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El equipo de investigadores de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Kiel, en Alemania, investiga el desarrollo de hélices con menos cavitación para reducir el ruido de baja frecuencia que los 50 mil buques mercantes en operación en el mundo causan en los océanos y perjudican la vida marina.
Cada vez que una embarcación corta los mares, es acompañada por un ruido continuo de baja frecuencia producido por las hélices que la impulsan, sonido que se propaga por kilómetros bajo el agua y perturba el ambiente sonoro de los océanos en todas las regiones del planeta.
Este fenómeno, llamado cavitación, fue identificado académicamente en 2004, aunque ya se había estudiado desde 1893, y está asociado al funcionamiento de prácticamente todas las embarcaciones propulsadas por hélice, haciendo que la escala del problema sea directamente proporcional al número de buques en operación en el mundo.
Según la Cámara Internacional de Navegación, existen aproximadamente 50 mil buques mercantes operando continuamente alrededor del planeta, y todos emiten este tipo de ruido subacuático de baja frecuencia, lo que deja evidente que el impacto está lejos de ser puntual o circunscrito a rutas específicas.
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La contaminación acústica de origen humano es la menos discutida entre los tipos de contaminación acuática, pero sus efectos están documentados: las ballenas utilizan el sonido para comunicarse, orientarse y cazar, los peces dependen de la percepción sonora para detectar depredadores y reproducirse, y los crustáceos son sensibles a las vibraciones propagadas en el fondo del océano.
La relación entre la actividad marítima intensa y la biodiversidad de los océanos es cada vez más estudiada, a medida que los efectos acumulados de décadas de navegación se vuelven visibles en los comportamientos migratorios, en los patrones reproductivos y en las poblaciones de especies marinas en diferentes regiones del planeta.
Cómo la cavitación genera ruido en las hélices
Para entender el fenómeno, es necesario observar lo que ocurre en las palas de una hélice en alta rotación: el movimiento crea una diferencia de presión entre las caras de las palas, y en la cara trasera la presión cae tan abruptamente que el agua cambia de estado, formando miles de pequeñas burbujas de vapor.
El problema surge cuando estas burbujas salen de la zona de baja presión e implosionan violentamente al regresar al estado líquido, generando ondas de presión que se transmiten a gran velocidad por el agua y, al alcanzar superficies, pueden deteriorarlas considerablemente a lo largo del tiempo de exposición continua.
Los investigadores de Kiel identificaron el momento preciso en que ocurre el pico sonoro: no en la formación de la burbuja, sino al final del colapso, y la intensidad del impacto depende directamente de la velocidad con que ocurre ese colapso — cuanto más rápido es el proceso, más fuerte es el sonido generado.
El fenómeno viene acompañado de vibración y ruido que recuerda a grava cayendo sobre una máquina, y este sonido, aunque de baja frecuencia, recorre grandes distancias bajo el agua, llegando a kilómetros de distancia de la embarcación y perturbando ecosistemas marinos enteros a lo largo de las rutas más transitadas del planeta.
El proyecto MinKav y las hélices del futuro
El equipo de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Kiel se propuso enfrentar el problema con el Proyecto MinKav, iniciativa orientada al desarrollo de hélices con menor generación de cavitación, que sean más silenciosas y potencialmente más eficientes desde el punto de vista energético al mismo tiempo.
La lógica detrás de la eficiencia es directa: la cavitación representa energía mecánica desperdiciada, transformada en calor y ruido en lugar de propulsión, lo que significa que una hélice con menos cavitación puede entregar el mismo rendimiento con menor consumo de combustible y menor impacto ambiental por ruta recorrida.
Los experimentos se llevan a cabo en el Laboratorio de Hidrodinámica Naval de la universidad, en un acuario con hélice en miniatura que reproduce las condiciones de flujo alrededor de las palas con precisión, con ayuda de micrófonos submarinos y cámaras de alta velocidad para identificar dónde y cuándo ocurre el pico de ruido.
El siguiente paso son simulaciones computacionales para probar diferentes geometrías de hélice, con el objetivo de reducir el ruido sin sacrificar rendimiento, eficiencia o durabilidad, variables que deben permanecer estables para que la solución sea técnicamente viable y económicamente aplicable a escala comercial.
La solución más obvia para reducir la cavitación — simplemente disminuir las revoluciones de las hélices — no es una opción real: un buque comercial opera dentro de parámetros rígidos de velocidad y eficiencia logística, y navegar más despacio representaría un impacto económico inaceptable para operadores, armadores y cadenas de suministro globales.
Presupuesto modesto, problema de escala global
El Proyecto MinKav comenzó en enero de este año, tendrá una duración de tres años y un presupuesto de 390 mil euros, una cantidad modesta considerando que el problema que busca resolver afecta a decenas de miles de embarcaciones y a los ecosistemas marinos de los océanos en todas las regiones del globo.
Aunque el proyecto llegue a resultados positivos en el laboratorio, aún será necesario recorrer el largo camino que separa la solución experimental de la aplicación a escala real, lo que implica pruebas en embarcaciones de tamaño comercial, validación en diferentes condiciones operativas y ajustes técnicos a lo largo del proceso.
La iniciativa refleja un reconocimiento creciente en el sector naval de que la contaminación acústica debe ser tratada con la misma seriedad que otras formas de impacto ambiental, y que innovaciones aplicadas a la propulsión pueden contribuir de forma significativa a la reducción de un problema que afecta la salud de los océanos a escala global.
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