¿Qué es un dispositivo de ahorro de energía de hélice?

un dispositivo de ahorro de energía de hélice (ESD) es un apéndice hidrodinámico auxiliar instalado cerca de la hélice de un barco (delante, detrás o directamente sobre él) que mejora la eficiencia de la propulsión al optimizar la distribución del flujo de agua, reducir las pérdidas de energía rotacional en la estela de la hélice o recuperar energía que de otro modo se disiparía en forma de turbulencia. Estos dispositivos no reemplazan la hélice; Trabajan en combinación con él para extraer más empuje de la misma potencia del eje, reduciendo así el consumo de combustible y las emisiones de escape sin cambios en el motor principal o la propia hélice.

En grandes buques comerciales como petroleros, graneleros y portacontenedores, los dispositivos de ahorro de energía bien combinados pueden lograr ahorro de combustible del 3 al 10% , lo que se traduce en millones de dólares durante la vida operativa de un buque. Dada la presión regulatoria de los requisitos del Índice de eficiencia energética de buques existentes (EEXI) y del Indicador de intensidad de carbono (CII) de la Organización Marítima Internacional (OMI), los ESD se han convertido en una de las herramientas de cumplimiento más rentables disponibles para los propietarios de buques.

Por qué existen las pérdidas por estela de Propeller y cómo las abordan las ESD

un conventional propeller imparts both axial (forward-pushing) and rotational (swirling) velocity to the water it displaces. The rotational component — the "slipstream rotation" behind the propeller — represents energy that has been consumed by the engine but has not contributed to forward thrust. It is simply lost as swirling turbulence in the propeller's wake. Additionally, the non-uniform velocity distribution of the ship's wake entering the propeller disk creates pressure fluctuations that reduce efficiency and contribute to cavitation.

Los dispositivos de ahorro de energía abordan estas pérdidas a través de tres mecanismos:

• Preacondicionamiento de flujo: Los dispositivos de pre-giro instalados delante de la hélice hacen girar el agua entrante en la dirección opuesta a la rotación de la hélice, aumentando efectivamente el ángulo de ataque relativo de cada pala y mejorando la generación de empuje por revolución.
• Recuperación de energía de vigilia: Los dispositivos post-giro (bombillas de timón, aletas de la tapa de la hélice) recuperan la energía rotacional en la estela de la hélice convirtiendo la estela giratoria en empuje hacia adelante adicional a través de aletas fijas o superficies guía.
• Ecualización de estela: Las aletas del estator o los conductos de compensación de estela redistribuyen el campo de velocidad no uniforme que ingresa al disco de la hélice, reduciendo las cargas fluctuantes de las palas y la cavitación que degradan tanto la eficiencia como la vida útil de las palas.

Principales tipos de dispositivos de ahorro de energía de hélice

Estator previo al remolino (PSS)

un pre-swirl stator is a set of fixed fins mounted on the stern boss or propeller shaft boss ahead of the propeller. The fins are angled to impart a counter-rotating swirl to the water entering the propeller disk, increasing the effective angle of water incidence on the propeller blades and improving thrust output. Typical fuel savings are 3 a 6% en vasos de un solo tornillo. El PSS es uno de los tipos de ESD más instalados debido a su simplicidad estructural y rendimiento confiable en una variedad de corrientes de aire y velocidades operativas.

Conducto de ecualización de estela (WED)

un wake equalizing duct is a partial or full annular duct mounted ahead of the propeller in the non-uniform region of the ship's wake. The duct accelerates slow-moving water from the upper wake region and decelerates faster-moving lower water — equalizing the velocity distribution across the propeller disk. This reduces cavitation, vibration, and noise while improving propulsive efficiency by 3 a 5% . Los WED son particularmente efectivos en buques de forma completa (petroleros, graneleros) con velocidades de diseño lentas y estelas muy no uniformes.

Aletas de la tapa de la hélice (tapa del cubo de la aleta de empuje)

Las aletas de la tapa de la hélice reemplazan la tapa del jefe de la hélice convencional con una unidad que lleva aletas fijas que redirigen el vórtice del cubo: un flujo giratorio concentrado que se forma detrás del jefe de la hélice y representa pura pérdida de energía. Al romper este vórtice y recuperar su energía rotacional como empuje adicional, los dispositivos de aleta de tapa logran ahorros de combustible de 1 a 4% con mínima modificación estructural. Son uno de los tipos ESD que se pueden actualizar más fácilmente, ya que solo requieren el reemplazo de la tapa de la hélice existente.

Bulbo y aletas del timón

un rudder bulb — a streamlined ellipsoid fitted at the leading edge of the rudder at the propeller centerline height — smooths the flow from the propeller hub vortex over the rudder surface, reducing drag. Combined with twisted rudder fins, the device also recovers rotational wake energy. This combined system achieves fuel savings of 4 a 6% y tiene el beneficio adicional de mejorar la fuerza de sustentación del timón, lo que puede reducir los requisitos de área del timón o mejorar la maniobrabilidad.

Aletas de tapa de hélice con combinación previa al remolino

Muchas instalaciones modernas de ESD combinan múltiples dispositivos (por ejemplo, un estator de pre-giro delante de la hélice emparejado con una aleta de tapa detrás) para abordar simultáneamente tanto la calidad del flujo entrante como la recuperación de energía de estela. Las instalaciones combinadas pueden conseguir un ahorro total de combustible de 5 a 10% , con la combinación específica elegida mediante análisis de dinámica de fluidos computacional (CFD) para cada configuración individual de casco y hélice.

Tipos de ESD, posiciones y ahorros de combustible típicos

¿Qué embarcaciones se benefician más de los dispositivos de ahorro de energía?

El beneficio de ahorro de energía de una ESD no es uniforme en todos los tipos de embarcaciones; depende de la forma del casco, la velocidad de diseño, la carga de la hélice y las características de la estela. Las mayores ganancias normalmente se logran en:

• Grandes buques cisterna y graneleros (VLCC, Capesize): Sus cascos de forma completa producen estelas muy no uniformes y de movimiento lento con una alta pérdida de energía rotacional: las condiciones que las ESD son más efectivas para abordar.
• Buques portacontenedores y grandes buques de carga: Los altos niveles de potencia en el eje significan que incluso una mejora de la eficiencia del 3 al 5 % representa un ahorro absoluto de combustible muy grande: el incentivo comercial es fuerte.
• Buques que operan a una velocidad de diseño estable para viajes largos: Los ESD están optimizados para una velocidad y un calado específicos: las embarcaciones que operan consistentemente cerca de su punto de diseño obtienen el beneficio nominal completo, a diferencia de las embarcaciones con perfiles de velocidad altamente variables.