar e reduz o arrasto do vento atuando em um navio quase tão bem quanto uma cobertura simplificada. Assim, melhorará o desempenho aerodinâmico de pequenos navios de passageiros, resultando em maior economia de óleo combustível e eficiência econômica no transporte marítimo.”

As descobertas deste trabalho podem ser úteis para projetistas e engenheiros de navios para otimizar o consumo de combustível, levando assim a um transporte mais econômico.