Estudio de nuevos sistemas alternativos de navegación con viento para buques

Resumen

La presente tesis doctoral consiste en un detallado estudio de los diferentes sistemas alternativos de ayuda a la navegación con viento para buques mercantes. En primer lugar se ha elaborado un pormenorizado estudio cualitativo de los diversos tipos de sistemas alternativos existentes atendiendo a sus características técnicas así como sus orígenes, evolución y estado actual. Dentro del numeroso conjunto de sistemas alternativos se ha puesto especial interés en el sistema de rotor tipo Flettner y el sistema tipo kite SkySails, cuyo destacado avance técnico y creciente notoriedad en la última década, les ha hecho merecedores de un estudio particular en profundidad. En segundo lugar se ha desarrollado un análisis experimental de los sistemas alternativos más destacados, el sistema de rotor tipo Flettner y el sistema tipo kite de SkySails GmbH. Este análisis se ha planteado en forma de dos casos prácticos en los cuales se estudia la aplicación de cada uno de estos sistemas para el buque en servicio Hespérides. Los cálculos se han basado en datos reales tanto de servicio del buque como las variables meteorológicas del escenario geográfico seleccionado. Los resultados obtenidos han confirmado la influencia de las principales variables como la elección de la ruta y características meteorológicas zonales en la eficiencia de los sistemas alternativos estudiados. En este sentido, el precio de mercado del combustible y el tiempo de servicio del sistema son factores cruciales que determinan en mayor grado la repercusión económica y por tanto el período de amortización. Asimismo se concluye que en la comparativa específica establecida para los sistemas seleccionados, en base a las premisas postuladas, el sistema de rotor tipo Flettner es el que genera un mayor ahorro de combustible y por tanto el más idóneo para el escenario planteado. En definitiva, los valores obtenidos en base al grado de exactitud de los datos empleados demuestran que el empleo de los sistemas alternativos analizados genera una disminución del consumo de combustible, con la consiguiente reducción de las emisiones y coste de servicio. Por tanto, el uso de este tipo de sistemas contribuye a una optimización de la eficiencia operacional del buque y al cumplimiento de los nuevos requerimientos en lo que a legislación medioambiental se refiere. SUMMARY. Current PhD thesis presents detailed and thorough research of different alternative wind hybrid systems as complementary propulsion for merchant ships. Firstly, an explicit qualitative investigation revealed diverse types of the existing alternative systems describing their technical characteristics such as the origin, evolution and current situation. Out of all systems found, a special interest was cast on Flettner Rotor and SkySails kite system, whose remarkable technological progress and growing importance in the last decade made these systems worth of an opportunity of such a special and profound research and investigation on this topic. Secondly, this paper demonstrates development of experimental analysis of the alternative systems most distinguished in this field such as Flettner Rotor and the kite system of SkySails GmbH. The analysis consists of two practical cases which investigate real life application of each of these systems for the ship Hesperides. All calculations are based on real figures and data taken from the work of the ship Hesperides and meteorological variables of the defined by the research geographic zone. The results of the research proved the influence of main variables such as a choice of a route and meteorological characteristics in the selected zone on the efficiency of the alternative systems included into the study. As a consequence it was found that market price of the fuel and the operational life-time of the alternative systems are crucial factors that determine economic ramification and consequently the period of amortization. This way it concludes that comparative analysis for the chosen systems under the hypothesised assumptions showed higher saving of the fuel when exploiting Flettner rotor and appeared to be more suitable for the contemplated scenario. In conclusion, obtained values from this research study based on the precision level of the data employed demonstrate that by applying these alternative systems in question does generate a significant decrease of the fuel consumption, emissions and operating costs. Therefore, implementation and usage of these systems contributes to the optimization of the operational efficiency of a ship and complies with legislative and environmental requirements.