Propulsión asistida por viento

Sistema de generación de empuje para embarcaciones

La propulsión asistida por viento es la práctica de disminuir el consumo de combustible de un buque mercante mediante el uso de velas o algún otro dispositivo de captura de viento. Las velas solían ser el medio principal de propulsión de los barcos , pero con la llegada de la máquina de vapor y el motor diesel , las velas pasaron a usarse solo para la navegación recreativa. En los últimos años, con el aumento de los costos de combustible y un mayor enfoque en la reducción de emisiones, ha aumentado el interés en aprovechar el poder del viento para impulsar los barcos comerciales.

Una barrera clave para la implementación de cualquier tecnología de descarbonización y, en particular, de las asistidas por viento, se discute con frecuencia en la academia y la industria es la disponibilidad de capital. Por un lado, los prestamistas de transporte marítimo han estado reduciendo sus compromisos en general ^[1] mientras que, por otro lado, las nuevas construcciones bajas en carbono y los proyectos de modernización implican un gasto de capital (CapEx) más alto de lo habitual. ^{[2] [3] [4]} Por lo tanto, el esfuerzo de investigación se dirige hacia el desarrollo de modelos de negocios de economía compartida y arrendamiento , donde los beneficios de la reducción del consumo de combustibles fósiles, así como las ganancias de las asignaciones de carbono o la reducción de gravámenes se comparten entre los usuarios, la tecnología proveedores y operadores.^{[5] [6]}

Diseño

Los medios mecánicos de convertir la energía cinética del viento en empuje.porque un barco es objeto de muchos estudios recientes. Donde los primeros barcos diseñados principalmente para navegar se diseñaron alrededor de las velas que los propulsaban, los barcos comerciales ahora se diseñan principalmente alrededor de la carga que transportan, lo que requiere una cubierta grande y despejada y un aparejo mínimo para facilitar el manejo de la carga. Otra consideración de diseño al diseñar un sistema de propulsión de vela para un barco comercial es que, para que sea económicamente ventajoso, no puede requerir una tripulación significativamente mayor para operar y no puede comprometer la estabilidad del barco. Teniendo en cuenta estos criterios de diseño, han surgido tres conceptos principales como los diseños principales para la propulsión asistida por viento: el "concepto de vela de ala", la "vela de cometa" y el "rotor Flettner".

Vela de ala

Como resultado del aumento de los precios del petróleo en la década de 1980, el gobierno de EE. UU. Encargó un estudio sobre la viabilidad económica del uso de propulsión asistida por viento para reducir el consumo de combustible de los barcos en la Marina Mercante de EE . UU . Este estudio consideró varios diseños y concluyó que una vela de ala sería la más efectiva. La opción de vela de ala estudiada consistía en un sistema automatizado de grandes velas macizas rectangulares sostenidas por mástiles cilíndricos. Estas serían velas simétricas, lo que permitiría un manejo mínimo para mantener la orientación de la vela para diferentes ángulos de viento; sin embargo, este diseño fue menos eficiente. Se equipó un pequeño carguero con este sistema para evaluar sus ganancias reales de combustible, con el resultado de que se estimó que ahorraría entre el 15% y el 25% del combustible del buque.^[7]

Vela cometa

El concepto de vela cometa ha recibido mucho interés recientemente. Este aparejo consiste en volar una cometa gigantesca desde la proa de un barco utilizando la tracción desarrollada por la cometa para ayudar a tirar del barco a través del agua. Otros conceptos que se han explorado fueron diseñados para que la plataforma de la cometa se salga y se retraiga alternativamente en un carrete, impulsando un generador. La cometa utilizada en esta configuración es similar a las cometas utilizadas por los kitesurfistas recreativos , en una escala mucho mayor. Este diseño también permite a los usuarios expandir su escala volando múltiples cometas en una disposición apilada.

La idea de usar cometas fue, en 2012, la forma más popular de propulsión asistida por viento en los barcos comerciales, en gran parte debido al bajo costo de adaptar el sistema a los barcos existentes, con una mínima interferencia con las estructuras existentes. Este sistema también permite una gran cantidad de automatización, utilizando controles de computadora para determinar el ángulo y la posición ideales de la cometa. El uso de una cometa permite capturar el viento a mayores altitudes, donde la velocidad del viento es mayor y más constante. ^[8] Este sistema se ha utilizado en varios barcos, siendo el más notable en 2009 el MS  Beluga Skysails , un barco mercante fletado por el Comando de Transporte Marítimo Militar de los Estados Unidos para evaluar las afirmaciones de eficiencia y viabilidad de instalar este sistema en otros barcos. ^[9]

Rotor de Flettner

Un barco temprano que demuestra el uso de rotores Flettner

Diagrama que muestra los principios operativos del rotor Flettner

El tercer diseño considerado es el rotor Flettner . Se trata de un cilindro grande montado en posición vertical sobre la cubierta de un barco y que gira mecánicamente. El efecto de esta zona giratoria en contacto con el viento que fluye a su alrededor crea un efecto de empuje que se utiliza para propulsar el barco. Los rotores Flettner se inventaron en la década de 1920 y han tenido un uso limitado desde entonces. En 2010, se equipó un buque de carga de 10.000 TPM con cuatro rotores Flettner para evaluar su función en el aumento de la eficiencia del combustible. Desde entonces, se han equipado con rotores varios buques de carga y un ferry de pasajeros.

El único parámetro del rotor Flettner que requiere control es la velocidad de rotación del rotor, lo que significa que este método de propulsión del viento requiere muy poca intervención del operador. En comparación con las velas de cometa, los rotores de Flettner a menudo ofrecen ganancias de eficiencia considerables en comparación con el tamaño de una vela o cometa, en comparación con el tamaño del rotor y las condiciones de viento predominantes. ^[10]

Ejemplos de instalaciones de rotor Flettner 2018 incluyen:

• El ferry de cruceros Viking Grace se convirtió en el primer barco de pasajeros con rotor. ^[11]
• El buque cisterna a granel líquido Maersk Pelican en se equipó con dos rotores. ^{[12] [13]}
• El granelero ultramax Afros recibió cuatro rotores, que se pueden mover a un lado durante las operaciones portuarias. ^[14]

Catamarán Flensburg en la Semana de Kiel 2007

Maersk Pelican con rotores Flettner

Tendencias emergentes

Las ganancias de eficiencia de estos tres mecanismos de asistencia a la propulsión suelen rondar el 15-20%, según el tamaño del sistema. La razón principal por la que el uso de estos mecanismos no está más extendido es principalmente la vacilación de las compañías navieras a la hora de instalar equipos no probados. ^[15] Con las iniciativas del gobierno para fomentar una disminución de las emisiones de carbono y con el aumento de los costos del combustible, parecía probable que estos sistemas de propulsión tuvieran un uso más generalizado en los próximos años. ^{[ cita requerida ]}

Proyectos

• Alianza Smart Green Shipping
• Vindskip : un diseño de barco que utiliza su casco como vela ^[16]
• Proyecto Wind Challenger
• Ventifoil
• Oceanbird ^[17]
• Sailcargo

Organizaciones

• Asociación Internacional de Barcos Eólicos

Ver también

• Viking Grace - crucero asistido por rotor
• Crucero Wind Surf asistido por viento
• Barco propulsado por hidrógeno
• Propulsión marina nuclear
• Propulsión de impulsión interna
• Propulsión eléctrica integrada
• Propulsión combinada nuclear y de vapor
• Propulsión a popa
• Propulsión marina
• Propulsión independiente del aire

Referencias

1. Furber, Sophia (21 de octubre de 2019). "Tanques de financiación de transporte marítimo mundial, pero los bancos griegos y franceses son optimistas" . Consultado el 20 de noviembre de 2020 .
2. Halim, Ronald; Kirstein, Lucie; Merk, Olaf; Martínez, Luis (29 de junio de 2018). "Vías de descarbonización para el transporte marítimo internacional: una evaluación del impacto de la política basada en modelos" . Sustentabilidad . 10 (7): 2243. doi : 10.3390 / su10072243 . ISSN 2071-1050 . 
3. Schinas, Orestis; Ross, Harm Hauke; Rossol, Tobias Daniel (1 de diciembre de 2018). "Financiamiento de barcos verdes a través de esquemas de crédito a la exportación" . Investigación sobre transporte Parte D: Transporte y medio ambiente . 65 : 300–311. doi : 10.1016 / j.trd.2018.08.013 . ISSN 1361-9209 . 
4. Schinas, Orestis (2018), "Financiamiento de buques de tecnología innovadora" , Finanzas y gestión de riesgos para la logística internacional y la cadena de suministro , Elsevier, págs. 167-192, doi : 10.1016 / b978-0-12-813830-4.00007- 1 , ISBN 978-0-12-813830-4, consultado el 20-11-2020
5. Schinas, Orestis; Metzger, Daniel (1 de abril de 2019). "Un modelo de pago por ahorro para la promoción de tecnologías ecológicas en el transporte marítimo" . Investigación sobre transporte Parte D: Transporte y medio ambiente . 69 : 184-195. doi : 10.1016 / j.trd.2019.01.018 . ISSN 1361-9209 . 
6. Metzger, Daniel; Schinas, Orestis (1 de diciembre de 2019). "Opciones reales difusas y ahorros compartidos: evaluación de inversiones para tecnologías de envío verde" . Investigación sobre transporte Parte D: Transporte y medio ambiente . 77 : 1-10. doi : 10.1016 / j.trd.2019.09.016 . ISSN 1361-9209 . 
7. Corporación de desarrollo de barcos eólicos (1981). Propulsión de viento para buques de la marina mercante estadounidense . Washington, DC: Departamento de Comercio de Estados Unidos. hdl : 2027 / mdp.39015000478001 .
8. Rizzuto, E. (2012). Transporte marítimo sostenible y explotación de recursos marinos . Londres, Reino Unido: CRC Press
9. Konrad, John. (2009, abril). Mariners Weather Log Vol.53 No. 1. Obtenido del sitio web del Departamento de Comercio de EE. UU .: http://www.vos.noaa.gov/MWL/apr_09/skysails.shtml
10. Traut Michael. (2014, enero). Contribución de potencia propulsora de una cometa y un rotor Flettner en rutas de navegación seleccionadas. Energía aplicada, 113, 362–372.
11. Editores (11 de abril de 2018). "Viking Line instala vela de rotor en ferry de crucero" . El Ejecutivo Marítimo . Consultado el 20 de noviembre de 2020 .
12. Editores (25 de octubre de 2019). "La prueba de rotor de Flettner ofrece ahorros de combustible en el mundo real" . El Ejecutivo Marítimo . Consultado el 20 de noviembre de 2020 .
13. Kundu, Ankur (29 de enero de 2021). "Maersk Tankers vende su primer buque asistido por viento" . El Ejecutivo Marítimo . Consultado el 23 de julio de 2021 .
14. Roker, Stephanie (14 de diciembre de 2018). "Bulker Ultramax instalado con motores eólicos; premiado Barco del Año 2018" . Seco a granel . Consultado el 23 de julio de 2021 .
15. Konrad, John. (2009, abril). Mariners Weather Log Vol.53 No. 1. Obtenido del sitio web del Departamento de Comercio de EE. UU .: http://www.vos.noaa.gov/MWL/apr_09/skysails.shtml
16. "Por qué los buques de carga podrían (literalmente) navegar en alta mar nuevamente" . La semana . 2019-02-26 . Consultado el 18 de agosto de 2021 .
17. "Las enormes velas de 80 metros de Oceanbird reducen las emisiones de transporte de carga en un 90%" . Nuevo Atlas . 2020-09-14 . Consultado el 18 de agosto de 2021 .