Diseño preliminar de un catamarán híbrido solar de 130 KW de potencia instalada, para el transporte de pasajeros en el río Amazonas

Abstract

El transporte fluvial, representa el principal medio natural para transporte de mercaderías y pasajeros en la cuenca de los ríos navegables del Amazonía; que permiten el intercambio comercial entre los pueblos y ciudades ribereñas. Las embarcaciones y buques que realizan estas actividades de navegación y comercio presentan limitaciones tecnológicas y una lamentable improvisación que pone en riesgo la operación y la seguridad de la carga, los pasajeros y de su tripulación. Por otro lado, el empleo de combustibles fósiles para el uso de motores de combustión interna constituye un factor directo y agravante de la contaminación atmosférica y sonora, afectando al medio, la tranquilidad de la vida silvestre de la zona y la propia naturaleza donde se desarrolla esta actividad. La OMI, en su calidad de organismo especializado de las Naciones Unidas, tiene como misión fomentar, a través de la cooperación, un transporte marítimo seguro, protegido, ecológicamente racional, eficiente y sostenible, viene desarrollando diversas recomendaciones mundiales para la seguridad de la vida humana en el mar y cuidado del medio ambiente marítimo. Asimismo, en el año 2015, los países miembros de la OMI, mediante la adopción de la “Agenda 2030 para el desarrollo sostenible” y sus 17 objetivos, seguido de la entrada en vigor del Acuerdo de París (2016) sobre “Cambio Climático”, que obedece a la limitación de emisiones y la puesta en marcha de acciones tangibles para disminuir el aumento de la temperatura global, en tal sentido, el Perú deben generar propuestas tecnológicas que pongan en práctica las recomendaciones y acuerdos pactados, en donde nuestro país es miembro y firmante de dichos acuerdos. Por ello, considerando los objetivos al 2030 como la lucha contra el cambio climático, la innovación en las infraestructuras, la protección de la vida submarina, el uso de energías renovables, el consumo y desarrollo sostenible, la preservación de flora y fauna en todo nivel y, el desarrollo de ciudades y comunidades sostenibles hemos propuesto una embarcación que contribuya al cumplimiento de estos objetivos en la cuenca navegable del Amazonas. El presente trabajo es una propuesta sobre la aplicación de la energía solar, como fuente de energía empleado para la propulsión de una embarcación para el de transporte de pasajeros, cuyas principales ventajas e impacto, están referidas a la reducción de ruido y la disminución de la contaminación atmosférica. En la actualidad, alrededor del 100 % de la flota fluvial peruana, emplea combustibles fósiles como medio de energía principal para su propulsión, cuyas emisiones de gases producto de la combustión, contienen óxido de azufre (SOx), óxido de nitrógeno (NOx), CO2 y substancias agotadoras del ozono. Este trabajo se centra en la investigación y elaboración del proyecto preliminar de una embarcación fluvial para el transporte de pasajeros, cuya principal fuente energética es la energía solar fotovoltaica, mediante paneles solares y baterías se alimenta dos (02) motores eléctricos, además de contar con dos (02) generadores auxiliares de emergencia, se logra cubrir la demanda energética total de la embarcación para una velocidad de crucero de 8 nudos y con una rango de operación entre 6.0 - 9.5 nudos, considerando una velocidad en contracorriente de hasta 3.5 nudos, para una autonomía diaria de 5 horas de navegación continua. Nuestra propuesta cumple con las recomendaciones y requerimientos técnicos del diseño naval tales como los expuestos en la norma NR 217 Rules for the Classification of Inland Navigation Vessels (Edition 2017), regulaciones de la MARPOL – OMI (Anexo VI y V), disposiciones del Convenio internacional para la seguridad de la vida humana en el mar (SOLAS - Capitulo II, III y IV) y regulaciones de la autoridad nacional, según corresponda. Cabe señalar que las recomendaciones del MARPOL y SOLAS emitidos por la OMI, son de aplicación exclusiva marítima. Sin embargo, tomaremos sus recomendaciones como exigencias para nuestro diseño preliminar. El diseño preliminar cubre con las exigencias básicas y principales de la ingeniería naval como es el desarrollo de la disposición general, desarrollo de las líneas de forma, el escantillonado de los elementos estructurales, análisis torsional y estructural de la embarcación bajo el modelo de viga-buque, la predicción de potencia en aguas razas, planta de máquinas y la selección del equipamiento para los sistemas de propulsión, gobierno, achique, lastre y contraincendios, el análisis de estabilidad intacta, el análisis de viabilidad económico y el cálculo de reducción de emisiones y huella de carbono de acuerdo a la guía práctica para el cálculo de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). Se ha tenido en especial consideración el balance energético (la factibilidad operativa del sistema fotovoltaico, garantizando la demanda energética en cualquier condición de trabajo) y el enfoque de energías renovables.

River transport represents, one of the main natural means of transporting cargo and passengers in the watershed of the navigable rivers of the Peruvian Amazon; that allow the commercial exchange between towns and riverside cities. The boats and vessels that perform these navigation and trade activities have technological limitations and one would be lamentable improvisation that puts the safety of the cargo, the passengers and the crew itself at risk. On the other hand, the use of fossil fuels for the use of internal combustion engines is a direct and ingravescent factor in atmospheric and noise pollution, affecting the environment, the tranquility of wildlife in the area and the very nature where this activity takes place.

IMO, as a specialized agency of the United Nations, has as its mission to promote, through cooperation, safe, protected, ecologically sound, efficient and sustainable maritime transport, it has developed various global recommendations for the safety of human life at sea and maritime environmental protection. Likewise, in 2015 member countries IMO assuming the objectives to "2030 Agenda for sustainable development", and his 17 goals, followed by the entry into force of the Paris Agreement (2016) on "Climate Change", which is due to the limitation of emissions and the implementation of tangible actions to reduce the increase in global temperature in such Accordingly, Peru must generate technological proposals to implement the recommendations and agreements made, where our country is a member and signatory of these agreements. Therefore considering the 2030 goals as the fight against climate change, innovation in infrastructure, the protection of underwater life, the use of renewable energy, consumption and sustainable development, the preservation of flora and fauna at all levels and, the development of sustainable cities and communities, we have proposed a vessel that contributes to the fulfillment of these objectives in the Amazon's navigable watershed.

The present work is a proposal on the application and use of clean and renewable solar energy, as an energy medium used for the propulsion of passenger transport vessels, mainly achieving the reduction of noise and a reduction in atmospheric pollution; that currently 100% of the Peruvian fluvial fleet generates with the use of conventional vessels whose emissions of sulfur oxide (SOx), nitrogen oxide (NOx), CO2 and ozone-depleting substances are from the use of fossil fuels; allowing transport to achieve sustainable development in three dimensions: the economy, the environment and social. We have focused on the research and development of the preliminary draft of a inland passengers vessel, powered by two electric motors powered by a photovoltaic generation system by solar panels and batteries are powered by two (02) electric motors, in addition to two (02) auxiliary emergency generators, covering the total energy demand of the boat for a speed of cruise of 8 knots and with an operating range between 6.0 - 9.5 knots, in calm waters, countercurrent considering a speed up to 3.5 knots, for an autonomy of 5 hours of continuous navigation. The proposed vessel complies with the technical design requirements of the NR 217 Rules for the Classification of Inland Navigation Vessels (Edition 2017), MARPOL - IMO regulations (Annex VI and V) and provisions of the International Convention for the Safety of human life at sea (SOLAS - Chapter II, III and IV) and regulations of the national authority, as appropriate. It should be noted that the MARPOL and SOLAS recommendations issued by the IMO are of exclusive maritime application. However, we will take your recommendations as requirements for our preliminary design. The preliminary design covers the basic and main requirements of naval engineering such as the development of the general layout, development of the lines of shape, the scantling of the structural elements, torsional and structural analysis of the vessel under the beam-ship model, the prediction of power in water races, plant of machines and the selection of equipment for propulsion, government, bailing, ballasting and fire-fighting systems, intact stability analysis, economic feasibility, analysis and calculation of emissions reduction and carbon footprint according to the practical guide for the calculation of greenhouse gas (GEI) emissions. The energy balance has been taken into special