EFICIENCIA ENERGÉTICA DE PLANTAS PROPULSORAS
EFICIENCIA ENERGÉTICA DE PLANTAS PROPULSORAS
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong><br />
<strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
Autor: Luis Miguel Gómez G<br />
Candía<br />
Sevilla, 30 de Octubre de 2007<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
- COGENERACIÓN: N: OPTIMIZACIÓN N <strong>DE</strong>L RENDIMIENTO<br />
- ENERGÍAS RESIDUALES DISPONIBLES EN LA PLANTA<br />
PROPULSORA<br />
- NECESIDA<strong>DE</strong>S <strong>ENERGÉTICA</strong>S A BORDO<br />
- TECNOLOGÍAS Y EQUIPOS EXISTENTES<br />
- EJEMPLOS Y CASOS <strong>DE</strong> APLICACIÓN<br />
- ANÁLISIS ECONÓMICO<br />
- CONCLUSIONES<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
COGENERACIÓN:<br />
N:<br />
OPTIMIZACIÓN N <strong>DE</strong>L RENDIMIENTO<br />
-Tipología a de las plantas de cogeneración<br />
-La cogeneración n en el ambiente marino<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
COGENERACIÓN: N: OPTIMIZACIÓN N <strong>DE</strong>L RENDIMIENTO<br />
-Tipología a de las plantas de<br />
cogeneración<br />
-Equipo primario motor<br />
-Equipo recuperador de<br />
energía a residual<br />
-Equipo secundario<br />
-Equipos auxiliares<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
COGENERACIÓN: N: OPTIMIZACIÓN N <strong>DE</strong>L RENDIMIENTO<br />
-La cogeneración n en el ambiente marino<br />
-Puntos de partida y objetivos<br />
-Minimización n del consumo de combustible<br />
- La planta propulsora como equipo primario<br />
- Reducción n de la energía a térmica t<br />
residual vertida al entorno<br />
- Reutilización n de las energías residuales<br />
- Aumento de la eficiencia global de la planta<br />
-Pasos a seguir<br />
- Definición n del tipo de planta propulsora a utilizar<br />
- Identificación n de las energías residuales de la planta<br />
- Estudio de las necesidades energéticas a bordo<br />
- Conocimiento de las tecnologías y equipos existentes<br />
- Estudio de viabilidad operativa<br />
- Estudio de viabilidad económica<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
ENERGÍAS RESIDUALES DISPONIBLES EN<br />
LA PLANTA PROPULSORA<br />
-Motores diesel<br />
-Turbinas de gas<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
ENERGÍAS RESIDUALES DISPONIBLES EN LA PLANTA PROPULSORA<br />
-Motores diesel<br />
-Balance térmico t<br />
del motor Diesel<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
ENERGÍAS RESIDUALES DISPONIBLES EN LA PLANTA PROPULSORA<br />
-Turbinas de gas<br />
-Balance térmico t<br />
de las turbinas de gas<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
NECESIDA<strong>DE</strong>S <strong>ENERGÉTICA</strong>S A BORDO<br />
-Calentamiento de sistemas auxiliares<br />
-Calefacción n y agua caliente<br />
-Aire acondicionado<br />
-Generación n de energía a eléctrica<br />
-Accionamiento de equipos<br />
-Propulsión<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
TECNOLOGÍAS Y EQUIPOS EXISTENTES<br />
-Intercambiadores de calor<br />
-Calderas de recuperación n de gases de escape<br />
-COGAS<br />
-Ciclo de absorción<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
TECNOLOGÍAS Y EQUIPOS EXISTENTES<br />
-COGAS (COmbined(<br />
Gas And Steam) ) y COGES (COmbined(<br />
Gas Electricity And Steam)<br />
- Alto coste de inversión n de<br />
equipos<br />
- Reducidas dimensiones de los<br />
espacios de máquinasm<br />
- Incremento de la eficiencia global<br />
de la planta<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
TECNOLOGÍAS Y EQUIPOS EXISTENTES<br />
-Ciclo de absorción<br />
- Refrigeración n mediante adición<br />
de energía a térmica t<br />
residual<br />
- Menores COP que las unidades de<br />
compresión<br />
- Equipos pesados<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
EJEMPLOS <strong>DE</strong> APLICACIÓN<br />
- Proceso a seguir para el estudio del<br />
reaprovechamiento de las energías residuales a bordo<br />
- Ejemplos<br />
- Buque con planta propulsora Diesel<br />
- Buque con planta propulsora de turbina de gas<br />
-Análisis económico<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
EJEMPLOS <strong>DE</strong> APLICACIÓN<br />
-Proceso a seguir para el estudio del reaprovechamiento de las energ<br />
ergías<br />
residuales a bordo<br />
- Análisis de las energías residuales disponibles a bordo<br />
- Estudio de las necesidades energéticas<br />
- Análisis del reaprovechamiento de energías residuales<br />
- Estudio de viabilidad operativo<br />
- Estudio de viabilidad económico<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
EJEMPLOS <strong>DE</strong> APLICACIÓN<br />
Ejemplo 1: Buque con planta propulsora diesel<br />
-Ferry de transporte de pasaje y vehículos (Ro(<br />
Ro-Ro)<br />
-Características principales<br />
- Eslora (Lpp(<br />
Lpp): 123 m<br />
- Manga (B): 23 m<br />
- Puntal (H): 13.7 m<br />
- Calado (D): 5.6 m<br />
- Pasajeros: 976<br />
- Tripulación: 26<br />
-Maquinaria principal<br />
- Propulsión: 4 motores MAN 7L32/40 de 3500 kW (ISO) @ 750<br />
r.p.m.<br />
- 2 Calderas de aceite térmico t<br />
de 1200 kW cada una para servicios a<br />
bordo<br />
- Combustible IFO 380<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
EJEMPLOS <strong>DE</strong> APLICACIÓN<br />
Ejemplo 1: Buque con planta propulsora diesel<br />
-Análisis de energías residuales disponibles a bordo<br />
- Gases de escape de motores principales<br />
-Temperatura: 365 ºC<br />
- Caudal: 11.8 kg/s por motor<br />
- Contenido energético (190ºC temp. Salida): 1260 kW por motor (5040 kW<br />
por 4 motores)<br />
- Agua de refrigeración n alta temperatura de motores principales<br />
-Temperatura: 90 ºC<br />
- Caudal: 42 m3/h por motor<br />
- Contenido energético (60ºC temp. Salida): 1365 kW por motor (5460 kW<br />
por 4 motores)<br />
-Agua de refrigeración n baja temperatura de motores principales<br />
-Temperatura: 50 ºC<br />
- Caudal: 70 m3/h por motor<br />
- Contenido energético (38ºC temp. Salida): 1000kW por motor (4000 kW por<br />
4 motores)<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
EJEMPLOS <strong>DE</strong> APLICACIÓN<br />
Ejemplo 1: Buque con planta propulsora diesel<br />
-Estudio de necesidades energéticas<br />
- Agua caliente sanitaria<br />
-Temperatura: 60 - 80 ºC<br />
- Potencia requerida: 15 kW<br />
- Agua caliente de calefacción<br />
-Temperatura: 85 ºC<br />
- Potencia requerida: 1200 kW<br />
-Aire acondicionado<br />
-Temperatura: 6ºC 6 (agua enfriada)<br />
- Caudal: 145 m3/h<br />
- Potencia: 1010 kW térmicos<br />
-Aire acondicionado<br />
-Temperatura: 220 ºC<br />
-Potencia: 800 kW<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
EJEMPLOS <strong>DE</strong> APLICACIÓN<br />
Ejemplo 1: Buque con planta propulsora diesel<br />
Sistema de refrigeración n de alta temperatura<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
EJEMPLOS <strong>DE</strong> APLICACIÓN<br />
Ejemplo 1: Buque con planta propulsora diesel<br />
Sistema de recuperación n de gases de escape<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
EJEMPLOS <strong>DE</strong> APLICACIÓN<br />
Ejemplo 1: Buque con planta propulsora diesel<br />
- Buque con planta convencional: 46.6 %<br />
- Buque con cogeneración n (invierno): 57.3 %<br />
- Buque con cogeneración n (verano): 58.8 %<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
EJEMPLOS <strong>DE</strong> APLICACIÓN<br />
Ejemplo 2: Buque con planta propulsora de turbinas de gas<br />
-Ferry de transporte transatlántico<br />
ntico de alta velocidad<br />
-Características principales<br />
- Eslora (Lpp(<br />
Lpp): 265 m<br />
- Manga (B): 40 m<br />
- Puntal (H): 32 m<br />
- Calado (D): 10 m<br />
-Maquinaria principal<br />
- Propulsión: 5 turbinas de gas RR MT50 de 50.000 kW cada una<br />
- 5 Water jets, , 1 de ellos Booster (uno por turbina de gas)<br />
- Combustible Gasoil<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
EJEMPLOS <strong>DE</strong> APLICACIÓN<br />
Ejemplo 2: Buque con planta propulsora de turbinas de gas<br />
-Análisis de energías residuales disponibles a bordo<br />
- Gases de escape de turbinas<br />
-Temperatura: 445 ºC<br />
- Caudal: 153 kg<br />
kg/s por turbina<br />
- Contenido energético (230ºC temp. Salida): 35600 kW por turbina (178.000<br />
kW por 5 turbinas)<br />
-Estudio de necesidades energéticas<br />
- Propulsión<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
EJEMPLOS <strong>DE</strong> APLICACIÓN<br />
Ejemplo 2: Buque con planta propulsora de turbinas de gas<br />
Configuración n original<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
EJEMPLOS <strong>DE</strong> APLICACIÓN<br />
Ejemplo 2: Buque con planta propulsora de turbinas de gas<br />
Configuración n con sistema COGAS<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
EJEMPLOS <strong>DE</strong> APLICACIÓN<br />
Ejemplo 2: Buque con planta propulsora de turbinas de gas<br />
Ciclo termodinámico mico en configuración n COGAS<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
EJEMPLOS <strong>DE</strong> APLICACIÓN<br />
Ejemplo 2: Buque con planta propulsora de turbinas de gas<br />
- Buque con planta original: 41.5 %<br />
- Buque con sistema COGAS: 50.4 %<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
ANÁLISIS ECONÓMICO<br />
- Buque con planta propulsora Diesel<br />
- Buque con planta propulsora de turbina de gas<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
ANÁLISIS ECONÓMICO<br />
Ejemplo 1: Buque con planta propulsora diesel<br />
- Coste global equipos necesarios: 1,500,000 €<br />
- Ahorro anual en combustible: 324,000 €<br />
- Período de retorno esperado: 6 – 10 añosa<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
ANÁLISIS ECONÓMICO<br />
Ejemplo 2: Buque con planta propulsora de turbinas de gas<br />
- Coste global equipos necesarios: 6,000,000 €<br />
- Ahorro anual en combustible: 16,500,000 €<br />
- Período de retorno esperado: 6 – 12 meses<br />
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<strong>EFICIENCIA</strong> <strong>ENERGÉTICA</strong> <strong>DE</strong> <strong>PLANTAS</strong> <strong>PROPULSORAS</strong><br />
CONCLUSIONES<br />
- Cada caso es único, y requiere de un estudio en profundidad<br />
- Tecnologías y equipos existentes en el mercado<br />
- Diseño o asociado a cada caso concreto (viabilidad técnica) t<br />
- Estudio de viabilidad económica<br />
- Estudio de viabilidad operativa<br />
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