Resumen:
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[ES] El principal objetivo del proyecto titulado “Simulación de la navegación de un barco
fluvial e hibridación del sistema de propulsión” es evaluar las necesidades energéticas de
los barcos fluviales actuales, para ...[+]
[ES] El principal objetivo del proyecto titulado “Simulación de la navegación de un barco
fluvial e hibridación del sistema de propulsión” es evaluar las necesidades energéticas de
los barcos fluviales actuales, para posteriormente estimar el potencial de mejora de
rendimiento aportado por la hibridación del sistema de propulsión.
Para alcanzar el objetivo, el presente proyecto se divide en cinco apartados:
- Presentación de la problemática de la navegación fluvial en Europa así como la
descripción de las principales características geométricas del casco de un barco, de
una hélice y de los componentes de un sistema de propulsión convencional e
híbrido.
- Descripción de los modelos empíricos utilizados para programar bajo el entorno
Matlab el simulador de navegación.
- Definición de un barco fluvial convencional como referencia para el estudio.
- Propuesta de sistema de propulsión híbrido para el barco fluvial definido
previamente.
- Simulación, utilizando el programa creado previamente, de dos trayectos diferentes
con las dos configuraciones de barco (convencional e híbrido) y análisis de los
resultados.
Por tanto, la memoria comienza explicando la relevancia que tiene el transporte fluvial en
Europa, sobre todo para el transporte de mercancías, gracias a las numerosas vías fluviales
adaptadas para ello. Se presentan también las legislaciones definiendo los gálibos de cada
vía navegable y la normativa sobre emisiones de contaminantes.
El proyecto continúa pasando a la descripción del barco en sí. Se exponen los parámetros
geométricos y coeficientes adimensionales que definen inequívocamente todos los tipos de
casco de barco. La hélice queda igualmente definida por sus cuatro parámetros (diámetro,
paso, número de palas y ratio de superficie) y se presentan los diferentes tipos de hélices
utilizados. En cuanto al sistema de propulsión, se detallan los tipos de motores utilizados
en la actualidad, desde el pequeño motor cuatro tiempos fueraborda hasta el inmenso motor
dos tiempos de varios pisos para barcos transatlánticos pasando por los motores con
transmisión en Z y los motores intraborda comúnmente utilizados en barcos fluviales así
como los grupos electrógenos.
Finalmente, se concluye la sección con la explicación de las principales arquitecturas de
transmisión híbridas, sobre todo utilizadas en el mundo de la automoción:
- La hibridación en serie
- La hibridación en paralelo
- La hibridación por derivación de potencia
El proyecto se centra a continuación en el desarrollo del simulador de la navegación de los
barcos fluviales. El objetivo es crear un simulador para las fases iniciales de diseño que
funciones con los mínimos datos macroscópicos posibles. Se trata de un simulador estático, llamado SSNS por sus siglas en inglés “Ship Stationary Navigation Simulator”, que por lo
tanto no tiene en cuenta las fases dinámicas de aceleración y frenada; y que sigue una
estrategia “backwards” (hacia atrás), es decir que los datos de entrada (aparte de las
características del barco descritas en el apartado anterior) son las distintas velocidades
estacionarias a las que navega el barco. Desde esos datos iniciales el simulador estima la
resistencia al avance sufrida por el casco del barco, a continuación el punto de
funcionamiento de la hélice (su velocidad de rotación, su par y su eficiencia) y por último
se obtiene el punto de funcionamiento de los órganos del sistema de propulsión que son el
último elemento de la cadena cinemática. Además, el caso de la navegación fluvial supone
una resistencia extra al avance del barco debido a la profundidad limitada de las vías
navegables que se traduce en una reducción de la velocidad del navío para una misma
potencia. Por tanto el simulador consta de los siguientes módulos:
- Corrección de la velocidad por la profundidad reducida de la vía fluvial
- Estimación de la resistencia al avance del casco del barco
- Estimación del funcionamiento de la hélice
- Cálculo del punto de funcionamiento del sistema de propulsión
Los diferentes módulos pueden activarse o desactivarse en función de los resultados
deseados y de los datos de entrada disponibles. Por tanto el programa permite simular
trayectos tanto en el mar y océanos como en ríos activando o desactivando el primer
módulo. Por otro lado, se puede simular únicamente la resistencia al avance que opone el
casco del barco para las primeras etapas de desarrollo de la estructura.
Los diferentes módulos se apoyan en modelos empíricos detallados en la memoria. Para la
programación del primer módulo de corrección de la velocidad debido a aguas de
profundidad reducida, se utiliza el modelo empírico de H. Lackenby de 1963. Para la
estimación de la resistencia al avance del casco del barco se dispone de dos modelos
empíricos, el desarrollado por J. Holtrop y G.G.J. Mennen en 1984 y otro más reciente de
U. Hollenbach de 1998. El funcionamiento de la hélice se estima gracias a la combinación
del modelo de J. Holtrop y G.G.J. Mennen de 1984 y del estudio realizado en Wageningen
sobre las hélices de serie B expuesto en el trabajo de V. Bertram y H. Schneekluth de 1998.
Por último, en cuanto al funcionamiento del sistema de propulsión existen dos
configuraciones disponibles, la configuración convencional con un motor térmico, un
embrague y una reductora y la configuración híbrida en serie con un grupo electrógeno,
una batería y un motor eléctrico, todo unido por la electrónica de potencia. Los mapas de
los diferentes órganos están adimensionalizados para poder simularlos con los mínimos
parámetros...
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