Energías Renovables en Buques Mercantes.franCISCO BELDA

8/17/2019 Energías Renovables en Buques Mercantes.franCISCO BELDA

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Francisco Belda García

ENERGÍASRENOVABLESAPLICADAS A LOS

BUQUESMERCANTES Introducción a este tipo de energías y su aplicación a la marinamercante

Antonio Manuel González Marrero. Sistemas Auxiliares del Buque24/02/2013

Santa Cruz de Tenerife


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Este informe trata de darnos una idea clara y concisa sobre las energías renovables delas que disponemos, así como, de su aplicación a los buques mercantes con finalidadecológica. Para ello nos introduce primeramente en la actualidad de estas energías,

las define y explica, para luego abordar, su utilización en la marina mercante.


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Índice

El sistema energético actual Pág. 1

La propulsión del buque Pág. 3- El motor propulsor

Las energías renovables Pág. 8- Energía solar- Energía solar térmica- Energía solar fotovoltaica- Energía eólica- Energía obtenida de lso océanos

- Energía de la biomasa- Biocarburantes- Energía hidraúlica- Energía geotérmica

Energías renovables aplicadas a buques mercantes Pág. 16- Combustibles

Gas licuado de petróleo (GLP) Biodiesel Gas natural licuado (GNL)

- Energía eólica Sistema Skysails Sistema Enercon Sistema Tall Ship

- Energía solar Auriga Leader Aquarius Turanor

- Energía térmica- Hidrógeno


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Energías renovables aplicadas a los buques mercantes

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El sistema energético actual

Desde el punto de vista de la física, la energía es la capacidad potencial de producirtrabajo o calor. El trabajo se pone de manifiesto cuando cambia alguna característicafísico-química de la materia, es decir, cuando se produce un cambio de posición, unadeformación o una alteración en el tipo de movimiento. Sin embargo el calor solo se pone de manifiesto, si la energía fluye de unos cuerpos a otros. Si esta transferencia deenergía varía el nivel térmico del cuerpo, es decir, su temperatura, se le llama calorsensible. Cuando el calor, la energía, se invierte en alterar el estado de agregación de lamateria, sólido, líquido o gas, se le llama calor latente.El primer principio de la termodinámica nos dice que la energía implicada en cualquier proceso es igual al trabajo realizado más el calor desprendido.

E = W + QDe manera que calor, energía y trabajo son tres formas de un mismo concepto. Lasunidades con las que medimos el calor, el trabajo y la energía son las mismas. Porsupuesto podemos hablar de calor en Kilocalorías (Kcal), de energía en watios horas(Wh) y de trabajo en julios (Jul), pero también podemos hablar de calor en watios horaso en julios, de energía en julios o en kilocalorías y de trabajo en watios hora o enkilocalorías.La energía primaria es aquella que se obtiene de las fuentes de origen sin haber sufridoalgún proceso de transformación intermedio. La energía térmica contenida en un barrilde petróleo sería energía primaria y es la que se desprende de su combustión. Delmismo modo es energía primaria la obtenida en una central hidroeléctrica en forma deelectricidad.

Las fuentes de energía primaria, carbón, gas, petróleo, nuclear y todas las demásrenovables o no, son usadas por el hombre para la obtención de trabajo y de calor. A partir de estas mismas fuentes se puede obtener electricidad que, sin embargo, es casisiempre un paso intermedio para centralizar la producción de energía, transportarla ydistribuirla por cable.


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Alrededor del 75% de la energía primaria consumida en la actualidad a nivel mundial proviene de los combustibles fósiles, gas natural 17%, carbón 25%, y petróleo 36%. Un5% es hidroeléctrica, un 4% proviene de la generación de la electricidad en las centralesnucleares, y el 13% restante proviene de otras fuentes como la combustión de la maderao de biomasa en general, la combustión de los residuos sólidos urbanos, la geotérmica,la generación de biogás, la obtención de alcohol para la combustión, la energía eólica, laenergía solar térmica y fotovoltaica, el trabajo humano y animal, etc.

En el transporte marítimo se utilizan principalmente dos tipos de combustibles, el“diesel oil” y el “fuel oil”, quedando limitado el uso del “gas oil” a motores rápidos de poca potencia para generación de energía eléctrica y en buques de recreo.


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Una caracterización de los combustibles marinos más comunes se detalla en la Tablasiguiente.

La proporción de consumo entre fuel oil y diesel oil en los puertos españoles es de

82 % y 18 % respectivamente. Sin embargo esta relación en el mundo es de 77,5 % y24,5 % respectivamente.Se suele considerar que el 80 % del consumo es de fuel oil y el 20 % de diesel oil.Las potencias caloríficas son las siguientes:

- Fuel oil: Entre 40.000 y 40.500 Kilojulios por kilogramo.- Diesel oil: Entre 42.000 y 42.500 Kilojulios por kilogramo.

La propulsión del buque

El motor propulsor

Dentro de los sistemas de propulsión hay que distinguir, según las características delmotor propulsor, entre:

- Sistemas de propulsión diesel: El motor propulsor es un motor diesel.- Sistemas de propulsión diesel eléctricos: El motor de propulsión es eléctrico


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recibiendo la energía de grupos diesel generadores, los cuales llevanmotores semirrápidos.

- Sistemas de propulsión por turbina: El equipo propulsor está formado por

una turbina de vapor que recibe este de una caldera que quema fuel oil o gas.Antiguamente se usaban, con calderas quemando fuel oil, en grandes buquesgraneleros y petroleros pero debido a su alto consumo específico que llegaba alos 300 g/kWh, su uso en la marina mercante en la actualidad se limita a los buques de transporte de gas, a fin de aprovechar los gases de la carga, que seemiten para evitar sobre presiones en los tanques (“Boil off”). Aunque existenotros buques con turbina de gas, su uso es muy limitado.

El consumo específico de los equipos de propulsión de turbina es mucho más alto que elde los motores diesel. Su porcentaje de uso no llega al 5 % de los buques.Se han construido buques mercantes con propulsión nuclear, como el Savannah, peroya no están en uso. (Solo quedan en uso algunos rompehielos). Con mucha diferencia, elsistema de propulsión más usado es el basado en motores diesel.El decidir si se monta un motor lento o uno semirrápido depende de la potencia quese precise y del perfil operativo del buque, por lo que depende del tipo de buque.

El criterio de clasificación de los motores más usado es según la velocidad de giro:- Motores lentos. Su velocidad de giro es entre 80 rpm y 300/400 rpmnormalmente entre 80 y 140 revoluciones por minuto. Se utilizan comomotores propulsores y son los de menor consumo específico, permitiendo eluso de fuel oil de alta viscosidad.

- Motores semirrápidos, con una velocidad de giro de entre 300/400 rpm y1.000 revoluciones por minuto. Se utilizan como motores propulsores y

generadores y usan fuel oil o diesel oil. Actualmente el desarrollo de estosmotores permite su uso con fuel oil de alta viscosidad.- Motores rápidos. Su velocidad de giro es de más de 1.000 revoluciones porminuto, se usan como motores generadores o en buques de pequeño tamañocomo motores propulsores. Debido a que queman gas oil, su uso en la marinamercante es reducido.


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Los motores lentos tienen unos consumos específicos menores y son más robustos quelos semirrápidos por lo que su mantenimiento es más barato y tienen menos averías conlo que provocan menos paradas del buque.

Como inconvenientes principales es que su peso es mucho mayor, si comparamos dosmotores de similar potencia, uno de dos tiempos y otro de cuatro tiempos, los pesos sonlas siguientes:

• Motor Wartsila W46 12V46:

Potencia: 12.600 kWPeso: 169 t

• Moto r MAN 5 L60ME-C:

Potencia: 11.700 kWPeso: 286 t

El precio de un motor lento es mayor que el de un motor semirrápido de potenciaequivalente, tanto del motor en sí mismo como el del equipo asociado.Los motores semirrápidos, además de los aspectos antes mencionados, tienen uncontrol de emisiones, una flexibilidad de maniobra y unos cambios de velocidad ycarga mucho mejores que los motores lentos. Actualmente la tendencia es a montar

motores semirrápidos en potencias inferiores a 3.000 kW. En el intervalo de 3.000 a11.000 rpm depende del perfil operativo, por lo que los buques Ferry, Ro-Ro, etc. llevanmotores semirrápidos y los buques petroleros, portacontenedores medio/grandes, ygraneleros equipos motores lentos. Se fabrican motores semirrápidos de potencia hastade 20.000 kW. Hay que tener en cuenta que se fabrican motores de dos tiempos (lentos)con potencias de hasta casi 100.000 kW.

Diesel eléctrica.- Después de los sistemas de propulsión diesel los más usados son lossistemas de generación diesel eléctrica, en los que el motor propulsor es eléctrico y el buque está dotado de unos grupos generadores que suministran la energía al motor propulsor y a los servicios del buque.Este sistema es el más usado en los buques de pasaje por su flexibilidad, menor ruidoy vibraciones y por precisar una gran potencia eléctrica en los servicios del buque.Dentro de los sistemas de generación diesel eléctricos hay que reseñar los sistemas:


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- “Azimut”, en los que la hélice está montada en una barquilla orientable y elmotor eléctrico de propulsión está en el interior del casco.

- “Azipod”, en los que la hélice está montada en una barquilla orientable y el

motor eléctrico de propulsión está en la barquilla.En el sistema tradicional el propulsor es un motor eléctrico conectado una línea deejes que acaba en el propulsor, situado a popa del buque (sistema similar al de motordiesel).Además del motor propulsor que es el principal consumidor de energía del buque,hay que resaltar los motores de los grupos auxiliares como el segundo consumidor deenergía.

El buque es autónomo en su funcionamiento y necesita energía para sus equipos yservicios, tanto del equipo propulsor, como del buque, de la tripulación o de lacarga; y tanto cuando está navegando, como cuando tienen el equipo propulsor parado. Esta energía se suministra principalmente como energía eléctrica; y en segundolugar y en mucha menor proporción, como energía de vapor o aceite calentado.A fin de dimensionar la potencia requerida de los motores auxiliares (los cuales son,en la mayor parte de los casos, por motores semirrápidos) se calcula un balance

eléctrico en la diferentes condiciones de navegación, crucero, maniobra y puerto conoperaciones de carga o/y descarga o sin operaciones.Los buques más modernos están equipados con los denominados “generadores de

cola” que consisten en generadores eléctricos conectados al generador de cola

mediante equipos multiplicadores y que pueden estar engranados o no. Estos equipossuministran la energía eléctrica cuando el buque está en navegación de crucero. La problemática que presentan estos sistemas de generadores de cola es que deben

trabajar en un margen de revoluciones muy estrecho lo que hace que si el buquelleva hélices de paso fijo su uso es muy se limita a cuando las condiciones de la marson muy buenas y el motor propulsor trabaja sin variar las revoluciones.Este problema se soluciona en gran medida en los equipos propulsores dotados dehélices de paso controlable, preparados para navegar en condiciones de revolucionesconstantes absorbiendo las variaciones de resistencia y por tanto de potenciarequerida variando el paso de la hélice en vez de variar la revoluciones, lo que permite el uso de generadores de cola en condiciones de mar peores.


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Además de los equipos de generación de energía eléctrica los buques suelen requerirvapor para el calentamiento del fuel oil; y, dependiendo de la carga que lleven parael calentamiento de la carga.

Asimismo, en el caso de que naveguen por zonas con temperaturas muy bajas,disponen de vapor para evitar que el agua de lastre se congele y para eliminar elhielo que se forma. Este vapor se produce durante la navegación mediante elaprovechamiento de la energía de los gases de escape de los motores dieselmediante intercambiadores de calor dispuestos en las conducciones de gases deescape. Para su producción, en puerto o cuando los gases de escape no suministrantodo el vapor requerido, los buques disponen de calderas de vapor alimentadas con

fuel oil.Asimismo, el buque lleva un equipo incinerador para la quema de residuos, el cualusa fuel oil.


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Las energías renovables

El término, energía renovable, engloba una serie de fuentes de energía que en teoría nose agotarían con el paso del tiempo. Estas fuentes serían una alternativa a las otrasllamadas convencionales (no renovables) y producirían un impacto ambiental mínimo.

Energía solar

La energía solar es la energía procedente de la radiación solar incidente sobre lasuperficie de la Tierra. Se debe tener en cuenta que el Sol es el origen de otras fuentesde energía como la eólica o la biomasa.

La potencia de la radiación solar varía según el momento del día y el año, lascondiciones atmosféricas que la amortiguan y la latitud. La intensidad de la radiaciónsolar en el borde exterior de la atmósfera, si se considera que la Tierra está a sudistancia promedio del Sol, se llama constante solar, y su valor medio es de 1000 W/m².Sin embargo, esta cantidad no es constante, ya que parece ser que varía un 0,2% en un periodo de 30 años.


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La radiación solar se divide en tres componentes: directa, difusa, y reflejada. Laradiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin reflexiones orefracciones intermedias.

La difusa es la emitida por la esfera celeste gracias a los múltiples fenómenos dereflexión y refracción solar en la atmósfera, en las nubes, y el resto de elementosatmosféricos y terrestres, es la que comúnmente se conoce como“claridad”. Finalmente,la reflejada es la procedente de la reflexión del suelo o de cualquier superficie próxima(paredes, piedras,…). A la suma de estas tres componentes se le conoce como radiación global. Según lascondiciones atmosféricas predomina una u otra componente. Los días despejados

predomina la componente directa sobre la difusa, mientras que en los días nublados predomina la difusa sobre la directa.La radiación solar puede aprovecharse tanto por su capacidad para calentar como por sucapacidad de generar electricidad al incidir sobre determinados semi-conductoresgracias al “efecto fotovoltaico”, de ahí surge la tecnología de aprovechamiento solar

denominada energía solar fotovoltaica.En los últimos años en España se han colocado un gran número de instalaciones que

aprovechan la energía del Sol, bien para producir calor o bien para generar electricidad.Se prevé que este tipo de sistemas se generalicen.

Energía solar térmica

Existen distintos sistemas de aprovechamiento térmico de la energía procedente del Sol.En una primera clasificación se pueden dividir en sistemas de aprovechamiento solaractivos y pasivos.

La tecnología solar pasiva es el conjunto de técnicas dirigidas al aprovechamiento de laenergía solar de forma directa, sin la utilización de equipos o elementos mecánicos niaporte externo de energía. Dentro de este tipo de tecnologías se encuentran las cocinassolares, sistemas de ganancia directa solar para el calentamiento de espacios, chimeneassolares,… Es la forma más antigua de aprovechamiento de la energía solar. Tradicionalmente, y enausencia de los medios actuales, las construcciones se diseñaban conforme a las


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particularidades del clima local, aprovechando al máximo los rayos solares en climasfríos, y protegiéndose de ellos en climas cálidos.La tecnología solar activa se refiere a aquellos sistemas utilizados para transformar la

energía solar en calor utilizable usando dispositivos artificiales y equipamientosmecánicos o eléctricos, tales como bombas y ventiladores.Los sistemas que utilizan captadores o concentradores solares se suelen encuadrardentro de esta tecnología. El principio de funcionamiento de estas instalaciones sueleser el siguiente. Un equipo se encarga de absorber o concentrar la energía de laradiación solar y la transmite a un fluido intermedio. Este fluido caloportador es el quetransmite el calor a otro circuito donde se encuentra el fluido que queremos calentar.

En función de la temperatura demandada, estos sistemas se pueden clasificar en tresgrupos.

Energía solar fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica se obtiene a partir de la conversión directa de la radiaciónsolar en electricidad mediante el efecto fotovoltaico. El efecto fotovoltaico se producecuando los fotones de la luz solar inciden sobre una célula fotovoltaica (dispositivo

formado por capas de semiconductores dopados), donde pueden ser reflejados,absorbidos, o pueden pasar a su través. Únicamente los fotones absorbidos generanelectricidad. Cuando un fotón es absorbido, la energía del fotón se transfiere a unelectrón de un átomo de la célula fotovoltaica.Con esta nueva energía, el electrón es capaz de escapar de su posición normal asociadacon un átomo para ser atrapados por un campo eléctrico y formar parte de una corrienteen un circuito eléctrico.

Un conjunto de células fotovoltaicas interconectadas entre sí, encapsuladas,generalmente en acetato de etil-vinilo, cubiertas por un vidrio en la parte anterior y porun substrato de plástico o metálico en la parte posterior, y todo herméticamente cerradocon un marco de aluminio anodizado, constituyen lo que se denomina un módulo o panel fotovoltaico. El módulo fotovoltaico es la unidad principal de las instalacionesfotovoltaicas.


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Energía eólica

La energía eólica es la que se aprovecha de la energía cinética que tiene el viento para producir un trabajo mecánico que se puede utilizar para generar electricidad. Cuando se

da el proceso completo, la máquina que lo realiza se denomina aerogenerador. Si se produce trabajo mecánico pero no se genera electricidad entonces la máquina se llamaaeromotor.Las máquinas eólicas se suelen clasificar según la posición del eje de rotación conrespecto a la dirección del viento, pudiéndolos dividir en dos categorías principales:

- Molinos de eje horizontal. Máquinas eólicas en las cuales el eje de rotación es

paralelo a la dirección del viento. Son los más habituales. Existen diferentesconfiguraciones de turbinas eólicas: monopala, bipala, tripala y multipala. Elaumento del número de palas disminuye la velocidad de rotación, aumenta elrendimiento y encarece el precio de estas turbinas

- Molinos de eje vertical. Máquinas eólicas en las cuales el eje de rotación es perpendicular a la superficie terrestre y a la dirección del viento. Existen dos

diseños básicos de rotores de eje vertical: aerogeneradores Savonius (trabaja bien con vientos débiles y mal con vientos fuertes pero es poco eficiente) yDarrieux (muy eficiente pero presenta problemas de arranque).

Energía obteni da de los oceános

Los océanos actúan como sistemas trasmisores y de almacenamiento de energía. Existendistintas fuentes de energía derivadas de la dinámica de los océanos:

- Energía de las olas (undimotriz): Aprovechamiento de la fuerza de las olas.- Energía de las mareas (maremotriz): Aprovechamiento de la energía de las

mareas. La amplitud de las mareas tiene que ser superior a 5 metros. Además, laconfiguración de la costa tiene que ser adecuada para embalsar gran cantidad deagua sin necesidad de realizar una gran obra civil.

- Energía de las corrientes marinas: Aprovechamiento de la energía de lascorrientes marinas.


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- Energía térmica oceánica (maremotérmica): Aprovechamiento del gradientetérmico de los océanos. Se basa en la diferencia térmica que existe entre lasuperficie y las profundidades del mar. Se precisa una diferencia térmica mínima

de 20 ºC.- Energía de ósmosis: Aprovechamiento energético del gradiente de salinidad en

aguas de diferente concentración salina. En función de las características de lacosta y de la dinámica marina de cada zona se podrán aprovechar un tipo u otrode energía, habiendo lugares donde sea rentable explotar varios tipos a la vez yotros donde no sea rentable ninguno.

Energía de la B iomasaDurante gran parte de la historia de la humanidad la biomasa junto con la energía solar,ha sido una de las únicas fuentes de energía térmica utilizada por el hombre.Hasta la llegada de la Revolución Industrial, la biomasa ha resuelto muchas de lasnecesidades de calor e iluminación tanto en la vida cotidiana como en diversasaplicaciones industriales.Actualmente sigue teniendo un importante papel como fuente de energía renovable y no

contaminante. El hombre utiliza los residuos forestales o agrícolas generadosdirectamente de los bosques o del campo para aprovechar la energía. También sereciclan las basuras de los residuos sólidos urbanos que constituyen otro caso singularde biomasa donde no se obtiene un aprovechamiento directo de la energía pero sí de lamateria prima. En este caso se obtiene lo que llamamos “compost” q ue posteriormentese podrá utilizar de abono. Se entiende por biomasa el conjunto de materia orgánica,tanto vegetal como animal, así como los materiales que proceden de su transformación

natural o artificial, susceptible de aprovechamiento energético.En esta definición se engloba un gran número de productos con diversos orígenes y concaracterísticas muy diferentes, como por ejemplo: los residuos de actividades forestalesy agrícolas (leñas, restos de podas, clareos, paja de cereales,..), los residuos de lasindustrias agroforestal, de la madera o del papel (serrínes, cáscaras de frutos secos,huesos de aceitunas, licores negros,…) o los residuos de origen animal o humano

(purines, estiércol, residuos sólidos urbanos,…). También se consideran biomasa los

denominados cultivos energéticos, que son cultivos de plantas de crecimiento rápido


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destinados únicamente a la obtención de energía o como materia prima para laobtención de otras sustancias combustibles como los biocarburantes. Ejemplos decultivos energéticos pueden ser la colza, el sorgo, el cardo o el chopo.

Algunos de estos residuos, en vez de utilizarse directamente, son sometidos a un proceso de trituración, secado y compactación dando lugar a productos máshomogéneos y con una mayor densidad energética, como las briquetas o los palets.Para aprovechar energéticamente la biomasa se utilizan distintos procesos.

Biocarburantes Constituyen una alternativa a los combustibles tradicionales en el área del transporte,

con un grado de desarrollo desigual en los diferentes países.Bajo esta denominación se recogen dos líneas totalmente diferentes, la delbioetanol yla delbiodiesel.

Bioetanol Las principales aplicaciones van dirigidas a la sustitución de la gasolina ó a lafabricación de ETBE (Etil- ter-butil eter, aditivo oxigenado de elevado índice de octanoque se incorpora a la gasolina)

En el caso del etanol, y en lo que se refiere a la producción de materia prima,actualmente se obtiene de cultivos tradicionales como el cereal, maíz y remolacha, que presentan un alto rendimiento en alcohol etílico. En el futuro se apunta a obtenercultivos más baratos ó variedades de los citados anteriormente orientadas a optimizar suuso en aplicaciones energéticas.

La novedad tecnológica en los procesos de transformación, podría venir por laaplicación de procesos de hidrólisis a productos lignocelulósicos, con lo cual seobtendría una materia prima barata de cara a los procesos de fabricación de etanol.

Biodiesel La principal aplicación va dirigida a la sustitución de gasóleo.

Las tecnologías para la producción de biodiesel, en la actualidad parten del uso de lasvariedades comunes de especies convencionales como el girasol y la colza. En un futurose apunta a variedades orientadas a favorecer las cualidades de producción de energía.


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Paralelamente se irán incorporando nuevos productos agrícolas y aceites usadoscomomaterias primas.

Su uso suele ser mezclado con gasóleo en proporciones inferiores al 50%.

Biogás El biogás se obtiene por la acción de un determinado tipo de bacterias sobre los residuos biodegradables, utilizando procesos de fermentación anaerobia. Dentro de los residuos biodegradables se engloban :

- Los residuos ganaderos- Los lodos de las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR)

- Los residuos biodegradables de instalaciones industriales (Son industrias comola cervecera, azucarera, conservera, alcoholera, la de derivados lácteos, laoleícola, la alimentaria y la papelera las que generan éste tipo de residuos)

- La fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (RSU)

Energía h idráulica

Se denomina energía hidráulica a aquella que se obtiene del aprovechamiento de las

energías cinética y potencial de la corriente de los ríos. El aprovechamiento de laenergía hidráulica tiene lugar en las centrales hidroeléctricas, que convierten la energíacinética y/o potencial del agua en energía mecánica, a través de una turbina, y ésta, a suvez, es transformada en energía eléctrica por un alternador acoplado a la turbina. Estasinstalaciones pueden ser:

- Centrales de agua fluyente , aquellas que aprovechan la energía cinética de lacorriente fluvial. Pueden ser: con canal de derivación, derivan una parte del caudal del río por medio de

canales y tuberías forzadas hacia la central y una vez utilizado lo devuelvenal río.

sobre el curso fluvial, cuando no tienen canal de derivación y las turbinasestán en el mismo curso del río.

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- Centrales de acumulación , aquellas que tratan de aprovechar, mediante undesnivel, la energía potencial contenida en la masa de agua. Pueden ser: a pie de presa, las turbinas se sitúan al pie de las presas y aprovechan el salto

creado por el embalse. de bombeo, constituida por dos embalses en los que el agua contenida en el

embalse situado en el nivel más bajo, es bombeada durante las horas demenor demanda eléctrica (horas valle) al embalse situado a la cota más alta,con el fin de reutilizarla para la producción de energía eléctrica en las horasde mayor demanda (horas punta).

- Centrales mixtas , con embalse y canal de derivación. Se denominan mini

centrales hidráulicas aquellas cuya potencia instalada es menor de 10 MW.

Energía geotérmica

La energía geotérmica es la energía calorífica contenida en el interior de la Tierra que setransmite por conducción térmica hacia la superficie, la cual es un recurso renovable yde alta disponibilidad. En algunas zonas del planeta, es posible aprovechar este calor para accionar turbinas eléctricas o para calentar. Hay dos tipos fundamentales de áreas

térmicas:- sistemas hidr otérmi cos , que contienen agua, a alta presión y temperatura,

almacenada bajo la corteza de la Tierra en una roca permeable cercana a unafuente de calor;

- sistemas de roca caliente , formados por capas de roca impermeable querecubren un foco calorífico. Para aprovechar este último se perfora hastaalcanzarlo, se inyecta agua fría y ésta se utiliza una vez calentada.


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Energías renovables aplicadas a buques mercantes

Ahora que conocemos las diferentes formas de energías renovables con las que

contamos, pasemos a ver su aplicación al medio marino, en especial a los buquesmercantes. Antes de empezar este apartado comentar que hemos de tener en cuenta que para una óptima sostenibilidad, no sólo hemos de contar con estas energías, tambiénhemos de cumplir con unas normas de eficiencia energética a bordo, de manera que elaprovechamiento de los recursos irá ligado a su ahorro, por medio de nuevos equipos ytecnología y de un uso responsable.

COMBUSTIBLES

Gas licuado de petróleo (GL P)

Se trata de una mezcla gaseosa de butano y propano que se almacena a presión (15 atm)en estado líquido. Es más denso que el aire, lo que implica que su aplicación a buques para propulsión sea más delicada por razones de seguridad; asimismo el almacenajedebe realizarse en tanques independientes y requiere la implantación de sistemas decontrol, seguridad, detección de gases y otros elementos más exigentes y complejos que

en el caso del gasóleo o de la gasolina.El coste de este gas es inferior al de la gasolina y la experiencia demuestra ahorros eco-nómicos medios de un 34% debido al combustible.El impacto ambiental derivado de esta medida es muy importante y muy positivo, puesse elimina totalmente el riesgo de vertido de hidrocarburos al mar, a la vez que sedisminuyen las emisiones.

Biodiesel

Su uso es factible técnicamente y se podrían utilizar los mismos motores que hay en el barco, aunque su empleo hace disminuir el rendimiento del motor. Su almacenaje norequiere medidas de seguridad especiales.Las emisiones de CO2 son menores pero no así las de NOx. No obstante, los derramesen el agua resultan menos contaminantes.


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Gas natur al li cuado (GNL )

La aplicación del gas natural licuado ha sido estudiada en diferentes proyectos ya que esun combustible que efectivamente se puede considerar una alternativa factible.

Menos denso que el aire, está compuesto principalmente por metano. Se trata de uncombustible alternativo técnicamente adecuado. Sin embargo, el rendimiento de unmotor de gas natural es menor que el de un motor diesel y se necesita mucho espacio para los tanques.Comparado con otros combustibles, el gas natural presenta ventajas desde el punto devista medioambiental ya que reduce los óxidos de nitrógeno en más de un 85%, prácticamente no emite partículas, no contiene plomo ni trazas de metales pesados,

contribuye a la reducción de emisiones de CO2 y reduce la contaminación acústica.La propulsión mediante GNL está en pleno desarrollo, existiendo en la actualidadsolamente en buques noruegos en operación.

ENERGÍA EÓLICA

La aplicación de sistema de propulsión eólica en barcos se ha utilizado desde los inicios

de la navegación en diferentes modalidades: velas, cometas, spinnakers… No obstante,la incorporación de motores térmicos a las flotas relegó el uso del viento a barcos derecreo y competición. En los últimos años el incremento del coste del combustible fósilunido a la necesidad de reducir las emisiones contaminantes a la atmósfera estávolviendo a plantear el uso del viento para obtener energía de apoyo en la propulsión delos barcos.Varias empresas trabajan en la aplicación del uso de cometas para propulsión de buquesmercantes. Existen además barcos de pasajeros, como cruceros, y de pesqueros japoneses que utilizan velas tradicionales en propulsión. En Dinamarca y Japón hay barcos que han sido dotados con velas rígidas como elemento de propulsión auxiliar,que producen más empuje que las velas convencionales. No obstante, la resistencia delas velas perjudica el rendimiento global cuando la intensidad del viento no es suficienteo empuja en sentido contrario.


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Otra opción son las cometas. Una compañía alemana (SkySail) ha desarrollado unsistema basado en el mismo principio que el kiteboarding, adaptable a buques nuevos ya casi todos los buques o embarcaciones en activo. Consiste en un ala que se infla con

aire a presión y que se eleva hasta 300 m sobre la superficie del mar, para buscar losvientos más favorables. Dependiendo de las condiciones de viento predominantes lacompañía asegura alcanzar una reducción del coste anual de consumo de combustibleentre un 10 y un 35%, con picos máximos de 50% de ahorro.Las primeras pruebas piloto están en operación en barcos cargueros, y se están proyectando en la aplicación de arrastreros y yates. Otras empresas, como Kiteship yKiteforsail, están desarrollando otros sistemas experimentales.

Las ventajas de la cometa frente a las velas es que:• Necesita poco espacio para su instalación e inte rrumpe menos en el trabajo encubierta.• El montaje es sencillo y poco costoso.

• Tiene un sistema de control automático desde el puente de mando.

• La cometa trabaja a una altura de 200 -300 m, lo que supone vientos más fuertes yhomogéneos.

Sistema Skysails

La empresa alemana Skysails ha creado un sistema de propulsión con viento para barcosde gran tamaño, como los grandes mercantes y cargueros, renovando así el concepto devela de toda la vida. Se trata de una especie de cometa en forma de parapente gigante deunos 160 metros cuadrados, el tamaño aproximado de una cancha de baloncesto. El SkySails-System consta de tres componentes principales: una cometa de tracción con

una cuerda para el lanzamiento, un sistema de recuperación, y un sistema de control defuncionamiento automático. Del mástil especial controlado y construido en la proa del barco surge la cometa.Esta especie de “vela” se eleva hasta los 300 metros, aprovechando así las fuertescorrientes de viento existentes a esa altitud y genera fácilmente cinco veces más la potencia propulsora por metro cuadrado de superficie que las velas convencionales. Enfunción de las condiciones de viento encontradas, el barco podría avanzar encombinación con sus motores principales y aliviando a éstos.


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Los logros conseguidos hasta ahora nos muestran como un gran barco mercantil de unos140 metros gastarían un 30 % menos de combustible y reduciría en un 20 % la emisión de CO2. Existen cargueros que según estudios ecologistas pueden emitir tanta

contaminación como 50 millones de coches.Cada año podría significar 100 millones de toneladas menos de CO2 emitidas a laatmósfera y menos contaminación sonora, que aunque no lo sepamos, es fundamental para que algunas especies marinas como las ballenas puedan sobrevivir sin ver alteradosu hábitat.

Su inventor Stephan Wrage cree que puede revolucionar el transporte marítimo de

mercancías. Según confirman algunos entendidos en la materia, este nuevo sistema puede ser de gran ayuda para barcos pesqueros, súper-yates o mercantes de gran tamañoa partir de los 24 metros de longitud.El gerente y fundador de la naviera grupo Beluga Shipping Niels Stolbergs, se interesóen la tecnología de Skysails y construyeron un barco de 140 metros con el que sehicieron las primeras pruebas. Según dijo, “El crecimiento continuado de los precios del

combustible, obliga a las navieras a buscar alternativas competitivas de cara al futuro”. El objetivo de Skysails sería equipar a 1500 buques para 2015. Considerando que las pruebas mostraron que se puede ahorrar unos 1119, 66 euros diarios, esto nosdaría 1.679.490 euros de ahorro en combustible cada día. En principio parece una buenanoticia para la adaptación de este sector a las necesidades ambientales.

Sistema Enercon

El buque "E-Ship 1" ha salido el 2 de Agosto de 2008 de los Astilleros Lindenaude laciudad de Kiel (Alemania). Su eslora y su manga son 130 y 22,5 metros

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respectivamente. Según el director del proyecto Dirk Lindenau, es actualmente el veleromás moderno del mundo pues a sus dos motores diésel de 3,5 kW le asisten cuatroturbovelas (rotores verticales) de 25 metros de altura desarrolladas por el constructor de

aerogeneradores germano Enercon.

El principio físico en el que se sustenta esta aplicación es el muy conocido efectoMagnusdescubierto en 1853 por Heinrich Magnusy que Anton Flettner (centro) utilizóen 1920 basándose en que se aprovecha el viento por un lado del rotor (viento decostado) para producir un empuje perpendicular (hacia proa) en virtud de la depresióngenerada por el giro lento del cilindro. Es el mismo efecto que aparece en las pelotas de

fútbol, ping-pong, golf, tenis o cricket cuya trayectoria se aparta de la línea recta cuandoéstas avanzan en rotación. En ese año, Flettner demostró sus teorías con el buque"Buckau" (izqda) y en 1980 el oceanógrafo francés Jacques Yves Cousteau lo imitó consu buque "Alcyone" (dcha). En cualquier caso los técnicos de Lindenau han previsto una reducción del 50% en consumo y emisiones.

Sistema Tal l Shi p

Buque a motor que instala en la cubierta mástiles, de donde salen velas (normalmenterígidas) para ayudar al empuje y reducir el gasto de carburante.

http://en.wikipedia.org/wiki/Magnus_effecthttp://en.wikipedia.org/wiki/Magnus_effecthttp://ingenieriamaritima.spaces.live.com/wiki/Heinrich_Magnushttp://ingenieriamaritima.spaces.live.com/wiki/Heinrich_Magnushttp://en.wikipedia.org/wiki/Magnus_effecthttp://en.wikipedia.org/wiki/Magnus_effect


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ENERGÍA SOLARA continuación veremos algunos ejemplos de buques que utilizan la energía solar parasu funcionamiento:

El Auri ga Leader , es un carguero desarrollado conjuntamente por Nippon Yusen (lamayor compañía de transporte marítimo del Japòn) y Nippon Oil, es el primer buquetransoceánico en utilizar energía fotovoltaica y tiene 328 paneles solares a bordo, que producen 40 kilovatios de potencia. Esta energìa es suficiente para generaraproximadamente el 0,3% de la energía necesaria para el motor y un 7% de laelectricidad que necesita para la iluminación y otros fines.

Esto puede parecernos insuficiente, pero debemos considerar que este Barco de casi 200metros de eslora y con un peso total de más de 60.000 toneladas, es un autèntico gigantede los mares. El Auriga Leader es utilizado para el transporte de automóviles Toyota avarios mercados extranjeros. 6.400 vehículos pueden llevarse a bordo. Nippon Yusen y Nippon Oil invirtieron un total de US $ 1,68 millones en el sistema de

paneles solares.


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Su primer viaje lo realizó en 2009, tras salir del puerto nipón de Kobe. La generaciónsolar es más bien testimonial, pero puede servir de ejemplo para el resto de grandes buques comerciales: la alta toxicidad de su combustible provoca una contaminación 240veces mayor que los 760 millones de coches que hay en el mundo

La empresa japonesa Eco Marine Power (EMP), ha presentado recientemente un nuevoconcepto en diseño de buques denominadoAquarius con sistemas de energía renovablemarina (MRE), permitiendo al barco aprovechar la energía eólica y solar.

El Aquarius incorpora tecnologías en ahorro de combustible y reducción de emisionescontaminantes, que incluye una variedad de elementos tales como paneles solares,módulos de almacenamiento de energía, un sistema informático de control y unavanzado diseño de vela rígida.

http://www.fierasdelaingenieria.com/barcos-con-sistemas-de-energia-renovable-marina-aquarius/


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Los ingenieros de EMP comentaban que el nuevo concepto es el resultado de un proyecto de estudio para optimizar el diseño de un barco de tránsito oceánico, como pueda ser un granelero o un petrolero. Todas las investigaciones llevadas sobre el

terreno, forman parte del esfuerzo de la compañía para el desarrollo de buques de altamovilidad hacia un futuro más sostenible.Los nuevos sistemas han sido diseñados para ser altamente flexibles y configurables conel fin de que pueda instalarse en una gran variedad de tamaños y tipos de buques,incluidos los de clase granelero-petrolero, buques oceanográficos, buques de pasaje y buques de superficie no tripulados.

Aparte de los sistemas de energía renovable marina, también se encuentra equipado conotras medidas de ahorro de combustible, tales como un sistema de propulsión eléctricaavanzada, un diseño optimizado del casco y tecnologías de recuperación del calor. Lacombinación de estas tecnologías podría resultar en un ahorro de combustible de másdel 40%, así como la reducción en la emisión de gases nocivos como los óxidos deazufre (SOx) y óxidos de nitrógeno (Nox), además de una disminución en las emisiones

de carbono de los buques.Este novedoso diseño puede incluir células fotovoltaicas para un sistema solar de 1MWp o de mayor capacidad, además de suficientes módulos de almacenamiento deenergía, que pueden ser cargados a través de los paneles solares o los generadores principales del buque, de modo que el barco no tendría necesidad de utilizargeneradores diesel auxiliares.

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Todas estas tecnologías han sido diseñadas teniendo en cuenta la realidad operacionalde los barcos en alta mar, incluyendo características de seguridad especialmente

pensadas para garantizar un producto de alto nivel.La compañía ahora está planeando trabajar con una empresa fabricante de buques paradesarrollar el concepto, además de llevar a la realidad otros novedosos enfoques dediseño. Con el fin de producir una versión comercial del nuevo Aquarius, EMP pondrá a prueba su sistema de energía renovable marina, tratando de cooperar con los asociados para el desarrollo adicional, así como con los inversores estratégicos para lafinanciación.Sus constructores pretenden demostrar que este sistema renovable es posible en alta mary recuerdan las ventajas de esta energía limpia, e inagotable. Así lo han visto otrosconstructores de grandes buques transoceánicos o catamaranes turísticos de diversostamaños, algunos de ellos fabricados en España, y con diseños llamativos, innovadoreso caseros.

El mayor barco de energía solar, elTuranor ha marcado un nuevo récord mundial, esverdaderamente un logro asombroso. El PlanetSolar Turanor de Tolkien se boto en

marzo de 2010 en Kiel, Alemania.

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La circunnavegación eléctrica ha tomado alrededor de 585 días para completar a unavelocidad promedio de alrededor de 2,63 nudos, se encuentra en el tramo final de unrecorrido alrededor del mundo, la primera vez que alguien ha logrado dar la vuelta al

mundo propulsado exclusivamente por energía solar. El enorme barco de 8,5 toneladasde hidrodinámicas líneas dispone de 703 paneles solares por toda su cubierta, bateríasde alta capacidad a prueba de agua salada o sistemas de navegación para aprovechar almáximo la luz solar.MS Turanor PlanetSolar comenzó su odisea alrededor del mundo en Mónaco el pasado27 de septiembre 2010. El catamarán equipado con una capa de células fotovoltaicas para captar la energía del sol, es a la vez un testimonio de la tecnología de vanguardia y

el empuje de que la prueba de las expediciones marítimas se pueden hacer con fuentesde energía limpias. El barco de cuatro tripulantes hizo escala en Miami, Cancún,Brisbane, Hong Kong, Shanghai, Singapur y Abu Dhabi para promover las tecnologíaslimpias de la nave en un viaje histórico.

¿Cuáles serán las embarcaciones de recreo en el futuro? Mientras que la tecnologíamejora y los costos del combustible suben, es poco probable que los barcos que crucenlas aguas dentro de 50 o 100 años se vean igual de como lo hacen hoy en día.A medida que el transporte ecológico está cobrando impulso, muchas ideas nuevas einnovadoras están surgiendo día a día con la promesa de un futuro más “verde”. El

transporte es una de esas áreas en donde las nuevas ideas que respeten del medioambiente están tomando forma. Viejos barcos de gas están siendo reemplazados por losnuevos barcos propulsados por fuentes de energía renovable y ojala vaya rápida laevolución, por el bien de todos.


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ENERGÍA TÉRMICALos nuevos desarrollos en la tecnología de almacenamiento de energía térmica, debidofundamentalmente a los avances en la generación solar, ofrece la oportunidad de volver

a introducir la propulsión por vapor a los barcos y buques que navegan distanciasrelativamente cortas.aunque en una fase muy preliminar y según un estudio presentado en The MaritimeExecutive, el potencial de almacenamiento de energía térmica para propulsión en un barco de vapor moderno, posibilita sustituir los convencionales sistemas de generación por turbinas asociadas a generadores utilizando así un accionamiento eléctrico.La industria de energía solar térmica se ha visto en la necesidad de desarrollar alguna

forma de almacenamiento de energía que permita que las centrales térmicas solaressigan proporcionando la energía eléctrica después de la puesta del sol, o durante cortos períodos de nubosidad. Algunos de los sistemas de almacenamiento pueden consistir engrupos de acumuladores bien aislados que puedan contener agua saturada a alta presión,mezclas de sales fundidas con acumulación de calor latente, etc.El tamaño de un barco de cabotaje ofrece posibilidades para llevar a cabo dichaimplementación y el mar proporciona un disipador de calor natural para mantener el

funcionamiento de un condensador de vapor marino. Un sistema de energía solartérmica de almacenamiento de energía de 28.000 toneladas de mezcla de sales fundidas puede desarrollar 50 MW en 7,5 horas. El sistema de los flujos de la mezcla fundidaentre los tanques de almacenamiento y las calderas, con un peso de unas 20.000toneladas, más unas 1.000 toneladas de equipo de motor constituyen menos del 5% del peso muerto a plena carga del buque y pueden proporcionar, como se ha dicho, unas 7.5horas de servicio.

Entre las posibles rutas en las que se podría aplicar se citan las travesías entre Barcelonay las Islas Baleares o incluso entre Barcelona y Argel.

H I DRÓGENO

La aplicación de hidrógeno a barcos está en fase de desarrollo y se puede decir que lossistemas de pila de combustible y de hidrógeno, para ser competitivas, deben reducirdrásticamente el precio. Su implantación sólo será posible si se produjera unaimportante subida del precio del petróleo.


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Es interesante el papel de las energías renovables en la fabricación de hidrógeno, pueséste sería un combustible muy adecuado para trasladar al barco la energía producida entierra.

Destaca el proyecto CENIT SPHERA en el campo de la investigación de laaplicabilidad del hidrógeno en el sector naval.La vida útil de las baterías es otro factor limitante por su baja autonomía. Además lafiabilidad de las pilas de combustible es limitada, pues el stack o conjunto demonoceldas que generan corriente a partir del hidrógeno es un elemento muy sensible ycon una vida útil muy pequeña. Comparativamente con cualquier motor de combustióninterna este sistema no es competitivo.

Por otro lado el almacenamiento de hidrógeno en aplicaciones navales es un puntocrítico que requiere una especial atención desde el punto de vista de la seguridad.En cuanto a sistemas de presión habría que adaptar los modelos existentes enaplicaciones terrestres al uso marino; respecto a los hidruros metálicos, y dada la mayorseguridad de almacenamiento que ofrecen, sería necesario un avance tecnológico parareducir el peso de este tipo de almacenamiento, aspecto muy importante en el sectornaval.


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Bibliografía

Libros

Fundación asturiana de la energía. Energía y consumo. Ed. DPS S.L.Ministerio de Industria, Turismo y Comercio. Gobierno de España.

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Pági nas web

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