Ottimizzazione dei motori navali al computer

Le navi oceaniche sono i cammelli della carovana della globalizzazione. Trasportano instancabilmente merci sugli oceani di tutto il mondo - e sono sporcaccione. Gli enormi motori delle navi da carico bruciano solitamente olio combustibile pesante con un alto contenuto di zolfo. Questo danneggia l'ambiente. E poiché queste navi consumano una quantità estremamente elevata di carburante, anche le bollette degli armatori sono salate: il carburante rappresenta fino all'80% dei costi sostenuti durante la vita utile di una nave oceanica. Per un'automobile, la percentuale è inferiore al 20%.

Inoltre, le norme sui gas di scarico delle navi oceaniche sono state inasprite. Le grandi navi da carico e da crociera, soprattutto quelle vicine alla costa, devono rispettare limiti più severi rispetto al passato. Gli armatori sono quindi interessati a ottimizzare i motori delle loro navi in modo da ridurre al massimo i costi del carburante nonostante i limiti di emissione più severi.

Sintonizzazione imprecisa

L'apertura Vir2sense dei ricercatori del Fare all'ETH Christophe Barro e Panagiotis Kyrtatos offre ora una nuova soluzione per l'ottimizzazione dei motori marini. Nel corso degli ultimi otto anni, i due ingegneri meccanici hanno sviluppato modelli di combustione e di emissioni che possono essere utilizzati come sensori virtuali in un motore reale. Ora vogliono utilizzare questo strumento commerciale per simulare continuamente le impostazioni dei motori di grandi navi, al fine di ottimizzare la messa a punto dei motori in base alle condizioni operative correnti in termini di consumo di carburante ed emissioni.

Questi due parametri dipendono fortemente dalla qualità del carburante, che cambia dopo ogni rifornimento. A seconda del prezzo del carburante e del volume di trasporto, le navi cambiano la loro velocità nominale per risparmiare carburante e ridurre le emissioni. Gli armatori talvolta sostituiscono singoli componenti del motore per ottenere un funzionamento più efficiente a velocità inferiori, ad esempio. Finora, questo è stato fatto principalmente sulla base dell'esperienza. "La messa a punto dei motori è una vera sfida. Richiede molto tempo, durante il quale la nave non può trasportare merci. Un approccio basato su modelli è molto più efficiente", afferma Barro.

I sensori virtuali migliorano in modo massiccio il reclutamento

Con l'aiuto del loro banco di prova virtuale, Barro e Kyrtatos possono calcolare in anticipo al computer come funzionerà un motore con determinate impostazioni e quali componenti devono essere modificati e come per ottenere l'effetto di risparmio desiderato.

I ricercatori utilizzano sensori virtuali per "misurare" le emissioni di scarico del motore, tra le altre cose. Questi sensori hanno un grande vantaggio rispetto alle loro controparti fisiche: possono essere posizionati ovunque sul motore. I sensori reali, invece, possono essere utilizzati solo in alcuni punti specifici. "Non si può semplicemente infilare un sensore nello scarico di un'enorme nave da carico per misurare i gas di scarico", sottolinea Barro. L'ambiente dello scarico del motore di una nave è difficile e i sensori fisici a volte devono essere sostituiti dopo meno di 100 ore di funzionamento. Tuttavia, una nave oceanica naviga per 8000 ore all'anno. Inoltre, i sensori devono essere ricalibrati dopo poco tempo, il che è costoso.

Possibilità di grandi risparmi

L'ambiente di prova virtuale e i suoi sensori, quindi, non solo risparmiano agli armatori la necessità di una costante calibrazione, ma anche la loro costante sostituzione. Ciò consente loro di risparmiare molto denaro, perché la simulazione può essere utilizzata per ridurre il consumo di carburante in termini reali. "Anche un risparmio a una sola cifra percentuale fa una grande differenza nel trasporto marittimo", sottolinea Barro.

Boulouchos è quindi fiducioso che il prezzo stimato del loro prodotto non scoraggerà i potenziali clienti: "Pensiamo che una delle nostre unità di simulazione per un'imbarcazione costerà dai 20.000 ai 30.000 franchi". Sembra un sacco di soldi, ma è ben investito, dato che questa somma potrebbe essere ammortizzata entro un anno.