La propulsión asistida por el viento es la práctica de reducir el consumo de combustible de un buque mercante mediante el uso de velas o algún otro dispositivo de captura de viento. Las velas solían ser el principal medio de propulsión de los barcos , pero con la llegada de la máquina de vapor y el motor diésel , las velas comenzaron a usarse solo para la navegación recreativa. En los últimos años, con el aumento de los costos del combustible y un mayor enfoque en la reducción de las emisiones, ha habido un mayor interés en aprovechar la energía del viento para propulsar barcos comerciales.
Una barrera clave para la implementación de cualquier tecnología de descarbonización, y en particular de las tecnologías asistidas por energía eólica, es un tema que se discute con frecuencia en el mundo académico y en la industria: la disponibilidad de capital. Por un lado, los prestamistas navieros han estado reduciendo sus compromisos en general [1], mientras que, por otro lado, las nuevas construcciones bajas en carbono, así como los proyectos de modernización, implican un gasto de capital mayor al habitual. [2] [3] [4] Por lo tanto, el esfuerzo de investigación se dirige al desarrollo de modelos de negocio de economía compartida y arrendamiento , donde los beneficios del consumo reducido de combustibles fósiles, así como las ganancias de los derechos de emisión de carbono o las tasas reducidas, se comparten entre los usuarios, los proveedores de tecnología y los operadores. [5] [6]
Los medios mecánicos para convertir la energía cinética del viento en empuje para un barco son objeto de muchos estudios recientes. Mientras que los primeros barcos diseñados principalmente para navegar se diseñaban en torno a las velas que los impulsaban, los barcos comerciales ahora se diseñan en gran medida en torno a la carga que transportan, lo que requiere una gran cubierta despejada y un aparejo elevado mínimo para facilitar la manipulación de la carga. Otra consideración de diseño al diseñar un sistema de propulsión a vela para un barco comercial es que, para que sea económicamente ventajoso, no puede requerir una tripulación significativamente mayor para operar y no puede comprometer la estabilidad del barco. Teniendo en cuenta estos criterios de diseño, han surgido tres conceptos principales como los diseños líderes para la propulsión asistida por el viento: el "concepto de vela de ala", la "vela cometa" y el "rotor Flettner".
Como resultado del aumento de los precios del petróleo en la década de 1980, el gobierno de los EE. UU. encargó un estudio sobre la viabilidad económica del uso de propulsión asistida por el viento para reducir el consumo de combustible de los barcos en la Marina Mercante de los EE. UU . Este estudio consideró varios diseños y concluyó que una vela de ala sería la más efectiva. La opción de vela de ala estudiada consistía en un sistema automatizado de grandes velas sólidas rectangulares sostenidas por mástiles cilíndricos. Estas serían velas simétricas, lo que permitiría una cantidad mínima de manipulación para mantener la orientación de la vela para diferentes ángulos de viento; sin embargo, este diseño era menos eficiente. Un pequeño carguero fue equipado con este sistema para evaluar sus ganancias reales de combustible, con el resultado de que se estimó que ahorraría entre un 15 y un 25 % del combustible del buque. [7]
El concepto de vela de cometa ha despertado mucho interés últimamente. Este aparejo consiste en hacer volar una cometa gigantesca desde la proa de un barco utilizando la tracción desarrollada por la cometa para ayudar a impulsar el barco a través del agua. Otros conceptos que se han explorado fueron diseñados para que el aparejo de la cometa se extendiera y retrajera alternativamente en un carrete, impulsando un generador. La cometa utilizada en esta configuración es similar a las cometas que utilizan los kitesurfistas recreativos , en una escala mucho mayor. Este diseño también permite a los usuarios ampliar su escala al volar múltiples cometas en una disposición apilada.
La idea de utilizar cometas fue, en 2012, la forma más popular de propulsión asistida por el viento en los buques comerciales, en gran parte debido al bajo coste de adaptar el sistema a los buques existentes, con una interferencia mínima con las estructuras existentes. Este sistema también permite una gran cantidad de automatización, utilizando controles informáticos para determinar el ángulo y la posición ideales de la cometa. El uso de una cometa permite la captura del viento a mayores altitudes, donde la velocidad del viento es mayor y más constante. [8] Este sistema se ha utilizado en varios barcos, siendo el más notable en 2009 el MS Beluga Skysails , un buque mercante alquilado por el Comando de Transporte Marítimo Militar de los EE. UU. para evaluar las afirmaciones de eficiencia y la viabilidad de instalar este sistema en otros barcos. [9]
El tercer diseño considerado es el rotor Flettner . Se trata de un gran cilindro montado en posición vertical sobre la cubierta de un barco y que gira mecánicamente. El efecto de esta zona giratoria en contacto con el viento que fluye a su alrededor crea un efecto de empuje que se utiliza para propulsar el barco. Los rotores Flettner se inventaron en la década de 1920 y desde entonces se han utilizado de forma limitada. En 2010, un buque de carga de 10.000 TPM se equipó con cuatro rotores Flettner para evaluar su papel en el aumento de la eficiencia del combustible. Desde entonces, varios buques de carga y un transbordador de pasajeros han sido equipados con rotores.
El único parámetro del rotor Flettner que requiere control es la velocidad de rotación del rotor, lo que significa que este método de propulsión eólica requiere muy poca intervención del operador. En comparación con las velas de cometa, los rotores Flettner suelen ofrecer considerables ganancias de eficiencia en comparación con el tamaño de una vela o cometa, en comparación con el tamaño del rotor y las condiciones de viento predominantes. [10]
Algunos ejemplos de instalaciones de rotores Flettner en 2018 incluyen:
Las ganancias de eficiencia de estos tres mecanismos de asistencia a la propulsión suelen rondar el 15-20%, dependiendo del tamaño del sistema. En 2009, las compañías navieras se habían mostrado reticentes a instalar equipos no probados. [15] En 2019, varias iniciativas estaban estudiando la viabilidad de una propulsión eólica rentable para buques comerciales, incluido el concepto sueco Oceanbird para utilizar velas de ala, [16] el proyecto japonés Wind Challenger, [17] y varias asociaciones coordinadoras. [17]