viernes, 2 de noviembre de 2012

MAN Diesel & Turbo presenta el primer motor que utiliza el sistema EGR para cumplir con la normativa IMO Tier III

La regulación IMO Tier III, cuya entrada en vigor se producirá en 2016, restringirá aún más los límites de emisión en las ECAs (Emission Control Areas o Áreas de Control de Emisiones). En este caso se quiere establecer una reducción del 80% de las emisiones de NOx en comparación con la regulación IMO Tier I (de 17 g/kWh a 3.4g/kWh).

IMO TIER III 
Man Diesel & Turbo, junto con la colaboración de HHI-EMD (Engine and Machinery Division de Hyundai Heavy Industries), ha presentado el primer motor diesel marino que cumple con la normativa sobre emisiones IMO Tier III utilizando el sistema EGR que fue diseñado, fabricado y montado en estrecha colaboración con HHI-EMD, Alfa Laval, Siemens, GEA y Vestas Aircoil.
 
Recirculación Gases de Escape (EGR)

Se han investigado diversos métodos para la reducción de emisiones de NOx y el potencial de la recirculación de los gases de escape representa un hito en el desarrollo para cumplir con la normativa Tier III.
El sistema EGR enfría y mezcla cantidades dosificadas de gases de escape con el aire fresco de admisión, con el fin de reducir la temperatura máxima de combustión del motor, reduciendo con ello la proporción de óxidos de nitrógeno.

Esta técnica se basa en que la mayor capacidad térmica y el menor contenido de oxígeno de los gases de escape recirculados disminuye la temperatura máxima de combustión, responsable de la formación de los denominados NOx térmicos.

Sistema EGR

El desarrollo de este sistema lo podes leer en:
 
MotoresMAN y las Tecnologías de Reducción de Emisiones NOx – IMO Tier III


Sobre reducción de emisiones de los gases de escape en los Motores Marinos,  te puede interesar:
Estrategiaspara reducción de las Emisiones Contaminantes en Motores Diesel Marinos (I)

Estrategiaspara reducción de las Emisiones Contaminantes en Motores Diesel Marinos (II)

Estrategiaspara reducción de las Emisiones Contaminantes en Motores Diesel Marinos (III)


Norberto Sánchez


domingo, 14 de octubre de 2012

Mitsubishi Heavy Industries Ltd. (MHI) y el Ferry NAMINOUE, ahorro importante en el consumo de combustible


Los barcos pierden una gran cantidad de energía debido a la fricción del casco con el agua.
En Posts anteriores comenté la noticia de que Mitsubishi Heavy Industries Ltd. (MHI) había botado el buque portacontenedores Yamatai, equipado con un innovador sistema, con el objeto de reducir la resistencia friccional entre el casco del buque y el agua del mar. El desarrollo de esta tecnología permite un ahorro importante en el consumo de combustible.

El sistema llamado Mitsubishi Air Lubrication System que es conocido con el acrónimo de "MALS", introduce una capa de burbujas de aire entre el casco de la nave y el agua de mar reduciendo la resistencia a la fricción entre ambos.

Para ampliar la gama del uso de MALS, MHI procedió a desarrollar un sistema aplicable a las naves de alta velocidad, con un coeficiente relativamente pequeño del bloque (Cb) (slender hull-form ship), que tienen un área plana comparativamente más pequeña en el fondo de la nave, y en principio, se considera tecnológicamente más difícil aplicar el sistema con eficacia.

El sistema se ha instalado con éxito por primera vez en el Ferry NAMINOUE de 8.072 Gross Tonnage, 145 mts. de eslora y 24 mts. de manga.


Durante la prueba de ensayo de la velocidad en el mar, la mejora de la consumición de combustible (reducción en la fuerza propulsora requerida) fue del 5% incluso con las ondas de hasta 2.5-3m.

Al disminuir el consumo de combustible, logramos una considerable reducción de CO2 de la emisión de las naves.

También se comprobó que las burbujas de aire funcionan como un amortiguador y que el ruido y la vibración se reducen, permitiendo mejoras en la comodidad del pasajero.

En el video podemos apreciar cómo funciona el sistema
 
 
Leer también:
Mitsubishi Heavy Industries y el sistema "MALS"
 
Norberto Sánchez

viernes, 17 de agosto de 2012

Multi Maritime y Fjord1 desarrolla un nuevo concepto de Ferry ecológico


El estudio de diseño e ingeniería noruego Multi Maritime, en cooperación con el operador de ferries Fjord1, ha desarrollado un nuevo concepto de ferry ecológico para operar entre los puertos Lavik-Oppedal en la costa oeste de noruega.
Con 110 metros de eslora y 17 metros de manga, la capacidad del ferry es de 125 coches.
Ferry ecológico

Entre las características introducidas más llamativas se encuentran los dos Rotores Flettner que actúan como velas.
Un poco de historia de los Rotores Flettner
Herr Anton Flettner (1885-1961) fue un famoso físico alemán que había experimentado con velas metálicas, que aumentaban la eficiencia del buque en un 50%, pero se mejoró con las velas rotatorias.
Éstas se originaron en el "Efecto Magnus", que sostiene que "una esfera o cilindro que rota en una corriente de aire desarrolla una fuerza en un ángulo recto a la dirección del aire en movimiento". Cuando el viento sopla en ángulos rectos hacia el cilindro, crea un vacíio en el área frontal de los mismos y una presión alta en la parte trasera, por lo que el buque es literalmente empujado hacia adelante.
Para demostrar la factibilidad de este sistema, en 1926 Flettner le quitó al velero "Buckau", de 52 metros de eslora,  sus palos y velamen y le colocó dos rotores de 18 mts de altura y 2,7 mts de diámetro. Todo el sistema pesaba sólo 7 toneladas, comparados con 35 tons de todo el sistema de mástiles y velas. También era unos 42 pies más corto, por lo que la estabilidad del buque mejoró.
Para demostrar la factibilidad de su nuevo invento, Flettner corrió una carrera contra el buque gemelo accionado con velas, Anon, de Danzig a Leith con una carga de madera. Aunque el viento fue en un momento tan fuerte que se debieron parar los rotores, el Buckau ganó.
Hoy Multi Maritime y Fjord1 aplican este sistema para la conexión Lavik-Oppeda, que tiene las condiciones de viento adecuadas para los rotores Flettner. Se ha calculado que estos contribuirán con un mínimo de 12% del consumo energético total del ferry.
Casco y Propulsión
Se han desarrollado una nueva forma de casco y un nuevo concepto de propulsión. La energía proviene de un eficiente motor que utiliza solamente gas natural como combustible.
Normalmente, en un ferry con “proa-popas”  iguales (double end), los propulsores de ambos extremos producen el empuje necesario para la navegación en cualquier sentido.
Sin embargo, la propulsión de “proa” es significativamente menos eficiente que la de “popa”. El nuevo concepto tiene propulsores con hélices de paso variable que se pueden poner en la posición en que, alineadas con la dirección de navegación, no ofrecen ninguna resistencia al avance (feathering) y la propulsión de popa ejerce todo el empuje durante la navegación.
Distribución energías alternativas

Esto aumenta significativamente la eficiencia de la propulsión. Cuando se atraca o desatraca el barco, ambos propulsores se pueden emplear para una maniobrabilidad óptima.
Recuperación del calor de los gases de escape

El calor residual es una enorme fuente de energía: más del 50% de pérdidas residuales en industria son calor y residuos de equipos asociados (Calderas, Motores).
En este proyecto, el calor de los gases de escape del motor, se recupera y transforma en electricidad con un sistema de recuperación de calor ORC (Organic Rankine Cycle).
El ORC (Organic Rankine Cycle) es similar al ciclo de Rankine de vapor de agua, que sustituye el agua por un fluido orgánico de menor temperatura de vaporización (hidrocarburos como isopentano, isooctano, tolueno y aceite de silicona), para producir el vapor que mueve una turbina y generar electricidad. El sistema se utiliza cuando las temperaturas de la energía a recuperar no son muy altas.
En la figura podemos ver el croquis de un sistema con economizador
ORC (Organic Rankine Cycle)
Fuente de la figura RESITE, S.L. C/ Navales, 51 Pol. Ind. Urtinsa II 28923 10 Alcorcón (MADRID)
El equipo consume cero combustible adicional, y produce cero emisiones.
El motor es una parte del sistema híbrido que incluye un banco de baterías. Este banco puede ser dimensionado para poder ser cargado con una cantidad determinada de energía de la red de tierra.
La electricidad se distribuye mediante un sistema de corriente continua (DC), que reduce las pérdidas eléctricas en comparación con los sistemas convencionales.
Norberto Sánchez

sábado, 19 de mayo de 2012

Pilas/ Celdas de Combustible para generar energía eléctrica en el Viking Lady (II)

El Viking Lady  es un barco de la compañía  noruega Eidesvik ASA y utilizado como apoyo a plataformas petroleras en el Mar del Norte, nada fuera de lo común.

Sus principales características son:
Eslora total  92 m
Eslora  p.p: 84 m
Manga mid: 21,00 m
Puntal en la cubierta principal: 9,60 m
Gross tonnage: 6125 GT
Velocidad: 15,5 knots
Motores principales: 4 x Wärtsilä 6R32DF 2010kW
Generadores Principales: 4 x Alconza NIR 6391 A-10LW 1950kW
Sistema de Hélice: 2 x Rolls Royce AZP 100FP
Motores Eléctricos: 2 x Alconza QD 560 M2-6W 2300kW
Generador de Emergencia: Volvo Penta D9-MG-RC 160 kW
Los motores Wärtsilä Dual LNG/Diesel con los generadores Alconza proporcionan la energía eléctrica para la propulsión y todos los sistemas de abordo.
Pero hoy, el  Viking Lady es un barco muy especial, ya que a partir del 2011 es el primer barco que tiene instaladas celdas de combustible de alta temperatura alimentadas con LNG para generar parte de la energía utilizada a bordo.
Cada vez más, los propietarios y operadores de barcos están buscando diferentes formas de generar energía abordo de sus buques debido a las preocupaciones acerca de los altos precios del petróleo y los combustibles fósiles que se agotan. 
¿Qué son las Celdas (Pilas) de combustible?
Se trata de un dispositivo electroquímico que transforma de forma continua la energía química de un combustible (hidrógeno) y oxidante (oxígeno) directamente en energía eléctrica y calor, sin combustión.
El proceso eléctrico hace que los átomos de hidrógeno cedan sus electrones. Es parecido a una batería en el sentido de que tiene electrodos, un electrolito y terminales positivos y negativos. Sin embargo no almacena energía en la forma en la que lo hace una pila.
En síntesis, las celdas (pilas) de combustible producen energía eléctrica mediante la combinación de hidrógeno y oxígeno que convierten en agua, produciendo en una energía limpia que no daña el medioambiente y es silenciosa.
Generan menos emisiones que las producidas por los motores diesel y utilizan menos energía que los generadores tradicionales, haciéndolas más amigables con el medio ambiente pudiendo incrementar la eficiencia del sistema de propulsión de un barco.
En el año 2003 comenzó un proyecto para instalar a bordo de un barco un sistema de Celdas (Pilas) de Combustible que generara parte de la energía eléctrica utilizada, pensando en las consecuencias para el medio ambiente.
El barco elegido fue el Viking Lady y en el proyecto se unieron:
En proyectos navales anteriores con Celdas (Pilas) de Combustible, a los buques se les proveía directamente de hidrogeno que almacenaban en tanques especiales.
Esto pasa por ejemplo, en el submarino convencional tipo 212 de la Armada de Alemania que posee un sistema de propulsión diesel y un sistema adicional que utiliza una membrana de intercambio de protones en células de combustible alimentadas por hidrógeno.
También en el FCS Alsterwasser que surca las aguas del lago Alster, en Hamburgo o en el Nemo H2, que navega por los canales de Amsterdam.
En el caso del Viking Lady utiliza una Celda de Carbonatos Fundidos (MCFC).  Hasta hoy, este tipo de celdas han sido operadas con hidrógeno, monóxido de carbono, gas natural, propano, gas de relleno sanitario y diesel marino. Como el barco utiliza LNG para el consumo de los motores, una celda de combustible que funcionara con LNG era la opción lógica.
Estas celdas de combustible usan una solución líquida de carbonatos de litio, sodio y/o de potasio, embebidos en una matriz para formar un electrolito.
Operan a unos 650 ºC. La alta temperatura de operación es necesaria para alcanzar una suficiente conductividad del electrolito. Debido a esta alta temperatura, los catalizadores de metales nobles no son requeridos para los procesos electroquímicos de reducción y oxidación en la celda de combustible.
Las altas temperaturas de operación, tienen una gran ventaja ya que ello implica mayores eficiencias y flexibilidad para usar más tipos de combustibles y catalizadores menos costosos, ya que las reacciones para romper los enlaces entre el carbono de hidrocarburos de cadenas más largas, ocurren más rápido a medida que la temperatura se incrementa.
Una desventaja a ello es sin embargo, que las altas temperaturas aumentan la corrosión y la falla de componentes de la celda de combustible.
Estas celdas prometen altas eficiencias de conversión de combustible a electricidad, cerca del 60% normalmente u 85% con cogeneración.

Te puede interesar:


miércoles, 28 de marzo de 2012

Pilas/ Celdas de Combustible (Fuel Cell) y su utilización a bordo de los buques (I)

Las pilas de combustible representan un desarrollo potencialmente revolucionario, ya que en lugar de utilizar combustión para generar electricidad utilizan la reacción electroquímica entre el hidrógeno del combustible y el oxígeno del aire para producir electricidad (corriente continua), agua y calor.

Generan menos emisiones de dióxido de carbono y utilizan menos energía que los generadores tradicionales, haciéndolas más amigables con el medio ambiente. También incrementan la eficiencia del sistema de propulsión de un barco.

Un poco de historia

En 1839, Sir William Robert Grove (1811-1896), un juez y científico galés hizo público un experimento que demostró que la combinación de hidrógeno y oxígeno generaba electricidad además de agua y calor.


Su experimento consistía en unir en serie cuatro celdas electroquímicas, cada una de las cuales estaba compuesta por un electrodo con hidrógeno y otro con oxígeno, separados por un electrolito.

Grove comprobó que la reacción del hidrógeno en el electrodo negativo combinada con la del oxígeno en el positivo generaba una corriente eléctrica que se podía usar a su vez para generar hidrógeno y oxígeno.

Los principios científicos básicos que sustentan las pilas de combustible se aplicaron en forma práctica hacia comienzos de los años sesenta del siglo pasado, cuando el programa espacial de los Estados Unidos seleccionó las celdas de combustible para proporcionar electricidad y agua a las naves espaciales Gemini y Apollo.

Generación de electricidad vía electroquímica

Las pilas de combustible son dispositivos electroquímicos capaces de convertir directamente la energía de la reacción química producida entre un combustible y un oxidante, en energía eléctrica (corriente continua), liberando agua y calor.

El dispositivo es muy simple: está formada por dos electrodos separados por un electrolito (un material especialmente tratado que permite el paso de iones -átomos cargados positiva o negativamente- pero no de electrones). En el electrodo negativo (ánodo) tiene lugar la oxidación del combustible (normalmente hidrógeno, aunque puede ser metanol u otros) y en el positivo (cátodo), la reducción del oxígeno del aire.

La reacción en una celda de combustible es:

Hidrógeno + Oxígeno (del aire) --> Electricidad + Agua + Calor




Los aspectos innovadores que las convierten en una tecnología competitiva para la generación de electricidad, son los siguientes:

Bajo impacto ambiental: la emisión de gases contaminantes como CO, CO2 y NOx se ve significativamente reducida respecto a otros sistemas debido a la ausencia de combustión.

Tampoco se producen emisiones de SOx, ya que el sistema exige la depuración previa del combustible para evitar la contaminación de los elementos constituyentes y aumentar la durabilidad.

Carácter modular: las pilas de combustible están disponibles en módulos independientes (monoceldas) y se pueden unir varias de diferentes tamaños y, por tanto, de diferentes potencias, en función de las necesidades requeridas en cada caso. Esto permite una producción automatizada, lo que da lugar a una construcción más sencilla, rápida y de menor coste.

Flexibilidad de operación: Esta flexibilidad presenta un carácter dual, en cuanto al rango de aplicación y en cuanto al combustible utilizado. El carácter modular de las pilas de combustible y su posible operación con combustibles distintos al hidrógeno permite obtener una gran variedad
de potencias para usos tanto estacionarios como móviles.

Rendimiento elevado: A diferencia de las máquinas de combustión cuya eficiencia está regida por el ciclo de Carnot y limitada por la temperatura, la eficiencia teórica de las celdas de combustible está dada por las leyes de Faraday, que relacionan directamente la corriente producida en una reacción electroquímica con la cantidad de material reactivo, es decir, con la cantidad de combustible.

Sus rendimientos eléctricos son próximos al 50 %, pero si se tiene en cuenta la energía térmica que generan (cogeneración), el rendimiento total puede ascender hasta un 80 %, aproximadamente.

A estos atributos hay que añadir el que se trata de elementos silenciosos, sin partes móviles, con una rápida respuesta a las variaciones de carga y de fácil mantenimiento.

Hasta hace pocos años, los únicos sistemas de pilas de combustible desarrollados para aplicaciones marinas habían sido utilizados en submarinos militares.

En un post anterior comenté sobre el buque de pasajeros FCS Alsterwasser que navega en las aguas del puerto de Hamburgo en el cual PROTON-MOTOR SYSTEMS desarrolló un sistema híbrido constituido por dos células de combustible de 50 Kw, una batería de gel de plomo y un sistema inteligente que regula la salida e intercambio de energía entre las células y la batería.

La batería almacena el exceso de energía de las pilas de combustible cuando el barco necesita menos potencia (p. ej., cuando el barco está parado o entrando en puerto) y cuando la embarcación necesita su máxima potencia (p. ej., cuando está soltando amarras), la batería suministra la energía acumulada al motor.

Este sistema le permite llegar a doblar la eficacia energética de un barco con motor convencional de combustión diesel.
El FCS Alsterwasser es capaz de almacenar en 12 tanques hasta 50 kg de hidrógeno a una presión de 350 bar, lo cual le proporciona combustible durante unos 3 días, navegando a una velocidad de crucero de 15 km/h.



En el próximo post comentaré sobre el Viking Lady que tiene instalado una pila de combustible de 320 kw, que fue provista por la compañía MTU Onsite Energy que utiliza celdas de carbonatos fundidos (MCFC).

Celdas de carbonatos fundidos (MCFC)

Las celdas de combustible de carbonatos fundidos utilizan sales fundidas como electrólito y prometen altas eficiencias combustible-electricidad, así como la habilidad para consumir combustibles base carbón, incluyendo CO y biocombustibles.

En el caso del Viking Lady utiliza LNG (Liquefied Natural Gas).

Esta celda opera a temperaturas del orden de los 650 Cº y permite la reformación del combustible (extracción del hidrógeno contenido en hidrocarburos) dentro de la propia celda, además de que no necesita electrocatalizadores de metales nobles.

Algunas desventajas son la corrosividad de las sales fundidas y la necesidad de reposición de CO2 en el cátodo para recuperación y formación de iones carbonato.




lunes, 5 de marzo de 2012

Proyecto de ABB de red eléctrica con Corriente Continua (CC) para buques

El proyecto de ABB y la naviera Myklebusthaug Management  para la utilización de un nuevo sistema de red eléctrica con corriente continua (CC) para buques proporcionará una distribución de energía altamente eficiente.
El sistema permite que el nuevo navío de apoyo para plataformas ultramarinas (en proceso de construcción en Noruega por Myklebusthaug Management), opere con el mayor nivel de eficiencia energética y pueda reducir el consumo de combustible y las emisiones hasta un 20 por ciento.
El nuevo sistema para ser utilizado a bordo representa un importante avance en materia de propulsión optimizada, gracias a la distribución de energía a través de un solo circuito principal de CC, que permite un notable ahorro de energía.
En los buques de propulsión eléctrica tradicionales, se realizan múltiples conexiones de CC desde un circuito de corriente alterna (CA), hasta los propulsores y mecanismos de transmisión, que representan más del 80 por ciento del consumo de energía eléctrica.


La utilización de CC permite reducir la huella de los equipos eléctricos utilizados hasta en un 30 por ciento al eliminar la necesidad de voluminosos transformadores y cuadros principales para liberar más espacio en los buques de pasajeros o de carga y también proporciona una mayor flexibilidad a la hora de colocar los componentes del sistema en el buque.
Gracias a esta solución, el buque puede funcionar con los mejores niveles de eficiencia energética ya que puede ahorrar energía con fuentes complementarias de energía de CC, como paneles solares, pilas de combustible o baterías que se enchufan directamente al sistema eléctrico de CC del barco.


Ver PDF original de ABB en:



Subscríbete a Máquinas de Barcos vía email

Escribe tu dirección de correo:

Delivered by FeedBurner