Universidad Politécnica de Cartagena
Escuela Técnica Superior de Ingeniería Naval y Oceánica
Grado en Arquitectura Naval e Ingeniería de Sistemas Marinos
2017
Trabajo Fin de Grado
Auditoría Energética a un Buque Pesquero
Director: José Enrique Gutiérrez Romero
Autor: Adrián Martínez Rodríguez
I Introducción 16
II Descripción del buque base 19
III Auditoria Energética 27
0.1. Sector pesquero en España . . . 28
0.2. Impacto del arte de la pesca sobre el consumo energético . . . 33
0.2.1. Artes Pasivos . . . 33
0.2.1.1. Pesca Artesanal . . . 35
0.2.2. Artes Activos . . . 36
0.2.2.1. Cerco. . . 36
0.2.2.2. Arrastre . . . 38
0.2.2.3. Pesca con cebo vivo . . . 40
0.2.2.4. Pesca con curricán . . . 41
0.2.3. Conclusión . . . 42
0.3. Objetivos específicos de la auditoria . . . 46
0.4. Metodología . . . 47
0.4.1. Obtención de la documentación técnica del buque seleccionado . 47 0.4.2. Reconocimiento y pruebas de mar de los buques . . . 48
0.4.2.1. Reconocimiento del buque . . . 48
0.4.2.2. Prueba de velocidad en Navegación Libre . . . 49
0.4.2.3. Prueba de Tiro a Punto Fijo . . . 50
0.4.3. Análisis Hidrodinámico . . . 54
0.4.3.1. Determinación del comportamiento del buque median-
te CFD. Generalidades. . . 54
0.4.3.2. Consideraciones sobre las formas de los pesqueros . . . 56
0.4.3.3. Consideraciones sobre la Resistencia a la Marcha en Buques pesqueros . . . 58
0.4.3.4. Predicción de la Resistencia al Avance de Pesqueros . . 60
0.4.3.5. Oportunidad de instalación del Bulbo de Proa . . . 61
0.4.4. Consideraciones sobre la Operación del Buque . . . 62
0.4.4.1. Asiento del Buque . . . 63
0.4.4.2. Rugosidad del Casco y la Hélice . . . 64
0.4.5. Análisis de la propulsión . . . 66
0.4.5.1. Motor principal. Rendimiento según carga demandada . 72 0.4.5.2. Consideraciones sobre la adecuación de la Hélice . . . 74
0.4.5.3. Condiciones de Mantenimiento . . . 84
0.4.5.4. Recorte o sustitución de la Hélice . . . 86
0.4.5.5. Reductores de dos Velocidades . . . 88
0.4.6. Gestión de la energía a bordo. . . 89
0.4.6.1. Selección de Auxiliares. Alternativas de funcionamiento 90 0.4.6.2. Consumidores principales . . . 93
0.4.6.3. Integración del tren propulsivo en la generación de po- tencia eléctrica y accionamiento de equipo . . . 95
0.4.6.4. Aprovechamiento de Energías Residuales. . . 96
0.4.6.5. Viabilidad Técnica de la recuperación de Energías Re- siduales . . . 96
0.4.6.6. Utilización de Motores Electrónicos . . . 98
0.4.6.7. Gestión de la lubricación . . . 99
0.4.7. Combustibles alternativos . . . 100
0.4.7.1. Gas licuado del petróleo (GLP) . . . 101
0.4.7.2. Biodiésel . . . 102
0.4.7.3. Gas natural licuado (GNL) . . . 103
0.4.7.4. Energía Eólica . . . 104
0.4.7.5. Hidrógeno . . . 107
0.4.7.6. Corrientes marinas. . . 107
0.5. Auditoria . . . 108
IV Viabilidad de implantación de GNL como combustible 109
0.6. Viabilidad Estructural . . . 1100.6.1. Estimación del alargamiento . . . 111
0.6.2. Cálculo del Módulo de la Maestra . . . 118
0.7. Estudio de la Estabilidad . . . 120
0.7.1. Criterios de Estabilidad . . . 120
0.7.1.1. Centro de Gravedad . . . 123
0.7.1.2. CC1-salida de puerto 100 % consumos 0 % capturas . . . . 129
0.7.1.3. CC2- salida de caladero con 100 % capturas y 35 % consumos . . . 135
0.7.1.4. CC3- llegada a puerto 100 % capturas, 10 % consumos . 140 0.7.1.5. CC4- llegada a puerto 20 % capturas, 10 % consumos . 145 0.7.1.6. CC5- faenando en caladero 50 % capturas-50 % consumos150 0.7.2. Tablas de características Hidrostáticas . . . 153
0.7.3. Tablas de brazos de adrizamiento (KN) . . . 168
0.7.4. Tablas de sondeo de tanques . . . 177
0.7.5. Cálculo del francobordo . . . 197
0.7.5.1. Definiciones y Dimensiones Principales . . . 197
0.7.5.2. Correcciones . . . 198
0.7.5.3. Calculo de los distintos Francobordos. . . 202
0.7.5.4. Resumen del Francobordo . . . 203
0.7.6. Cálculo del Arqueo . . . 203
0.7.6.1. Regla nº 3: Arqueo Bruto . . . 203
0.7.6.2. Regla nº 4: Arqueo neto . . . 204
V Instalación de relicuefacción de GNL 207
0.7.7. Criogenia. Ciclo Linde . . . 208
0.7.7.1. Descripción del proceso y balance de energía . . . 208
0.7.7.2. Ciclo con refrigeración adicional . . . 212
0.7.8. Instalación Relicuado GNL. . . 213
0.7.8.1. Dimensionamiento de la instalación. . . 213
VI Estudio Hidrodinámico 217
0.8. Calculo de los Parámetros físicos de entrada. . . 2180.9. Modelización de Carena y Bulbos mediante CAD . . . 223
0.10. Ensayos de CFD . . . 229
0.11. Resistencia al Avance . . . 242
VII Viabilidad Económica 245
VIII Conclusiones 252
1. Plano de formas buque base. [1] . . . 21
2. Distribución general (perfil). [1] . . . 25
3. Distribución General (planta). [1]. . . 25
4. Comparativa de crecimiento. Fuente: [2] . . . 29
5. Evolución según tipo de capturas. Fuente: [2] . . . 29
6. Pesca menor. . . 30
7. Buque arrastrero de altura. . . 30
8. Distribución de la flota pesquera por arte. Fuente: [2]. . . 31
9. Distribución de la flota pesquera por zona de operación. Fuente: [2] . . . 32
10. Caladeros de la flota Española. Fuente: [6] . . . 33
11. Palangrero. Fuente: [7] . . . 34
12. Pesca con nasas. Fuente: [8] . . . 35
13. Maniobra de cerco. Fuente: [9] . . . 37
14. Cerqueros en operación. Fuente:[10] . . . 38
15. Maniobra de arrastre. Fuente: [9] . . . 39
16. Potencia entregada a la hélice. Fuente: [9] . . . 40
17. Pesca de bonito con cebo vivo. Fuente: [11] . . . 41
18. Pesca con curricán. Fuente: [10] . . . 42
19. Variación del consumo energético por operación. Fuente: [7] . . . 43
20. Distribución en tiempo de las operaciones de un palangrero. Fuente: [7] . 43 21. Ejemplo de consumo de un arrastrero de Gran Sol. Fuente: [7] . . . 44
22. Distribución de tiempo en las operaciones de un arrastrero. Fuente: [7] . . 44
23. Ejemplo de consumo de un arrastrero de litoral. Fuente: [7] . . . 45
24. Distribución de tiempo en las operaciones de un arrastrero de litoral.
Fuente: [7]. . . 45
25. Zonas ECA. . . 47
26. Distribución general de espacios en un buque pesquero. . . 48
27. Comparativa métodos de predicción de potencia. Fuente: [7] . . . 50
28. Posición dinamometro. Fuente: [7] . . . 51
29. Prueba a Punto Fijo. Fuente: [7] . . . 52
30. Prueba a Punto Fijo. Fuente: [7] . . . 53
31. Relación RPM-(Mt/RPM2)/PAR. Fuente: [7]. . . 54
32. Relación RPM (motor)-Tiro (t). Fuente: [7] . . . 54
33. Ensayo carena en Tdyn. Fuente: Elaboración propia. . . 55
34. Mallado carena en Tdyn. Fuente: Elaboración propia. . . 56
35. Relación V-Rt para un arrastrero en navegación libre. Fuente: [7] . . . 59
36. Bulbo de proa. Fuente: Elaboración Propia. . . 61
37. Comparativa Resistencia al avance con y sin bulbo. Fuente: [7] . . . 62
38. Flaps de popa. Fuente: [7] . . . 64
39. Buque en dique seco. Fuente: [7] . . . 66
40. Disposición habitual de la sala de maquinas. Fuente: [7]. . . 67
41. Generador de cola-Acoplamiento Hidráulico. Fuente: [7] . . . 68
42. Generador de cola-Acoplamiento eléctrico. Fuente: [7] . . . 68
43. Configuración típica de propulsión eléctrica. Fuente: [7] . . . 69
44. Potencia eléctrica generado por los alternadores en una marea . Fuente: [7] 70 45. Potencia mecánica entregada a la hélice en una marea de un arrastrero. Fuente: [7]. . . 71
46. Potencia mecánica entregada a la hélice en una marea palangrero. Fuente: [7] . . . 71
47. Consumo específico de un motor de 950 Kw a 1.200 rpm. Fuente: [11] . . 72
48. Punto de diseño del propulsor del buque . Fuente: [7] . . . 73
49. Diagrama de funcionamiento de un motor diésel. Fuente: [7] . . . 75
50. Ejemplo de uso del diagrama de funcionamiento de un motor. Fuente: [7] 77 51. Funcionamiento del motor durante la maniobra de arrastre. Fuente: [7] . . 78
52. Hélice de paso variable. Fuente: [7] . . . 79
53. Comportamiento hélice paso variable. [7] . . . 80
54. Hélice con tobera. . . 81
55. Ejemplo de Cavitación. Fuente: [7] . . . 82
56. Buque pesquero en dique seco. Fuente:https://2.bp.blogspot.com/[12] 84 57. Zonas afectadas por el recorte del borde de salida de la helice. Fuente: [7] 87 58. Disminución del ángulo de ataque al recortar el perfil. Fuente: [7] . . . . 87
59. Detalle del borde de salida de un perfil. Fuente: [7] . . . 88
60. PTO (entre hélice y motor). Fuente:http://estaticos.ipmedios.com/[13] 91 61. Kit de GLP para embarcacion menor. Fuente: [7] . . . 102
62. Buque propulsado con GNL como combustible. Fuente:www.marineinsight. com/[14] . . . 104
63. Mar Brava Dos. Fuente:www.cpescala.cat/[15] . . . 105
64. Barco propulsado mediante kiteboarding. Fuente: [11] . . . 106
65. Adecuación de la velocidad de arrastre a las corrientes marinas. Fuente: [7]108 66. Tanque Tipo C. Fuente: [16] . . . 115
67. Disposición de tanques GNL. Fuente: Elaboración proopia. . . 116
68. Repostaje GNL mediante camión. Fuente: [17] . . . 117
69. Puntos de repostaje GNL Europa. Fuente: [18] . . . 118
70. Puntos de repostaje GNL Noruega. Fuente: [18] . . . 118
71. Distribución de tanques. Fuente: Elaboración Propia. . . 121
72. Distribución estructura longitudinal . . . 125
73. Distribución peso estructura transversal. . . 126
74. Curva GZ CC1. . . 132
75. Curva GZ CC2. . . 137
76. Curva GZ CC3. . . 142
77. Curva GZ CC4. . . 147
78. Curva GZ CC5. . . 152
79. Relacion KN-angulo de escora (a) . . . 169
80. Expansión isoentálpica. Fuente: [19] . . . 209
81. Diagrama T-s del aire. La linea gruesa señala la campana de saturación.
Fuente: [19] . . . 210
82. Esquema del ciclo Linde simple. Fuente: [19] . . . 210
83. Esquema del ciclo linde simple. Fuente: [19]. . . 211
84. Esquema del ciclo Linde con un ciclo de refrigeración adicional. Fuente: [19] . . . 212
85. Esquema instalación de relicuado. Fuente: Elaboración propia. . . 213
86. Aislamientos Tanques. Fuente: [16] . . . 214
87. Materiales Tanques. Fuente: [16] . . . 214
88. Volumen de control.. . . 219
89. Datos de entrada para calcular los parámetros. . . 222
90. Parámetros de entrada. . . 223
91. Carena base. Fuente: Elaboración propia. . . 224
92. Curva de Áreas. Elaboración propia. . . 224
93. Bulbo base. Fuente: Elaboración propia. . . 227
94. Bulbo gota de agua. Fuente: Elaboración propia.. . . 228
95. Bulbo recto. Fuente: Elaboración propia. . . 228
96. Bulbo recto lanzado. Fuente: Elaboración propia. . . 229
97. Convergencia de mallado. . . 235
98. Campo de Velocidades. Fuente: Elaboracion Propia. . . 239
99. Campo de presiones bulbo base. Fuente: Elaboración propia. . . 240
100. Campo de presiones bulbo recto 1. Fuente: Elaboración propia. . . 241
101. Campo de presiones bulbo recto lanzado. Fuente: Elaboración propia. . . 241
1. Dimensiones principales.[1] . . . 20
2. Propiedades de volumen. [1] . . . 20
3. Propiedades del pano de flotación. [1] . . . 21
4. Propiedades buque base. [1] . . . 21
5. Disposición de tanques buque base.[1] . . . 23
6. Disposición tanques buque base. [1] . . . 24
7. Modelos y características básicas de los motores del buque estudiado. [1] 26 8. Comparativa Motor Auxiliar-Altern. de Cola. Fuente: [7] . . . 92
9. Horas por condición de operación por marea de un arrastrero. . . 111
10. Posibles nuevos motores consumiendo GNL a instalar. . . 111
11. Condición 100 % GNL. . . 112
12. Consumo 75 % de GNL. . . 113
13. Consumo 50 % de GNL. . . 113
14. Consumo 25 % de GNL. . . 114
15. Dimensiones de Tanques y Alargamiento del buque . . . 116
16. Resultados resistencia estructural. . . 120
17. Comparativa entre módulos calculados por DNV-módulo de la maestra original . . . 120
18. Pesos y Momentos Acero Continuo. . . 124
19. Centro de gravedad Acero Continuo. . . 124
20. Pesos y Momentos resto de Acero Continuo. . . 125
21. Centro de Gravedad Resto de Acero Continuo.. . . 125
22. Peso y Centro de gravedad Superestructura. . . 126
23. Pesos y Momentos Casetas. . . 126
24. Resumen Pesos y Momentos Acero. . . 127
25. Pesos y Momentos Equipos Cámara de Máquinas. . . 127
26. Resumen Pesos y Momentos Equipos y Sistemas del Buque. . . 128
27. Pesos y Momentos Habilitación. . . 128
28. Peso y Momento Lastre de Reserva. . . 129
29. Centro de Gravedad del Peso en Rosca. . . 129
30. CC1-salida de puerto 100 % consumos 0 % capturas. . . 130
31. Hidrostáticas CC1. . . 131
32. Puntos de inundación. . . 131
33. Resultados numéricos Curva GZ-CC1. . . 132
34. Puntos de inundación CC1. . . 133
35. Criterios de estabilidad CC1. . . 133
36. CC2-salida de caladero con 100 % capturas y 35 % consumos. . . 135
37. Hidrostáticas CC2. . . 136
38. Puntos de inundación. . . 136
39. Resultados numéricos Curva GZ-CC2. . . 137
40. Puntos de inundación CC2. . . 138
41. Criterios de estabilidad CC2. . . 138
42. CC3- llegada a puerto 100 % capturas, 10 % consumos. . . 140
43. Hidrostáticas CC3. . . 141
44. Puntos de inundación. . . 141
45. Resultados numéricos Curva GZ-CC3. . . 142
46. Puntos de inundación CC3. . . 143
47. Criterios de estabilidad CC3. . . 143
48. CC4- llegada a puerto 20 % capturas, 10 % consumos. . . 145
49. Hidrostáticas CC4. . . 146
50. Puntos de inundación. . . 146
51. Resultados numéricos Curva GZ-CC4. . . 147
52. Puntos de inundación CC4. . . 148
53. Criterios de estabilidad CC4. . . 148
54. CC5- faenando en caldero 50 % capturas-50 % consumos. . . 150
55. Hidrostáticas CC5. . . 151
56. Puntos de inundación. . . 151
57. Resultados numéricos Curva GZ-CC5. . . 152
58. Puntos de inundación CC5. . . 153
59. Criterios de estabilidad CC5. . . 153
60. Descripción de las variables. . . 154
61. Hidrostáticas, trimado=-0,5 m . . . 155
62. Hidrostáticas, trimado=-0,5 m . . . 156
63. Hidrostáticas, trimado=0 m . . . 157
64. Hidrostáticas, trimado=0m . . . 158
65. Hidrostáticas, trimado=0,5 m . . . 159
66. Hidrostáticas, trimado=0,5 m . . . 160
67. Hidrostáticas, trimado=1 m . . . 161
68. Hidrostáticas, trimado=1 m . . . 162
69. Hidrostáticas, trimado=1,5 m . . . 163
70. Hidrostáticas, trimado=1,5 m . . . 164
71. Hidrostáticas, trimado=2 m . . . 165
72. Hidrostáticas, trimado=2 m . . . 166
73. Hidrostáticas, trimado=2,5 m . . . 167
74. Hidrostáticas, trimado=2,5 m . . . 168
76. Brazo KN en función de las toneladas de carga y el trimado. . . 170
75. Brazo KN en función de las toneladas de carga y el trimado. . . 170
78. Brazo KN en función de las toneladas de carga y el trimado. . . 171
77. Brazo KN en función de las toneladas de carga y el trimado. . . 171
80. Brazo KN en función de las toneladas de carga y el trimado. . . 172
79. Brazo KN en función de las toneladas de carga y el trimado. . . 172
82. Brazo KN en función de las toneladas de carga y el trimado. . . 173
81. Brazo KN en función de las toneladas de carga y el trimado. . . 173
84. Brazo KN en función de las toneladas de carga y el trimado. . . 174
83. Brazo KN en función de las toneladas de carga y el trimado. . . 174
86. Brazo KN en función de las toneladas de carga y el trimado. . . 175
85. Brazo KN en función de las toneladas de carga y el trimado. . . 175
88. Brazo KN en función de las toneladas de carga y el trimado. . . 176
87. Brazo KN en función de las toneladas de carga y el trimado. . . 176
89. Sondeo de tanque 01-PIQUE DE PROA. . . 177
90. Sondeo de tanque 04-TK SÉPTICO. . . 178
91. Sondeo de tanque 16-TK V AMaq 8BR. . . 179
92. Sondeo de tanque 17-TK V AHid 9BR. . . 180
93. Sondeo de tanque 19-TK DF Lodos 12VR.. . . 181
94. Sondeo de tanque 20-TK DF Circul Aceite Motor.. . . 182
95. Sondeo de tanque 21-TK DF Aceite Motor Sucio. . . 183
96. Sondeo de tanque 23-TK DF-RECEP AD 14PP. . . 184
97. Sondeo de tanque 24-TK V AD 13BR. . . 185
98. Sondeo de tanque 26-TK RECEPCIÓN. . . 186
99. Sondeo de tanque 25-TK V DO 13ER. . . 187
100. Sondeo de tanque 18-TK V S.D DO 10ER. . . 188
101. Sondeo de tanque 15-TKV DO 7BR. . . 189
102. Sondeo de tanque 13-TK DF AD 6ER. . . 190
103. Sondeo de tanque 11-TK DF DO 6BR. . . 191
104. Sondeo de tanque 12-TK DF DO 6BR . . . 192
105. Sondeo de tanque Tanque GNL BC BR . . . 193
106. Sondeo de tanque Tanque GNL BC ER . . . 194
107. Sondeo de tanque Tanque GNL SC BR. . . 195
108. Sondeo de tanque Tanque GNL SC ER. . . 196
109. Sondeo de tanque 14-TK V DO 7CR. . . 197
110. Interpolación para obtener la corrección por superestructuras. . . 199
111. Curva de arrufo reglamentaria. . . 200
112. Cálculos de la linea reglamentaria de arrufo. . . 200
113. Resumen marcas de Francobordo. . . 203
114. Resumen volúmenes de espacios del buque. . . 204
115. Calor por unidad de tiempo que atraviesa la pared de los tanques. . . 215
116. Condiciones del ciclo en cada punto. . . 215
117. Caudal de Nitrógeno del Ciclo de Relicuado. . . 216
118. Potencia del compresor en cada situación. . . 216
119. Resumen variables ecuaciones 13 a 30. . . 219
120. Intensidad de flujos externos.. . . 220
121. Propiedades de volumen buque original. . . 225
122. Propiedades Geométricas buque original. . . 225
123. Estabilidad inicial buque original. . . 226
124. Propiedades de volumen Buque generado mediante Maxsurf. . . 226
125. Propiedades geométricas Buque generado mediante Maxsurf. . . 226
126. Estabilidad inicial Buque generado mediante Maxsurf. . . 227
128. Test modelo de mallado 1. . . 230
129. Test modelo de mallado 2. . . 231
130. Test modelo de mallado 3. . . 232
131. Test de mallado 4. . . 233
132. Test de mallado 5. . . 234
134. Test para la determinación del Modelo de Turbulencia 6. . . 236
135. Test para la determinación del Modelo de Turbulencia 7. . . 237
136. Test para la determinación del Modelo de Turbulencia 5. . . 238
137. Comparativa Holtrop-CFD. . . 238
138. Parámetros seleccionados. . . 239
139. Resultados de los bulbos. . . 240
140. Ensayo Resistencia 75 % GNL mediante CFD. . . 242
141. Obtención Resistencia 75 % mediante Holtrop. . . 242
143. Ensayos de Resistencia mediante CFD.. . . 243
144. Predicción Resistencia por Holtrop. . . 243
146. Precio de los distintos tipos de capturas . . . 249
147. Ingresos por Marea. . . 250
148. Balance del Reparto de las Ganancia de Explotación. . . 250 149. Balance Recuperación de la Inversión Inicial. . . 251
Introducción
El presente trabajo trata las posibles vías de ahorro energético en los buques pesqueros, lo cual cobra gran importancia a la hora de maximizar el rendimiento económico. Como se verá a lo largo del trabajo las vías de ahorro pueden ser casi infinitas empezando por los aspectos hidrodinámicos del buque, pasando por mejoras técnicas y terminando por el propio comportamiento de la tripulación de la embarcación.
La elección del trabajo ha sido realizada con ilusión ya que permitía el desarrollo sobre un caso real con un objetivo determinado de aspectos del mundo naval como pueden ser conceptos hidrodinámicos, hidrostáticos, de resistencia estructural, etc. Incluida la oportunidad de dar una pequeña pincelada de algunos métodos de cálculos de fluidos, computacionales o también denominados CFD.
El estudio se ha basado se ha basado en el aspecto Económico (como se podrá observar en la Parte 2). A través de la reducción de costes de combustibles. Esto se ha llevado a cabo sobre todo haciendo énfasis en dos aspectos antes mencionados:
El estudio hidrodinámico del buque mediante por métodos de predicción de poten- cia, entre ellos Holtrop y métodos de mecánica de fluidos computacional, el cual se ha basado en la posible mejora de la resistencia al avance mediante el cambio del bulbo de proa.
Y como segundo aspecto fundamental el cambio de combustible de Diésel Oil a GNL (Gas Natural Licuado).
En la primera de los dos casos, el proceder, ha sido la creación mediante un programa de CAD de los bulbos a ensayar, además de la propia carena, y a continuación diversos ensa- yos iniciales para la convergencia de los parámetros iniciales de cálculo y a continuación los ensayos en si mismo con cada uno de los bulbos.
En el segundo caso, el primer paso fue la realización de la Auditoria Energética, esto, junto a la documentación consultada (Ministerio de Agricultura y Pesca, CEPESCA) se muestra que el principal problema es el gasto energético de los motores principales y auxiliares, y por ende de consumo de combustible, todo ello hizo pensar que el principal punto en el que hacer hincapié seria en el propio combustible.
La tendencia actual en cuestión de innovación en materia de combustibles debido a las nuevas regulaciones sobre contaminantes en las zonas ECA, cuya entrada en vigor fue el 1 de agosto de 2012, es la instalación de motores que consumen GNL en vez de Diésel.
Ya no es solo cuestión de las nuevas regulaciones de contaminantes si no que se suma también el creciente coste de los combustibles tradicionales.
El planteamiento de que nuestro buque utilice GNL como combustible trae consigo dos problemas el primero de ellos es el peso específico del GNL ( γ=0,42 Tm/m3), mien- tras que el Diésel posee cerca del doble. Esta disminución de densidad lo que produce
es que para el mismo tonelaje de combustible se necesitara mucho más espacio para su almacenamiento, esto junto con que además para su almacenamiento requiere ciertas con- diciones especiales no queda más opción que estudiar la viabilidad de alargar el buque.
Para ello además de hacer una estimación de los metros que debe alargarse, para el buque se llevará a cabo un pequeño estudio de resistencia estructural mediante los parámetros de momentos máximos permitidos por el reglamento de la sociedad de clasificación Det Norske Veritas.
El segundo problema que trae es la estabilidad, la cual será estudiada en la Parte IV- 0.6, esta se puede ver comprometida debido a las correcciones por superficies libres ya que como se verá más adelante se deberán introducir cuatro tanques de una considerable manga y de gran longitud. De forma que todo lo descrito se llevara a cabo de forma más extensa a continuación.
Descripción del buque base
El buque seleccionado para el estudio corresponde con un pesquero arrastrero de altura con zona de operación en el Atlántico Sur, a continuación se dan algunos datos de partida que intervendrán durante el proyecto, se obviaran el resto de elementos que vienen más detallados en la auditoria energética por no estar sometidos a ningún cambio.
Se pueden apreciar las formas del buque ( figura 0.5 ) sometido a estudio y dimensiones, en los cuadros 0.1, 0.2, 0.3 y 0.4:
Eslora de diseño (m) 50,50 Eslora total (m) 55,74 Manga de diseño (m) 12,00 Manga total (m) 12,00 Calado de diseño (m) 4,80 Posición de la sección media (m) 25,25
γ (Tm/m3) 1,025
Coeficiente de apéndice 1,00 Cuadro 1: Dimensiones principales.[1]
Propiedades de volumen
Volumen desplazado (m3) 1696.48
Desplazamiento (Tm) 1744.00
Eslora total del cuerpo sumergido (m) 51.48 Manga total del cuerpo sumergido (m) 11.99
Coeficiente de bloque 0.57
Coeficiente prismático 0.62
Superfiecie del área mojada (m2) 786.22 Centro de la flotación longitudinal (m) 24.15 Centro de la flotación longitudinal ( %Lt) 47.83 Centro de la flotación longitudinal ( %Lpp) -1.08 Centro de la flotación vertical (m) 2.72
Cuadro 2: Propiedades de volumen. [1]
Propiedades del plano de flotación Eslora en línea de agua (m) 54,48 Manga en la linea de agua (m) 11,99 Área del plano de flotación (m2) 467,43 Coeficiente del plano de flotación 0,75 Centro del plano de flotación (m) 21,63 Centro del plano de flotación ( %Lt) 42,84 Centro del plano de flotación ( %Lpp) -3,62
KG (m) 4,80
Cuadro 3: Propiedades del pano de flotación. [1]
Propiedades de la sección media Área de la sección media (m2) 52,50 Coeficiente de la sección media 0,92
Estabilidad inicial
Altura metacentro transversal (m) 5,37 Altura metacentro longitudinal (m) 43,17 Cuadro 4: Propiedades buque base. [1]
En la siguiente imagen se muestra las formas del buque de partida:
Figura 1: Plano de formas buque base. [1]
Otro aspecto fundamental es la disposición de tanques la cual sufrirá variaciones depen- diendo de la situación del alargamiento estudiada. La lista de volúmenes de los tanques y bodegas de carga del buque a estudiar se detalla en el cuadro 5 y 6:
DISPOSICIÓN, CAPACIDAD Y CG DE TANQUES Y BODEGAS
Tq nº Tanque Fluido ρ Capacidad Capacidad LCG TCG VCG
(Tm/m3) (m3) (Tm) (m) (m) (m)
1 01-PIQUE DE PROA Agua lastre 1,025 26,49 27,16 49,61 0 4,47
2 0.2-TK V DO 2ER Diésel 0,82 56,13 46,04 44,72 1,39 4,62
3 03-TK V DO 2BR Diésel 0,52 61,09 50,11 44,62 -1,23 4,74
4 0.4-TK SÉPTICO Aguas Negras 0,913 4,96 4,53 43,5 -0,60 6,15
5 05-TK DF DO 3ER Diésel 0,82 21,03 17,25 37,48 1,451 1,06
6 06-TK DF DO 3ER Diésel 0,82 21,03 17,25 37,48 -1,451 1,06
7 07-TK DF DO 4BR Diésel 0,82 46,23 37,92 29,68 2,31 0,94
8 08-TK DF DO 5ER Diésel 0,82 46,23 37,92 29,68 -2,31 0,94
9 09-TK DO 5ER Diésel 0,82 60,47 49,60 21,54 2,46 0,82
10 10-TK DF DO 5BR Diésel 0,82 60,47 49,60 21,54 -2,46 0,82
11 11-TK DF DO 6BR Diésel 0,82 47,12 38,65 13,30 -2,80 1,49
12 12-TK DF AD 6ER Agua dulce 1,00 47,12 47,12 13,3 2,80 1,49
13 13-TK V DO 7ER Diésel 0,82 9,20 7,55 3,04 3,69 4,46
14 14-TK V DO 7CR Diésel 0,82 50,20 41,18 0,79 0 4,30
15 15-TK V DO 7BR Diésel 0,82 9,20 7,55 3,04 -3,69 4,46
16 16-TK V AMaq 8BR Aceite 0,82 5,44 5,00 4,53 -2,22 3,98
17 17-TK V AHid 9BR Aceite 0,82 8,77 8,07 4,57 -0,63 3,19
18 18-TK V S.DO 10ER Diésel 0,82 14,223 11,66 4,55 1,24 3,49
19 19-TK DF
Lodos 0,913 11,60 10,59 8,11 0,00 0,17
Lodos 12CR
20 20-TK DF
Aceite 0,92 7,48 6,88 11,69 0,00 0,07
Circul. Aceite Motor
21 21-TK DF
Aceite 0,92 5,48 5,23 14,38 0,00 0,10
Aceite Motor Sucio 22 22-TK DF-RECEP
Agua Dulce 1 36,75 36,75 9,36 0,00 5,68
AD 14PP 23 23-TK DF RECEP
Agua dulce 1 29,13 29,13 4,263 0,00 5,62
AD 14PP
24 24-TK V AD 13BR Agua Dulce 1 23,27 23,27 -0,91 -3,55 6,24
25 25-TK V DO 13ER Diésel 0,82 23,27 19,09 -0,91 3,55 6,24
26 26-TK RECEPCIÓN Pescado fresco 0,62 101,04 62,64 8,59 0,00 6,57
27 27- BODEGA Pescado o
0,70 948,825 664,17 29,07 0,00 3,28
CONGELADO congelad
28 28-BODEGA Harina
0,59 163,88 95,69 38,91 0,00 6,16
DE HARINA pescado
0 CAJA DE
Cadenas 1 6,624 6,62 45,00 0,00 6,15
CADENAS
0 TUNEL
Espacio vacío HEL.PROA
0 COFFERDAM ER Espacio vacío 0 COFFERDAM BR Espacio vacío
Cuadro 5: Disposición de tanques buque base.[1]
LOCALIZACIÓN (M), desde Pp, linea base y crujía
Tq nº Tanque Mamparo Mamparo Mamparo Mamparo Cubierta Cubierta
Ppa Pr Bb Estrb Superior inferior
1 01-PIQUE DE PROA 48,20 54,00 -5,00 5,00 7,30 0,00
2 0.2-TK V DO 2ER 42,60 46,80 0,00 costado 5,00 0,00
3 03-TK V DO 2BR 42,60 46,80 costado 0,00 5,00 0,00
4 0.4-TK SEPTICO 42,60 44,40 -1,20 0,00 7,30 5,00
5 05-TK DF DO 3ER 34,20 42,60 0,00 costado 1,50 -0,25
6 06-TK DF DO 3ER 34,20 42,60 costado 0,00 1,50 -0,25
7 07-TK DF DO 4BR 25,80 34,20 0,00 costado 1,50 -0,25
8 08-TK DF DO 5ER 25,80 34,20 costado 0,00 1,50 -0,25
9 09-TK DO 5ER 17,40 25,80 0,00 costado 1,50 -0,25
10 10-TK DF DO 5BR 17,40 28,80 costado 0,00 1,50 -0,25
11 11-TK DF DO 6BR 5,40 16,80 costado -1,50 2,50 -0,50
12 12-TK DF AD 6ER 5,40 16,80 1,50 costado 2,50 -0,50
13 13-TK V DO 7ER -3,60 5,40 3,00 costado 5,00 -0,50
14 14-TK V DO 7CR -3,60 3,60 -3,00 3,00 5,00 3,00
15 15-TK V DO 7BR -3,60 5,40 costado -3,00 5,00 0,00
16 16-TK V AMaq 8BR 3,60 5,40 -3,00 -1,50 5,00 0,00
17 17-TK V AHid 9BR 3,60 5,40 -1,50 0,00 5,00 0,00
18 18-TK V S.DO 10ER 3,60 5,40 0,00 3,00 5,00 0,00
19 19-TK DF
5,40 10,20 -1,25 1,50 0,70 -1,00
Lodos 12CR
20 20-TK DF
10,20 13,20 -1,50 1,50 0,50 -1,00
Circul. Aceite Motor
21 21-TK DF
13,20 15,60 -1,50 1,50 0,50 -1,00
Aceite Motor Sucio 22 22-TK DF-RECEP
2,320 6,25 -3,50 3,50 6,00 5,00
AD 14PP 23 23-TK DF RECEP
6,250 13,25 -3,50 3,50 5,50 5,00
AD 14PP
24 24-TK V AD 13BR -3,20 1,00 costado -2,25 7,30 5,00
25 25-TK V DO 13ER -3,20 1,00 2,25 costado 7,30 5,00
26 26-TK RECEPCIÓN 2,32 13,25 -3,50 3,50 7,30 5,50
27 27- BODEGA
17,40 42,60 costado costado 5,00 1,50
CONGELADO
28 28-BODEGA
35,10 42,60 costado costado 7,30 5,00
DE HARINA
0 CAJA DE
44,40 45,60 -1,20 1,20 7,30 5,00
CADENAS
0 TUNEL
46,80 48,20 -0,65 0,65 7,30 0,20
HEL.PROA
0 COFFERDAM ER 16,80 17,40 1,50 costado 2,50 0,00
0 COFFERDAM BR 16,80 17,40 costado -1,5 2,50 0,00
Cuadro 6: Disposición tanques buque base. [1]
De acuerdo con los cuadro 0.5 y 0.6 a continuación, se muestra una distribución en forma de disposición general sobre el buque base sobre el que se centra el estudio.
Figura 2: Distribución general (perfil). [1]
Figura 3: Distribución General (planta). [1]
Y por último, otro aspecto que se deberá tener en cuenta a la hora de la transformación de el presente buque para consumo de GNL serán los motores, tanto principales como auxiliares y de emergencia:
Tipo Referencia Potencia (CV) rpm
Principal MAK 9M25C 4023.00 750-720
Auxiliar Caterpillar 3412C 726.03 1500
Auxiliar-equipo de pesca Caterpillar 3516B TA 2175.36 1500
Emergencia Caterpillar 3406B 292.31 1500
Cuadro 7: Modelos y características básicas de los motores del buque estudiado. [1]
Con todos los aspectos descritos en esta Parte se puede dar una visión global de los ele- mentos mas importantes a tener en cuenta, cada uno de ellos sera sometido a estudio en las Partes posteriores.
Auditoria Energética
En la siguiente parte se va a llevar a cabo una descripción detallada de todos aquellos aspectos mejorables en cuestión de consumos de energía en un buque pesquero así como la metodología para llevar a cabo estas mejoras.
0.1. Sector pesquero en España
El sector de la pesca en España da empleo, sin incluir los sectores de la acuicultura y la comercialización, a más de 30.984 personas (Informe del sector pesquero español 2015, CEPESCA), lo que supone aproximadamente un 30 % de la población pesquera de UE.
Esta participación en la economía nacional se traduce en que la contribución al Produc- to Interior Bruto sea de 2.165 M C. Aunque su contribución al total nacional no pueda considerarse significativa, el importante carácter regional del sector hace que en las zo- nas consideradas como altamente dependientes de la pesca, su contribución al PIB local puede superar el 15 %.
Es en estas zonas donde la influencia del sector es mayor, ya que a la propia actividad pesquera hay que añadirle el resto de actividades asociadas, incluyendo la transformación, comercialización, industria naval (construcción, reparaciones, suministros), etc.
Si bien la pesca tiene un papel importante en todas las comunidades autónomas costeras, entre todas destaca de manera muy especial Galicia, en la que se concentra casi la mitad de los tripulantes y la flota del Estado, seguida de Andalucía y el País Vasco.
Aunque tradicionalmente la pesca ha sido un sector de gran relevancia en España, en los últimos años se ha producido un importante descenso tanto en flota pesquera como en trabajadores involucrados en el mismo, debido, en una gran parte, a la disminución en la rentabilidad de la actividad (disminución de las capturas, estancamiento del precio de venta de las mismas y especialmente al aumento del precio de los combustibles). En los gráficos adjuntos ( 4, 5 ), de población activa dedicada al sector y de la cantidad de capturas de los últimos cinco años, puede observarse claramente este hecho. Esto no sucede, por ejemplo, en un sector como la acuicultura, que ha continuado creciendo, y que no es tan dependiente del precio de los combustibles ni del estado de los caladeros;
o con las capturas de crustáceos, que continúan en aumento, en gran medida gracias al mayor valor en el mercado de los mismos.
Figura 4: Comparativa de crecimiento. Fuente: [2]
Figura 5: Evolución según tipo de capturas. Fuente: [2]
La flota pesquera española, una de las de mayor importancia a nivel mundial, está com- puesta por 9.586 barcos (30-06-2015), incluyendo desde embarcaciones de pequeño ta- maño, dedicadas a la pesca artesanal (y que son mayoría dentro del total de la flota), hasta grandes buques cerqueros y arrastreros que prácticamente no regresan a puerto.
Figura 6: Pesca menor.
Figura 7: Buque arrastrero de altura.
La distribución de la flota puede realizarse desde distintos puntos de vista. Por un lado, por el arte de pesca utilizada, distinguiendo entre buques de arrastre, palangre, cerco, volanta, y asco, y artes menores (que incluyen redes de menor tamaño, nasas y trampas, almadrabas y pequeñas artes de anzuelo).
Figura 8: Distribución de la flota pesquera por arte. Fuente: [2].
Por otro lado, los buques también pueden clasificarse según la ubicación donde desarro- llan su actividad y la correspondiente duración de las mareas.
La pesca de bajura comprende pequeñas embarcaciones, normalmente menores de 6 me- tros de eslora, que se dedican al marisqueo o a las artes menores y que realizan su faena en zonas cercanas a la costa. Los buques de litoral realizan su actividad a menos de 60 millas de la costa. Habitualmente, sus mareas no son superiores a un día aunque en ocasiones, los llamados “de turno”, pueden llegar a los 10 días tanto los buques de litoral como los de bajura faenan fundamentalmente en los caladeros nacionales comprendiendo las aguas bajo jurisdicción española y las Zonas Económicas Exclusivas, además de un determi- nado número de unidades que faenan en aguas de Portugal. Estos caladeros nacionales incluyes el Cantábrico Noroeste, el Golfo de Cádiz, el Mediterráneo y el de Canarias.
Figura 9: Distribución de la flota pesquera por zona de operación. Fuente: [2]
Dentro de la flota de litoral se encuentran todo tipo de unidades, desde las más pequeñas que utilizan artes menores, a cerqueros, arrastreros, palangreros, volanteros y atuneros cañeros, entre otros.
Los buques de altura faenan en caladeros situados a más de 60 millas de la costa, entre los que se encuentran los de Gran Sol y el Oeste de Irlanda, en mareas con una duración de entre 10 y 35 días. Los buques más habituales son los arrastreros y los palangreros.
Por último, mencionar los buques de gran altura. Estos comprenden los grandes arrastre- ros congeladores que faenan en el Atlántico Norte y en el Atlántico Sur y los grandes atuneros congeladores, que realizan su actividad en diversos caladeros del Atlántico, el Pacífico y el Índico. Las mareas son superiores a 30 días y, en muchos casos, el buque vuelve a puerto solo a realizar reparaciones o mantenimiento, realizándose el aprovisiona- miento, la descarga o el cambio de tripulaciones mediante buques nodriza y helicópteros.
Figura 10: Caladeros de la flota Española. Fuente: [6]
0.2. Impacto del arte de la pesca sobre el consumo ener- gético
En el consumo de combustible influyen factores diferentes en función de la pesquería a la que se dedique la embarcación y de las artes de pesca que emplee.
La distancia a los caladeros, la productividad de cada arte (en términos de capturas), la rentabilidad de las diferentes especies y el consumo energético por arte, son variables a tener en cuenta para calcular la viabilidad de cada una de las pesquerías.
Este apartado se centra exclusivamente en el impacto energético derivado del tipo de actividad pesquera desarrollada y del arte empleado, pues son los factores que van a de- terminar, de manera principal, el consumo de combustible.
Las artes de pesca pueden ser activas o pasivas. Las primeras (arrastre, cerco, curricán. . . ) requieren de la participación del pescador y del buque durante toda la actividad de pesca.
Por el contrario, en los sistemas de pesca pasivos (palangre, redes de enmalle, nasas, marisquero. . . ), la participación del pescador y del buque sólo es necesaria a la hora de calar o izar las artes de pesca. Los buques que emplean sistemas de pesca activos son, generalmente, los de mayor consumo energético.
0.2.1. Artes Pasivos
Aparejos de pesca como el palangre de fondo y superficie, y redes de enmalle como la volanta, son artes de pesca pasivos, por lo que la participación del buque y los pescadores
sólo tiene lugar en determinadas acciones de la actividad.
Figura 11: Palangrero. Fuente: [7]
Las artes pasivas, independientemente del caladero donde pescan, presentan un modo operacional similar en tres fases: el largado o calado del arte de pesca al mar, un tiempo de espera y el izado del arte de pesca a bordo del buque. Dado que los estados de operación son similares, la distribución del consumo energético también lo es.
Cuando el barco alcanza el caladero el patrón elige el lugar idóneo donde se dejarán fijadas las redes o los aparejos. Tras fijar la posición el arte se deja caer al mar por su propio peso con el buque en movimiento (maniobra de largado). Según se trate de una red o aparejo de superficie o de fondo, se utilizan pesos y boyas para señalizarlo y fijarlo al lecho marino;
se emplean así mismo contrapesos para alzarlo y que pueda pescar correctamente.
En esta operación el principal consumo energético del buque se centra en la demanda de propulsión, factor muy importante ya que se necesita una velocidad óptima para que los aparejos y redes se sitúen en la posición correcta. Aún siendo un estado de cierto consumo energético su duración es mínima, pues ocupa únicamente el 15 % del tiempo productivo (entendiendo por productivo el tiempo que dedica a pescar, no a navegar entre el puerto y el caladero).
Una vez calado el arte permanece un tiempo en esta situación para atrapar las capturas.
En este estado la demanda energética en el barco es mínima pues sólo se encuentran operativos los equipos que son indispensables.
Posteriormente se iza el arte de pesca al buque (maniobra de virado). Durante este estado el buque permanece prácticamente parado y sólo se desplaza a medida que el arte lo requiere por lo que la demanda de propulsión es baja.
En términos energéticos el virado ocupa el 70 % del tiempo productivo y son los equipos de generación eléctrica los que tienen aquí su máximo de demanda energética (excluyendo la propulsión). Esto se debe a que, al intervenir equipos de recogida del arte de pesca, se encienden equipos de iluminación, bombas hidráulicas, bombas de achique, baldeo, etc.
A modo de resumen, la maniobra de largado requiere mayor demanda energética para la propulsión (donde más consumo se produce), si bien el tiempo empleado en la misma es reducido. Por el contrario, el virado implica poca demanda propulsiva pero el tiempo dedicado es mucho mayor. En conjunto, se puede concluir que la demanda energética asociada a la propulsión durante la actividad pesquera per se en los buques que utilizan artes de pesca pasivos, es por norma general baja.
0.2.1.1. Pesca Artesanal
Las artes de pesca empleadas por los buques artesanales son pasivas. Son muchas y diver- sas, destacando (por orden de importancia) la pesca con nasa, artes de enmalle y maris- queo, principalmente.
Figura 12: Pesca con nasas. Fuente: [8]
La pesca con nasas y artes de enmalle emplea la misma forma de operar que las artes de
pesca pasivas explicadas anteriormente, lo que supone tres estados de operación: calado, espera e izado.
Las nasas son unas trampas que contienen un cebo para atraen a las especies objetivo, que quedan atrapadas en su interior. Al igual que los artes anteriores para calar estas artes de pesca se necesita una cierta velocidad del buque, por lo que la mayor demanda energética es la propulsión en este estado.
En los estados de espera e izado del arte, la embarcación permanece prácticamente parada, y la demanda energética proviene únicamente de los sistemas auxiliares de recogida del arte, iluminación, bombas, etc.
Por otro lado, en los buques dedicados al marisqueo el consumo energético que supone la actividad pesquera (sin contar el desplazamiento al caladero) es mínimo, puesto que la demanda energética para la propulsión del buque se produce únicamente durante la realización de desplazamientos dentro del banco marisquero si fuera necesario. Esta acti- vidad se desarrolla con el buque parado y el pescador extrae el marisco del lecho marino utilizando para ello las herramientas especiales.
0.2.2. Artes Activos
0.2.2.1. Cerco
En el cerco el consumo energético durante las faenas de pesca es más elevado si se com- para con las artes pasivas. Este sistema de pesca requiere de la intervención del pescador, del buque y de los equipos durante toda la actividad, por lo que se trata de un sistema de pesca activo.
La realización de las maniobras de pesca en un barco de cerco se centran en tres estados:
búsqueda del banco de pesca, largado del arte de pesca y virado o recogida del mismo.
Así, una vez el barco llega al caladero navega en busca de los bancos de pesca. Cuando detecta un banco, el buque se posiciona y comienza a lanzar la red y navega describiendo un círculo. La parte de la red con flotadores permanece en la superficie, mientras que el resto, con contrapesos, tiende a hundirse.
Durante esta maniobra la demanda de propulsión es elevada pues es necesario efectuar la acción lo más rápido posible para evitar que la pesca se escape.
Cuando toda la red está en el mar y una vez completado el círculo, el buque se detiene y se cierra la red por su parte inferior, dando lugar a un saco o embudo en el que quedan atrapadas las capturas. Cerrada la red, empiezan a actuar los equipos de recogida y los pescadores. Se iza la red a bordo con los equipos mecánicos y cuando llega hasta casi el
final de la misma la pesca está acumulada. Utilizando grúas hidráulicas y molinetes se introduce en el buque.
La demanda energética durante las operaciones de recogida de la red se centra exclusi- vamente en los equipos de generación eléctrica para iluminación, bombas y equipos de recogida de red. Esta actividad requiere que la maquinaria empleada tenga motores con potencia suficiente para poder afrontar las maniobras de largado e izado del arte de pesca.
Los cerqueros realizan grandes desplazamientos en el caladero para localizar los bancos, lo que llega a suponer hasta el 70 % del tiempo productivo con un consumo energético elevado en la propulsión.
Figura 13: Maniobra de cerco. Fuente: [9]
Figura 14: Cerqueros en operación. Fuente:[10]
0.2.2.2. Arrastre
El arrastre de fondo se caracteriza por un consumo energético muy elevado. Se trata de un sistema de pesca activo donde el pescador, los equipos de pesca y el propio buque participan en todo momento en la obtención de las capturas durante las maniobras de pesca.
Los estados operativos más importantes son tres: largado de la red al mar, arrastre de la red por el lecho marino y recogida de la red con las capturas. Cuando el buque llega al caladero el patrón elige el lugar y momento para lanzar la red. Una vez en el mar, el barco empieza a desplazarse a velocidad media para evitar que la red caiga al fondo sin forma, lo que le permite definir una geometría de saco horizontal. El avance del buque facilita además la suelta de los elementos de unión o cables entre la red y el buque.
Cuando la red alcanza el fondo marino el buque la comienza a remolcar, y es en esta acción de arrastre donde la demanda energética de la propulsión es muy grande (si bien sigue siendo menor que durante la navegación). Durante este estado la potencia entregada por los motores de propulsión ha de ser suficiente para vencer la resistencia al avance que supone el desplazamiento del buque y la red al mismo tiempo a una velocidad determina- da.
El balance global de consumo energético se agrava puesto que el arrastre es el estado de más larga duración de la actividad, ocupando el 85 % del tiempo productivo.
Figura 15: Maniobra de arrastre. Fuente: [9]
Finalizado el arrastre se comienzan a izar las redes a bordo. El buque se encuentra parado y se recoge la red. Los equipos empleados en esta maniobra necesitan de la instalación de motores generadores auxiliares capaces de satisfacer las necesidades energéticas deman- dadas (es un peso muy elevado).
Por lo expuesto hay que señalar que el arrastre de fondo es el arte de pesca que mayor consumo energético requiere para trabajar. Además se trata de una pesquería intensiva, pues se produce continuamente la acción de arrastre durante el tiempo productivo.
Como se muestra en la siguiente Figura 0.16, la potencia de propulsión demandada en un buque de arrastre es siempre elevada durante largos periodos de actividad.
Figura 16: Potencia entregada a la hélice. Fuente: [9]
0.2.2.3. Pesca con cebo vivo
En esta modalidad se diferencian dos estados de operación: búsqueda de los bancos de peces, y la “parada” o captura de la pesca.
El proceso es el siguiente: cuando el buque se encuentra en el caladero comienza a na- vegar en busca de los bancos de pesca. Durante este estado el consumo de energía en la propulsión es significativo ya que se llegan a recorrer grandes áreas en busca de la especie objetivo y la velocidad requerida es elevada.
Al detectar el banco el barco se detiene y se capturan los peces uno a uno manualmente, utilizando cañas con un sedal y un anzuelo donde se inserta el cebo vivo. En este momen- to el consumo es mínimo ya que únicamente es necesaria la utilización de los equipos auxiliares de generación eléctrica.
Figura 17: Pesca de bonito con cebo vivo. Fuente: [11]
0.2.2.4. Pesca con curricán
En esta modalidad el buque porta unos sedales en los que se coloca un cebo artificial en su extremo. Los sedales se dejan caer al mar a medida que se desplaza el buque. Una vez el barco pasa junto a los bancos de pesca, los peces son capturados y subidos a bordo mediante los equipos mecánicos específicos para la recogida de las capturas.
Se necesita de la intervención del buque en todo momento para realizar la actividad pes- quera y los dos estados de operación, búsqueda de los bancos y captura de la pesca, se solapan entre sí. En ambos momentos el buque está navegando a una velocidad deter- minada y la demanda de energía en la propulsión es constante a lo largo del periodo de pesca.
Figura 18: Pesca con curricán. Fuente: [10]
0.2.3. Conclusión
En este apartado se han descrito de forma somera diferentes operaciones de pesca para explicar la demanda energética que supone cada una de ellas en función del arte que emplean.
Como se comentó en la introducción no se han tenido en cuenta otros factores que influ- yen en el consumo total de combustible o en la rentabilidad de la pesquería (consumo en navegación a caladero, valor comercial de las capturas. . . ). Sobre este tema hay publica- ciones que muestran resultados de estudios en las flotas de sus buques de pesca (Fuente:
Environmental life cycle assessments of fish food products with emphasis on the fish catch process, Trondheim, February 2012). En ella se indica que el ratio kilogramo de combus- tible por kilogramo de capturas es siempre más elevado en los buques que utilizan artes como el arrastre. Este coeficiente varía en función de la especie objetivo y del tipo de arte de arrastre empleado.
Las Figuras 19, 20, 21, 22, 23 y 24 muestran la distribución de consumo energético en función de la tipología del barco:
Palangreros de altura: por estados, la navegación y el largado presentan mayor con- sumo instantáneo, mientras que en virado y deriva el consumo es menor. Estos dos
últimos estados son a los que más tiempo dedica el barco, lo que se traduce en un consumo global de la marea hasta tres veces menor que los arrastreros.
Figura 19: Variación del consumo energético por operación. Fuente: [7]
Figura 20: Distribución en tiempo de las operaciones de un palangrero. Fuente: [7]
Arrastreros: tanto de altura como de litoral muestran los mayores consumos prome- dio. El consumo durante el arrastre es elevado, y además es la maniobra de pesca a la que más tiempo se dedica.
Figura 21: Ejemplo de consumo de un arrastrero de Gran Sol. Fuente: [7]
Figura 22: Distribución de tiempo en las operaciones de un arrastrero. Fuente: [7]
Figura 23: Ejemplo de consumo de un arrastrero de litoral. Fuente: [7]
Figura 24: Distribución de tiempo en las operaciones de un arrastrero de litoral. Fuente: [7]
Los arrastreros de Gran Sol muestran mayor consumo que los de litoral debido al ma- yor porte y peso de la embarcación, ya que debe transportar víveres y combustible para mareas más largas, así como aparejos de mayor tamaño y volumen de capturas. Se pue- de concluir que según el arte empleado por los buques de pesca, así será su consumo energético. De manera general, las artes de pesca activas tienen un mayor impacto en el consumo energético del buque, lo que dará lugar a una mayor vulnerabilidad en un esce- nario de escalada del precio del petróleo. El mayor o menor consumo de energía derivado
de cada tipología de arte de pesca origina una importante repercusión ambiental. Así, las emisiones de gases derivados de la combustión o el impacto de un eventual derrame de combustible es mucho menor en artes como el palangre respecto a artes como el arrastre.
0.3. Objetivos específicos de la auditoria
Objetivos científicos-tecnológicos
El objetivo tecnológico principal, ha sido, la búsqueda de un método sencillo por el cual cual la industria pesquera, y más concretamente los armadores de los propios buques pesqueros, sean capaces de forma autónoma de realizar sus propios estudios sobre la op- timizan de los recursos energéticos durante la operación de sus propios buques.
Objetivos económicos
La rentabilidad económica de la operación del buque pesquero está íntimamente ligada a los costes de operación en actividad, destacando entre ellos los debidos al consumo del buque, que además de relevantes se pueden considerar como fijos. La correcta gestión energética del buque pesquero (para propulsión y servicios), así como la selección cohe- rente de los equipos productores y consumidores, integrados y dimensionados de acuerdo a las necesidades reales de operación, conducen a ahorros significativos en inversión ini- cial, en mantenimiento y por supuesto de consumo energético en operación. Todo ello se traduce, finalmente, en un descenso en costes y por tanto, en un aumento de la rentabilidad económica del buque como entidad empresarial.
Dado que el consumo de combustible representa una de las más importantes partidas en los costes de explotación del tipo de buques a estudio, es un objetivo primordial del proyecto el alcanzar soluciones de mejora de la eficiencia energética que puedan ser apli- cadas de forma económica en la flota existente y permitan mejorar directamente la cuenta de resultados de los buques con un período de retorno de la inversión reducido.
Objetivos medioambientales
Las ventajas del ahorro energético y de la mejora de la eficiencia energética no pueden considerarse únicamente desde el ahorro económico directo sino que también hay que considerar el coste medioambiental que implica su no adopción. Además de este coste es necesario contemplar la normativa medioambiental, ligada al consumo de combustible que, cada vez más, demanda una reducción en las emisiones de los buques.
Así, la normativa relativa a emisiones contaminantes por parte de los buques hasta la fecha era, a nivel de la Organización Marítima Internacional, muy poco restrictiva, mientras que a nivel europeo y nacional era muy escasa.
Sin embargo y teniendo en cuenta el hecho de que de seguir en esta dirección los bu- ques podrían superar a las fuentes terrestres (mucho más reguladas) en lo que se refiere a emisiones contaminantes, la Unión Europea y la Organización Marítima Internacional han reaccionado y comenzado a endurecer la legislación al respecto, al igual que también lo han hecho otros países como Estados Unidos. Estas restricciones manifiestan como se ve en la figura 0.26, en zonas, denominadas zonas ECA (Emission Control Areas), don- de el marco legislativo respecto a las emisiones de agentes como los SOx y los NOx, se han limitado enormemente obligando a la industria naval a adaptarse a estas fuertes restricciones.
Ejemplos de esta reacción son el nuevo Anexo VI del Convenio MARPOL, la estrategia para reducir las emisiones atmosféricas de los buques de la UE o la EPA 40 CFR Part 94 de los Estados Unidos.
Esta reducción de emisiones no pasa únicamente por la utilización de motores más efi- cientes y combustibles menos contaminantes, sino por un cambio en la utilización de la energía. Es necesario racionalizar su uso, comprendiendo el valor de la misma y ajustando su consumo de tal forma que, manteniendo los requerimientos de operación, se consiga mejorar la eficiencia energética del buque.
Figura 25: Zonas ECA.
0.4. Metodología
0.4.1. Obtención de la documentación técnica del buque seleccionado
En esta actuación se deberá recabar toda la información disponible de los buques. Cada uno de los armadores debería aportar, como mínimo, la siguiente documentación:
Plano de Formas y toda aquella información relacionada con las características hi- drodinámicas del buque.
Experiencia de Estabilidad, Condiciones de Carga, Hidrostáticas, Curvas KN, etc.
Equipo propulsor: Motor Principal, Hélice, Tobera, etc.
Maquinaria Auxiliar: Grupos Generadores, Alternadores, Compresores, Equipo de Frío, etc.
Información disponible de consumos.
Figura 26: Distribución general de espacios en un buque pesquero.
0.4.2. Reconocimiento y pruebas de mar de los buques
El Trabajo de Campo realizado a bordo de las embarcaciones seleccionadas por el Equipo Técnico , puede dividirse en tres Apartados:
Reconocimiento del Buque.
Realización de Pruebas de Velocidad en Navegación Libre.
Realización de Pruebas de Tiro a Punto Fijo.
0.4.2.1. Reconocimiento del buque
Desde el punto de vista logístico y para la buena realización de los trabajos es necesario:
Avisar a los Armadores para que tengan el buque dispuesto en una condición de carga lo más cercana posible a la más habitual.
Poder hablar en algún momento con el armador de cada barco, el patrón si no es la misma persona, y el maquinista.
Presencia a bordo de tripulación suficiente durante las pruebas. A ser posible, toda la tripulación.
Datos relativos a las redes, puertas y aparejos. Es conveniente disponer de una copia del plano o croquis de la red.
Cantidades de pesca descargadas y valor en períodos largos de tiempo.
0.4.2.2. Prueba de velocidad en Navegación Libre
Para realizar la Prueba de Velocidad, se han de tener en cuenta en cuenta los siguientes aspectos:
Es fundamental conocer con certeza el desplazamiento en pruebas del buque, para lo cual deben medirse con precisión los calados en proa y en popa. También es deseable que este desplazamiento coincida con uno intermedio entre el de ida y el de vuelta al caladero.
Debe hacerse constar el grado de rugosidad del casco, al menos sabiendo el tiempo que ha pasado desde la última limpieza de fondos.
La prueba progresiva de velocidad debe realizarse en el siguiente orden:
1. A una velocidad inferior a la habitual de ida y vuelta del caladero.
2. A la velocidad habitual de ida y vuelta del caladero.
3. A la correspondiente a la máxima potencia del motor.
Las velocidades se deberán medir mediante el GPS del buque y mediante el propio equipo aportado por el Equipo Investigador, promediando las lecturas tomadas, al menos durante tres minutos, a partir del momento en que la velocidad del buque se haya estabilizado.
Todas las carreras se deberán repetir a rumbo encontrado, con la misma duración, empezando a medir de nuevo una vez que el buque hubiese estabilizado su velocidad y su rumbo, después de virar 180º.
En cada carrera se deberá navegar a rumbo constante y suficientemente alejado de la costa, en aguas profundas, con viento suave, en ausencia de corrientes, y minimi- zando las metidas de caña.
Para estimar la potencia propulsora, si no se trata de motor electrónico, se han utili- zado las pruebas de banco para obtener el valor de los pares motores relacionándolos con el grado de inyección de combustible o con la temperatura de los gases de esca- pe.
Las curvas potencia–velocidad, obtenidas en estas pruebas, se deberán calibrar con alguno de los métodos numéricos para poder detectar aquellos buques que estén demasiado fuera de punto.
La medida del trimado dinámico y la visualización del aspecto del espejo y de los trenes de olas, transversal y divergente, han ayudado mucho para estimar la bondad del comportamiento del buque y para “anclar” las simulaciones a realizar con CFD.
Lo ideal sería poder tomar fotos del buque a las distintas velocidades desde una embarcación auxiliar.
La Figura 27 muestra la comparación de los resultados obtenidos en pruebas de uno de los buques auditados con los valores calculados, aplicando los métodos de Amadeo García Gómez y Van Oormesten, para la predicción de la potencia propulsora de buques seme- jantes al elegido.
Figura 27: Comparativa métodos de predicción de potencia. Fuente: [7]
0.4.2.3. Prueba de Tiro a Punto Fijo
Es una prueba complicada y peligrosa y se deberán tomar todas las precauciones posibles para evitar daños físicos en los integrantes del equipo de pruebas y averías, que pueden llegar a ser importantes, en el propio barco.
Antes de hacer la prueba se ha de estimar la tracción (TPF) para pesqueros sin tobera para decidir si la prueba se ha de hacer contra uno o dos norays:
11kg/BKW = 8kg/BHP (1)
Los aspectos más importantes a considerar, son los siguientes:
Elegir la forma más segura y sencilla de intercalar el dinamómetro en las líneas de pesca de acuerdo con los patrones.
La mejor solución consiste en hacer firme cada malleta a un noray y embozar am- bas en el grillete de popa del dinamómetro, Se deben elegir estachas o cables que aguanten al menos el doble de la TPF estimada. Lo mejor es disponer de una es- tacha nueva de unos 100 m de longitud. A título orientativo, una estacha trenzada (8 cordones) de fibra sintética, como por ejemplo Polysteel, y 40 mm de diámetro, tiene una resistencia aproximada de rotura de 30.000 Kg. La estacha se emboza a uno de los grilletes del dinamómetro, tal como se puede ver en la Figura 28. Por otra parte, una estacha doble de suficiente diámetro (30 mm aproximadamente y 20 m de longitud) puede enrollarse en torno a la base de la maquinilla y pasarla por el otro grillete del dinamómetro.
Figura 28: Posición dinamometro. Fuente: [7]
Zona de pruebas: Cuanto más amplia, más clara y más profunda mejor. En general, la profundidad debe ser superior a 12 m o 3 veces el calado, en un radio de dos esloras entorno al buque, con el fin de minimizar los efectos de la cavitación de la hélice y la succión de aire.
Distancia mínima a los norays de dos esloras ya que la TPF es muy sensible a las perturbaciones del chorro de la hélice cuando rebota en el cantil del muelle. Lo ideal es que la distancia del buque al cantil del muelle sea la suficiente para que el chorro de agua provocado por la hélice progresase en aguas abiertas hasta que se anulase su
velocidad. Esta condición no suele producirse debido al espacio restringido del que se dispone en las dársenas pesqueras. Véase la Figura 0.29.
Figura 29: Prueba a Punto Fijo. Fuente: [7]
Zona libre transversalmente en ambas bandas: una eslora en el sentido de la manga por una eslora en el sentido de la eslora del buque (una eslora cuadrada a cada banda).
Se han de minimizar los efectos de vientos y corrientes y las metidas de caña para mantener el buque a la vía.
Proceso de la prueba: Calentar motores con una pequeña tensión en el cable para templarlo y empezar a medir. Se toman medidas a diferentes revoluciones; cuando se establezca una circulación más o menos estacionaria del flujo los registros bajarán un poco.
Cuando se llega al tope del regulador del motor, el barco está desarrollando el má- ximo tiro a unas revoluciones que, normalmente, no sobrepasarán el 80 % de las nominales. Es en esta situación cuando se ha alcanzado el par motor máximo.
Figura 30: Prueba a Punto Fijo. Fuente: [7]
Normalmente la máxima TPF se promedia en un minuto. El valor estacionario de TPF se promedia en cinco minutos.
Es de esperar que las medidas oscilen bastante ya que las estrepadas son inevitables.
La toma de datos se hará mediante grabación en vídeo del display o manualmente, sincronizada al oído con el puente del buque.
En la Figura 27 se presentan los resultados de la Prueba de Tiro de dos embarcaciones auditadas en el Puerto de Calpe. Teniendo en cuenta el escenario donde se realizaron las pruebas, los valores obtenidos se consideran aceptables. Puede observarse que el cociente Tiro/RPM2disminuye a medida que se van aumentando las revoluciones del motor. Esto es debido a la pérdida de empuje que se produce al aumentar la cavitación o la succión de la hélice.
Figura 31: Relación RPM-(Mt/RPM2)/PAR. Fuente: [7]
Figura 32: Relación RPM (motor)-Tiro (t). Fuente: [7]
0.4.3. Análisis Hidrodinámico
0.4.3.1. Determinación del comportamiento del buque mediante CFD. Generalida- des
Los avances numéricos e informáticos copan cada día parcelas en donde la metodología experimental era su único ocupante. El mundo hidrodinámico no es ajeno a esta tendencia y son muchos los desarrollos informáticos que abogan por ser capaces de dar resultados de tanta fiabilidad como los tradicionales ensayos hidrodinámicos.
Actualmente, las simulaciones numéricas llevadas a cabo mediante ordenador se han con- vertido en una herramienta insustituible para la optimización de formas. Los comúnmente llamados CFD (siglas de la expresión anglosajona Computational Fluid Dynamics) per- miten probar un gran número de carenas en un corto espacio de tiempo y con un coste
económico reducido en comparación con el que tendrían los ensayos tradicionales. Re- sulta lógico, por tanto, utilizarlos en las primeras etapas de diseño para detectar desde un principio los fallos de concepto, entendiéndose como tales los aspectos que no siendo indispensables por otras consideraciones del proyecto perjudican gravemente la resisten- cia al avance. Pudiéndose aplicar metodologías como en la simulación numérica directa, también conocida como Direct Numerical Simulations o DNS, en las que se alcanza un error del 1 % o menores.
Por otra parte, los resultados ofrecidos por el ordenador permiten visualizar el compor- tamiento del fluido en cada punto del casco, mientras que en los ensayos con modelos, únicamente se obtienen resultados globales como la resistencia o el trimado. Por este mo- tivo, es mucho más fácil encauzar las modificaciones parciales que se puedan realizar en un buque ya construido hacia una disminución de la resistencia, sin tener que fiarse el investigador solamente de su intuición y experiencia profesional.
No obstante, los ensayos de resistencia en canal siguen siendo necesarios. Sin embargo, los cálculos por ordenador permiten reducir al mínimo los ensayos de canal, limitándose estos a probar una o dos alternativas y a determinar el propulsor y la planta propulsora.
Para el presente caso, se utilizará el software de simulación Tdyn, de la empresa Com- passis, el cual se basa en el método de los elementos finitos para resolver el problema de mecánica de fluidos.
Figura 33: Ensayo carena en Tdyn. Fuente: Elaboración propia.
Figura 34: Mallado carena en Tdyn. Fuente: Elaboración propia.
0.4.3.2. Consideraciones sobre las formas de los pesqueros
Aunque no pueden darse normas rígidas para el proyecto de las formas de los buques pesqueros, que han de satisfacer numerosos condicionamientos impuestos por el proyecto y por las condiciones de servicio de estos buques, es posible establecer unas observaciones generales que han de tenerse en cuenta para un mejor comportamiento hidrodinámico del buque.
En muchos casos, estos buques deberán ir dotados de una proa de bulbo que ha de permitir una disminución de la resistencia por formación de olas, que tiene la máxi- ma importancia en este caso. No es posible dar normas aplicables a todos los buques para el dimensionamiento del bulbo, ya que sus características han de estar de acuer- do con las condiciones especiales de cada caso en lo que se refiere a dimensiones principales, calados y trimados operativos, velocidades de servicio, coeficientes de afinamiento, etc. La eficacia del bulbo puede variar sustancialmente si el buque mo- difica apreciablemente el trimado operativo, de tal forma que el bulbo puede llegar a ser desfavorable en aquellos buques que en servicio empleen trimados muy dife- rentes a los que sirvieron para el proyecto de sus formas de proa.
El parámetro de esbeltez obtenido como el cociente entre el coeficiente de bloque y la relación eslora / manga del buque, (Cb, B/L) tiene una marcada influencia en la resistencia a la marcha, si bien pueden obtenerse valores satisfactorios de la re- sistencia a la marcha con valores moderados de este parámetro. Por ejemplo, los buques atuneros de mejor comportamiento hidrodinámico suelen tener valores de
este parámetro oscilando entre 0.115 y 0.125.
Igualmente, existen unos valores más aconsejables del coeficiente prismático para los cuales se reduce la resistencia por formación de olas de los buques pesqueros en aguas tranquilas. Se estima que los valores más adecuados del coeficiente prismático deben estar comprendidos entre 0.62 y 0.64. Si el coeficiente prismático supera el límite superior indicado en el párrafo anterior, el reparto longitudinal de volumen será demasiado uniforme y resultará más desfavorable desde el punto de vista de la resistencia por formación de olas. Por otra parte, valores más pequeños del coefi- ciente prismático (Cp), a igualdad del coeficiente de bloque (Cb), han de conducir a valores muy altos del coeficiente de la maestra (Cm), que también son desfavorables con respecto al comportamiento hidrodinámico de la carena.
La posición longitudinal del centro de carena tiene también su importancia, siendo conveniente, su situación a popa de la cuaderna media de trazado. Esta posición no es muy crítica, admitiendo una variación ± 0.5 % de la eslora entre perpendiculares (Lpp) con respecto a sus valores óptimos. Desde el punto de vista de comportamien- to en la mar, la posición óptima del centro de carena debería estar ligeramente a proa de la aconsejable para aguas tranquilas. Teniendo en cuenta estas consideraciones, se estima que la posición más recomendable del centro de carena es del orden del 3 al 3.5 % de Lpp a popa de la cuaderna media.
Para conseguir una adecuada inmersión de la hélice resulta conveniente un asiento de trazado por popa cercano al 2 % de la eslora. Por otra parte, un pequeño valor del asiento de trazado suele ser también favorable desde el punto de vista de la resistencia a la marcha.
Evidentemente, el coeficiente de afinamiento de la cuaderna maestra (Cm) ha de tomar valores compatibles con los valores recomendados del coeficiente prismático y con la esbeltez del buque. También resulta conveniente la adopción de un valor moderado de astilla muerta.
La relación de la eslora a la manga (Lpp/B) tiene influencia en la resistencia a la marcha. En algunos casos, para obtener el valor deseado de los coeficientes de afi- namiento, de bloque y/o prismático, puede recurrirse a adoptar valores excesivos de la manga, en combinación con cuerpos de entrada y salida relativamente finos. Ello puede dar lugar a una excesiva resistencia por formación de olas, por originarse olas parásitas y/o fenómenos de turbulencia, formación de torbellinos, separación, olas rompientes, etc., producidos por existir fuertes cambios de curvatura en determina- das zonas del casco.
La posición longitudinal de la cuaderna maestra ha de estar ligeramente a popa de la cuaderna media, pudiéndose fijar su posición a la vista del reparto de pesos del
