El equipo de servicios de ingeniería de HBK se embarca en el proyecto del velero Advens for Cybersecurity, de la categoría IMOCA

En la última regata Vendée Globe, HBK participó en el proyecto del velero Advens for Cybersecurity, desarrollando e instalando galgas extensométricas ópticas para en los foils de este barco.
Los foils son unas "alas" especiales que se montan bajo el casco el barco. Se componen de una pala (la parte más larga, normalmente recta, que entra y sale del casco), un plano estabilizador (normalmente curvo) y una punta (recta y vertical). A medida que el velero gana velocidad, el casco pasa a descansar sobre la cara inferior de los foils, con lo que se eleva. Con ello se reduce la resistencia del agua y el velero puede navegar a mayor velocidad. Los foils solo pueden utilizarse cuando las condiciones de navegación son relativamente tranquilas y su eficacia es máxima cuando se navega de través (con viento lateral). Debido a estos factores, y para optimizar el comportamiento de navegación, los barcos disponen de un mecanismo que permite recoger los foils en el interior del casco.

El uso de los foils en las regatas de altura es reciente; en la Vendée Globe se utilizaron por primera vez en 2016 (no olvidemos que esta regata se celebra cada cuatro años). Los cuatro primeros clasificados de la regata los llevaban, así que su eficacia corrió como la pólvora. No obstante, esta técnica tenía algunos puntos débiles. Desde entonces, los diseñadores han trabajado para mejorar tanto el rendimiento como la fiabilidad.

Problema

La Vendée Globe es una regata alrededor del mundo que se disputa en solitario y sin escalas. La última edición se inició en noviembre de 2020 y despertó interés más allá del mundo de la vela, debido al esfuerzo que exige a los patrones, que deben afrontar una agotadora travesía de tres meses sin ninguna ayuda.
En ese tiempo, se enfrentan a condiciones meteorológicas extremas, a mares agitados —sobre todo en el Pacífico y el océano Antártico— y a los constantes peligros aparejados a la navegación en solitario. Por todo ello, la Vendée Globe es mucho más que una aventura: se trata de una iniciativa que exige barcos robustos y de altas prestaciones, capaces de trabajar constantemente al límite y, en algunos momentos, incluso más allá.

Solución

Los veleros que participan en esta competición rebosan alta tecnología; por ejemplo, cuentan con sensores esenciales para monitorizar el comportamiento del barco. HBK, en calidad de experto en ensayos y mediciones, y con un sólido prestigio en fabricación de sensores y sistemas de adquisición de alta calidad capaces de soportar condiciones ambientales extremas, recibió el encargo de equipar con sensores de galgas extensométricas uno de los barcos: el Advens for Cybersecurity, de la categoría IMOCA.

Resultados

El proyecto se llevó a cabo rápidamente, lo que permitió botar el velero en septiembre de 2019, ocho semanas antes de la salida de la regata Transat Jacques Vabre, que sirvió para ganar experiencia. Después de algunas pruebas, el velero estuvo preparado para tomar la salida. A pesar de una avería del piloto automático poco después de la salida, que obligó a hacer una escala de cuatro horas en Cherburgo, el Advens for Cybersecurity demostró ser un barco muy eficiente y terminó en un meritorio quinto puesto. Esta remontada fue posible gracias a unas medias excelentes. En una sola jornada, el velero cubrió 521 millas en 24 horas a una velocidad media de 22,30 nudos.

Imoca Thomas Ruyant Racing

La Imoca Thomas Ruyant Racing fue la empresa encargada de diseñar y preparar el IMOCA Advens for Cybersecurity para la edición más reciente de la Vendée Globe, con Thomas Ruyant como patrón.
En palabras de Laurent Bourgues, su director técnico: "Hoy día, los foils son un elemento esencial para el rendimiento de un velero. No es exagerado decir que el velero se construye alrededor de los foils y no al revés".
"Pero el caso es que todavía estamos aprendiendo sobre los foils, ya que son una técnica que no deja de evolucionar, sobre todo en términos de forma y dimensiones. Las decisiones técnicas, los datos de diseño y el comportamiento en condiciones límites se validan directamente en el mar", continúa Laurent.
Debido a la falta de tiempo y a las limitaciones económicas —un foil cuesta unos 150.000 euros—, no es posible desarrollar prototipos y hacer ensayos en laboratorios. "Por todas estas razones, decidimos instrumentar los foils y registrar los datos de medida. Esto ayuda al patrón a no llevar al velero más allá de sus límites. Por nuestra parte, nos permite llevar a cabo análisis a posteriori y correlacionar los resultados con otros datos, como el viento, las condiciones del mar, la velocidad del barco, etc.", añade Laurent.

"Está claro que los foils han sido muy importantes para conseguir este rendimiento. Y, gracias a los sensores y al sistema de adquisición, el patrón ha podido utilizarlos de forma óptima, sin sobrepasar los límites", afirma Laurent Bourgues.

La elección de la fibra óptica

En IMOCA Thomas Ruyant Racing estaban perfectamente al corriente de los últimos avances tecnológicos en el campo de la medición y se decantaron por una galga extensométrica de fibra óptica, mucho más robusta que las galgas convencionales.
El diseñador contactó con HBK para este proyecto, atraído por su reputación de fiabilidad y experiencia con equipos complejos.
El departamento de ingeniería de HBK para el suroeste de Europa, dirigido por Carola Corazza, trabajó con Laurent Bourgues para definir las características de las galgas extensométricas y el método para instalarlas en los foils. "Mi departamento procura trabajar lo más cerca posible de la sede del cliente. No obstante, en este caso hicimos una pequeña excepción a petición del propio cliente. Thomas Ruyant Racing tiene su sede en Lorient, Francia, pero la reunión tuvo lugar en Italia, porque era importante trabajar estrechamente con Persico Marine, el diseñador de los componentes del velero, que tiene su astillero en Italia", explica Carola.
Para realizar las mediciones de deformación se eligió una matriz de sensores FS70FBG, con cuatro puntos de medida. "Las conversaciones con el cliente nos ayudaron a entender sus necesidades y a proponer soluciones. Por ejemplo, la posibilidad de utilizar la misma fibra óptica para obtener medidas de temperatura. Así, llegamos a un acuerdo para personalizar la matriz e integrar en ella un sensor de temperatura", explica Carola.
Se determinaron los puntos de medición de acuerdo con las especificaciones del cliente y se colocaron con precisión a lo largo de la fibra (sensores de rejilla de Bragg). La fibra se acopla a un sistema de medición óptica dinámica FS22 DI —un interrogador óptico—, que convierte las lecturas ópticas en datos digitales compatibles con los sistemas de adquisición convencionales. La distancia entre el punto de medición más lejano y el interrogador óptico es de 5 metros; una distancia relativamente corta en comparación con algunas otras aplicaciones que requieren fibras de más de 30 metros de longitud.

Una carrera contrarreloj...

Estas decisiones técnicas se tomaron en el primer trimestre de 2019. En aquel momento, se inició una carrera contrarreloj en el IMOCA Thomas Ruyant Racing, que quería inscribir su velero en la Transat Jacques Vabre, una regata para dos tripulantes entre Le Havre, en Francia, y Salvador de Bahía, en Brasil, con salida el 27 de octubre. Por razones prácticas y para ganar tiempo, los foils se completaron en Lorient, en lugar de en Milán, como se había previsto inicialmente. HBK cuenta con equipos de ingeniería en toda Europa, de modo que este cambio de planes no supuso ninguna complicación. La responsabilidad de instalar las galgas extensométricas ópticas recayó entonces en Nicolas Visoianu, un ingeniero de campo de la oficina francesa de HBK.

Los foils se componen de varias capas de fibra de carbono, especialmente diseñadas para acomodar la matriz de fibra óptica; para ello, cada foil presenta una ranura en su parte exterior. Como explica Nicolas, insertar la fibra óptica en esa ranura exige trabajar meticulosamente: "El foil es un elemento pesado y difícil de manipular, así que se colocó en una posición que me permitiera trabajar en buenas condiciones. Para que los resultados sean óptimos, es muy importante posicionar la fibra con precisión y adherirla con mucho cuidado. ¡Los errores no tienen arreglo! Afortunadamente, HBK tiene una experiencia en este campo muy superior a la de cualquier competidor. Al fin y al cabo, estamos midiendo deformaciones de micras por metro y debemos garantizar una incertidumbre aceptable. Para ello se requiere nivel de experiencia que es difícil alcanzar".
El adhesivo X120 que se utiliza es otra muestra de la experiencia de HBK en este campo: es un adhesivo especialmente desarrollado para instalar este tipo de galgas extensométricas. La ranura se rellena con adhesivo hasta quedar a ras de la superficie, lo que permite añadir una capa protectora que aporta resistencia al agua salada.

Después del éxito inicial en la regata Transat Jacques Vabre, el paso siguiente consistía en analizar y correlacionar los datos registrados, para explorar posibilidades de mejora. Las medidas del comportamiento de los foils son una fuente de información valiosa para mejorar el manejo del velero. "El precio que se paga es el consumo de energía: 24 V a 1 A es un consumo importante para un velero de este tipo", reconoce Laurent Bourgues.
Nicolas Visoianu lo relativiza: "Este consumo incluye tanto la parte óptica como toda la electrónica asociada al procesamiento de los datos. Además, hay que tener en cuenta que este consumo no tiene por qué ser constante, ya que los foils no se utilizan en todas las condiciones de viento y de la mar".
Alexandre Fayeulle, director general del Advens for Cybersecurity, añade: "La Transat Jacques Vabre ha confirmado el extraordinario potencial de nuestro Advens for Cybersecurity. Es un barco de excelente factura, se nota que es un adelantado a su tiempo. Estamos llenos de ilusión y ambiciones de cara a la próxima Vendée Globe".
Todos estaremos a bordo de alguna manera. Y HBK también, por supuesto.

 

Thomas Ruyant finalizó la Vendée Globe 2020 en 6º puesto de 21. Llegó a la meta el 28 de enero de 2021 a las 4:42:01 am, con un tiempo de carrera de 80d 15h 22m 01s.

Cuando finalizó, muchos de sus contrincantes todavía estaban de camino. Vea los resultados