lunes, 30 de enero de 2012

Wartsila: Consideraciones para Aumentar la Eficiencia Energética de los Barcos

Wärtsilä realizó una presentación en la cual evaluó un número de nuevas tecnologías y conceptos de diseño.
Esta presentación tuvo como objetivo lograr aumentar la eficiencia energética, reducir los gastos de explotación y reducir las emisiones de gases contaminantes a la atmósfera de los distintos tipos de barcos.

Un barco, considerado hace diez años con un desempeño hidrodinámico excelente, hoy con la aplicación de las nuevas tecnologías, necesita el 10% menos de fuerza propulsora para mantener la misma velocidad.

La presentación de las nuevas tecnologías se agrupan bajo cuatro títulos principales:

• Diseño de la nave

• Propulsión

• Maquinaria

• Operación y Mantenimiento
Combinando estas áreas y tratándolas todas juntas como una solución integrada puede dar lugar a operaciones verdaderamente eficientes de los buques.

En este Post me referiré al primero de los ítems: Diseño de la Nave

Los siguientes son nuevos conceptos de diseño y el factor más grande de este desarrollo ha sido el uso del software CFD (dinámica fluida de cómputo), que ha hecho posible la optimización eficiente del casco y es hoy el estándar en cualquier proyecto de una nueva construcción.

Eficiencia de escala
Sobre las ventajas de la eficiencia de escala podemos leer en:

http://www.maquinasdebarcos.blogspot.com/2011/08/maersk-y-los-barcos-portacontenedores.html

Reducción al mínimo del uso del lastre

Quitar 3000 toneladas de lastre permanente de un PCTC (Pure Car Truck Carrier), y el aumento de la manga en 0.25 metros para alcanzar la misma estabilidad reducirán la demanda de la fuerza propulsora en 8.5%.

Utilización de materiales más livianos en la construcción

El uso de estructuras ligeras donde puedan ser utilizadas puede reducir el peso de la nave.

Una reducción del 20% en el peso de acero dará una reducción de ~9% en requisitos de la fuerza propulsora.

Sin embargo, un ahorro del 5% es más realista, puesto que el acero de alta resistencia a la tracción se ha utilizado ya hasta cierto punto en muchos casos.

Optimizar la relación entre las principales dimensiones del casco

Encontrar una relación óptima entre eslora, manga y coeficiente de bloque hará disminuir la resistencia del casco.

Un aumento de la eslora de 10-15% en un petrolero típico puede reducir la demanda de energía propulsora en más del 10%.

Extensión de la línea de flotación por medio de un ducktail

Un ducktail es básicamente alargar la nave en popa. La idea básica es alargar la línea de flotación eficaz y hacer el espejo de popa mojado más pequeño. Esto tiene un efecto positivo en la resistencia de la nave.

La mejora puede ser de 3-7% en el consumo de energía total para un RO-RO.

Las líneas del eje deben ser aerodinámicas

Los soportes deben tener una forma aerodinámica. Si no, esto aumenta la resistencia y causa problemas en el flujo de la hélice.
Diferencia de hasta 3% en la demanda de energía propulsora entre un diseño correcto o incorrecto.

Diseño del skeg

El skeg debe ser diseñado de modo que dirija el flujo uniformemente sobre la hélice.

Un buen diseño del skeg permite mejorar hasta el 2% el consumo de energía total para un buque portacontenedor.

Minimizar la resistencia causada por las aberturas en el casco
Diseñar y localizar todas las aberturas correctamente pueden reducir hasta 5% la demanda de energía de propulsión.

Lubricación del casco con burbujas de aire

Sobre el desarrollo de esta tecnología ver:

http://www.maquinasdebarcos.blogspot.com/2012/01/reduccion-de-la-resistencia-al-avance.html

Ahorro en la consumición de combustible:

• Petrolero: ~ 15%

• Containeros: ~ el 7.5%

• PCTC: ~ el 8.5%

lunes, 23 de enero de 2012

El Primer Turbosoplante Híbrido del Mundo colocado en un Motor Diesel MAN de siete cilindros del tipo S65ME-C

Desde que el Dr. Alfred Büchi (de la Compañía Suiza de Motores Sulze) descubriera los principios fundamentales de la sobrealimentación de los motores diesel aprovechando los gases de escape, este sistema ha sido aplicado en casi todos los motores diesel, llegándose, en el momento actual, a una situación en la que no se concibe ni proyecta motor diesel alguno sin su correspondiente sistema de sobrealimentación.

Todos los que trabajamos con motores sabemos de la importancia de la sobrealimentación en los motores diesel y que un turbosoplante utiliza la energía de los gases de escape de los motores para impulsar una turbina colocada en la salida del colector de escape, unida mediante un eje a un compresor que eleva la presión del aire que entra a través del filtro y consigue que mejore la alimentación de aire del motor.

¿A qué me refiero cuando digo Turbosoplante Híbrido?

En este caso, sumado a las funciones básicas, un Turbosoplante Híbrido utiliza la energía rotatoria adicional generada por la turbina para la generación de la energía eléctrica, con un generador acoplado al mismo eje del compresor.

Shin Koho es el primer barco granelero en el mundo con un turbosoplante híbrido, colocado en un Motor Diesel MAN de siete cilindros del tipo S65ME-C, dando a la nave una velocidad aproximada de 15 nudos.

El nuevo Turbosoplante MET83MAG fue desarrollado en común por cuatro compañías: NYK, the Monohakobi Technology Institute (MTI), The Universal Shipbuilding Corporation, y Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.

En el esquema se puede apreciar el funcionamiento:

Principales caraterísticas del MET83MAG hybrid turbocharger

Maximum allowable speed (rpm) 11,300
Maximum allowable gas temp. (oC) 580
Generator type Permanent magnet-type 3-phase synchronous
Number of poles 4
Maximum output (kWmi) 754
Bearings Externally forced lubrication sleeve bearings
Generator Cooling Freshwater, air
 
 El barco puede resolver los requisitos de la energía eléctrica para la operación normal usando un turbosoplante híbrido reduciendo el uso de los generadores diesel, contribuyendo a la reducción de las emisiones de CO2 a la atmósfera.

La salida de energía máxima del MET83MAG es 754kW a 9.500 rpm.

La corriente generada es una corriente alterna trifásica de alta frecuencia (CA), que primero se rectifica a corriente continua (C.C.) y después se convierte al voltaje y a la frecuencia utilizada a bordo.

Estos elementos pueden funcionar al revés, por consiguiente, la ventaja es que permite que el generador funcione como motor para agregar energía al turbosoplante cuando la velocidad del motor principal es baja, logrando de esta forma mejorar la provisión de aire de admisión en esa condición de trabajo.

Para ver el trabajo completo del desarrollo técnico MET83MAG hybrid turbocharger ir a:

Mitsubishi Heavy Industries Technical Review Vol. 47 No. 3 (September 2010)

jueves, 5 de enero de 2012

Reducción de la resistencia al avance de los buques mediante burbujas de aire entre el casco y el agua

Cuando pensamos en la construcción de un buque nuevo, sin lugar a dudas, el ahorro de combustible y la disminución de las emisiones de gases contaminantes a la atmósfera constituyen una condición de máxima en el proyecto de cualquier tipo de barco.

Pero estas exigencias no se circunscriben al mundo marítimo sino que la eficiencia energética y el ahorro de energía constituyen hoy en día uno de los objetivos principales de las Organizaciones y de la Sociedad en general, que ve con preocupación el agotamiento de las fuentes tradicionales de energía y la degradación del medio ambiente.

Teniendo en cuenta que el combustible es un bien escaso y en ciertas facetas contaminante, debe reducirse su uso la más posible. Por todo ello, cualquier actuación que permita este ahorro de combustible debe ser bienvenida.

En el diseño y construcción de barcos existen en la actualidad numerosos proyectos para hacer realidad los conceptos expresados en párrafos anteriores.

Hoy quiero referirme a la resistencia al avance que se produce entre el casco del buque y el agua.

La resistencia al avance de un buque en el agua puede dividirse en los siguientes componentes: resistencia a la fricción, resistencia a la forma y la resistencia al choque de ola. La primera de ellas es clave a las velocidades en las que se mueven este tipo de naves de transporte, ya que representa alrededor del 60% o 70% de la resistencia total.

En la figura se puede apreciar gráficamente (color naranja).

La resistencia a la fricción es muy importante para los barcos que navegan a velocidades relativas bajas, que puede ascender a menudo a 80 por ciento de la resistencia total.

Reducción de la fricción mediante inyección de burbujas de aire entre el casco y el agua

Existen varios proyectos para reducir la resistencia de fricción entre el casco del buque y el agua de mar mediante la introducción de burbujas de aire en el fondo del casco, logrando por este medio, para una misma velocidad, reducir la potencia de propulsión, lo que nos permite disminuir el consumo de combustible y las emisiones de gases contaminantes.


En Argentina, Tecnaval Ingeniería Hidrodinámica (tecnaval@gmail.com) desarrolló un dispositivo innovador que se monta en el casco de la embarcación y cuando la misma se desplaza en el agua, su propio movimiento permite que el dispositivo inyecte aire en el casco de la nave, el cual reduce la superficie de contacto con el agua, reduciendo significativamente la resistencia de fricción del casco.

A partir de los 4 nudos, el dispositivo empieza a succionar aire atmosférico y lo dispersa en el casco de la embarcación, reduciendo la superficie de contacto del barco con el agua y en consecuencia se reduce la resistencia de fricción. La ventaja de este dispositivo es que utiliza la misma energía del agua para funcionar, es decir que no requiere de sistemas auxiliares de potencia.

Esto significa que, si bien se puede generar una reducción de resistencia de fricción, es muy importante tener en cuenta al hacer el balance de energía ahorrada, la energía consumida por el sistema para generar las burbujas.

En el post anterior me referí a un proyecto para un buque portacontenedores de Mitsubishi Heavy Industries el cual incluye un sistema llamado Mitsubishi Air Lubrication System que será conocido con el acrónimo de "MALS".

Otro proyecto es el desarrollado por el Astillero Damen; el sistema, también conocido por sus siglas en inglés ACES (Air Chamber Energy Saving), se ha incorporado a una barcaza dentro de los trabajos que la empresa realiza para la reducción del consumo de combustible, así como para la limitación de emisiones en zonas interiores.

El resultado de las pruebas fue una reducción de la resistencia de un 10% a 20% a velocidades típicas de desplazamiento, lo que se tradujo en un ahorro promedio de combustible de alrededor del 15%, con el consiguiente ahorro de emisiones de CO2.

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