Tendencias futuras en la propulsión naval

Evolución de la Propulsión Naval

Seminario: Tendencias futuras en propulsión naval

SEMINARIO: “Tendencias “Tendenci as futuras en propulsión naval”

Héctor de los Ojos Barroso

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03/05/2012

Evolución de la Propulsión Naval

Seminario: Tendencias futuras en propulsión naval

Índice Introducció Introducción n........................................... ................................................................. ............................................ ............................................. ................................. .......... 3 Mejoras estructural estructurales es............................................ ................................................................... ............................................ ....................................... .................. 4 Proa de bulbo ..................................................................................................................................... 4 Aleta de popa ..................................................................................................................................... 4 Hélices de mayor eficiencia ..................................................... ......................... ....................................................... ....................................................... ................................ ....4

Nuevos combustibl combustibles es ............................................ ................................................................... ............................................ ....................................... ..................5 Biodiesel ............................................................................................................................................. 5 Proceso de producción del biodiesel ................................................. ............................................. ............................ ................. 5 Ventajas........................................................ ............................ ........................................................ ........................................................ ...................................................... .......................... 6

Desventajas ..................................................................................................................................

6

Emisiones .....................................................................................................................................

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Sistemas Sistemas de propulsión propulsión.................................. ........................................................ ............................................. .............................................. ......................... .. 9 Propulsión diesel-eléctrica ................................................................................................................. 9 Propulsión acimutal (pod) ................................................................................................................ 10 Sistema Dolphin (Sam Electronics & Wärtsila) ............................. ................................................ ............................ .................... 11 Azipod (ABB) ...................................................... .......................... ....................................................... ....................................................... ................................................ .................... 12 Propulsión por helices contrarotativas-CRP (Counter rotating propeller) ........................................ ......................... ............... 13 Pilas o celdas de combustible ....................................................... ........................... ....................................................... .................................................... ......................... 15 Propulsión Magnetohidrodinámica (MHD) ...................................................................................... 17 Propulsión mediante motores duales ................................ ......................................................... ............................. ................................. .....21 Propulsión nuclear ........................................................................................................................... 22 Energía eólica ................................................................................................................................... 27 Velas rígidas ................................................................................................................................. 27 Cometas (Kytes)............................................................................................................................ 27 Energía solar en combinación con otras energías ......... ........................................................ ............................ ....................................... ........... 29

Bibliograf Bibliografía............ ía.................................. ............................................ ............................................ ............................................. .......................................... ................... 33

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Introducción La tendencia futura de los sistemas de propulsión naval, consiste en crear sistemas de mayores eficiencias energéticas o sistemas que consuman energías renovables, reduciendo las emisiones de gases contaminantes contaminantes a la atmósfera y los consumos de combustible. Esto es debido al problema del incremento del precio pr ecio del petróleo y con ello de los combustibles, así como la aplicación de normativas cada vez más estrictas en cuanto a emisiones contaminantes se refiere. Para satisfacer estas necesidades, sin perjudicar la duración del viaje, la potencia suministrada u otras características, ha provocado que las casas constructoras busquen nuevos sistemas y nuevas tecnologías de propulsión. Algunas nuevas tecnologías y otras ya conocidas con anterioridad, comienzan a ser rentables y de aplicación deseada, por lo que algunas de ellas comienzan a ser aplicadas en buques, mientras otras están únicamente en investigación. Además se han desarrollado mejoras estructurales en el casco del buque, lo cual mejora también la eficiencia, así como combustibles más limpios (biocombustibles, como el biodiesel), los cuales reducen las emisiones contaminantes, pudiendo ser empleados en motores convencionales.

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Mejoras estructurales Proa de bulbo La proa de bulbo reduce la formación de olas, así como la resistencia hidrodinámica del buque, incrementando la eficiencia energética. En un estudio de David Taylor para la marina de EEUU , demostró que una proa de bulbo apropiada en el buque destructor Arleigh Burke (DDG-51), reduciría su consumo en un 3,9%.

Bulbo de proa del destructor DDG-51

 Aleta de popa Es una placa relativamente pequeña situada en la parte inferior del espejo de popa, lo que alarga la superficie inferior del casco. Estas alteran el flujo de agua en la popa de modo que disminuyen la resistencia hidrodinámica, reduciendo el consumo de combustible entre un 6-7,5%.

Hélices de mayor eficiencia Actualmente, se está investigando en este campo. Se han creado hélices de materiales compuestos, los cuales reducen considerablemente el peso de la hélice, su coeficiente de fricción, reducción de ruidos y vibraciones, y lo que es más importante, un mayor ahorro energético.

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Nuevos combustibles Los nuevos combustibles en parte de origen biológico y se está trabajando en su mejora actualmente son el biodiesel y el bioetanol. El primero de ellos tiene un mayor interés para la industria naval (ya que trabaja en el ciclo diesel, mientras que el otro lo hace en el Otto), por lo que será el que se describa.

Biodiesel Se trata de un combustible que se obtiene por la transesterificación de trigliceridos (aceite). El producto obtenido es muy similar al gasóleo obtenido del petróleo y puede usarse en motores de ciclo diésel , aunque algunos motores requieren modificaciones. Como terminología general su empleo en motores de combustión interna puede realizarse al 100% puro (B100) o en mezclas de proporciones variables con gasoil (Ej. B20) 20%, biodiesel 80%, gas-oil, Proceso de producción del biodiesel

El proceso de transesterificación consiste en combinar el aceite (normalmente aceite vegetal) con un alcohol ligero, normalmente metanol , y deja como residuo glicerina que puede ser aprovechada por la industria cosmética, entre otras. La fuente de aceite vegetal suele ser aceite de colza , pues es la planta con mayor rendimiento de aceite por hectárea, aunque también se pueden emplear para su obtención aceites de: • Aceites vegetales convencionales

Aceite de girasol Aceite de colza Aceite de soja Aceite de coco Aceite de palma • Aceites vegetales alternativos

Aceite de Brassica carinata Aceite de Cynara curdunculus Aceite de Camelina sativa Aceite de Crambe abyssinica Aceite de Pogianus Aceite de Jatropha curcas • Aceites de semillas modificadas genéticamente Aceite de girasol de alto oleico • Grasas animales

Sebo de vaca Sebo de búfalo • Aceites de fritura usados • Aceites de otras fuentes

Aceites de producciones microbianas Aceites de microalgas Héctor de los Ojos Barroso

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Ventajas

El biodiésel es un carburante ecológico que posee grandes ventajas medioambientales: Es un combustible que no daña el medioambiente. Se produce a partir de materias primas renovables. No contiene prácticamente nada de azufre. Evita la emisiones de SOx (lluvia ácida o efecto invernadero). Mejora la combustión, reduciendo claramente emisiones de hollín( hasta casi un 55% desapareciendo el humo negro y olor desagradable). Produce, durante su combustión menor cantidad de CO2 que el que las No contiene ni benceno, ni otras sustancias aromáticas cancerígenas (Hidrocarburos aromáticos policíclicos). Es fácilmente biodegradable, y en caso de derrame y/o accidente, no pone en peligro ni el suelo ni las aguas subterráneas. No es una mercancía peligrosa (el punto de inflamación se encuentra por encima de 110º C). Posee un alto poder lubricante y protege el motor reduciendo su desgaste así como sus gastos de mantenimiento. Es el único combustible no contaminante alternativo a los motores de gasóleo convencional.   

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Desventajas 

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A bajas temperaturas puede empezar a solidificar y formar cristales, que pueden obstruir los conductos del combustible. Por sus propiedades solventes, puede ablandar y degradar ciertos materiales, tales como el caucho natural y la espuma de poliuretano. Es por esto que puede ser necesario cambiar algunas mangueras y retenes del motor antes de usar biodiesel en él, especialmente con vehículos antiguos. Sus costos aún pueden ser más elevados que los del diesel de petróleo. Esto depende básicamente de la fuente de aceite utilizado en su elaboración.

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Emisiones

↑Emisiones medias del Biodiesel (al 20% y al 100%) comparadas al Diesel  convencional 

↑Comparativa de emisiones entre Biodiesel 100% y Diesel 100% (en dos pruebas diferentes)

↑Comparativa del color de la llama con los diferentes combustibles Conclusiones

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La potencia disminuye cuando se utiliza Biodiesel como combustible o se aumenta su porcentaje en la mezcla, esto se debe al menor poder calorífico del biocombustible con respecto al del diesel convencional. El consumo de combustible aumenta para el biodiesel y sus mezclas entre 14% y 20% para B20 y B50 respectivamente, este aspecto tambien está relacionado con el menor poder calorífico del biocombustible. La opacidad de los humos disminuye en tanto se agrega biodiesel a la mezcla entre 20% y 30% para B20 y B50 respectivamente, dependiendo directamente de la afinación del motor y del buen estado de sus componentes (sistema de inyección).

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Sistemas de propulsión Propulsión diesel-eléctrica Se emplea desde hace décadas en aplicaciones marítimas. Tiene la ventaja de que un motor eléctrico puede proporcionar un par elevado a bajo régimen de giro, por lo que esto permite trabajar a los motores diesel en el punto de trabajo óptimo, independientemente de la velocidad de giro de la hélice. Otra diferencia respecto a un buque convencional, es que el buque convencional, la planta propulsora es una instalación diferente a la de generación de energía, mientras que en una diesel-eléctrica es la misma, no existiendo conexión mecánica directa entre motor térmico y hélice. Este sistema reduce la potencia total instalada de los motores, ya que las dos plantas pueden compartir reservas de energía. Esto también provoca que tenga un menor número de motores diesel, lo que provoca un menor coste de mantenimiento y menor inventario de respuestos, así como una mayor flexibilidad para la disposición de la sala de máquinas. Este sistema lo emplean por ejemplo los propulsores acimutales.

Comparación de eficiencia de la propulsión 

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Comparativa de la propulsión convencional con el sistema diesel eléctrico 

Propulsión acimutal (pod) Este sistema comenzó a desarrollarse hace más de 20 años y con el paso del tiempo se ha ido abriendo hueco en el mercado. Son hélices que pueden girar 360º sin necesidad de una línea de ejes. Estas hélices giran gracias a un motor eléctrico acoplado verticalmente al propulsor, eliminando la línea de ejes y reductoras evitando así sus pérdidas, alimentado por un alternador acoplado a un motor de combustión interna y situado en la sala de máquinas. Tiene las siguientes ventajas: Mejora de maniobrabilidad: Posibilidad de giro de 360º sobre su propia eslora, por lo que es adecuado para cruceros, rompehielos o remolcadores. Permite el posicionamiento dinámico del buque en aguas abiertas Incremento de eficacia respecto a sistemas tradicionales. Ahorro de espacio, trabajo y dinero, debido a la ausencia de grandes y pesados ejes, así como de elementos mecánicos, pudiendo emplear este espacio para la principal misión del buque. Bajo consumo de aceite. Reducción de ruido y vibraciones. Flexibilidad de diseño de de la sala de máquinas y de la popa del buque. Diseño modular del sistema propulsor. 

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Hélice acimutal (pod)

En este apartado, se describen dos sistemas de este tipo, de gran implantación en la actualidad: Sistema Dolphin (Sam Electronics & Wärtsila) Azipod (ABB)  

Sistema Dolphin (Sam Electronics & Wärtsila)

Desarrollado por Sam Electronics y Wärtsila. La principal novedad de este sistema, es la gran potencia de su motor eléctrico síncrono conectado directamente a la hélice, disponiendo de modelos de mas de 10MW y puede ser empleado en gran variedad de buques. Dispone de un sistema de monitorización de temperatura de los devanados y de rodamientos, etc…

 Rango

de potencias disponibles de los 

tres modelos de Dolphin.

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Diferentes  características de los tres modelos de Dolphin disponibles.

 Sistema

Dolphin 

 Azipod (ABB)

Desarrollado por ABB. Garantizan una mejora de eficiencia hidrodinámica de hasta un 15%. Un ejemplo de aplicación de este sistema es el trasatlántico Oasis of the seas de un desplazamiento de 220000 toneladas y 5400 pasajeros. La propulsión de este buque consta de tres unidades azipod de propulsión de 20MW (las mayores construidas).

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 Accionamientos

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de los motores de velocidad variable que 

controlan los azipod del Oasis of the seas.

 Unidades

azipod

del 

“Oasis of the seas” 

Propulsión por helices contrarotativas-CRP (Counter rotating propeller) Este sistema consta de una hélice principal accionada convencionalmente y una hélice aguas abajo alineada con el mismo eje y girando en sentido opuesto. La hélice principal está acoplada directamente al motor mientras que la hélice contarrotativa, accionada por un motor eléctrico sumergido dentro de una góndola. Estas hélices se conocen desde 1836. Son empleadas normalmente en torpedos y botes rápidos, aunque teniendo en cuenta sus grandes capacidades hidrodinámicas, no fueron empleadas como propulsoras en buques debido a la gran complejidad mecánica. Debido a la aparición de la hélice acimutal en los años 80, se sacó de nuevo a luz el concepto de las CRP . Por lo que en algunos buques mercantes japoneses se empleó. Se consiguen ahorros de potencia de hasta un 16% respecto a buques de hélices convencionales. Ha sido el desarrollo del propulsor pod por lo tanto lo que permitió el desarrollo de ésta.

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A veces este sistema recibe también el nombre de propulsión híbrida debido a que comprende dos subunidades propulsoras distintas (la hélice principal de paso fijo y el empujador acimutal tras ella, las cuales tienen una transmisión de potencia independiente). Las ventajas de este sistema son las siguientes: Gran maniobrabilidad y elevado rendimiento mecánico. Sustituye al timón. Permite recuperar la componente de velocidad rotacional marcha delante de la hélice principal. Debido a que la potencia es repartida en dos hélices, la carga en ellas se reduce, pudiendo así reducir el diámetro de estas, teniendo con ello la ventaja de que aumenta la separación con el casco, lo que reduce la trabsmisión de vibraciones y ruidos al casco.   

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 Hélices

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CRP 

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Predicciones de  rendimiento, basadas en ensayos de modelos, para un barco portacontenedore de  gran tamaño con propulsión monohélice (SS), bihélice (TS) y CRP Azipod   

Pilas o celdas de combustible Son dispositivos electroquímicos de conversión de energía similar a baterías, pero se diferencian en que está diseñada para permitir el reabastecimiento continuo de los reactivos consumidos. Además, los electrodos en una batería reaccionan y cambian según cómo esté de cargada o descargada; en cambio, en una celda de combustible los electrodos son catalíticos y relativamente estables. Han sido empleadas en 1959 para construir un tractor por Harry Ihrig de 15 kW de potencia y por la NASA desde 1960. En el sector naval, este sistema ha sido empleado únicamente en submarinos (desde el 2002) hasta el año 2008, cuando zarpa el primer barco de pasajeros propulsado por hidrógeno, siendo uno de los sistemas con mayores perspectivas de futuro. Es el caso de los submarinos de diseño alemán Type 212A (20 marzo de 2002) con pilas desarrolladas por Siemens), las cuales alimentan nueve propulsores y le permiten estar sumergido durante semanas sin salir a la superficie, o el caso de los submarinos españoles S-80 desarrollados por Abengoa (aun en construcción).

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Submarino S-80

El 29 de Agosto de 2008, el “FCS (Fuel cell Ship) Alterwasser”, se estrenó el primer 

barco de pasajeros propulsado por pilas de hidrógeno, haciendo travesías en el lago  Alster de Hamburgo. Es un barco del tipo “Zem Ship” (Zero emission ship) y tiene

capacidad para 100 pasajeros y consta de un sistema híbrido formado por dos células de combustible de 50kW, una batería de gel de plomo y un sistema regulador inteligente de intercambio de energía entre células y batería. Tiene capacidad de almacenaje de hasta 50kg de hidrógeno a 350 bar de presión, lo que le proporciona una autonomía de 3 días navegando a 15km/h. Para el repostaje, lo realiza en unos depósitos situados en un canal lateral del lago Alster.

  FCS

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Alterwasser 

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 Estación

de repostaje 

del FCS Alterwasser 

Propulsión Magnetohidrodinámica (MHD) Consiste en la propulsión de los buques sin órganos de partes móviles con ayuda únicamente campos eléctricos y magnéticos, empleando la Magnetohidrodinámica. El principio de funcionamiento está basado en que cuando un conductor transporta una corriente dentro de una región en la cual hay un campo magnético, este crea sobre el conductor una fuerza igual a la suma de las fuerzas magnéticas de las partículas cargadas. En el caso de los buques, una corriente eléctrica circula a través del agua del mar en presencia de un fuerte campo magnético que interactúa con el campo magnético generado por la corriente a través del agua. Por ello el agua de mar es la parte del móvil, la cual es empujada hacia la parte trasera del buque acelerandole en sentido del avance. La corriente empleada en estos equipos, se generan por grupos diesel-alternadores. El ajuste de potencia propulsora, se efectúa por medio de la variación de la inducción magnética o de la corriente del electrodo.

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 Principio

de  funcionamiento de la propulsión  MHD 

Propulsión  magnetohidrodinámica  empleando campos  externos 

Otra aplicación de este sistema es la generación eléctrica, mediante la conversión de energía cinética de un fluido en energía eléctrica. Este fluido circula a muy elevada velocidad por la expansión de un metal líquido o gas caliente en presencia de un campo magnético. Éste sistema permite la conversión energética sin el empleo de una turbina u otro sistema. Los nominados empleados para este sistema son de material superconductor.

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Generador MHD con paneles solares y metal líquido 

Este sistema es interesante debido a que no tiene partes móviles, lo que se traduce en un equipo silencioso, fiable, eficiente y económico. Su principal desventaja es que con la tecnología actual es más caro y lento que una hélice accionada por un motor convencional. En el siguiente esquema, se muestran las diferentes disposiciones en buques:

En la última fila de esta tabla se indican los prototipos construidos de cada modelo. Evolución histórica de este sistema: En 1958, Warren A. Rice patentó el primer sistema de propulsión de este tipo, denominado “Propulsion System” el cual empleaba un campo eléctrico y un flujo

magnético para crear un empuje en el agua de mar, la cual era capaz de propulsar un buque. En 1966, un grupo de investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara encabezados por Stewart Way, logró desarrollar y probar en 1936 el primer Héctor de los Ojos Barroso

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vehículo propulsado mediante esta tecnología, se trataba de un submarino de aproximadamente 400 kg, 3 m de eslora y 0,46 m de diámetro, el cual alcanzó en el canal de experiencias una velocidad de 0,4 m/s. La investigación de esta tecnología aplicada en buques, llegada a este punto, concluyó debido a que con la tecnología de la época, un submarino tipo polaris requeriría un peso de bobinas de alrededor de 500.000 t, hasta que apareció la tecnología de la superconductividad, la cual permite una reducción notable de la sección de los conductores y con ello el peso, lo que hizo volver a retomar investigaciones en esta tecnología. El 27 enero de 1 992, “Mitsubishi Heavy Industries” probó en Kobe (Japón) un buque con propulsores MHD, llamado Yamato 1 ycon velocidades de hasta 15km/h En 1998, se creó en China el HEMS 1, el cual dispone de unas bobinas superconductoras de 270 A y una eslora de 3,5m con velocidades entre 0,61 y 0,68 m/s con empuje de entre 40 y 45N.

Yamato 1

Propulsor  MHD del  Yamato 1

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Ensayo en canal del Hems-1

Propulsión mediante motores duales Este tipo de propulsión, está siendo cada vez más empleado en propulsión de buques gaseros por su nivel más reducido de emisiones nocivas y reducido mantenimiento que los motores alimentados con gas. Estos motores han sido desarrollados por Wärtsila y pueden trabajar tanto con combustible gaseoso como líquido. Con gas trabajan según el ciclo Otto empleando una premezcla pobre de aire y gas en la cámara de combustión, con lo que reduce las emisiones de NOx aumentando el rendimiento (debido a que aumenta la relación de compresión). Cuando el motor trabaja en modo dual: El gas es introducido al cilindro por la admisión durante la carrera de admisión, la mezcla se enciende mediante la inyecciñon de una pequeña cantidad de diesel en la cámara de combustión (inyección piloto). Para asegurar que las emisiones sean reducidas, la cantidad de este cobustible inyectada en la premezcla debe ser muy reducida (menos de 1%), obteniendo con ello unas emisiones de la décima parte de un motor diesel convencional. Cuando este motor trabaja con gas, es necesario un sistema de control electrónico para evitar el autoencendio. Cuando el motor trabaja con diesel, gas-oil o HFO, lo hace empleando un sistema de inyección de combustible por bomba propulsatoria, siendo este inyectado a alta presión en la cámara de combustión justo antes del punto muerto superior, estando el sistema del gas desactivado. La presión del gas en el motor es de menos de 4 bar a plena carga, mientras que la presión de la inyección piloto es de 900 bar por un sistema de common Rail. El inyector dispone de dos agujas, una para la inyección piloto y otra para el combustible líquido cuando trabaja en modo diesel.

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Ciclo de trabajo de este motor en modo dual.

Propulsión nuclear Las primeras investigaciones sobre este tipo de propulsión, se iniciaron en los años 40, funcionando el primer reactor de este tipo en Estados Unidos en 1953. El primer submarino que fue propulsado con esta energía fue en USS Nautilus, en 1955.

Botadura del USS Nautilus 

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Instrumento para probar los reactores del Nautilus 

Este submarino, marcó la transición de los submarinos lentos a los submarinos capaces de alcanzar una velocidad de entre 20:05 nudos y ser capaces de sumergirse durante semanas. Posteriormente se crearon los submarinos de la clase Skate, los cuales serán propulsados por un único reactor y un portaviones (Enterprise), que era propulsado por ocho reactores y fue botado en 1960. En 1961, se creó un crucero llamado Long Beach, el cual era propulsado por dos unidades de reactores (cabe destacar que este buque sigue en servicio). A la vez que Estados Unidos construia estos buques, el Reino Unido, Francia, la Unión Soviética y China desarrollaban paralelamente sus propios modelos, siendo los submarinos de mayor tamaño los rusos de la clase Typhoon, de 26.500 t. A la vez que se desarrollaban buques de propulsión nuclear para el ámbito militar, se desarrollaban también buques mercantes nucleares, aunque no tuvieron gran éxito comercial. El NS Savannah, fue construido en 1962 y retirado ocho años después, debido a que no era económicamente viable. Otro ejemplo es el buque de carga e investigación alemán Otto Hahn, el cual estuvo en servicio durante 10 años sin ninguna clase de problema técnico.

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NS Savannah 

Combustible para el reactor que  propulsó al buque nuclear  "NS Savannah" . Cada elemento contenía 4 haces de 41 barras de combustible.

El tercer buque civil, fue el japonés Mutsu, el cual supuso un fracaso debido a problemas técnicos y políticos. Éstos tres buques descritos anteriormente, empleaban reactores con combustible uranio de bajo enriquecimiento. Otros buques de propulsión nuclear son los rompehielos soviéticos, los cuales han demostrado ser factibles económica y técnicamente, debido a los grandes niveles de potencia necesarios para estos buques, así como la dificultad de recarga de combustible que tiene. Ejemplos de estos buques son el rompehielos Lenin (el cual estuvo al servicio durante 30 años) y la clase Arktika, botados a partir de 1975.

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Buque ruso de propulsión nuclear "50 let Pobedy 

Los reactores navales empleados son reactores de agua presurizada o reactores refrigerados por metal líquido, los cuales tienen una elevada densidad de potencia en un pequeño volumen, funcionando bien con uranio de bajo enriquecimiento (el cual tiene que ser recargado durante cortos períodos de tiempo) o uranio de alta enriquecimiento (cuyo reactores pueden no ser recargados durante toda la vida en servicio). La potencia esto reactores puede alcanzar los 190 megavatios térmicos en los submarinos de mayor tamaño y los barcos de superficie. U n esquema de un sistema de propulsión de este tipo, se puede ver en la siguiente imagen:

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Esquema de propulsión naval nuclear 

Este sistema, como se ha citado anteriormente, emplea un reactor de agua presurizada, el cual se divide en dos circuitos (primario secundario). El circuito primario circula el agua primaria y está formado por el reactor, tuberías bombas y generadores de vapor. Mediante la fisión del combustible nuclear contenido en el reactor, se genera calor y radiación. El calor producido, es transferido al agua bajo gran presión, por lo que no hierve. Este agua es bombeada a través de los generadores de vapor y vuelve al reactor para ser recalentada. En los generadores de vapor, el calor del agua del circuito primario es transferida al circuito secundario para crear vapor. Este circuito secundario está aislado del sistema primario para que el agua en los dos sistemas no se mezcle. En el circuito secundario, el vapor fluye a través de los generadores de vapor para mover las turbinas de vapor, las cuales proporcionan la electricidad al buque, y la propulsión de las turbinas que girar la hélice. Después de pasar a través de las turbinas, el vapor es condensada para volver de nuevo a los generadores de vapor a través de las bombas de alimentación. Este sistema tiene las siguientes ventajas medioambientales respecto a los sistemas convencionales: Elimina emisiones de gases contaminantes. Eliminación de riesgos de vertidos de combustible. Elimina el consumo de combustibles fósiles, Potencial generador de electricidad en puerto.    

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Energía eólica Esta energía sepa aprovechar en el buque de dos modos: mediante velas rígidas. Mediante cometas (kites)  

Velas rígidas

Han sido empleadas por gran cantidad de buques, especialmente en Dinamarca y Japón en los años 1970 y comienzos de los años 80, como es el caso del buque tanque Shin Aitoku Maru de 1600dwt.

Shin Aitoku Maru Entre 1984 y 1993 el Usuki Pioneer y el Aqua city demostraron reducciones de combustible en torno al 30 y 40% en condiciones ideales, pero proyecto fallo debido a los elevados precios de mantenimiento. Actualmente, solo como velas rígidas en sí están en desuso, se describen ya que se emplean combinadas con energía solar, lo cual se describirá posteriormente. 

Cometas (Kytes)

Se empezaron a emplear en la propulsión naval en 2001. En 2008 fueron empleadas en el buque Michel A, donde lograron una reducción de cmbustible de el 57% y ganaron una velocidad de 1,6 nudos. Estas cometas oeran a alturas de entre 100 y 300m, generando cinco veces más energía por metro cuadrado que una vela convencional .

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Sistema de instalación de una cometa en un buque.

Fotografía de instalación de cometa en un buque.

Cometa en un buque 

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Energía solar en combinación con otras energías Esta energía puede ofrecer un aumento potencial de otros tipos de energía, como puede ser la energía auxiliar del buque o de propulsión. Existen gran variedad de diseños en uso o prototipos que emplean la combinación de energía solar con el viento (velas rígidas-empleadas a la vez como paneles fotovoltaicos) y con fuel-oil, la gran mayoría desarrollados por Solar Sailor Holdings Ltd, los cuales empezaron a desarrollar estos modelos en 1999.

 Principio

de funcionamiento de este tipo de 

barcos.

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 Modelo

de

30 

pasajeros 

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 Modelo

de 149 pasajeros 

 Modelo

de 600 pasajeros 

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Prototipo de buque mercante 

Otro prototipo es el E/S Orcelle, un prototipo desarrollado en el 2005 por la naviera Wallenius Wilhelmsen, un car carrier capaz de transportar 10.000 vehículos, lo que es lo mismo, un 50% más que los actuales. Emplea energía renovable para todos sus sistemas propulsores y para todos los requerimientos eléctricos en el buque. El diseño es de un casco pentamarán, que combina energía eólica, solar, de las olas para transformar hidrógeno para las pilas de combustible y propulsado por dos propulsores pod. Este diseño será posible construirlo en 2025.

E/S Orcelle 

En el año 2012 está previsto que la empresa japonesa Eco Marine Power, realice unas pruebas de un buque del sistema Aquarius MRE, el cual consiste en unas velas situadas en la cubierta orientales automáticamente por un control informático en función del viento y que se arrían o estiban según la necesidad, además de incorporar paneles solares para generación de energía eléctrica.

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Evolución de la Propulsión Naval

Seminario: Tendencias futuras en propulsión naval

Sistema Aquarius MRE 

Este tipo de velas produce mayor empuje de una vela convencional y menores escoras, empleándolas como elemento propulsor auxiliar. Tienen la desventaja de que cuando no hay viento o cuando es desfavorable, la resistencia de estas velas, afecta al rendimiento global de la propulsión, además de la obligatoriedad de incrementar la tripulación del buque, pudiendo incrementar los costos de explotación en torno a un 10% a lo largo de la vida útil. Actualmente se están desarrollando nuevos prototipos, pudiendo ser rentable en un futuro no muy lejano debido al precio en alza de los combustibles.

Héctor de los Ojos Barroso

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