EFICIENCIA ENERGÉTICA ENTRANSPORTE MARÍTIMO

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Transporte Marítimo - PresentaciónDesarrollo del prototipo Catamarán - Genésis Solar La investigación Informe de análisis de la curva de potencia generada por los motores de propulsión 1. Introducción 2. Curva de potencia 3. Conclusiones 4. Referencia

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Catamarán

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El aeropuerto Seymur de la Isla Baltra y el ae-ropuerto de la Isla San Cristóbal, son los únicos accesos a las Islas Galápagos. Por esta razón, Baltra recibe en promedio alrededor de 146 mil pasajeros por año, que deben atravesar vía marítima el canal de Itabaca, para poder llegar a Santa Cruz.

Para realizar el cruce del canal, los pasajeros se transportan en barcazas y lanchas taxis que utilizan combustibles de origen fósil. Esto repre-senta un peligro ambiental, debido a que pue-den contaminar un ecosistema tan frágil como

el de las islas.

El Instituto Nacional de Eficiencia Energética y Energías Renovables (INER), avalado por el Ministerio de Electricidad y Energía Renovable (MEER) y con apoyo financiero de la Secretaría de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación (SENESCYT), se encuentra desarro-llando una alternativa a esta problemática, que consiste en la construcción de un catamarán que funcionará con motores eléctricos, alimen-tados por una estación de energía solar incor-porada a la embarcación.

Transporte Marítimo - Presentación

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Desarrollo del Prototipo

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Para desarrollar este prototipo se prestó espe-cial atención al diseño, con el fin de evitar la fric-ción con el agua y tener un desplazamiento sin tanta resistencia, mayor rapidez y sin demandar mucha energía. La forma hidrodinámica lograda redujo en un 85% la demanda de energía, en comparación con las barcazas convenciona-les.

Adicionalmente, el INER instaló una estación meteorológica en Baltra, con el fin de obtener datos reales del recurso solar de esta zona, para realizar futuras investigaciones que permiti-rán mejorar la estación fotovoltaica y aumentar la vida útil de las baterías de litio que tiene la embarcación.

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Está previsto que el catamarán, bautizado con el nombre de Génesis Solar, realice 14 travesías diarias entre las islas Baltra y Santa Cruz, con una duración aproximada de 10 minutos por viaje a una velocidad promedio de 5 nudos. La nave tiene capacidad para trasladar a 42 pa-

sajeros sentados y dos sitios adecuados para personas en sillas de ruedas.

El funcionamiento de la barcaza será monito-reado durante un año y a partir de las experien-cias obtenidas se replicará y optimizará.

Catamarán - Génesis Solar

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Investigaciones de esta naturaleza se convier-ten en una alternativa para reducir el consumo de combustibles fósiles en un ecosistema deli-cado como el de Galápagos.

Se plantea además una solución eficiente de transporte, que aprovecha un recurso renova-

ble como el sol, convirtiéndose en un hito que contribuye a la diversificación de la matriz ener-gética, incluyendo energía renovable no con-vencional como la solar; aporta a la mitigación del cambio climático y a la conservación de las Islas Galápagos, como patrimonio natural de la humanidad.

La investigación

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Para la propulsión adecuada de embarca-ciones es necesario predecir la potencia del motor necesaria en el tren motriz para vencer la resistencia total de la carena a una determi-nada velocidad. La maquinaria de propulsión debe atender tres factores: i) conseguir la velo-cidad para la que fue diseñada, ii) optimizar el consumo y iii) cubrir necesidades intermedias sin necesidad de trabajar a toda su capacidad. Además, hay que tener en cuenta el incremento de resistencia producido por el ensuciamiento

del casco, generalmente de 15% del margen de servicio [1][2].

Para estimar la potencia necesaria en la pro-pulsión, se debe primero calcular la resistencia total al avance del buque, la cual depende de la forma del casco, su peso, su calado, entre otros factores. Una vez conocida la resistencia total, la potencia de remolque viene dada por la ecuación (1).

Finalmente es necesario dividir EHP para el ren-dimiento de la hélice (rendimiento propulsivo), para el rendimiento mecánico y se obtiene la potencia que debe entregar en el eje el mo-

tor, en este caso el motor eléctrico. La energía eléctrica que debe ser entregada al motor será superior dependiendo de la eficiencia del mo-tor eléctrico, la cual es relativamente alta [1]

Informe de análisis de la curva de potencia generada porlos motores de propulsión.

1. Introducción

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EHP = Rt x V (1)

Donde: EHP Potencia efectivaRt Resistencia TotalV Velocidad

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La configuración del esquema de propulsión del Catamaran Solar es el mostrado en la Fi-gura 1. Básicamente consta de paneles sola-res, baterías, un inversor que permite cargar las

baterías desde la red pública y las unidades de control para los 2 motores eléctricos. Cada motor es de 10 kW de potencia.

En la Tabla 1 se presentan las características generales bajo las cuales se realizaron las prue-bas para obtener la curva de velocidad y po-

tencia para el Catamarán Solar. Estos datos de rendimiento fueron tomados el 15 de junio del 2015.

2. Curva de potencia

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Figura 1. Esquema de propulsión del Catamarán Solar

Tabla 1. Características generales para las pruebas de rendimiento del Catamarán Solar.

M

M

PANELES SOLARES

24V

24V

SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN

CONTROLADORDE CARGA

CONTROLMOTOR

Descripción Valor

LOA: 15.00 m / BOA: 6.00m

Longitud en la línea de flotación (LWL) 14,5

Peso en la prueba de manejo 13.0 t

Motor SDKH-ED 10

Tensión de batería 48V

Numero de Motores 2

Relación del mecanismo de transmisión 1,94

Hélice:

Diámetro 16

Pendiente 12

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En la Tabla 2 se presenta los datos obteni-dos del Catamarán Solar en operación, para diferentes velocidades de desplazamiento. Se detalla el voltaje, corriente y potencia en co-rriente continua necesaria para impulsar cada motor, la potencia total para los dos motores, la corriente alterna (AC) que llega a los motores luego de unidad de control y la eficiencia de la propela.

En la Figura 2 se detalla la curva de potencia real del Catamarán Solar, la cual relaciona la potencia eléctrica entregada al motor en fun-ción de la velocidad de desplazamiento del mismo. La relación de la curva de potencia es no lineal ya que a velocidades superiores el requerimiento de potencia crece exponen-cialmente. La velocidad máxima que se alcanza con los motores instalados es de aproximada-mente 10 km/h.

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Voltaje[V]

Corriente[A]

Potencia de entrada[KW]

Potencia total[kW]

Corriente de Motor

[A]

Velocidad[Km/h]

Eficiencia de la propela

[%]51,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00%50,40 43,30 2,18 4,36 135,00 3,70 60,80%50,10 71,10 3,56 7,12 141,00 4,80 57,60%49,69 96,90 4,61 9,61 160,00 6,40 50,40%48,90 135,30 6,62 13,23 174,00 8,10 45,60%47,90 175,80 8,42 16,84 198,00 9,40 44,60%47,00 239,60 11,26 22,52 237,00 10,00 44,20%

Tabla 1. Características generales para las pruebas de rendimiento del Catamarán Solar.

Curva Velocidad vs Potencia.

Figura 2. Curva de potencia del Catamarán Solar.

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El proyecto “Uso de energías alternativas en el transporte marítimo de pasajeros en Galápa-gos”, inauguro su prototipo “Génesis Solar”, en el canal de Itabaca este evento contó con la participación de la comunidad de las islas de Santa Cruz y Baltra.

Actualmente el catamarán se encuentra ope-rando parcialmente en el canal de Itabaca con realizando recorridos de prueba.La construcción y puesta en marcha del ca-tamarán fue todo un éxito; el INER agradece el apoyo que brindaron, el SENESCYT, MEER, MICSE y el GADMSC.

Se ha enviado por parte del INER al Instituto Ecuatoriano de la Propiedad Intelectual (IEPI), los documentos necesarios de solicitud de pa-tente de un diseño industrial basados en el Ca-tamarán Solar.

Desde el mes de Junio, el INER ha empezado a recopilar los datos de operación (Consumo energético y curvas de potencia de los moto-res) del Catamarán, por lo que en los próximos meses se podrá realizar un análisis más a fondo de su funcionamiento.

3. Conclusiones

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[1] “Cálculo de la potencia propulsora de un buque multicasco,” pp. 34–39, 2012.[2] U. Manual, “Hullspeed,” 2004.

4. Referencias

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Realizado por: Ing. Joffre Constante Asistente de Investigación del INER

Revisado Por: Ing. Gonzalo Guerrón. MSc. Director de Transferencia Tecnológica.

Aprobado por: Ing. Martín Cordovez. MSc. Coordinador General Técnico.

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