22 de abril de 2020

Energías Renovables en Argentina

Aprovechamiento de las Energías Renovables en Argentina



Argentina es un país que tiene muchos recursos para el aprovechamiento de las energías renovables, ya sea la energía eólica, la energía solar o los biocombustibles entre otros recursos de menor potencial como la energía geotérmica o la energía de las olas marinas.
Tanto la energía eólica como la energía solar fotovoltaica sus principales aplicaciones son la generación de energía eléctrica para el consumo domiciliario o industrial, en cambio la energía solar térmica puede usarse para el calentamiento de agua sanitaria y de fluidos industriales o en procesos industriales que se necesite calor a altas temperaturas. En el caso de los biocombustibles pueden usarse para generar calor por combustión, en vehículos con motores de combustión interna, para generar energía eléctrica o como materia prima para diversos productos industriales como los bioplásticos, los distintos tipos de materiales sintéticos o algunos tipos de fertilizantes entre otros productos.
En el siguiente mapa de la Argentina puede verse en cada región que recurso renovable puede aprovecharse y mas abajo una explicación de la forma de aprovechamiento y de los usos mas importantes de cada uno de estos recursos.





Mapa del aprovechamiento de las energías renovables en Argentina.




Biocombustibles y Biorecursos.


Generación de Biogás, Bioetanol y Bioaceites.



La producción de biocombustibles y el aprovechamiento de los biorrecursos, tanto gaseosos, como líquidos y sólidos esta teniendo un gran avance debido al cada vez mayor estudio e investigación en este tema para sus aprovechamientos como fuentes de energía, para la fabricación de bioproductos y para mejorar la sustentabilidad ambiental.
En el caso de los biocombustibles de primera generación como el bioetanol del maíz y de la caña
de azúcar o el biodiesel del  aceite de soja o de la colza sus usos principales en la actualidad es para sustituir las importaciones de petróleo necesarias para la producción de combustibles de los vehículos con motores de combustión interna como los vehículos nafteros o los diesel, pero su vida como biocombustible estará seguramente acotada a la vida que tenga este tipo de motorizaciones, ya que seguramente en los próximos años estos motores empezarán a ser reemplazados por los vehículos eléctricos ya que tienen un menor consumo y un menor costo de uso que los autos con motores a combustión.
Uno de los biocombustibles que puede tener un gran futuro en su implementación es el biogás ya que el metano que contiene puede usarse tanto como combustible para la generación de energía o bien como materia prima para la producción de distintos productos industriales como es la fabricación de todo tipo de productos sintéticos como los bioplásticos, los biopolímeros, la fabricación de fertilizantes para el sector agropecuario o en los procesos industriales que se usa hoy en día el gas natural como en la desoxidación del mineral de hierro en la fabricación de acero, entre otros procesos. 
Actualmente se esta investigando sobre los biocombustibles de segunda generación, ya sea para la generación de combustibles gaseosos como el biometano o biocombustibles liquidos como el bioetanol o los bioaceites.
Para la producción de biogás de primera generación se necesita la biodigestión de materia
orgánica, esta materia orgánica puede producirse de un determinado cultivo o bien aprovechando los residuos orgánicos que se producen en las actividades productivas actuales como puede ser el estiercol que se genera en los criaderos de animales de campo como bovinos, porcinos o avícolas, entre otros animales, o también la materia orgánica proveniente de los residuos urbanos, de los residuos industriales, pero no tanto los residuos forestales ya que la lignina no se gasifica con facilidad. 
Aprovechando los residuos de las actividades productivas que se realizan hoy en día para generar biocombustibles de segunda generación que tienen un gran valor económico y productivo, y  se añade valor a subproductos como los residuos orgánicos que generalmente son difíciles y costosos de eliminar sin generar algún tipo de contaminación ambiental, de esta forma se resuelven dos problemas con un mismo proceso como es la eliminación de los residuos orgánicos y la generación de biocombustibles, que sobre todo serán los tipos de biocombustibles de segunda generación.
En el caso de Argentina las regiones que mayor capacidad tienen de generar biocombustibles son las regiones mas productivas agrícolamente ya que de ahí seguramente provendrá la mayor cantidad de residuos orgánicos como la región pampeana, la región chaqueña o la región mesopotámica además de todas las demás regiones en donde aparezcan este tipo de residuos tanto en el presente como en el futuro.



Energía Eólica.


Una fuente de energía eléctrica muy importante dada la cantidad de energía 

que se puede producir y por tener costos de producción bajos al día de hoy es la energía eólica sobre todo para su generación en la región patagónica y en las zonas del sur del mar Argentino ya que ahí es donde existen los vientos con mayor velocidad y con mayor capacidad de que se puedan convertir en energía eléctrica a través de los generadores eólicos, y sobre todo como dijimos por ser una tecnología conocida y existente desde hace muchos años y que tiene un costo de producción de energía similar a otras fuentes de energía como los combustibles fósiles o la energía hidráulica.
Uno de los inconvenies de la energía eólica es que no siempre sopla la misma intensidad de viento y no siempre la energía que puede generarse coincide con el consumo de energía eléctrica que se tiene en ese momento por eso es necesario utilizar sistemas que permitan acoplar la producción de este tipo de energía con el consumo eléctrico que se tiene en cada momento; para esto hoy en día se utilizan sobre todo las usinas hidroeléctricas en las cuales cuando hay mucha energía eólica el consumo eléctrico se abastece con estos aerogeneradores mientras las centrales hidráulicas nos son utilizadas y van almacenando en sus diques agua que no es gastada en ese momento y se usa cuando no hay viento para generar energía la energía hidroeléctrica para abastecer el consumo eléctrico que se produce en los momentos en que no hay viento.

Otra forma de acoplar este tipo de generación de energía renovable con el consumo sería utilizando baterías o capacitores eléctricos que almacenen la energía cuando hay mucho viento y abastezcan luego el consumo eléctrico cuando no hay producción de energía eólica pero el costo de estos acumuladores eléctricos todavía es alto para este tipo de aplicación.

En Argentina las regiones mas ventosas están al sur del país, sobre todo en la región patagónica y sobre las aguas del mar Argentino donde también en el futuro podrá seguramente aprovecharse la energía eólica marina u offshore ya que es también una región de mucho viento y de gran capacidad de producción de energía eólica. En este caso deberán usarse generadores eólicos marinos que para grandes profundidades son del tipo flotante y tienen hoy en día un mayor costo que los aerogeneradores terrestres de eje horizontal pero su costo también podrá seguramente reducirse en un futuro y hacer rentable su utilización.



Energía Solar Fotovoltaica y Termoeléctrica.



La energía solar seguramente será la fuente de energía con mayor uso en el

futuro y con un gran auge en el presente debido a la importante baja de precios que ha tenido esta fuente de energía en los últimos años en que se ha igualado prácticamente a las otras fuentes de energía renovables como la energía eólica o la energía hidroeléctrica, además la energía solar presenta un potencial de producción de energía, por esto la energía solar será en el futuro la energía renovable mas importante de Argentina y del mundo ya que hay muchos países que no tienen el potencial eólico que tiene la Argentina pero tienen muy buena capacidad para generar energía solar. Como para tener una referencia la energía eólica o bien los vientos que se producen sobre la superficie terrestre se producen a partir de los cambios de temperatura en el aire que genera la irradiación de energía solar por lo tanto la energía eólica se produce a partir de la conversión del calor de la energía solar en energía cinética de la velocidad de los vientos generados en este proceso, por eso la cantidad de energía solar que se puede generar generalmente y sobre todo a nivel mundial es superior a la energía eólica, amen de que igualmente Argentina tiene muy buenos recursos de viento para generar energía eólica y dentro de su superficie continental , sin contar la energía eólica offshore que se podrá generar en algún momento la energía solar que se puede generar en las regiones áridas y semiáridas de nuestro país es aproximadamente el doble de la energía eólica que se puede generar sobre todo en la región patagónica de nuestro país.
En el caso de la energía solar fotovoltaica el panel solar solo
genera energía ante la presencia de la luz solar, o sea, durante el día, no generando energía en la noche o en días nublados, encontrandose con el mismo inconveniente que tiene la energía eólica de no coincidir la hora en que puede producirse energía eléctrica con las horas de su consumo, pero en el caso de la energía solar termoeléctrica se puede almacenar el calor del sol durante el día en sales fundidas a altas temperaturas (entre 500 y 800 ªC) y generar la energía eléctrica por el mecanismo del ciclo de turbina de vapor durante la noche o en los días nublados, pudiendo de esta manera adaptar la producción de energía al consumo eléctrico solo usando estos sistemas de generación de energía solar. 
Por un tema de costos lo mejor en este caso es generar energía solar con paneles fotovoltaicos durante las horas de sol y generar energía eléctrica cuando no hay sol usando este método de centrales solares termoeléctricas con almacenamiento de sales fundidas a altas temperaturas durante la noche o en los días nublados.
Igualmente, gracias al avance y a la disminución de costos producidos en los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica por medio de los distintos tipos de baterías o acumuladores eléctricos, en algunos casos, puede resultar mas conveniente y más económico el almacenamiento de la energía solar generada por los parques solares durante el día en acumuladores eléctricos para abastecer el pico de consumo de energía que se da durante la tarde noche para uso domiciliario. En este caso se usan una cantidad limitada de acumuladores eléctricos, para no aumentar en forma importante el costo total de instalación de los parques solares y poder abastecer el pico de consumo de energía que se da en las horas mencionadas.





Producción Agropecuaria con Sistemas de Riego en las Regiones Semiáridas


Aprovechamiento del agua de lluvia que cae sobre los Parques Solares.




La mayoría de las regiones Argentinas que mejores condiciones de sol tienen para la generación de energía solar son regiones semiáridas y no completamente áridas, pero las cuales con la tecnologías actuales de aprovechamiento del agua para riego no pueden ser totalmente aprovechadas para la producción agropecuaria intensiva debido a la escacez del agua para el riego en dichas regiones.
Una forma de obtener agua extra para el riego en estas zonas es aprovechar el agua de lluvia que caerá sobre las instalaciones de energía solar, recolectandola y regando las zonas aledañas a estas instalaciones de forma de producir un cultivo en forma mas intensiva.
Por ejemplo, si tenemos un lote semiárido de 100 hectáreas es poca la producción agrícola o ganadera que se puede obtener en este lote, pero si en dicho lugar llueve la mitad del agua que tiene que llover para un cultivo intensivo (por ejemplo en el norte de la provincia de Buenos Aires llueve un promedio de 1.000 mm anuales) o sea si en este caso llueven 500 mm anuales la vegetación que produce es pobre y generalmente formada por cardos y espinillos, pero si nosotros ponemos paneles solares en la mitad del lote o sea en 50 hectáreas y recolectamos de alguna forma el agua de la lluvia que cae sobre los paneles solares y regamos las restantes 50 hectáreas tendremos una producción de cualquier tipo de cultivo intensivo en perfectas condiciones, logrando extraer una producción agrícola en estas 50 hectáreas muy superior a la producción que se pueda extraer de las 100 hectáreas semiáridas sin sistemas de riego y además estaremos produciendo una cantidad muy importante de energía solar.
Esta forma de combinar la producción de energía solar y la producción agropecuaria es muy interesante de implementar aquí en Argentina ya que la mayoría de las regiones son semiáridas y no áridas del todo como son las regiones del Noroeste, Cuyo, la Pampa Seca y la Patagonia, pudiendose aprovechar de una forma muy productiva tanto para la generación de energía solar como para la producción agrícola en muchas regiones de nuestro país.

Además, como la energía eólica o la energía solar que se puede generar en nuestro país es muy superior a la energía eléctrica generada por las centrales hidráulicas (unas 100 veces o mas) el agua que se destina a la generación de electricidad puede destinarse mayormente al riego de las regiones aledañas a las represas hidráulicas existentes en vez de ser utilizada para la generación de electricidad y el agua dulce de la mismas en vez de que terminen escurriendo hacia el mar y desperdiciandose puede ser aprovechada para regar grandes superficies en dichas regiones, sobre todo este caso se da en las regiones del sur de nuestro país donde hay muchos ríos muy caudalosos que se forman por el deshielo de las montañas de la Cordillera de los Andes. Hoy el riego de esta forma esta muy implementado en las provincias de Mendoza y San Juan sobre todo pero también podría ser muy interesante aplicarlo en el resto de las provincias del sur de nuestro país como sería en las cuencas de los ríos de de las provincias de Neuquen, Río Negro, Chubut y Santa Cruz.





Barcos Propulsados a Energía Solar.



Una aplicación muy interesante que tiene la energía solar fotovoltaica es la

de su implementación como fuente de energía en los barcos, ya sean de pequeño o de gran porte, e inclusive para el transporte de grandes cargas interoceánicas como los grandes barcos de cargas actuales. Esto se debe a que en general los barcos tienen un bajo consumo de energía y sobre todo una muy buena relación de energía consumida por tonelada de carga transportada, superior a cualquier otro sistema de transporte como los ferrocarriles, los camiones o los aviones que le permitirá seguramente funcionar exclusivamente con energía solar.


Seguramente los barcos propulsados con energía solar comenzarán a fabricarse después que se empiecen a utilizar los barcos propulsados con baterías eléctricas. Los barcos que actualmente se están empezando a utilizar propulsados en forma eléctrica mediante baterías de litio y recargandose en los propios puertos donde son utilizados como se recargan los autos eléctricos actuales con un costo de la energía de recarga comprada por el barco en los sistemas de recarga a un costo que ronda entre los 0,12 y 0,15 u$s/KWh; pero si tenemos en cuenta que hoy por hoy el costo de producción mayorista de la energía solar en un parque fotovoltaico no supera los 0,02 o 0,03 u$s/KWh en el futuro seguramente convendrá que a los barcos eléctricos que se están fabricando actualmente se le agregue la mayor cantidad de paneles solares posibles para autoconsumir su propia energía generada y poder disminuir así los costos de la energía comprada para su propulsión a las fuentes de energía eléctrica externas al barco.



En el caso de los barcos interoceánicos de gran porte que tienen una importancia en su uso muy importante ya que transportan la mayoría de las cargas que se exportan o se importan desde Argentina a las otras regiones del mundo, el diseño que yo creo que será mas conveniente para este tipo de barcos solares es hacerlos mas ancho que los barcos convencionales del tipo Panamax o del tipo PostPanamax que son los barcos que podrán pasar por las nuevas exclusas que se están construyendo en el canal de Panamá y que tendrán una profundidad de unos 15 metros y haciendo una estructura de soporte de los paneles solares del barco de forma que pueda agregarse paneles sobre los costados del barco para que el mismo pueda funcionar en forma autónoma durante el día y la noche propulsado exclusivamente con energía solar y que le permitiría como dijimos navegar en forma mas segura sobre zonas de mucha tormenta e inclusive poder navegar en lugares de poca profundidad, lo que permitiría en el caso de Argentina que el barco pueda navegar en zonas río arriba del río Paraná pudiendo llegar en el mejor de los casos hasta la provincias de Chaco y Corrientes o Paraguay.

En ese caso el barco tendrá que cargarse parcialmente en las partes río arriba del río, ya sea de contenedores o cargas a granel como los cereales y luego ir completando la carga del barco hasta llegar a los 15 metros de su calado en zonas mas abajo del río como en Rosario donde podría cargar hasta los 10 o 12 metros o en Buenos Aires o Bahía Blanca donde podría completar la totalidad de la carga y llegar hasta los 15 metros de profundidad.

Esto sería muy importante para estas regiones ya que les permitiría sacar la producción industrial y agropecuaria mas fácilmente lo que significaría un gran avance económico para dichas regiones del norte Argentino, ya que ahora la mercadería debe ser sacada en barcazas hasta las zonas donde puedan ser transbordadas a barcos transoceánicos de gran calado e impidiendo en muchos casos por las dificultades técnicas o económicas de este tipo de trasbordos un mejor desarrollo económico de dichas regiones.


Los barcos propulsados a energía solar de alta velocidad, los Ekranobarcos, o los vehículos navales de efecto suelo también podrán tener una gran implementación en el futuro ya que gracias al aprovechamiento del efecto suelo debajo de la estructura alar porta paneles solares de estas embarcaciones, estos barcos podrán llegar a velocidades superiores a la de los barcos de alta velocidad actuales y además con un marcado menor consumo de combustible por tonelada de carga transportada que los barcos de alta velocidad actuales. 





21 de abril de 2020

Barco solar de alta velocidad

Barco propulsado a energía solar de alta velocidad






Figura 1. Ekranobarco solar con la estructura porta paneles solares totalmente extendida.





Ekranobarco o vehículo naval de efecto suelo propulsado total o parcialmente a energía solar



Para que una embarcación pueda funcionar a energía solar necesita una superficie de captación de la energía del sol varias veces superiores al tamaño propio del su casco, para esto es necesario poner una estructura adicional para aumentar la superficie de captación de energía solar y en donde colocar los paneles solares fotovoltaicos para generar la energía eléctrica necesaria para el funcionamiento de la embarcación, tanto para sus sistemas propulsores como para los consumos de energía de los distintos equipos que lleve la misma.

En el caso de embarcaciones que necesiten navegar a alta velocidad un sistema que puede ser adecuado para poder ampliar la superficie de captación de la energía solar es un sistema de alas rebatibles a ambos costados su casco principal. Donde dicha estructura también contara con flotadores en sus laterales para poder soportar el peso de dicha estructura porta paneles solares cuando la misma este desplegada y extendida.

Este sistema de alas rebatibles podrá desplegarse y plegarse para aumentar y disminuir su tamaño según se necesite por medio de cilindros hidráulicos colocados dentro de las alas y sobre los laterales del casco del barco. Cuando dicha estructura este extendida podrá aumentar la superficie expuesta al sol y generar la energía eléctrica necesaria para el funcionamiento del barco y cuando el mismo tenga que estar amarrado o fondeado en un puerto este sistema de alas se plegara para disminuir la superficie ocupada por el barco en su lugar de fondeo o amarre.


Figura 2. Los cascos que podrá tener serán como los que utilizan los barcos de alta velocidad actuales como los cascos de planeo, los catamaranes o los cascos con hidroalas. Además los Ekranobarcos podrán llevar una estructura de paneles solares verticales para aprovechar la energía solar reflejada en el agua pero con una forma rígida y una altura limitada para no afectar su estabilidad y su resistencia al avance a alta velocidad.



Para disminuir el consumo de energía del barco cuando este navegue a alta velocidad puede ser conveniente que la estructura que está desplegada para poder captar mayor cantidad de energía solar además tenga la forma del ala de un avión, ya que cuando esta embarcación navegue a alta velocidad sobre las alas del barco aparecerá una fuerza de sustentación que tenderá a elevar el casco del barco y a disminuir el contacto del agua con su superficie.

Como la viscosidad cinemática y la densidad del agua es mayor que la del aire, a alta velocidad, la fuerza de resistencia al avance producida por el agua sobre el casco de la embarcación será mayor que la fuerza producida por el aire sobre las alas de esta embarcación, por lo tanto, es mejor que esta embarcación cuando navegue a alta velocidad tenga el menor contacto y rozamiento posible con el agua.

Además, cuando las alas de un avión se desplazan sobre una superficie plana a muy poca altura (entre 0,3 y 3 metros) aparece una sobrepresión del aire debajo de las alas del avión que hace que aumente su fuerza de sustentación y disminuzca su consumo entre un 35 al 50 % o mas respecto a cuando el avión se desplaza a una altura convencional. Este efecto es aprovechado por los Ekranoplanos o vehículos de efecto suelo actuales, pero en los mismos tanto sus sistemas propulsores como las partes que forman al mismo nunca tocan o están sumergidos en el agua, o sea, dichos Ekranoplanos pueden despegar y aterrizar desde pistas terrestres o desde el agua pero cuando viajan ninguna de sus partes está en contacto con el agua o con otro tipo de superficie y funcionan como si fuera un avión en vuelo rasante.

En nuestro caso, tanto los sistemas propulsores como los flotadores laterales podrán estar totalmente o parcialmente sumergidos o en contacto con el agua para poder mejorar la fuerza de empuje del sistema de propulsión o la estabilidad de la embarcación cuando funcione a alta velocidad. Por esto creo que es conveniente diferenciar el nombre de este tipo de embarcaciones a las que llamo como Ekranobarcos respecto de los Ekranoplanos actuales que como dijimos cuando navegan ninguna de sus partes está en contacto con el agua.

Si bien la fuerza de resistencia al avance sobre los motores y el sistema de propulsión que irán sumergidos en todo momento en el agua será mayor a que si los mismos estuvieran en el aire, cuando esta embarcación se desplace tanto a baja como a alta  velocidad la fuerza de empuje de los mismos sobre el agua será mayor que si los hacen sobre el aire.

Para el caso de la estabilidad del barco, si parte de los flotadores laterales están en contacto o parcialmente sumergidos en el agua, o bien poseen en su parte inferior hidroalas o los propulsores de agua, la estabilidad que tenga esta embarcación a alta velocidad será mejor que si dichas alas estuvieran siempre en el aire, y por ende, se podrán usar alas sin tantas características aerodinámicas que permitan darle una mayor superficie de captación de energía solar para aumentar la energía solar generada por esta embarcación.





Eficiencia de los paneles solares.



En este momento la eficiencia máxima de los paneles solares de uso comercial está en el orden de los 20 a 21% aunque existen células solares de uso espacial que serían muy caras para usarlas en este tipo de barcos con eficiencias del orden del 35 al 40%. La eficiencia máxima que podría tener una célula solar multijuntura o tándem es del 68,2% y se están elaborando en este momento en laboratorios células solares de puntos cuánticos de silicio con el potencial de llegar a eficiencias del orden de los 40-50% en los próximos años, por lo tanto para los cálculos y estimaciones del consumo que realizaremos en este articulo consideraremos paneles solares de un 50% de eficiencia que es una eficiencia que podrán tener los paneles solares en el futuro no muy lejano.

Igualmente se están desarrollando en distintos laboratorios a lo largo de todo el mundo una gran cantidad de nuevos tipos de células solares, entre ellas, por ejemplo,  las llamadas células solares Phonovoltaicas (Phonovoltaic solar cells) que tienen el potencial teórico de poder llegar a eficiencias superiores al 70%, por lo cual a futuro también se pueda sobrepasar en algún momento el 50% de eficiencia que consideraremos para los cálculos en este trabajo.


Figura 3. Para usos de largas distancias y altas velocidades el uso conjunto de los propulsores debajo del agua y de hélices aéreas podrán mejorar significativamente la eficiencia total de propulsión de la embarcación.



Sistemas de propulsión y funcionamiento a distintas velocidades.


En este tipo de embarcación los más aconsejable es que su sistema de propulsión este formado por motores eléctricos ya que los mismos tienen un menor tamaño que los motores a combustión interna y además los mismos pueden funcionar sumergidos en el agua y estar colocados junto a los propulsores que se utilicen. Como elementos propulsores lo más conveniente es que se utilicen hélices de alta velocidad, hélices supercavitantes o sistemas de chorro de agua de alta eficiencia que son los sistemas de propulsión que se utilizan en los barcos de alta velocidad actuales.

En general el consumo de la embarcación aumentara con el peso de la carga transportada y la velocidad de la misma, por lo tanto esta embarcación podrá tener dos formas principales de funcionamiento una a baja velocidad, donde el 100 % de su consumo de energía podrá ser suministrado por sus propios paneles solares, llegando a velocidades de unos 30 Km/h aproximadamente. Y otra funcionando a alta velocidad donde las formas de alas de la estructura porta paneles solares y el efecto suelo que se producirá debajo de las mismas le permitirá funcionar con un marcado menor consumo de energía y además llegar a mayores velocidades de crucero que los barcos de alta velocidad actuales.

Igualmente en su funcionamiento a alta velocidad, aunque el consumo total de la embarcación depende del peso total de la misma y del peso de la carga transportada, lo más probable es que no pueda funcionar solo con la energía suministrada por lo paneles solares sino que necesite una energía eléctrica auxiliar, la cual podrá ser entregada por un sistema de acumuladores eléctricos que se recarguen con sistemas de recarga externos a la embarcación en los muelles o en los lugares de fondeo de la misma.

En el caso de que esta embarcación se utilice para el transporte de cargas o de personas en largas distancias y a altas velocidades, puede ser conveniente el uso conjunto de propulsores de agua junto con hélices aéreas tanto abiertas o estandars o con envoltura o de flujo guiado, ya que los propulsores de agua cuando deben trabajar a medianas o altas velocidades empiezan a perder eficiencia de propulsión debido al aumento de las pérdidas de eficiencia debido a la cavitación.

En este caso el uso conjunto de propulsores debajo del agua con las hélices aéreas mejorara la eficiencia total de esta embarcación cuando navegue a altas velocidades y los propulsores debajo del agua le darán mayor fuerza de empuje cuando la embarcación navegue a bajas velocidades o cuando tenga que navegar por zonas de vientos y oleajes intermedios donde la embarcación empiece a desestabilizarse y los propulsores debajo del agua mejoren tanto la estabilidad como la fuerza de propulsión en esos momentos.


Figura 4. El ancho de las alas y su tamaño podrá ajustarse a cada aplicación. Los flotadores laterales sirven además para embolsar el aire debajo de las alas y aumentar el efecto suelo.



Si bien en la actualidad los paneles solares comerciales tienen una eficiencia limitada del orden del 20 al 21 %, menor a la eficiencia que los mismos puedan tener en un futuro, hoy en día también es justificable el uso de este tipo de embarcación ya que el uso de energía solar le permitirá ahorrar de forma considerable el consumo de energía externa de la embarcación ya sea cuando navegue a baja como a alta velocidad respecto del consumo de energía que tienen en estos dos tipos de usos las embarcaciones actuales.

Para que cuando esta embarcación funcione a alta velocidad las alas de la misma no tiendan a elevarla y a darla vuelta hacia atrás podrá ser conveniente el uso de sus sistemas de propulsión tanto en la popa como en la proa de su casco. Siendo lo más conveniente el uso de propulsores en pares, para que el sentido de giro de sus hélices sea contrario entre si y aumentar la eficiencia de propulsión de los mismos.


Figura 5. Las alas podrán achicarse hacia los costados para mejorar su eficiencia aerodinámica y darle mayor estabilidad a alta velocidad.





Tipos de aplicaciones y zonas apropiadas para el uso de este tipo de buques.


Figura 6. El amarre y fondeo deberá hacerse de forma que el viento y el oleaje no afecte a la embarcación debido a la importante altura que puede tener el sistema de alas rebatibles cuando esta plegada.



Este buque por tener el sistema de alas laterales muy cerca del agua cuando el mismo navegue con la estructura desplegada y extendida, y por tener una gran altura cuando la estructura de alas rebatibles esta plegada, puede ser que tenga inconvenientes cuando el mismo este navegando si existen fuertes vientos y oleajes. Por esto lo más conveniente es que este tipo de buque se utilice en zonas de aguas abrigadas o en mares abiertos con vientos leves y con la precaución de no exponer esta embarcación a fuertes vientos y oleajes como puede ser un momento de tormentas. Quizás en estos casos la embarcación tenga que navegar con la estructura de alas rebatibles en una posición semiplegada para mejorar su estabilidad lateral y disminuir el impacto que pueda tener el oleaje sobre la misma.

Para la carga y descarga de personas y de cargas de este buque, debido al sistema de alas rebatibles en la parte lateral de su casco, los más conveniente es que se haga por la parte de adelante o por la parte de atrás del buque. Y en general, este tipo de barco será conveniente utilizarlo para el transporte de cargas livianas o medianas y no para el transporte de cargas muy pesadas como pueden ser los grandes buques de cargas actuales.


Los tres tipos de aplicaciones que puede ser más conveniente el uso de este tipo de embarcaciones son:


1_ En yates de recreo o esparcimiento y barcos deportivos o de pesca con una eslora mayor a  los 6 o 8 metros. En este caso cuando estas embarcaciones se muevan a baja velocidad podrán hacerlo en un 100% a energía solar y si necesitan mayor velocidad para su desplazamiento podrá hacerlo a mayor velocidad que estas embarcaciones en la actualidad. Además cuando estén fondeados o sin movimiento podrán aprovechar con la energía solar a recargar las baterías eléctricas que lleve.


2_ En barcos policiales o militares de patrullaje de zonas costeras. En este casos cuando las embarcaciones estén patrullando a baja velocidad podrán hacerlo en un 100% a energía solar y si necesita mayor velocidad para su desplazamiento o para una persecución también podrá hacerlo a una mayor velocidad que los barcos patrulleros actuales.


3_ En Ferrys para el transporte de personas o de cargas desde cortas hasta largas distancias.

En el caso del transporte de cargas pesadas a velocidades bajas o intermedias, este tipo de Ekranobarco solar seguramente se usará en forma conjunta o superpuesta con otros tipos de sistemas de propulsión como son los barcos a baterías o los barcos solares con el sistema porta paneles solares de tipo telescópico.

En el caso del transporte de personas o de cargas livianas o intermedias a altas velocidades, el uso de este tipo de Ekranobarco solar también seguramente se usara en forma conjunta o superpuesta con otros sistemas de propulsión como son los barcos actuales de alta velocidad propulsados con baterías eléctricas o bien por el uso de los Ekranoplanos o vehículos aéreos de efecto suelo donde el uso de los Ekranoplanos empezará a ser mas conveniente que el uso nuestros Ekranobarcos solares a medida que las distancias sean mayores y que necesiten despegar o aterrizar desde aeropuertos terrestres en zonas del interior del país.

Los Ekranoplanos en general están mas limitados en su tamaño y en el transporte de cargas mas pesadas que nuestros Ekranobarcos solares pero gracias a la mayor velocidad que pueden llegar de 400 a 450 Km/h respecto de los Ekranobarcos solares que en general estarán limitados a velocidades máximas de entre 100 y 150 Km/h, hará que en los trayectos de largas distancias (Mayores a los 1.000 Km) pueda empezar a ser mas conveniente el uso de los Ekranoplanos cuando en el futuro se logren hacer mas seguros sus vuelos a altas velocidades, ya que hoy por hoy, los Ekranoplanos tampoco están totalmente desarrollados y muchas veces les resulta difícil o imposible volar en forma segura y sin accidentes en vuelos rasantes a alturas respecto del agua no mayores a los 3 metros y a sus velocidades máximas de 400 a 450 Km/h.


Figura 7. Los flaps en la parte trasera del ala podrán controlar la altura final entre el ala y el agua para aumentar el efecto suelo y la fuerza de sustentación debajo del ala.





Estimación del consumo







El consumo de combustible por tonelada transportada y la relación de carga transportada respecto del peso total del Ekranobarco cargado que se dan en las tablas que muestran las figuras son estimativos y sus valores dependen de la eficiencia del efecto suelo que se logre alcanzar con el Ekranobarco durante su funcionamiento, del peso propio con que se logre fabricar está embarcación y del peso del combustibles o las baterías eléctricas que se utilicen.


Cómo la relación máxima de los coeficientes de sustentación Cl y de resistencia al avance Cd es de 65, para el perfil alar elegido y teniendo en cuenta la disminución de este valor por la resistencia al avance extra generada por el casco y demás componentes de la embarcación, pero considerando que el efecto suelo logrado por está embarcación puede llegar a ser igual o mayor a los logrados por los Ekranoplanos y poder llegar a duplicar la relación final entre la fuerza de sustentación L y la fuerza de resistencia al avance D. Es que por estos motivos consideramos para el cálculo del consumo de combustible de la embarcación a valores de la relación R = L/D, del orden de los 30, 40 y 50.







Además, considerando que una buena relación entre el peso propio de la embarcación y la carga transportada puede ser de un 50%, y si el viaje es de larga distancia, donde se necesitaria llevar mucho peso en baterías eléctricas o combustible o bien si el peso propio del Ekranobarco es alto el porcentaje de la carga transportada puede caer a un valor estimado del 40%. Que a pesar de ser un valor bajo es mayor que el de los aviones de largas distancias ya que el Ekranobarco se puede construir sin la necesidad de ser presurizado o de tener tantos requisitos aerodinámicos y de diseño como dichos aviones. 

Además en estos cálculos estimamos que el motor del Ekranobarco serrá un motor Diesel con una eficiencia del 30% y que la eficiencia del conjunto de los propulsores de hélices de agua supercavitantes y hélices aéreas de flujo guiado será en torno al 75%.

Los cálculos del consumo de energía se harán para el caso de un peso de 1 Tonelada o 9.800 Newton y una distancia de 100 Km o 100.000 metros.
















En estos resultados podemos ver que el consumo estimado para el Ekranobarco sería inferior que el consumo por carga transportada de un avión, pero mayor al caso de un camión o del resto de los sistemas de transportes de grandes cargas como el ferrocarril o los buques interoceánicos.

Por lo tanto, en principio, según los resultados obtenidos el Ekranobarco solo se justificaría como uso para el transporte de cargas livianas o de personas en distancias cortas o intermedias (hasta unos 1.000 Km), y no tanto para el transporte de cargas intermedias como pueden ser cargas de tipo frigoríficas como carnes o alimentos que necesiten ser refrigerados en trayectos de distancias intermedias y largas (superiores a los 1.000 Km) como sería uno de los objetivos de la utilización de estos Ekranoplanos solares.

Igualmente este tipo de embarcación, si bien estaría acotado su uso como Ferry de transporte de cargas intermedias o pesadas, si se podría usar como Yate o embarcación para usos deportivos o de esparcimiento, o como barco de patrullaje costero propulsados total o parcialmente a energía solar.





Estado de avance del proyecto


En este momento este proyecto de barco solar con el sistema de alas rebatibles para aplicaciones de alta velocidad lo presente como solicitud de patente para su fabricación aquí en Argentina y estoy buscando interesados en llevar adelante y poder aplicar este proyecto tanto en Argentina como en otros países.

Si está interesado en este proyecto puede contactarse con migo al email: 

Martín-Giordano@hotmail.com.






Barco solar para grandes cargas


Barco propulsado a energía solar para grandes cargas



Resumen


Con el agotamiento y el creciente encarecimiento del costo de los combustibles fósiles tradicionales, la energía solar aparece como una fuente de energía alternativa prometedora para la industria del transporte marítimo.

La energía solar tiene el potencial de reducir el costo de la energía gastada por los barcos actuales, pero el mayor problema con el uso de la energía solar en la propulsión de los barcos es que se necesita una superficie de captación de la energía solar entre 6 a 8 veces o más que la superficie propia del casco del barco.

Para esto, se que se desarrolló un sistema que permite que la superficie de generación de energía solar se expanda cuando el barco navega y que se pliega y reduce su tamaño cuando el barco tiene que amarrar en un puerto o navegar por ríos o canales de navegación estrechos.

El sistema que se propone para ampliar y reducir el tamaño de la superficie de captación de la energía solar del barco está formado por una estructura telescópica que además permite aprovechar tanto la energía solar directa del sol que irradia sobre esta estructura del barco como la energía solar reflejada en la superficie del agua del mar, y de esta manera se aumenta la energía solar total generada para el consumo y la propulsión del barco por este sistema de estructura telescópica porta paneles solares para la generación de energía solar del barco.




Introducción


Los barcos propulsados a energía solar se presentan como una alternativa a la propulsión de los buques a futuro ante el cada vez mayor encarecimiento y agotamiento de los combustibles fósiles tradicionales y tiene como finalidad disminuir el costo de la energía que gastan los barcos actuales en su desplazamiento como así mejorar la navegabilidad en los buques sobre todo en mar abierto donde existe una gran cantidad de energía solar que no se aprovecharía de otra manera, por lo tanto con los barcos solares en un futuro se aprovecharía la energía solar que irradia sobre el mar y lo océanos y se aprovecharía para generar el desplazamiento de los buques de cargas actuales.


Figura 1: Los paneles solares horizontales capturan la energía solar directa del sol y los paneles solares verticales capturan la energía solar reflejada en la superficie del agua del mar.


La superficie de paneles solares que necesita un barco de carga para captar la energía solar necesaria para su funcionamiento tiene que ser de unas 6 a 8 veces o mas de la superficie del casco de los barco actuales para que el barco navegue en forma autónoma durante el día y la noche a la misma velocidad que navegan los barcos de cargas actuales hoy en día, por lo tanto se necesita un sistema que permita poner más paneles solares en el barco de la superficie propia del barco, y para esto se presento la actual solicitud de patente que consta en una estructura telescópica que puede ampliar y disminuir su tamaño según se necesite, o sea, cuando el barco navegue sobre mar abierto y en condiciones de mar calmo navegara con la estructura extendida para poder captar la energía solar para su funcionamiento y cuando tenga que estar amarrado a un puerto o navegar por ríos estrechos o canales tipo el canal de Panamá se podrá achicar esta estructura con los paneles solares como si fueran las medidas de un barco actual.

Para poder ampliar y disminuir el tamaño de la estructura que porta los paneles solares es que se diseño una estructura de tipo telescópica que tiene paneles solares dispuestos horizontalmente como verticalmente, los paneles solares dispuestos horizontalmente como se puede observar en las figurasen general captarían la energía directa del sol mientras que los paneles solares que van dispuestos verticalmente permitirían captar la componente de la energía solar difusa y reflejada en el agua del mar donde la cantidad de esta energía solar reflejada en mar abierto puede ser una cantidad de energía importante (Nosotros consideramos que esta energía puede ser del orden del 50% de la energía solar directa del sol en mar abierto) y que se sumaría a la energía solar directa del sol aprovechada en principio por los paneles dispuestos horizontalmente.

Este tipo de barco también tiene como opcional llevar, si la estructura de soporte de los paneles solares es muy grande, dos flotadores a los laterales del barco para soportar el peso propio de la estructura tomando la forma de una especie de Trimarán, pero donde los flotadores laterales solo cumplen la función de soportar el peso de la estructura de los paneles solares y no se llevan cargas en dichos flotadores, pero también dichos flotadores si bien aumentan la resistencia al avance del buque en una posición semiplegada le mejoraría la estabilidad lateral del barco pudiendo navegar mejor en momentos de tormentas en alta mar o sobre pocas profundidades del agua como puede ser en zonas rio arriba de nuestros ríos Paraná y Uruguay aquí en Argentina o en ríos similares en los demás países del mundo.


Figura 2: Los paneles solares irán colocados sobre una estructura telescópica que permite ampliar su tamaño cuando el barco navegue sobre el mar abierto y permitirá reducir su tamaño cuando el barco tenga que estar amarrado en un Puerto o navegue por ríos o canales de navegación estrechos.




Eficiencia de los paneles solares


En este momento la eficiencia máxima de los paneles solares de uso comercial esta en el orden de los 20 a 21% aunque existen células solares de uso espacial que serían muy caras para usarlas en este tipo de barcos con eficiencias del orden del 35 al 40%. La eficiencia máxima que podría tener una célula solar multijuntura o tándem es del 68,2% y se están elaborando en este momento en laboratorios células solares de puntos cuánticos de silicio con el potencial de llegar a eficiencias del orden de los 40-50% en los próximos años, por lo tanto para los cálculos que realizaremos en este articulo consideraremos paneles solares de un 50% de eficiencia que es una eficiencia que podrán tener los paneles solares en el futuro no muy lejano.

Igualmente se están tratando de desarrollar en distintos laboratorios a lo largo de todo el mundo una gran cantidad de nuevos tipos de células solares, entre ellas, por ejemplo,  las llamadas células solares Phonovoltaicas (Phonovoltaic solar cells) que tienen el potencial teórico de poder llegar a eficiencias superiores al 70%, por lo cual a futuro también se pueda sobrepasar en algún momento el 50% de eficiencia que consideraremos para los cálculos en este trabajo con algunos de estos nuevos tipos de células solares que se están desarrollando e investigando continuamente en todo el mundo.



Figura 3: Paneles solares cuando la estructura telescópica esta completamente plegada




Velocidad y características de este tipo de buques


Consideraremos como ejemplo de aplicación de este sistema de propulsión a energía solar con esta forma de estructura porta paneles solares a un buque tipo Panamax de 50.000 TPM con una eslora máxima total de unos 250 metros, una manga máxima de 32 metros y un calado de 12 metros, pero este tipo de sistema telescópico de bastidor de los paneles solares de los buques solares también podrá aplicarse a buques de mayor tamaño tipo los buques PostPanamax o buques de menores tamaños donde se justifique hacer este tipo de estructuras telescópicas que en general se justificaran de implementar por la complejidad de su funcionamiento en buques de medianos o grandes portes.


Calculo de las velocidades del buque de ejemplo para un día de verano e invierno en Argentina


Si consideramos que la estructura de soporte de los paneles solares tiene unas 8 veces la manga máxima del barco o sea de 256 metros y una altura de los paneles solares verticales de la mitad del ancho de los paneles solares horizontales o sea de 128 metros con un largo de los paneles solares igual a la eslora máxima del barco de 250 metros y además si consideramos que las horas de sol por día para la radiación estándar de 1.000 W/m2 es de 6,5 hs/día para un día de verano promedio y de 2,5 hs/día para un día de invierno en condiciones de mar abierto y para la posición en la que esta la ciudad de Buenos Aires en Argentina o de la Ciudad del Cabo en Sudáfrica de 35° de latitud sur.

Y considerando que los paneles solares utilizados tienen una eficiencia máxima de un 50% y que los paneles solares verticales que captan la energía solar difusa y reflejada en la superficie del mar y que esta componente es de aproximadamente el 50% que la energía solar directa del sol, o sea, que los paneles solares dispuestos verticalmente generan en su conjunto el 50% de la energía solar generada por los paneles dispuestos horizontalmente para una situación general del barco ya que el valor de esta componente de energía solar difusa y reflejada dependerá de la posición que tenga el barco y los paneles solares verticales respecto de la posición que tenga el sol en cada momento pero en términos generales, y aproximadamente, consideraremos que la energía solar difusa y reflejada en la superficie del mar será del 50% de la energía solar directa del sol en mar abierto.

Por estas consideraciones para un día de verano tendremos una potencia generada por los paneles solares de 13.000 Kw y para un día de invierno una potencia generada de 5.000 Kw.

Y considerando también que:


  •      El barco solar tendrá una la resistencia al avance extra debido a los pontones laterales del buque y la resistencia del velamen de los paneles solares verticales y la estructura de los paneles solares horizontales.
  •      Este buque solar estará construido con dos motores eléctricos acoplados a dos hélices con sentido de giros distintos, lo que genera una mejora en la eficiencia de propulsión respecto del uso de una sola hélice de un 5 al 8 %.
  •       Este buque y sus pontones estarán revestidos con pinturas de silicona de menor fricción con el agua en un orden del 4 al 8 % que las pinturas convencionales que se usan mayormente en la actualidad.
  •     La eficiencia general del sistema eléctrico tanto de los motores como de las baterías eléctricas es del orden del 80%.


Tendremos una velocidad promedio de este buque en un día de verano de:  16,5 Nudos (= 30,55 Km/h)

y una velocidad promedio de este buque en un día de invierno de:  12,5 Nudos (=23,15 Km/h)


Este cálculo es solo para saber cuales pueden ser las mejores performances que podría tener este barco con las eficiencias de las células solares consideradas del orden del 50% aunque las eficiencias de las células solares marinas hoy en día son inferiores a los valores considerados en estos cálculos.




Operación de este tipo de buques a mayores velocidades



Como este tipo de buques propulsados a energía solar tendrá que llevar acumuladores eléctricos para almacenar la energía solar generada por los paneles solares durante el día para la noche y además una cantidad suficiente de baterías eléctricas que le garantice al barco tener energía almacenada por lo menos para 4 o 5 días de funcionamiento por si el barco tiene que atravesar una zona de tormentas o de días nublados;  si es necesario darle mayor velocidad a estos buques se podrán recargar las baterías que lleve el buque si es un buque portacontenedores por ejemplo en los puertos que vaya tocando el buque por lo que para su funcionamiento tendrá la energía que generen los paneles solares mas la energía que puedan darles los acumuladores eléctricos lo cual podrá obtener una mayor velocidad que la que pueda obtener solo utilizando la energía generada por los paneles solares.

Además una aplicación interesante que pueden tener los buques propulsados a energía solar es la generación de energía eléctrica en el mar para luego utilizarla en las zonas costeras en tierra firme, o sea, en vez de utilizar parques solares flotantes como se están construyendo hoy en día, que pueden ser difíciles de amarrar al suelo marino cuando el mar donde estén los parques solares tenga una profundidad importante o bien que el mismo pueda resistir el oleaje de una tormenta fuerte; si usamos un barco solar para generar energía con la energía solar que irradia sobre los mares o los océanos mar adentro será mas fácil y mas conveniente que hacerlo con parque solares flotantes.

Por lo tanto, estos barcos generadores de energía en su funcionamiento mar adentro podrán también funcionar como estaciones de recarga de energía eléctrica de los buques que necesiten mayor energía eléctrica para su funcionamiento, ya sea porque son días de invierno con poca radiación solar en el mar o porque necesitan mayor velocidad de transporte de las cargas que las que le puede dar el buque con los paneles solares que lleva con este tipo de estructuras porta paneles solares.




Carga y descarga del buque


En este tipo de barco solar, cuando la estructura que sostiene los paneles solares se pliega, la estructura telescópica y sus paneles solares se plegaran en la parte superior del barco y encima de las cargas que se colocarán en el casco del barco, ya sean cargas a granel o cargas en contenedores.

Para poder cargar y descargar este tipo de cargas se necesitara un puente grúa telescópico especial ya que las grúas pórticos que están en los puertos en la actualidad no podrán realizar esta tarea de carga y descarga del buque correctamente porque la parte superior del barco estará cubierta por la estructura telescópica de soporte de los paneles solares y cuando la misma este plegada.

Este puente de la grúa telescópico tendrá un carro principal que se movería longitudinalmente a lo largo del casco del barco y transversalmente a lo ancho. Se puede ver en forma esquemática en la Figura 4, ilustrando cómo se cargará y descargará el puente de la grúa mientras el barco solar esté amarrado a un puerto.




Figura 4: Funcionamiento esquemático del puente grúa telescópico




Estabilidad lateral del buque


Como la estructura telescópica porta paneles solares y como los mismos paneles solares van dispuestos en la parte de superior del buque, este peso que puede ser importante y que esta en la parte de superior del buque puede afectar la estabilidad lateral del mismo en un día de tormentas o de mucho oleaje; pero para resolver este problema lo que se puede hacer es poner los pontones a una determinada distancia del casco del buque para que aumente la estabilidad lateral del mismo en esas condiciones de navegación como muestra la siguiente figura.



Figura 5: Estructura telescópica porta paneles solares semiplegada. En esta posición los pontones laterales pueden mejorar la estabilidad lateral del buque.




Construcción de los primeros buques propulsados en forma parcial a energía solar 



Desde otro punto de vista, mirando hacia el futuro, una posibilidad es que los barcos propulsados con energía solar se empiecen a utilizar después de que se empiecen a fabricar los barcos propulsados en forma eléctrica mediante baterías eléctricas recargables, ya que estos tipos de barcos son menos complejos de fabricar que los barcos propulsados totalmente a energía solar como proponemos en este artículo. Los barcos que actualmente se están empezando a fabricar propulsados en forma eléctrica mediante baterías de litio y recargandose en los propios puertos donde son utilizados como se recargan los autos eléctricos actuales, tienen un costo de la energía de recarga comprada por el barco a los sistemas de recarga a un precio que ronda entre los 0,12 a 0,15 u$s/KWh, pero si tenemos en cuenta que hoy por hoy el costo de producción mayorista de la energía solar en un parque fotovoltaico en una zona soleada de un desierto no supera los 0,02 o 0,03 u$s/KWh y si bien en mar abierto la radiación solar directa es un poco inferior que en un desierto en el futuro seguramente convendrá que a los barcos eléctricos que se están fabricando actualmente se le agregue la mayor cantidad de paneles solares posibles para autoconsumir su propia energía generada y poder disminuir así los costos de la energía comprada para su propulsión a las fuentes de energía eléctrica externas al barco, comenzandose de a poco a fabricar así los barcos propulsados a energía solar que proponemos en el presente artículo.


Una forma de empezar a construir este tipo de buques con los paneles solares que existen en la actualidad, que como dijimos tienen una menor eficiencia que los considerados en los cálculos que hicimos, es hacer un buque solar con una estructura de soporte menor de los paneles solares sin los pontones laterales y sin los paneles solares verticales, disminuyendo la energía solar generada por el buque pero también disminuyendo la complejidad de construcción de dicha estructura y haciendo una propulsión a energía solar parcial, o sea, parcialmente a energía solar con los paneles actuales que tienen una eficiencia del orden del 20-21% y el resto de la energía necesaria para mover al buque sería recargando las baterías eléctricas del buque con fuentes de recarga externas al barco.


Este tipo de buques propulsados en forma parcial a energía solar podría empezar a construir en la forma que indica la figura de abajo donde se ve que la superficie de los paneles solares es menor que el buque pensado para funcionar en un 100% a energía solar pero también seguramente mas fácil de construir y de probar en los primeros buques que se quieran fabricar con este sistema telescópico de soporte de los paneles solares.


Figura 6: Diseño que tendrían los primeros barcos solares construídos en forma parcial a energía solar




Costos operativos de los buques actuales


Nuestro interés en este análisis de costos es ver que incidencia tiene el costo de combustible y los distintos consumibles del motor propulsor principal y los grupos electrógenos auxiliares en el costo operativo total del buque. En este análisis no tendremos en cuenta los costos totales de la empresa Naviera como los gastos administrativos, los impuestos o la ganancia de la misma, solo tendremos en cuenta, como dijimos, los costos aproximados de la operación de los buques.

Para esto haremos las siguientes consideraciones :


  •       El costo de construcción y puesta en marcha de nuestro buque granelero de 50.000 TPM es de 60 millones de dólares y con una vida útil de 40 años.
  •     El motor principal del buque tiene una potencia máxima de 14.560 Kw con un consumo estimado de combustible de 20.000 litros por hora de funcionamiento.
  •      El tiempo de funcionamiento del buque será aproximadamente el 65% del tiempo de su vida útil, debidos a las paradas por mantenimiento, las paradas por la carga y descarga del mismo u otros casos.
  •        El costo aproximado del combustible que consume el buque es de 0,5 u$s/litro.
  •        Este buque tendrá un personal de 20 personas con un periodo de trabajo de 30 días en el buque y 30 días de descanso, por lo que el personal total del buque será de 40 personas.
  •    El sueldo promedio y aproximado de cada operario del buque será de  8.000 u$s/mes considerando el sueldo bruto, impuestos, aguinaldos, premios u otros costos.
  •      El gasto en insumos y comestibles aproximado del personal en los 40 años de vida útil de buque será de 20 millones de dólares.
  •      El gasto en insumos para el mantenimiento del buque durante sus viajes arriba del barco en los 40 años de vida útil de buque será de 20 millones de dólares.
  •      El gasto en mantenimiento en sus paradas en astilleros o diques secos en los 40 años de su vida útil será de unos 80 millones de dólares.
  •      EL costo aproximado de inscripción, patente y seguros del buque en los 40 años de vida útil será de 80 millones de dólares.
  •      El costo del combustibles de los grupos electrógenos del buque, del aceite y demás consumibles del motor principal y de los distintos motores a combustión auxiliares del buque representarán aproximadamente el 15% del costo total del combustible consumido por el motor principal del buque.

Con estas consideraciones tendremos los siguientes costos operativos del buque en sus 40 años de vida útil.


  •       Costo del Buque:     60   Millones de Dólares.
  •       Costos del combustible del motor principal:    2.277,6   Millones de Dólares.
  •     Costo del combustible y consumibles de los motores a combustión auxiliares:    341,64  Millones de Dólares.
  •       Costo del personal del buque:    153,6  Millones de Dólares.
  •       Costo de los insumos comestibles del personal del buque:    20  Millones de Dólares.
  •     Costo de los insumos para mantenimiento del buque durante sus viajes:   20  Millones de Dólares.
  •       Costo de Mantenimiento del buque en los astilleros:     80  Millones de Dólares.
  •       Costo de inscripción, patente y seguros del buque:     80  Millones de Dólares.


Costo operativo total del buque en sus 40 años de vida útil:   3.032,84  Millones de Dólares.

Costo del combustible y consumibles de todos los motores a combustión del buque:   2.619,24  Millones de Dólares.

Porcentaje del costo de combustible y consumibles de los motores a combustión respecto del total de los costos operativos del buque durante su vida útil:   86,36%


Con esto podemos ver que el principal costo de un buque en su funcionamiento es el costo del combustible, el aceite y de los distintos consumibles que tienen sus motores a combustión. Por lo tanto si nosotros con el uso de la energía solar logramos disminuir el costo de la energía utilizada por el buque en forma significativa, también disminuiremos de forma significativa los costos operativos y el costo final del flete de las cargas transportadas.

Esto nos permite pensar que con la mejora de la eficiencia y el abaratamiento que pueden tener los paneles fotovoltaicos y los acumuladores de energía en el futuro próximo, el costo de operación y del flete final de los buques propulsados a energía solar pueden ser significativamente menores a los costos actuales del flete de las mercancías.




Conclusión


El aumento del costo de los combustibles fósiles de estos últimos años debido al cada vez mayor agotamiento de sus reservas mundiales, nos obliga a buscar combustibles alternativos, donde la energía solar, debido a la abundancia de su obtención sobre todo en los mares y océanos abiertos, y a su cada vez mayor abaratamiento y mejoras en la eficiencia y en los tiempo de vida útil de sus equipos de captación y acumulación de la energía eléctrica generada, puede ser una alternativa muy importante a tener en cuenta. 

Si bien la utilización de la energía solar en los buques de transportes de cargas tiene ciertas dificultades técnicas como el agregado de la estructura telescópica aquí propuesta para aumentar la superficie de captación de la energía solar que necesitará el buque para su funcionamiento, puede agregar inconvenientes en la navegación de estos buques respecto de los barcos tradicionales; dado el alto costo de los combustibles fósiles actuales, nos permite pensar que con la utilización de la energía solar en la propulsión de los buques se podrá reemplazar el uso de los combustibles tradicionales eficazmente, y además, disminuir de forma significativa el costo de operación y del costo final del flete de las cargas transportadas.

Además, considerando a las otras alternativas que se están estudiando actualmente para reemplazar a los combustibles fósiles en las embarcaciones que son principalmente el uso de baterías eléctricas y de hidrógeno, que se recargarían en los buques como actualmente se recargan los autos eléctricos; también creemos que el uso directo de los paneles solares en los propios barcos le otorgaran una mayor autonomía para alcanzar mayores distancias recorridas sin la necesidad de recargas de energía y un menor costo en su funcionamiento ya que consume la energía producida por sus propios paneles solares y no es necesaria la compra de energía eléctrica de fuentes externas al buque.

Por lo tanto, creemos que la estructura telescópica porta paneles solares que proponemos en este proyecto para que los buques puedan ser propulsados a energía solar podrá tener una gran implementación en los buques de transportes de grandes cargas tanto en el presente como en el futuro.




Estado de avance del proyecto


Actualmente presente una solicitud de patente en Argentina para la construcción de las estructuras de soporte de los paneles solares para los barcos solares de grandes cargas, y en este momento este proyecto se encuentra en fase de buscar interesados en la industria naval tanto en la Argentina, donde se presento la solicitud de patente, como en el resto de los países del mundo para poder llevar adelante este proyecto y poder concretarlo. 


Si está interesado en este proyecto puede contactarse con migo al email:

Martín-Giordano@hotmail.com.