Detra Custom Propellers: la innovación en la propulsión

La hélice, un objeto en el que todavía se puede innovar, está en el centro de un proyecto europeo, en el que participa Detra Custom Propellers, destinado a mejorar el rendimiento y optimizar la construcción, el montaje y el mantenimiento.

Estamos en el corazón de la zona de construcción naval dentro del puerto de Génova, una franja de terreno apretada entre el mar y las callejuelas del casco antiguo, los astilleros y las empresas del sector náutico compiten por el espacio con discreción.

Entre las distintas realidades hay una auténtica excelencia a nivel internacional: Detra Custom Propellers, una empresa con treinta años de antigüedad que destaca por su nivel de especialización en la producción de hélices para yates y en la asistencia y reparación de hélices de cualquier tipo.

Un taller mecánico genovés muy articulado en el que hay máquinas, herramientas y tecnologías de vanguardia como las fresadoras CNC multieje y las impresoras 3D.

Pero lo que hace especial a Detra es su fundador, el ingeniero Piero Travi, el verdadero corazón palpitante de la empresa: no sólo la preparación técnica, sino también la intuición y la imaginación para hacer posible incluso procesos que parecen imposibles. Un diseño a medida basado en las especificaciones de la embarcación, las líneas de agua y el rendimiento deseado permite obtener el máximo de cada hélice.

Y no sólo eso: la «misión imposible» incluye también las modificaciones de las hélices existentes para cambiar sus parámetros, para detener el «canto» o la cavitación (incluso en el ámbito militar).

Una mezcla de tradición e innovación caracterizan a Detra Custom Propellers y a Ingenier Travi, siempre buscando una mejora, ese paso adelante necesario para seguir siendo líderes del mercado.

Este es el caso de un importante proyecto de investigación reciente denominado «Estudio y desarrollo de un sistema de propulsión innovador con palas modulares, de alta eficiencia, en particular para sistemas de propulsión híbridos y eléctricos en el medio marino» cofinanciado con fondos del F.E.S.R. (Fondo Europeo de Desarrollo Regional) para el que DETRA ha diseñado y construido una serie de «dispositivos» para mejorar el rendimiento de las hélices.

Sistemas para mejorar la eficiencia de las hélices

Detra Custom Propellers, en estrecha colaboración con la Universidad de Génova (Departamento DITEN – Departamento de Ingeniería Naval, Eléctrica, Electrónica y de Telecomunicaciones), y utilizando la fluodinámica numérica (CFD o Computational Fluid Dynamics), ha estudiado una serie de aletas desviadoras de flujo que se aplican a la tapa de la hélice para igualar las velocidades tangenciales y recuperar parte de la energía disipada, sistema en algunos casos denominado PBCF (Propeller Boss Cap Fins).

Y no sólo eso: la «misión imposible» incluye también las modificaciones de las hélices existentes para cambiar sus parámetros, para detener el «canto» o la cavitación (incluso en el ámbito militar).

En la práctica, se trata de un buje secundario (que alarga el original) sobre el que se crean palas de perfil cuadrado, que se disponen así por detrás de las palas de la hélice sobre la que se monta el sistema: las aletas interceptan los flujos residuales turbulentos y los enderezan dirigiéndolos correctamente en la estela.

Esta refinada técnica de diseño y construcción quiere eliminar el inevitable vórtice que se crea en el buje durante la rotación de la hélice y tiene como objetivo lograr un aumento de la eficiencia global de la propulsión.

La eficacia de este sistema, plenamente evidenciada por los estudios teóricos, ha sido posteriormente confirmada por pruebas experimentales en el túnel de cavitación dentro de las estructuras de la Universidad de Génova utilizando modelos realizados mediante la tecnología de «Fabricación Aditiva» con impresoras 3D de última generación.

Tras la confirmación del rendimiento calculado con CFD mediante las pruebas del túnel de cavitación, se produjeron una serie de artefactos en las dimensiones finales del diseño adecuados para su instalación a bordo del M/Y Benetti S10/14, identificado como el buque ideal para las pruebas de mar.

Y no sólo eso: la «misión imposible» incluye también las modificaciones de las hélices existentes para cambiar sus parámetros, para detener el «canto» o la cavitación (incluso en el ámbito militar).

El sistema se fabricó a tamaño real utilizando tres materiales diferentes: bronce, fibra de vidrio con tecnología de fabricación aditiva y fibra de vidrio recubierta de PLA realizada con una impresora 3D con tecnología FDM (modelado por deposición fundida).

Este último fue sometido a una prueba de resistencia estructural. Dos de los ejemplares fabricados, uno en bronce y otro en fibra de vidrio, se instalaron en el yate Benetti S10/14 en el astillero AZIMUT-BENETTI de Fano para realizar dos series de pruebas de mar.

Los resultados obtenidos en las pruebas de mar han confirmado que la tecnología de diseño y producción de estos sistemas concebidos para hélices navales puede aplicarse también a las hélices de yates a motor de alta velocidad y alto rendimiento.

Detra Custom Propellers: experimentando con un nuevo tipo de hélice

En el marco del mismo proyecto de investigación, Detra Custom Propellers, en colaboración con otros socios (Azimut-Benetti, Engintech, Novigo) y con el apoyo de la Universidad de Genova, ha desarrollado y probado una tipología de hélices con palas reportadas especialmente adecuadas para la instalación en yates.

Esta tecnología de producción permite mecanizar las palas y el buje por separado, uniéndolos sólo después mediante una serie de pernos, una solución que sin duda ofrece ventajas particulares desde el punto de vista de la fabricación pero, sobre todo, desde el punto de vista de la explotación, por la facilidad de mantenimiento durante la vida útil de la embarcación.

De hecho, es posible sustituir, si es necesario, una sola pala en lugar de toda la hélice, manteniendo también el barco en el agua y, además, para reducir al mínimo la eventual parada del yate, es posible mantener a bordo sólo un par de palas.

Las dificultades de diseño encontradas en este tipo de proyectos están constituidas principalmente por el tamaño extremadamente pequeño del buje de la hélice del yate, dificultades incrementadas por la necesidad de identificar una conexión pala-cubo simple pero extremadamente precisa, robusta y fiable.

Se diseñó un prototipo de hélices de palas adecuado para el yate de la serie Mediterraneo de Azimut-Benetti utilizando las tecnologías más modernas disponibles, como la fluodinámica numérica (CFD) para determinar las cargas que actúan sobre las palas en diferentes condiciones de funcionamiento (velocidad máxima, tiro a bolardo, etc.) y los cálculos de elementos finitos para determinar las tensiones en la conexión entre las palas y el buje.

Las palas producidas por Detra Custom Propellers, también fueron mecanizadas por fresadora de control numérico para obtener la máxima precisión de los artefactos.

Los cálculos de elementos finitos proporcionaron excelentes indicaciones sobre la optimización, desde el punto de vista dimensional, del sistema de conexión pie de pala-cubo con la verificación de los esfuerzos tanto en el pie de pala como en los pernos de conexión, teniendo en cuenta todas las fuerzas que actúan sobre el sistema (hidrodinámicas, centrífugas y de montaje).

La parte de los estudios teóricos se apoyó también en una amplia campaña de ensayos hidrodinámicos sobre un modelo en el túnel de cavitación de la Universidad de Génova.

Para la realización de los modelos, además de las técnicas tradicionales de fundición en bronce y fresado por control numérico, se han experimentado diferentes tecnologías innovadoras basadas en la fabricación aditiva en materiales metálicos y compuestos utilizando impresoras especiales en 3D.

Las pruebas de túnel de cavitación en modelos confirmaron el rendimiento y las características de cavitación predichas por la dinámica numérica de fluidos para la hélice estudiada por Detra Custom Propellers.

Los estudios de los modelos teóricos y experimentales se validaron posteriormente mediante ensayos estructurales en una pala real en el laboratorio de estructuras de la Universidad de Génova y mediante pruebas de mar en el M/Y Benetti Mediterraneo.

El conjunto de estudios teóricos y experimentales, así como las pruebas en tamaño real, han confirmado plenamente, por tanto, la viabilidad y la fiabilidad de la solución de hélice realizada con palas comunicada.

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