lunes, 28 de enero de 2013

Buques Remolcadores. Sistemas de Propulsión (I)

La seguridad y precisión en las maniobras en el mar, lagos, ríos, canales y puertos del mundo son elemento de la máxima importancia. Para lograrlo es un requisito esencial contar con sistemas de propulsión seguros y respetuosos con el medio ambiente.

La estabilidad, alta maniobrabilidad, potencia de tiro y empuje, son las principales características que debe tener un remolcador para el desarrollo de sus funciones más características y han sido los permanentes retos de la tecnología para poder satisfacerlas.

Antes de 1950, los remolcadores generalmente tenían una o dos hélices fijas. Los remolcadores con hélices dobles fueron introducidos para mejorar la posibilidad de maniobras, luego se pasó a las hélices de paso variable y las toberas Kort para aumentar la tracción.

Hoy, cuando hablamos de propulsión de remolcadores pensamos en propulsores cicloidales o en  propulsores azimutales.

Estos dos últimos sistemas representan, de momento, el máximo exponente de la innovación en la industria de la propulsión naval, en general, y en los remolcadores portuarios, en particular.

El sistema de propulsion cicloidal. Propulsor Voith Schneider

Es un sistema de propulsión que permite controlar el empuje en magnitud y dirección de forma continua, extremadamente precisa y rápida.

Un rotor equipado con cuatro, cinco o seis palas gira alrededor de su eje vertical. Como la cola de un delfín, las palas del propulsor generan empuje por la sobreposición de las oscilaciones alrededor de su propio eje.

En el año 1925, el ingeniero austríaco Ernest Schneider perfeccionaba el revolucionario sistema de propulsión para buques que denominó rotor cicloidal.

Para comprobar su viabilidad práctica recurrió a la conocida empresa Voith, establecida desde el año 1825 en la ciudad alemana de Heidenheim.

Voith y Schneider construyeron en 1928 el primer sistema de propulsión cicloidal para instalarla en un barco, bautizado como “Uhu”, que navegó por el Rin satisfactoriamente.

El "Uhu"
El sistema estaba ideado para las aguas tranquilas de ríos y canales, de forma que en el año 1937, lanchas equipadas con el extraño sistema surcaban el lago Constanza, los canales de Venecia y un año más tarde recorrían el Sena. 
 
En los inicios de los años de 1950, el remolcador “Bienne” fue equipado con el sistema de propulsión Voith Schneider. Este era un concepto enteramente nuevo que mejoró significativamente la capacidad de maniobra.
Remolcador "Bienne"
El hecho de que el sentido de la presión de la propulsión podía ser modificado casi instantáneamente, es una de las principales ventajas en maniobras bajo condiciones restringidas. El concepto de remolcador tractor, con el gancho de remolque prendido detrás de las unidades de propulsión, proporciona un torque de estabilización, mientras que el remolcador está alineado con la cuerda del remolque. 
Las ventajas de este sistema son: 

a) Óptima maniobrabilidad, aún en puertos angostos con corrientes y vientos de costado.
 
b) Con mínimos requisitos de potencia y máxima seguridad para el buque y el medio ambiente.
 
c) Ecológico, con mínimas emisiones de ruido y gases de escape.
 
d) Máxima disponibilidad y mínimo mantenimiento gracias a su diseño simple y robusto.


Propulsores Azimutales
Un Propulsor Azimutal consiste en una hélice que puede orientar su impulso girando alrededor de un eje vertical. Este giro es completo (360º) lo que mejora la maniobrabilidad haciendo incluso innecesario el timón.
En el año 1928, Josef Becker (1897-1973) decide pasar de un taller mecánico artesanal que disponía de fundición propia para fabricar bombas de agua y aperos agrícolas a la fabricación de embarcaciones, botando la primera lancha en el río Rin.
En un río tan caudaloso y transitado, se necesitaban embarcaciones de alta maniobrabilidad, por lo que el interés de Becker derivó hacia hélices azimutales, capaces de girar 360º en torno a un eje vertical y que hacían innecesario el empleo de cualquier forma de timón.
La primera hélice timón fue montada en una pequeña embarcación propiedad de la empresa de nombre “Magdalena”.
La empresa se trasladaría en 1934 a la localidad de Spay/Rhein, situada en una curva del Rin conocida con el nombre de Schottel, de donde tomaría el actual nombre comercial de la firma. 
La aplicación inicial a lanchas fluviales llegaría a los remolcadores portuarios, siendo el “Janus” de Hamburgo el primero en utilizar dos hélices timón de Schottel situadas a proa. Era el año 1967 y el “Janus” tan sólo disponía de 10 toneladas de Bollard Pull, pero había nacido el primer remolcador Tractor.
Janus

Aunque en la actualidad existen otros fabricantes de este tipo de propulsión, la hélice timón Schottel es reconocida mundialmente como el sistema clásico de propulsión naval y es un sinónimo para las hélices azimutales.
En la actualidad, los remolcadores portuarios tienden hacia un buque “tipo” de al menos 60 toneladas de Bollard Pull, con 30 metros de eslora, 12 nudos de velocidad y mínima tripulación rodeada de las máximas medidas de seguridad.
Sin atender a su precio, a igualdad de potencia de máquina, los propulsores cicloidales tienen mayor complejidad mecánica, ofreciendo menor velocidad y menos empuje y tiro que los hélice-timón. Pero son más precisos en la maniobra, proporcionan respuesta más rápida y ágil en espacios pequeños y son más duros.
Con los elementos ofrecidos por la tecnología, todas la combinaciones de propulsión resultan hoy posibles para lograr un buque adaptado a las necesidades de los diferentes trabajos en los que son utilizados.
Las consideraciones del costo del combustible y la protección ambiental empiezan a entrar en las decisiones a la hora de diseñar remolcadores portuarios. En este sentido, la novedad reside en los remolcadores que emplean gas natural como combustible o los híbridos.
Un remolcador híbrido, accionando propulsores azimutales o cicloidales, puede utilizar energía diesel mecánica, diesel mecánica y eléctrica conjuntamente o bien exclusivamente eléctrica servida por baterías, según las circunstancias. La economía de combustible alcanza el 30 por 100 y se producen menos emisiones de gases y ruido.
Norberto Sánchez

viernes, 11 de enero de 2013

Reducir el Consumo de Combustible en los Buques. Aplicación del software de ABB, Energy Management System for Marine Applications (EMMA™)

Por primera vez en la historia, los costos operativos diarios de los buques han sobrepasado a los costos diarios de la inversión para su construcción.

Hoy, el consumo de combustible es el mayor gasto operativo de todos los buques de las flotas en el mundo y uno de los mayores problemas medioambientales. Para las compañías navieras, el ahorro de combustible es uno de los requisitos fundamentales para su economía.

El combustible supone entre el 30% y el 40% de los costos operativos de un buque de cruceros, y entre el 50% y el 60% de los costos de la mayoría de los buques de carga.

La reducción del 1%  en el consumo de combustible puede significar un ahorro anual de 50.000 dólares para un petrolero mediano y 300.000 dólares al año para un portacontenedores de gran tonelaje.

Un buque utiliza la energía de muchas maneras: para propulsión, iluminación, calefacción y aire acondicionado. La cantidad de energía utilizada para la propulsión se ve influida por el viento, las olas, las corrientes marinas, el trimado o asiento y el grado de suciedad del casco.

El software de ABB, EMMA™, la solución Octopus de Amarcon, los sistemas eléctricos, y la propulsión Azipod® pueden ayudar a reducir el consumo de combustible hasta un 20%, lo que representa una ventaja competitiva considerable.

Mejorando el mantenimiento del buque

Hoy la comunicación por satélite es habitual y los buques pueden informar a la sede central acerca del estado técnico y operativo de los mismos. Esto permite mejorar el mantenimiento y la resolución de los problemas que puedan surgir a bordo, proporcionando a la tripulación instrucciones detalladas de lo que hay que comprobar exactamente, con independencia de la ubicación del buque en los océanos.

Consiguiendo una alerta temprana de los fallos incipientes mediante el análisis de la información sobre el estado de los equipos, permite sustituirlos o mantenerlos de una forma más inteligente de lo que sería el caso con un programa rígido de reparación o sustitución.

Aplicando el EMMA para optimizar el Trimado

Este dispositivo mide el ángulo de trimado del buque y aconseja al capitán sobre cómo debe moverse el lastre para subir o bajar la proa en el agua.

Trimado
La obtención de un asiento óptimo está lejos de ser algo trivial ya que depende no solo de la forma del buque, sino también de la velocidad, las olas, el viento, etc. 

Requiere un buen conocimiento de la dinámica del buque así como de medidas y observaciones del buque en situaciones de la vida real; por ejemplo, las grandes olas detrás del buque pueden deberse a un asiento subóptimo. 

En ese caso, puede que se esté gastando el combustible en crear olas en vez de utilizarlo para avanzar, lo que no es para lo que está destinado.

En 2011, ABB presentó su innovador sistema “Onboard DC Grid” (*)
que distribuye la energía eléctrica por todo el buque con un único circuito de CC, en lugar de con múltiples conexiones, ahorrando con ello importantes cantidades de electricidad.
También anunció varias mejoras de su sistema de propulsión Azipod®. El nuevo diseño incorpora mejoras de configuración en la aleta de la hélice, que aumentan la eficiencia hasta un 2,5 por ciento al reducir las pérdidas del sistema de propulsión.

Azipod
Otro cambio de diseño que reduce aún más el consumo, es la optimización dinámica del ángulo del pie del timón en las unidades Azipod. Este cambio se suma a la optimización del ángulo ya conseguida en la fase de diseño del buque, para proporcionar un ahorro adicional de combustible de un 1,5 por ciento.
El último software de ABB, EMMA™ informa a los propietarios y operadores de un buque dónde se consume cada gota de combustible y con qué eficiencia. Permite optimizar la operación de los buques y su rendimiento, mejorar su eficiencia energética, la fiabilidad y disponibilidad de los equipos de a bordo y la seguridad operativa.

(*) Ver: http://maquinasdebarcos.blogspot.com.ar/2012/03/proyecto-de-abb-de-red-electrica-con.html

Norberto Sánchez



miércoles, 9 de enero de 2013

El M/S Høydal y el Control de las Emisiones

Desde hace años existe una comprensible preocupación por los efectos de las emisiones atmosféricas sobre el medio ambiente procedentes de los gases de escape de los motores de los buques (azufre, óxidos de nitrógeno, partículas sólidas, CO2,...). En particular, por las emisiones de óxidos de azufre (SOx).

Estas materias son objeto del Anexo VI del Convenio Marpol (Reglas para prevenir la contaminación atmosférica ocasionada por los buques) que fue adoptado en 1997.

El Anexo VI del Convenio MARPOL regula las emisiones a la atmósfera de gases procedentes de los buques. Con respecto a los óxidos de azufre la Regla 14 del Anexo VI establece unos límites máximos del contenido de los mismos en los combustibles marinos:

• Un límite máximo general (mundial) del 3,5% de azufre a partir de 2012 y 0,5% a partir de 2020.

• Un límite más exigente en aquellas zonas que hayan sido designadas formalmente por la OMI como Zonas de Control de Emisiones de SOx (Sulphur Emission Control Areas - SECA) del 1,0% a partir de 2010, y del 0.1% a partir del 2015. O alternativamente, los buques deberían instalar un sistema de limpieza de los gases de escape o utilizar métodos y tecnologías verificables para reducir las emisiones de SOx. 

El M/S Høydal
En Noruega, la industria de la piscicultura está creciendo, alcanzado en el 2011 aproximadamente un millón de toneladas. La empresa BioMar provee a esta industria de pienso para la alimentación de los peces.
La meta de BioMar es estar a la vanguardia de desarrollo sostenible dentro de la acuacultura noruega y con este fin es que utilizará un nuevo buque carguero , con una eslora de 70 mts. y una capacidad de carga de 2.200 toneladas que puede alcanzar una velocidad de 14 nudos.
 M/S Høydal
La empresa utilizará el nuevo barco para el transporte de alimentos para peces a partir de su planta de Myre Vesterålen, el norte de Noruega. Esta apuesta supone un enfoque estratégico en las soluciones de transporte, apostando por la sostenibilidad y la protección del medio ambiente, tal y como contempla el programa BioMar de acuicultura sostenible.
Es, de momento, la única empresa en la industria piscícola con certificado sostenible DNV (Det Norske Veritas). Esta certificación requiere la satisfacción de una serie de condiciones estrictas para el medio ambiente, medidas sostenibles y respetuosas en toda la cadena de valor, desde las materias primas y  la producción de alimentos para animales, a la piscicultura, procesamiento y transporte final.
El nuevo buque carguero, está equipado con un motor  Rolls Royce Bergen C25:33L6P de 1650 kilovatios a 1000 RPM, alimentado con gas natural licuado (LNG).
Rolls Royce Bergen

¿Qué tiene de especial que un barco se propulse con LNG?
Lo bueno que tiene el LNG es que es una combustión más limpia. El metano tiene sólo un carbono en cada molécula mientras que el diesel o el fueloil tienen cadenas largas de carbonos en sus moléculas, además de otros compuestos más contaminantes como azufre.
La reacción de combustión del LNG genera CO2 y H2O (casi únicamente). La reacción de combustión de diesel o fueloil genera también partículas, NOx y SOx.
El GNL es una nueva alternativa más limpia y barata al fuel ya que, frente a los fueles convencionales que suelen emplearse en el suministro a estos barcos, el GNL reduce, en cada travesía, el 100% de las emisiones de SO2 y partículas, el 90% de las emisiones de NOX y casi un 30% de las emisiones de CO2.
La tabla comparativa muestra las diferencias entre las emisiones por kWh de CO2, SOx, NOx y partículas en la combustión de LNG y la combustión de un Marine Diesel Oil con un contenido de un 1% en azufre (S).
combustión de LNG
Otras mejoras que aporta un motor alimentado con LNG es que elimina la necesidad de equipos secundarios como filtros, calentadores y disminuye el consumo de lubricantes para el motor.
Construido en Turquía, en la navegación a su destino, el puerto noruego de Karmoy, el buque fue reabastecido en el puerto de Algeciras por CEPSA con cuarenta toneladas de gas natural licuado (GNL).
Esta nueva tecnología es el resultado del trabajo conjunto desarrollado por NSK Skipskonsult Nordnorsk, Rolls-Royce, Astillero Tershan en Turquía, BioMar y las autoridades noruegas.
En el video podemos ver como el M/S Høydal alimenta a las piscifactorías en la costa de Noruega:
 
Norberto Sánchez


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