Arquitectos navales se ven desafiados por nuevas normativas y la introducción de nuevos combustibles

Nunca como ahora los arquitectos navales han tenido tantas herramientas disponibles, ni se han enfrentado a mayores desafíos para asegurarse de que sus productos son adecuados para el futuro. Expertos de DNV Maritime, apuntaron algunos de los hitos clave del diseño de buques y las tendencias en la actualidad en esta materia.

Diseños de un solo punto y multipunto

Hasta principios de la década de 2000, alrededor del 95% de los buques se construían con un diseño de punto único. Esto significaba que la forma del casco, la proa y la capacidad del motor del buque tenían un desempeño excelente a una velocidad y un calado específicos, lo que lo hacía perfecto para su condición contractual particular. "Esto es lo que se midió el rendimiento del buque. Nadie adivinó cuánto se vería afectada la eficiencia del buque cuando éste viajara a velocidades más lentas y con un 70% o sólo un 50% de capacidad de carga. Para los buques portacontenedores en particular, las pérdidas de eficiencia fueron devastadoras", explica Uwe Hollenbach, Ingeniero Principal de Ingeniería de Fluidos de DNV Maritime.

Es así como a partir de 2008, se incorporaron al diseño final una serie de velocidades y calados, que suelen consistir en cuatro (2x2) a nueve (3x3) modos de funcionamiento. "En colaboración con el armador, se ideó un perfil operativo variado en un modelo matricial, definiendo cuánto tiempo era más probable que el buque pasara viajando a determinadas velocidades y calados. Por un lado, esto significaba que ya no se tenía el buque perfecto para un único modo de operación. Sin embargo, los diseños eran mucho más flexibles y respondían a las exigencias de diferentes viajes, condiciones meteorológicas y capacidades de carga", afirma Hollenbach. Las líneas optimizadas dan como resultado una menor resistencia, una menor demanda de energía y una mayor eficiencia general.

En cuanto a los buques que ya estaban en funcionamiento y que fueron creados sobre la base de diseños de un solo punto indica que, dado que no se puede tocar la forma del casco en su conjunto, debido a su alto costo, se optó por cambiar, si era requerido, la forma de la proa, explica Heikki Hansen, Jefe de equipo de Ingeniería de Fluidos en DNV Maritime.  Los diseños de punto único solían tener proas muy voluminosas. En cambio, con una forma optimizada y esbelta, es posible generar un ahorro de combustible de entre el 6% y el 10%. Otras optimizaciones incluyen nuevas hélices y cambios en el sistema de propulsión. Sin embargo, éstas son menos comunes, detalla.

EEDI, EEXI y CII

A la luz de normativas como el Índice de Diseño de Eficiencia Energética (EEDI) para los buques de nueva construcción y el próximo Índice de Diseño de Eficiencia Energética para los buques existentes (EEXI), existe un renovado interés por la eficiencia de los buques. Sin embargo, mientras que el EEDI y el EEXI son certificaciones únicas, el Indicador de Intensidad de Carbono (CII) exige un progreso constante. Este último índice mide la eficiencia con la que un buque transporta bienes o pasajeros y se expresa en gramos de CO2 emitidos por capacidad de carga y milla náutica. A continuación, el buque recibe una calificación anual que va de la A a la E, y los umbrales de calificación serán cada vez más estrictos hacia 2030. La CII entrará en vigor en 2023 para todos los buques de carga, RoPax y cruceros de más de 5.000 GT. Esto ha tenido un profundo impacto en la demanda de diseños de buques.

Diseños para los combustibles del futuro

"La aplicación de la EEXI y la CII aún debe decidirse en detalle, pero los puntos de corte para los distintos perfiles de buques ya están claros", afirma Juryk Henrichs, Ingeniero Principal de Seguridad e Ingeniería de Sistemas de DNV Maritime. Por ejemplo, los diseños estándar que utilizan HFO convencional sin otras medidas podrían incumplir la normativa ya en 2023 y tendrían que tomar medidas inmediatas aplicando combustibles alternativos o reduciendo su velocidad. Con un perfil de velocidad adoptado, estos buques pueden operar hasta 2026 antes de tener que aplicar otras medidas. "Pero esto sólo te lleva hasta cierto punto. Si quiere que su buque funcione durante los próximos 10 o 20 años sin grandes ajustes, su nueva construcción debe estar equipada para funcionar con un combustible alternativo y tener una forma de casco optimizada y otras medidas para reducir el consumo de combustible.

En ese sentido, los diseños listos "para" permiten que un buque pase a operar con un combustible alternativo en una fecha posterior. Un diseño preparado para el uso posterior de GNL, por ejemplo, requiere un motor de doble combustible y más espacio para tanques de GNL adicionales y más grandes, debido a la menor densidad energética volumétrica del GNL.

"Todas estas consideraciones significan que puede costar entre 10 y 20 millones de dólares más la construcción de un gran buque de alta mar alimentado con GNL. Sin embargo, la construcción de un diseño preparado para el GNL significa que los armadores no tienen que hacer esta inversión de inmediato, y será más fácil convertir el buque a las operaciones de GNL en una fecha posterior", dice Uwe Hollenbach.

Soluciones de propulsión alternativas

La incertidumbre sobre las rutas de los combustibles también ha impulsado el interés por otras soluciones de propulsión, algunas antiguas y otras nuevas. Actualmente, la aplicación más comercial de las velas son las velas de rotor. Varias aplicaciones en buques comerciales han permitido ahorrar entre un 10% y un 20% de combustible. Los sistemas están controlados por ordenador y pueden soportar condiciones meteorológicas adversas. 

Los sistemas de lubricación por aire (ALS) son otra tecnología prometedora que puede ayudar a los buques a mejorar su eficiencia y reducir las pérdidas de energía. Estos sistemas empujan el aire bajo el casco del barco, repartiéndolo uniformemente y creando una capa deslizante entre el casco y el agua de mar.

En los próximos años, la descarbonización seguirá marcando el futuro del diseño de buques. "Será interesante ver cómo se adapta la industria al reto de la flexibilidad del combustible y si soluciones como las velas innovadoras o la lubricación por aire se convierten en herramientas estándar para salir adelante en la lucha constante por una mayor eficiencia", explica Heikki Hansen.

Por MundoMarítimo