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La propulsión híbrida, una alternativa ecológica

4/03/14

Tras unos años de investigación y pruebas, algunos astilleros  proponen barcos con propulsión híbrida. Así, han surgido dos conceptos: la propulsión híbrida en serie y en paralelo. ALBERT BREL

propulsión híbrida

El mercado ya ofrece embarcaciones híbridas con tecnología avanzada que permiten obtener una autonomía total con varios sistemas de placas solares.

 

Principio de la propulsión híbrida en serie es un sistema en el que el motor convencional es reemplazado por un motor eléctrico. Este motor, para que pueda propulsar el barco, se alimenta mediante un parque de baterías. Este sistema, que parece simple, exige sin embargo un motor que posea un rendimiento óptimo, una capacidad de batería importante y un medio de recarga rápida.

Los elementos de la propulsión en serie

El primero es el motor eléctrico. Es necesario que sea compacto, ligero y que ofrezca un buen rendimiento. Si, por ejemplo, nos fijamos en el astillero Rhéa que ha optado por este modo de propulsión para sus barcos, la marca por la que ha optado para motorizar sus modelos ha sido Brushless. Este constructor anuncia un mantenimiento a partir de 100.000 horas. En cuanto a las baterías, las que a día de hoy parecen suscitar más unanimidad son las de ion-litio. Ofrecen la ventaja de ser recargables en muy poco tiempo, del orden de 20 a 30 minutos. Además, tengamos en cuenta que las otras tecnologías, (plomo, calcio, gel, AGM) requieren diez horas en promedio para una recarga completa.

Queda el último eslabón, el grupo electrógeno. Es el corazón del sistema ya que proporciona la energía eléctrica. En la práctica, asegura tres funciones: recargar rápidamente las baterías, alimentar el motor eléctrico cuando las baterías están descargadas, y asegurar la alimentación de 230 voltios de a bordo.

 

Cómo funciona

Si navegamos en modo totalmente eléctrico, el motor se alimenta con las baterías. Cuando la capacidad de éstas se encuentra en el límite, el grupo electrógeno se pone automáticamente en funcionamiento y asegura a la vez la alimentación del motor eléctrico y la recarga de las baterías.

 

Los sistemas híbridos también se adaptan a motorizaciones dobles.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Los elementos de la propulsión paralela

Aquí, no hay grupo electrógeno sino un motor térmico acoplado a una bobina (motor eléctrico y generador). Ésta, de tamaño reducido  (unas decenas de centímetros de espesor), se adapta tanto a las propulsiones por eje como a la propia de algunos veleros, tipo saildrive.
Cómo funciona

La bobina asume dos funciones: la producción de corriente y la motorización eléctrica. Se sobreentiende que, en modo térmico, alimentada por el motor del barco, recarga un parque de baterías y, cuando pasa a modo eléctrico, se transforma en un motor de propulsión alimentando la energía  almacenada en las baterías. Un sistema de gestión electrónica informa en tiempo real de la autonomía que queda. El paso de un sistema a otro es sencillo. Basta con apagar el motor, cuando se está en modo térmico y, después, simplemente pulsar un botón parta alimentar la bobina que pasa a jugar el papel de motor. Para volver al modo térmico se procede a la inversa. El paso de un modo a otro se hace a través de una caja única de mando. El motor térmico posee su propia batería de arranque y es totalmente independiente del modo eléctrico.

El sistema denominado híbrido en paralelo, es más complejo pero también ofrece más posibilidades.

Esquema del funcionamiento híbrido en una embarcación. En el sistema de propulsión híbrida paralela es la existencia del único mando que permite pasar de un modo a otro directamente desde el mismo puesto de gobierno.

 

 

 

 

 

 

 
Ventajas y limitaciones de la propulsión híbrida paralela

Este modo de propulsión híbrida paralela puede instalarse tanto en los barcos a vela como en los de motor. Sus principales ventajas son, primero el respeto con el medio ambiente, luego una navegación cómoda y económica en la modalidad eléctrica, y una autonomía aceptable en velocidad de crucero lenta (2 a 5 nudos). Pero también permite un rápido paso del modo de propulsión eléctrica al térmico (una única caja de control con una palanca común), la recarga de las baterías cuando se navega en el modo de propulsión térmica y también a vela si gira la hélice. Por lo tanto, podemos resumir en cinco puntos dichas ventajas:

1 – Las maniobras en puertos y marinas (sobre todo gracias a su alto par en todas las condiciones de empleo).
2 – La navegación en las vías navegables interiores.
3 – La práctica de determinado tipo de pesca en silencio, tales como la pesca al arrastre y a la deriva.
4 – Navegando a vela, la recarga de las baterías mediante el simple giro de la hélice.
5 – La posibilidad de salir del amarre o fondeadero sin necesidad de tener que poner en marcha el motor de combustión.

 

LO QUE HAY DE NUEVO EN EL MERCADO

Propulsión paralela

El fabricante de motores Nanni, que ha sido uno de los primeros en ofrecer este tipo de propulsión, sigue desarrollando nuevos productos y equipando barcos. La bobina del sistema híbrido se encuentra entre el motor térmico y la reductora. Es a la vez generador y motor eléctrico y se adapta en los motores Nanni de 38 a 115 caballos; el último motor/generador que ofrece desarrolla 15 Kw a 96 voltios. Para evitar el sobrecalentamiento, el bobinado del estátor se encuentra en un cárter de aluminio, y el conjunto se enfría por un circuito de agua con intercambiador de temperatura. A título indicativo, podemos decir que las pruebas que llevamos a cabo a bordo de la barcaza Cardaillac, equipada con un motor térmico N4.85 ZF 63 IV (85 caballos) acoplado a una bobina de 15 Kw, dio los resultados siguientes:

Propulsión motor térmico

Regimen t/mnVelocidad en nudosObservaciones
281/67,5Contra la corriente
209/07A favor de la corriente
149/55,4A favor de la corriente

 

Propulsión eléctrica

Consumo en amperiosVelocidad en nudosObservaciones
1533,9Contra la corriente
1105,2A favor de la corriente
1555,8A favor de la corriente

 

En ambos casos, las pruebas se realizaron con cuatro personas a bordo. El Cardaillac es un barco de pasajeros  (75 máximo) de 18 metros de eslora y 14 toneladas de desplazamiento. Hay que destacar que otros fabricantes de motores también proponen este sistema, como es el caso de Steyr.

Algunos barcos profesionales adoptan sistemas híbridos, como es el caso del Cardaillac, una barcaza de pasaje de 18 metros de eslora.

En el Nanni N4.85 híbrido la bobina del sistema híbrido se encuentra entre el motor térmico y la reductora.

 

La elección de los astilleros

Los astilleros se orientan hacia la solución de partir de un casco estándar y adaptarlo a una motorización con un sistema híbrido (en serie o en paralelo) o, por el contrario, de concebir los diseños de sus barcos para equipar directamente sistemas híbridos. Es el caso, por ejemplo, de dos importantes marcas, como son Rhéa Marine o de Greenline.

El constructor Greenline, con una producción de barcos híbridos de 370 unidades en cuatro años, es un ejemplo. Este astillero esloveno, lo que ha desarrollado no es una adaptación del sistema a un barco, sino un sistema completo, integrado. Desde la carena de desplazamiento (patentada), que ofrece prestaciones óptimas en todas las condiciones de mar, a los dos estabilizadores laterales que mejoran la estabilidad y protegen el sistema de propulsión y el timón, todo se ha diseñado para responder a una propulsión híbrida. En caso de daño de los estabilizadores, la integridad de la estructura del barco no se ve afectada en modo alguno. Los estabilizadores (una especial de alerones que salen por los costados) son económicos y fáciles de reemplazar. En cuanto a la propulsión, Greenline ha optado por el sistema híbrido en paralelo, asistido por paneles solares. Por lo que respecta a la motorización, encontramos un motor Cummins asociado a una bobina de 5 kW. En modo propulsión diésel esta bobina recarga el parque de baterías ion-litio (11,5 kW a 48 voltios en el Greenline 33). En modo de propulsión eléctrica, la bobina se transforma en motor eléctrico, con un consumo de 7 kW. El techo con placas solares de una capacidad de 1,3 kW asegura, en navegación y en fondeo, un complemento de energía para las baterías. Con buen tiempo y a velocidad reducida (hasta 3,5 nudos), la cantidad de energía solar recuperada es igual al consumo eléctrico del sistema. Por lo tanto, en este caso el Greenline 33  se convierte en un verdadero barco solar que permite navegar sin emisiones contaminantes y sin costes de explotación.

En lo referente a las prestaciones, si tomamos el Greenline 33 equipado con un motor Cummins CMD TDI 75-4, la velocidad máxima con propulsión diésel es de 13,5 nudos. A 7 nudos (velocidad de crucero), la autonomía es de unas 700 millas, con un consumo de 430 litros de combustible.

 

Greenline ha optado por el sistema híbrido en paralelo, asistido por paneles solares.

La placas solares adoptadas por Greenline y ubicadas en el techo de la cabina proporcionan una alimentación suplementaria nada despreciable.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Por su parte, navegando en modo de propulsión eléctrica, la velocidad máxima es de 5,5 nudos, con una autonomía (baterías cargadas) de 20 millas a una velocidad de cuatro nudos.  Además del Greenline 33, este astillero ofrece con el mismo concepto en un 40 pies equipado con dos motores Cummins de 75 caballos. En modo eléctrico la velocidad máxima es de 7 nudos y de 11 nudos en modo térmico.

En la Rhéa Timonier 850 el generador de gran potencia solo está para recargar las baterías, en ningún caso para propulsar el barco, por lo que la propulsión depende únicamente de los motores eléctricos.

El astillero francés Rhéa Marine presentó a finales de 2011, en el salón náutico de París, el modelo Timonier 8.50 Electra equipado con una propulsión híbrida en serie denominada “prolongador de autonomía”. Este concepto, que el astillero ofrece hoy como opción en casi toda su gama, está constituido por un generador, un parque de baterías y dos motores eléctricos. El generador de gran potencia solo está para recargar las baterías, en ningún caso para propulsar el barco, por lo que la propulsión depende únicamente de los motores eléctricos.

La potencia ofrecida por este generador es de 100 kW, cuando la de los motores es de 145 kW (197 caballos de punta y 136 caballos en marcha continua) con un peso de 45 kg.

El conjunto completo (generador, baterías y motores) es comparable al de dos motores diésel de la misma potencia. En cuanto a baterías, encontramos modelos de ion-litio con una potencia de 38,5 kW. El interés de esta tecnología está en que permite una descarga profunda y una rápida recarga. En esta versión, el generador puede recargar las baterías entre 20 y 30 minutos, al tiempo que se asegura la propulsión del barco. En términos de autonomía, todo depende de la velocidad.

A baja velocidad (8 a 12 nudos), puede llegar a 12 horas, mientras que a una velocidad elevada solo es de 20 minutos. En la práctica, cuando se alcanza el umbral de tensión mínima, el generador se pone automáticamente en marcha para recargar rápidamente las baterías. En cuanto al consumo de combustible, hay que contar una ganancia del 50% en relación a una motorización diésel. A título indicativo, el astillero da los siguientes valores:

Velocidades6 nudos8 nudos10 nudos

15 nudos

Consumo gasoil/l50120144160
Consumo gasoil híbrido serie/l15607089
Economía de carburante70%50%50%45%
Reducción emisiones70%50%50%45%

 

Hay que tener en cuenta que el sistema híbrido eléctrico representa un sobrecoste en precio, en particular en las pequeñas unidades como la Timonier 8.50, pero esta diferencia es mucho menos apreciable en las grandes. Por ejemplo, en el modelo 43 (13 metros), solo representa el 15%.

 

El futuro de la propulsión híbrida

Es evidente que estamos en los inicios de este tipo de tecnología para el ámbito de la náutica de recreo,  pero ya que se percibe que los dos sistemas de este tipo de propulsión, tanto en serie como en paralelo paralelo, seguirán coexistiendo. En opinión del director de Rhéa Marine, en menos de cinco años, el conjunto de su gama se ofrecerá con sistema de propulsión híbrida serie. Es evidente, pues, que estos sistemas, en particular los instalados en serie, están destinados a embarcaciones poco rápidas (8 a 12 nudos), como por ejemplo los trawlers. Y respecto a las baterías, presentes entre otras cosas en los vehículos eléctricos en plena evolución, el precio de la tecnología ion-litio seguirá siendo cada día más asequible.