I ricercatori del MIT sviluppano generatori di vortici per ridurre le emissioni delle navi

Banco di prova del generatore di vortice al MIT (Foto: MIT)

I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno dimostrato che i generatori di vortici a forma di cuneo applicati allo scafo di una nave possono ridurre la resistenza in acqua fino al 7,5%.

Ciò può ridurre i costi del carburante e le emissioni complessive, contribuendo quest'ultime a raggiungere gli obiettivi dell'Organizzazione marittima internazionale (IMO) di ridurre l'intensità di carbonio del trasporto marittimo internazionale fino al 40% entro il 2030, rispetto ai livelli del 2008.

Il documento correlato, "Riduzione della resistenza netta in navi e veicoli ad alto coefficiente di blocco mediante generatori di vortici", è stato presentato alla Society of Naval Architects and Marine Engineers 2025 Maritime Convention a Norfolk, Virginia.

I ricercatori, José del Águila Ferrandis, Jack Kimmeth e Michael Triantafyllou del MIT Sea Grant e del Dipartimento di Ingegneria Meccanica, insieme ad Alfonso Parra Rubio e Neil Gershenfeld del Center for Bits and Atoms, hanno determinato la forma e le dimensioni ottimizzate del generatore di vortici utilizzando una combinazione di fluidodinamica computazionale (CFD) e metodi sperimentali guidati da metodi di ottimizzazione dell'intelligenza artificiale.

Il team ha innanzitutto stabilito le tendenze parametriche attraverso un'ampia analisi CFD, per poi testare più scafi tramite prototipazione rapida per convalidare sperimentalmente i risultati.

Sono stati prodotti e testati modelli in scala di uno scafo assialsimmetrico con coda nuda, di una coda con generatori di vortici ad ala a delta e di una coda con generatori di vortici a cuneo. Il team ha identificato i generatori di vortici a cuneo come la forma chiave in grado di ottenere il miglior livello di riduzione della resistenza.

Utilizzando la visualizzazione del flusso, i ricercatori hanno potuto osservare che la resistenza era ridotta ritardando la separazione del flusso turbolento, contribuendo a far fluire l'acqua in modo più fluido lungo lo scafo della nave e riducendo la scia dietro l'imbarcazione. Ciò consente inoltre all'elica e al timone di lavorare in modo più efficiente in un flusso uniforme.

"Per la prima volta documentiamo sperimentalmente una riduzione del carburante richiesto dalle navi che utilizzano generatori di vortici, strutture relativamente piccole a forma di cuneo fissate in un punto specifico dello scafo della nave", ha spiegato Michael Triantafyllou, professore di ingegneria meccanica e direttore del MIT Sea Grant.

I generatori di vortici sono già utilizzati sul bordo d'attacco delle ali degli aerei per migliorare la portanza e ritardare lo stallo. Questo studio è il primo a dimostrare che i generatori di vortici possono essere applicati per ridurre la resistenza aerodinamica nelle navi commerciali.

L'adattabilità modulare dei generatori di vortici a cuneo consentirebbe l'integrazione in un'ampia gamma di tipologie di scafo, tra cui navi portarinfuse e petroliere, e i dispositivi possono interagire in sinergia con, o addirittura sostituire, tecnologie esistenti come gli statori pre-swirl (alette fisse montate davanti alle eliche), migliorando le prestazioni complessive del sistema.

I ricercatori stimano che l'installazione dei generatori di vortici su una nave portarinfuse Newcastlemax da 300 metri che opera a 14,5 nodi su una rotta transpacifica si tradurrebbe in una "riduzione significativa delle emissioni" e in un risparmio di carburante annuo di circa 750.000 dollari.