Análise computacional (CFD) em hélice danificado por cavitação e bioincrustação

Abstract

A propulsão é um dos principais sistemas associados ao desempenho de uma embarcação. Mesmo que existam outras formas de propulsão, tais como o vento e o jato-bomba, o propulsor do tipo hélice persiste como o mais utilizado na indústria naval. Um hélice mal dimensionado pode diminuir drasticamente a eficiência propulsiva de uma embarcação de grande porte. Existem diversos problemas que podem resultar de um mal dimensionamento, tais como baixa eficiência, vibração e cavitação. Todavia, mesmo com um dimensionamento correto, durante a vida útil do hélice, tanto a cavitação do fluido, quanto microrganismos presentes na água, podem atacar a superfície do propulsor, modificando a geometria e a rugosidade, eventualmente reduzindo sua eficiência propulsiva e causando desbalanceamento. Em vista disso, esse trabalho tem como objetivo verificar os efeitos de cavitação e incrustação (adicionando rugosidade ao propulsor), quantificando a perda de eficiência propulsiva em virtude dos defeitos superficiais oriundos da cavitação e bioincrustação. A metodologia do trabalho consiste em modelagens de hélices da Série B-Wageningen, e a simulação utilizando um modelo completo de Computational Fluid Dynamics (CFD) através da abordagem Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS), considerando o modelo de turbulência K-Epsilon. Qualitativamente, os resultados obtidos foram muito consistentes com a literatura, apresentando redução de eficiência em todas as situações realizadas com acréscimo de rugosidade. No entanto, quantitativamente o modelo carece de malhas mais refinadas e padrões de rugosidade compatíveis com os observados em trabalhos de campo, conforme discutido na secção de resultados.