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19Llegar a buen puerto
ToR ARnE mykLEBUST La propulsin elctrica en buques de suministro
a plataformas o instalaciones martimas se lleva utilizando desde
principios de los noventa. A lo largo de los aos las tecnologas han
ido avanzando, y en la actualidad existen varios sistemas de
propulsin ptimos que reducen el consumo de combustible y el impacto
medioambiental, simplifican el diseo y la construccin, aprovechan
mejor el espacio a bordo y mejoran el entorno de trabajo para la
tripulacin. La necesidad de reducir el consumo de combus-
tible y los costes de explotacin han sido los factores que han
impulsado el desarrollo de la tecnologa de propulsin elctrica, con
unos importantes beneficios econmicos. hasta hace poco, los buques
de suministro a instalaciones martimas eran el centro de atencin,
pero ahora el uso de la propulsin elctrica en los buques de
remolque, suministro y manejo de anclas est ganando protagonismo y
extendiendo el ahorro a otro sector del transporte martimo.
La propulsin elctrica consigue reducir el consumo de combustible
en buques de remolque, suministro y manejo de anclas
Llegar a buen puerto
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20 revista ABB 3|10
menores comparadas con las prdidas hidrodinmicas de las hlices y
la eficiencia de la combustin en los motores principales. Por eso,
aunque se crean prdidas elctricas, las menores prdidas
hidrodinmicas y de combustin se traducen en una reduccin de las
prdidas totales del sistema.
El menor consumo de combustible en un sistema de propulsin
elctrico se puede atribuir a dos elementos fundamentales. El
primero es el control de velocidad variable de la hlice, que reduce
al mnimo las prdidas sin carga de las hlices en comparacin con las
hlices clsicas de paso variable y velocidad fija. El segundo
elemento es la puesta en marcha y parada automtica de los motores
disel, lo que garantiza que la carga del motor se mantenga lo ms
prxima posible a su punto de trabajo ptimo, dentro de los lmites de
funcionamiento.
El diseo clsico de un buque de suministro martimo, incluidos los
buques AHTS (de remolque, suministro y manejo de anclas), se basa
en hlices de velocidad fija y paso variable. En comparacin con el
control de velocidad variable de la hlice, sta es una forma muy
poco eficiente de controlar la propulsin, debido a las elevadas
prdidas sin carga de las hlices de velocidad fija 3. Esto por s
solo contribuye a la mayor parte del ahorro que supone la propulsin
elctrica cuando se aplica a los buques para instalaciones martimas.
Adems, la potencia del propulsor en las operaciones de DP se usa
muy poco en la mayora de los das de servicio en entornos como, por
ejemplo, el Mar del Norte, aunque se considere un entorno duro.
L a propulsin elctrica ha demostrado reducir sustancialmente el
consumo de combustible en comparacin con la propulsin
mecnica directa para los buques de suministro a instalaciones
martimas. Se puede lograr un ahorro de entre el 15% y el 25% en
condiciones de funcionamiento tpicas, y de hasta entre el 40% y el
50% en operaciones de posicionamiento dinmico (DP) 1.
Aunque la mayora de las plantas de propulsin y energa elctrica
utilizan los mismos conceptos fundamentales, en el mercado existe,
sin embargo, una gama de configuraciones diferentes. Para lograr un
ahorro ptimo, los propietarios de los buques, los astilleros y los
diseadores deben evaluar todas las opciones disponibles y examinar
diferentes criterios a la hora de considerar los productos, los
sistemas y los servicios 2.
Ahorrar combustibleLa introduccin de la propulsin elctrica
requiere la sustitucin del eje entre el motor principal y la hlice
por un sistema compuesto por generadores, cuadros de distribucin,
transformadores, accionamientos y motores. El sistema tiene una
eficiencia de aproximadamente el 90%, lo que significa que hay
otras prdidas que deben tenerse en cuenta de algn modo. La variacin
de prdidas entre las diferentes topologas elctricas es reducida. No
obstante, las prdidas elctricas son siempre
1 Sistemas de propulsin para buques de suministro a plataformas
(oSv)
Generador de emergencia
Propulsor de proa
Generador de rbol y propulsin
por babor
Generador de rbol y propulsin
por estribor
Propulsor de proa
Propulsor Propulsor principal
Propulsor azimutal
Propulsor principal
Propulsor
440 V, 60 Hz
99 kVA 99 kVA
230 V Distribucin a 230 V
Generador auxiliar
1a Propulsin mecnica directa convencional
1b Propulsin elctrica
M M
M M M M M
2 Criterios de valoracin de configuraciones de propulsin
elctrica
Rentabilidad de construccin e instalacin Flexibilidad de diseo
que mejore la
utilizacin del buque Mayor seguridad Disponibilidad de sistemas
de propulsin
y mantenimiento de posicin utilizados para DP (posicionamiento
dinmico)
Bajo consumo de combustible Bajo impacto medioambiental
(es decir, menores emisiones) Mejor entorno de trabajo para
la
tripulacin Coste de mantenimiento reducido Facilidad de
mantenimiento durante
el ciclo de vida del buque Facilidad de mantenimiento en la
regin
de utilizacin, a menudo por todo el mundo
Disponibilidad de repuestos Apoyo remoto y de a bordo
Minimizacin de las limitaciones que
llevan a un rendimiento subptimo Minimizacin de efectos adversos
sobre
otros equipos Elevadas prestaciones para rotura y
manipulacin del hielo en los rompehielos
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21Llegar a buen puerto
ceptos de propulsin. Pero esto va a cambiar debido a la
imprevisibilidad de los precios del carburante y a la preocupacin
por el medio ambiente de hoy en da. De hecho, ya existen varios
diseos de buques en los que los costes de explotacin y, en
particular, el consumo de combustible son los puntos clave de
atencin.
Propulsin hbridaUna alternativa a la solucin completamente
elctrica es la combinacin de sistemas de propulsin mecnicos y
elctricos, los llamados sistemas de propulsin hbri
ronda las 1.900 toneladas mtricas cuando se usa la propulsin
elctrica 5.
La potencia motriz instalada para un AHTS es mayor que para un
buque tpico de suministro a plataformas martimas y, como resultado,
el coste de los sistemas de propulsin y la instalacin tambin son ms
elevados. En los sistemas AHTS tradicionales, el diseo se optimiza
con miras a los costes de construccin y a garantizar la traccin a
punto fijo. Anteriormente, no se daba tanta importancia a los
costes de explotacin al disear y seleccionar los con
La propulsin elctrica tambin destaca por su potencial para
cargar de forma ptima los motores disel al utilizar varios motores
ms pequeos en lugar de unos pocos de mayor tamao. En funcin de la
carga, la puesta en marcha y parada automticas de los motores
llevan asociadas una mejor carga y, por consiguiente, un menor
consumo de combustible 4.
En el caso de un remolcador de plataforma (AHTS) de ms de 200
toneladas de traccin a punto fijo, se ha calculado que la reduccin
del consumo de combustible
El control de velocidad variable de la hlice y la puesta en
marcha y parada automtica de los motores disel en un sistema de
propulsin elctrico pueden reducir el consumo de combustible.
Comparacin de la potencia en el rbol con el empuje suministrado
para una hlice de paso variable y velocidad fija (CPP) y para una
hlice de velocidad variable y paso fijo (FPP)
3 La ventaja de la velocidad variable
Potencia (kW)
Empuje (kN)
%100
15
Velocidad fija,
paso variable
Paso fijo,
velocidad variable
Ahorro de combustible
Cuatro motores disel de igual tamao funcionando en paralelo, con
funcin del sistema de gestin de potencia para puesta en marcha y
parada automtica, comparados con un solo motor disel de gran tamao
que proporcione la misma potencia (lnea roja)
4 Consumo de combustible por kWh de energa producida
Con
sum
o es
pec
fico
de
com
bus
tible
al f
reno
(BS
FC) (
g/kW
h) 270
260
250
240
230
220
210
200
190
180
1700 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
PL (kW)
Aumento de la carga
Disminucin de la carga
Generador 2 Generador 3 Generador 4
5 Propulsin elctrica y propulsin mecnica directa para un
remolcador de plataforma (AhTS) de ms de 200 toneladas de traccin a
punto fijo
Manipulacin de anclas 5%
Prueba de traccin a punto fijo
1%
Remolque en trnsito 15%
Suministro en trnsito 25%
DP / Standby HI 16%
DP / Standby LO 32%
Puerto 6%
Consumo de combustible
Modo de operacinCaso bsico Dmec (kg/h)
Propulsin elctrica (kg/h)
Perfil de trabajo (h/ao)
Manipulacin de anclas 2.280 2.295 438
Prueba de traccin a punto fijo
2.451 2.795 88
Remolque en trnsito 1.898 2.053 1.314
Suministro en trnsito 1.276 1.036 2.190
DP/standby HI 1.377 1.020 1.402
DP/standby LO 1.015 620 2.803
Puerto 26 25 526
FOC total* (kg/ao) 11.293.005 9.396.661
FOC total* (t/ao) 11.293 9.397
Diferencia (t/ao) 0 1 896
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
2500
2000
1500
1000
500
0
FOC Total*
* capacidad operativa plena
Ahorro
DMec Elctrica DMec Elctrica
t/a
o
t/a
o
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22 revista ABB 3|10
racin ptima para las diferentes operaciones.
Los sistemas de propulsin elctrica permiten ahorrar combustible
gracias a un manejo flexible del buque, aunque el sistema introduce
nuevas prdidas en la cadena energtica. Se pueden dedicar esfuerzos
para reducir estas nuevas prdidas, pero para maximizar los
beneficios de la propulsin elctrica debe trabajarse en disear un
sistema sencillo, fiable y flexible.
ofertas de propulsin elctrica de ABBABB es el lder mundial en
propulsin elctrica, y ofrece una gama completa de sistemas, desde
maquinaria de velocidad variable para lneas de ejes de propulsin y
propulsores mecnicos, hasta una familia nica de sistemas de
propulsin de barquilla, del que destaca el Azipod. ABB ha
facilitado sistemas de propulsin hbridos elctricos a varios buques
OSV/AHTS, incluidos los de DOF ASA, Farstad Shipping ASA, Island
Offshore AS, REM Offshore AS, Solstad Offshore ASA, Ezra Marine
Services y China Oilfield Services Ltd., a los que ha suministrado
generadores de baja tensin, transformadores, accionamientos y
motores elctricos para la propulsin principal y las maniobras.
Tor Arne myklebust
ABB Process Automation, Marine Systems
Ulsteinvik, Noruega
[email protected]
activa y seleccionar manualmente los modos de funcionamiento
ptimos para las condiciones reinantes. En los sistemas de propulsin
puramente elctricos es mucho ms fcil optimizar la configuracin de
la planta motriz y de propulsin de forma auto mtica, lo que
garantiza que el sistema siempre funcione lo ms cerca posible de
las condiciones ptimas, con o sin intervencin manual mnima.
A toda marchaSe han optimizado los sistemas de propulsin
tradicionales para los buques AHTS con el fin de obtener una
traccin a punto fijo garantizada y minimizar los costes de
construccin, pero ello tiene un coste: un mayor consumo de
combustible y una cantidad considerable de emisiones al medio
ambiente, especialmente de CO2, en
comparacin con la propulsin elctrica. Con la introduccin de la
propulsin elctrica en los OSV (buques de suministro a plataformas
marinas), y ahora tambin en los buques AHTS, se est reduciendo
drsticamente el consumo de combustible, las emisiones y los costes
de explotacin.
La propulsin hbrida mecnica y elctrica tambin permite conseguir
ahorros, ya que entraa un menor coste de construccin que la
propulsin elctrica pura, pero cabe tener en cuenta que la
tripulacin debe involucrarse activamente en la seleccin de la
configu
da 6. En este caso, el buque puede funcionar de una de las tres
formas siguientes: Propulsin elctrica integral para DP,
transitar y maniobrar a baja velocidad. Propulsin mecnica
integral para
remolcar y transitar a alta velocidad. Propulsin hbrida mecnica
y elctrica,
cuando se puede usar el equipo elctrico como propulsor para el
sistema de propulsin mecnico y as maximizar la traccin a punto
fijo.
En cuanto a los costes de instalacin, las soluciones hbridas
resultan ms econmicas que las soluciones puramente elctricas y
tienen un consumo de combustible prcticamente equiparable a stas
ltimas. Por esta razn, varios de los nuevos diseos de AHTS se han
basado en estas solu
ciones hbridas, especialmente aquellos con una traccin a punto
fijo elevada.
Sin embargo, no hay que olvidar la mayor complejidad mecnica de
estos sistemas hbridos, en que la tripulacin debe ser ms
En el caso de un remolcador de plataforma (AHTS) de ms de 200
toneladas de traccin a punto fijo, se ha calculado que la reduccin
del consumo de combustible ronda las 1.900 toneladas mtricas cuando
se usa la propulsin elctrica.
6 Propulsin hbrida elctrica y mecnica para un AhTS de ms de 200
toneladas
800 kVA 800 kVA
690 V, 60 Hz
450 VDistribucin a 450 V
M
M M
G G
M M
Generadores auxiliares4 x 1.665 kW
2 x 3.500 kW 2 x 3.500 kW
3.250 kVA 3.250 kVA
2.700 kW1.200 RPM
Propulsor de proa883 kW
Propulsor azimutal
1.100 kW
Propulsor de popa 883 kW
2.700 kW1.200 RPM
9.500 kW 9.500 kW