Se ha logrado que los barcos vuelen sobre el agua gracias a velas en ala

La Copa América, la regata más importante de este deporte de élite, es un auténtico desafío físico y mental para la tripulación y un verdadero reto tecnológico para los barcos, que requieren desarrollar la más avanzada ingeniería en tiempos muy ajustados: equipamientos al más alto nivel de rendimiento para mantener la competitividad en condiciones tan extremas.

Así, se ha logrado que los barcos vuelen cuatro veces más rápido sobre el agua gracias a velas en ala que sustituyen a las tradicionales. Un importante avance en el que la simulación de ingeniería de ANSYS desarrolla el mejor diseño posible en el mínimo tiempo y con el menor coste. Y que ha llevado al Team New Zealand directo hasta la final.

La Copa América, cuya final se disputará a partir de este sábado 17 de junio entre el Oracle Team USA y el Team New Zealand, es uno de los eventos más esperados por los aficionados a la vela y una de las aventuras deportivas más extremas. En los últimos años, la tecnología aeroespacial, incluida la aerodinámica avanzada, los materiales ligeros, las pruebas en túneles de viento y la tecnología de simulación avanzada, han revolucionado este acontecimiento deportivo, que va mucho más allá del simple deporte. Uno de los avances definitivos es una revolucionaria vela que se asemeja más al ala o estabilizador de un avión que a una vela tradicional, y que convierte al viento en potente impulsor.

Pero convertir el viento en velocidad, a la vez que se invierte la menor energía posible, no es tarea fácil. Debido a que es impensable que puedan efectuarse las pruebas físicas para todas las mejoras de una embarcación de esta complejidad (que además sería económicamente insostenible), el Team New Zealand ha recurrido al software de simulación de ingeniería multifísica de ANSYS para desarrollar un navío fiable, robusto y competitivo.

Un proceso de desarrollo basado al 100% en la simulación para probar miles de alternativas a fin de lograr sus objetivos de diseño para el ala, lo que incluye un control rápido y exacto a la vez que se cumplen los objetivos en cuanto al peso. El conjunto integrado de herramientas multifísicas de ANSYS, que incluye la simulación de fluidos, estructuras y compuestos, facilita enormemente el trabajo de los ingenieros.

La simulación multifísica de interacción de fluidos y estructuras y la simulación de componentes de ANSYS han permitido simular virtualmente miles de variaciones

Las revolucionarias alas son estabilizadores formados por dos componentes: un elemento principal, que es una estructura rígida, y un flap móvil unido mediante una bisagra en su parte posterior. El flap incorpora tres segmentos o secciones que pueden inclinarse para aumentar el levantamiento con tan solo modificar el ángulo entre el elemento principal y el flap.

La simulación multifísica de interacción de fluidos y estructuras y la simulación de componentes de ANSYS, han permitido al equipo finalista simular virtualmente miles de variaciones en los procesos iniciales con el objetivo de hallar el diseño óptimo antes de realizar cualquier prueba física. Las pruebas que se realizan utilizando el barco real requieren mucho tiempo y dinero y, sin la simulación, tampoco sería físicamente posible analizar todas las soluciones intermedias.

Para determinar la presión aerodinámica utilizando las simulaciones CFD de ANSYS, los ingenieros del equipo comenzaron con modelos del elemento principal y el flap obtenidos mediante diseño asistido por ordenador (CAD). Simularon el rendimiento de cada forma sometiéndolas a múltiples velocidades y ángulos del viento, así como con diferentes estados del barco.

Los resultados se formularon en una matriz que se utilizó en un simulador de rendimiento para predecir el comportamiento del barco según las condiciones y la dirección del viento, el ajuste del ala y otros factores. El equipo realizó cientos de repeticiones para optimizar la geometría y la estructura laminada hasta lograr las formas deseadas y minimizar los impulsos de entrada en las condiciones de carga especificadas. Al mismo tiempo, se hizo un esfuerzo por minimizar el peso de la estructura, garantizando que era capaz de soportar las cargas esperadas durante una competición.

El análisis de simulación multifísica permitirá, por primera vez, investigar la respuesta dinámica del ala cuando es golpeada por una ráfaga de viento, cuando se está ajustando la vela o cuando el barco realiza maniobras como virar y trasluchar.

El diseño actual alcanzará velocidades cuatro veces mayores que los barcos que participaron en la Copa América hace diez años. Una de las razones fundamentales es la sustitución del monocasco por un catamarán, pero el cambio de velas a alas también supone una cuantiosa mejora en la velocidad.

El primer récord de velocidad que ha batido el Team New Zealand ha tenido lugar antes de la competición y no es mérito de su tripulación, sino de sus ingenieros, quienes, además, han diseñado estos sistemas para un nuevo yate de pruebas en tan solo cinco meses. Más información en www.americascup.com y en www.ansys.com