Híbridos y Eléctricos

RICARD BOSCH TOUS, DOCENTE DE LA FACULTAD DE NÁUTICA DE BARCELONA (UPC)

“Las regatas de vela son la Fórmula 1 de la energía renovable, es donde se prueban las cosas que después llegarán a los barcos de serie”

Entrevistamos a Ricard Bosch Tous, ingeniero, investigador, docente, inventor y un referente en cuanto a motores eléctricos, pero sobre todas las cosas es un apasionado de su trabajo.

Ricard Bosch Tous, docente de la Facultad de Náutica de Barcelona (UPC).
Ricard Bosch Tous, docente de la Facultad de Náutica de Barcelona (UPC).

Es difícil definir a Ricard Bosch Tous, podríamos pasarnos una buena temporada leyendo sus trabajos. Para simplificar, me quedo con la descripción que me dieron al contactarme: “lo tienes que entrevistar es la persona que más sabe de motores eléctricos”. Es ingeniero, investigador, docente de la UPC (Universidad Politécnica de Catalunya), de la Facultad de Náutica de Barcelona, etc, etc… También es Vocal de Motonáutica del Reial Club Marítim de Barcelona, donde nos reunimos para la entrevista. Este último cargo me ha llamado la atención porque precisamente no es un amante de los motores térmicos, pero resulta que, con muy buen tino, le ofrecieron este cargo con una visión de futuro, mis felicitaciones al RCMB.

Para quienes quieran profundizar en su extensa producción de artículos, libros, documentos científico–técnicos, patentes de invención, etc. le recomiendo hacer una visita al Portal de la Producción Científica de los Investigadores de la UPC y descubrir su intensa actividad desde inicios de los 80’.

En esta entrevista, cada tanto pide disculpas asegurando que lo etiquetan como disperso, pero se autodefine como pluridisciplinar, porque el problema es complejo de resolver.

Si mediar pregunta, después de las debidas presentaciones, comenzó refiriéndose a un artículo mío sobre la gestión de la energía a bordo de un Mini 6.50; aunque, haciendo referencia a un comentario de Anna Corbella y la navegación en Imoca 60.

Ricard Bosch Tous: El tener un barco durante tres meses funcionando es un reto mucho más grande de lo que parece. (N. del A. refiriéndose a los barcos de navegación oceánica Imoca 60 que dan la vuelta al mundo en solitario sin escalas). Las regatas de vela son la fórmula 1 de las energías renovables, es donde se prueban las cosas que después llegarán a los barcos de serie. Y a mí no me agrada la competición. He hecho regatas, me gusta mucho la técnica de la competición, pero la disciplina de la competición es lo que no me agrada. Lo que me gusta es poner a punto las cosas.

Regata de vela Acciona

Las regatas de vela son la fórmula 1 de las energías renovables, es donde se prueban las cosas que después llegarán a los barcos de serie. / © Acciona

Diego Yriarte:  La gran mayoría de barcos, de vela y motor llevan un motor diésel, ¿nos lo han vendido?

RBT: El motor diésel está pensado para la velocidad de crucero, para una velocidad y unas condiciones meteorológicas, fuera de aquí los rendimientos caen penosamente, pero en cambio todos estamos encantados del motor diésel. El motor diésel o el motor térmico en general tendrían que hacer electricidad y la electricidad gestionar el movimiento. Lo ideal sería que el motor funcione en el punto en que funciona bien, pero la gestión de la energía la ha de hacer la electricidad, la electrónica y la informática.

DY: ¿Y por qué no es así?

RBT: Claro, esto necesita un tiempo de maduración muy lento y el político, el que financia, quieren la idea rápida y estupenda. Pero en energía todo es complicado.

A mí me gustaría dar titulares, por ejemplo: “Volvamos a los órganos de vapor”, la música llevada al barco. Está inventado. Cuando los barcos funcionaban a vapor como los del Misisipi, la publicidad para que venga el turista y pague el tiquet para dar la vuelta, era tener un órgano que tocaba la música de moda.

¿Y eso qué tiene que ver con la energía? Pues que la máquina de vapor es aún menos flexible que el motor diésel. Tú tienes la caldera que está generando vapor y ¿qué haces con el vapor si el barco está parado? Pues, pone un órgano que entra en otra dimensión y es lo que llama la atención. Mientras tiene la presión baja, toca música lenta, cuando tiene la presión a punto de salir pones una música que gasta mucho vapor. Y no es un rendimiento energético es un rendimiento en otra dimensión y estas otras dimensiones son las que deberíamos de explorar, pero con una visión a largo término y una visión holística, no una visión a corto tiempo y muy rentable. Y eso no sé cómo encajarlo.

DY: Porque necesita un desarrollo.

RBT: Porque necesita una maduración tecnológica que la hace quien espera tener el mercado cautivo posterior y entonces este mercado cautivo, hoy no existe, porque la energía es muy barata, la energía es injustamente barata; aunque parezca lo contrario.

Y muchas cosas vienen de que cualquier combustible tiene un contenido de parte mecánica y dos contenidos de calor, es decir 30% de potencial mecánico y 60% de contenido de calor. Entonces, por una balanza de gasto-ganancia o montamos la amortización para la tercera parte y tenemos los coches, o tenemos las estufas que aprovechan la otra parte. Cualquier coche tiene de regalo la calefacción, tienen una energía que no te la acabas. La misma cantidad de energía que se usan en las ruedas es la que calienta el agua del radiador y otro tanto sale en forma de gases de escape.

DY: ¿Solo usamos una parte, las otras dos son un desperdicio?

RBT: Totalmente. Lo que tendríamos que hacer es no tirar nada y con este criterio de no tirar nada, deberíamos ir reciclando y el mundo del mar yo creo que es el banco de pruebas ideal, pero como es muy conservador, no sé cómo encajarlo…

Volviendo a la velocidad de crucero, que es el punto de diseño, en un coche tu puedes decir: de aquí a Zaragoza tendrás unas condiciones determinadas y puedes diseñar un coche para esa autopista, subidas y bajadas; pero, donde gasta más en ciudad porque el motor térmico es especialmente malo para arrancar, parar y el rendimiento cuando estás parado en un semáforo es malísimo, es contaminación pura.

Por lo tanto, empezar a poner números es interesante. ¡Hoy en día hay coches en el mercado con 200kW o CV, y con 10 vas que te estrellas!!!

Hay una cosa muy curiosa, verás que yo recurrentemente volveré al vapor, porque creo que sería uno de los bancos de pruebas a reivindicar, pero claro, volver a la máquina de vapor hoy… ¿qué empresa lo haría? Todos buscan la novedad, cosas bien caras para que te subvencionen el proyecto… no, lo más sostenible ya está inventado, no lo podrás patentar, no tendrías un mercado cautivo que es lo que buscan todas las empresas.

DY: ¿De volver a la máquina de vapor, como calentaríamos el agua?

RBT: Con residuos, yo creo que con residuos.

DY: ¿Pero habría combustión y emisión de gases?

RBT: Siempre que hay energía hay contaminación, siempre le podrás encontrar los pies de barro…

Donde hay energía hay fricción, hay fuerza resistente; que sea insignificante, vale. El fabricante dice en el catálogo lo justo para que el cliente no proteste. El cliente sabe que tiene una calidad mínima garantizada. Pero, todos van rascando y con en el tiempo van dando un producto más mediocre al mismo precio… ¿y cómo cambiamos eso?

Siempre encontrarás el, “pero”, entonces es un compromiso de renuncias técnicas.

Hay un problema de gestión de bosques debido a una ecología mal entendida y el bosque se ha abandonado. ¡Limpiar un bosque cada 5 años da energía de sobras y es un ciclo cerrado, estás limpiando un bosque!

Tengo proyectos muy interesantes de mis alumnos para construir un barco un motor alimentado con los residuos del bosque, y se podrían limpiar las rieras y las desembocaduras de los ríos en embalses fácilmente navegables. Allí se acumula la biomasa forestal arrastrada por las avenidas que preocupa a los bomberos en la extinción de los incendios forestales, pues se descontrolan al llegar a esas acumulaciones de biomasa.

DY: ¿Y la electricidad?

RBT: En la cadena energética, no creo en los eléctricos puros, pero en cambio todos estamos condicionados con lo que nos ha pasado con el móvil. Con el móvil, no es que las baterías hayan evolucionado, que lo han hecho, pero lo que más ha evolucionado es el móvil en sí que consume muchísimo menos y ofrece más. Esto en elementos de transporte es más difícil. El político, el que pone las concesiones, tiene tendencia al eléctrico puro cuando en realidad lo que hace falta es hacer una maduración del vehículo como unidad energética. Pero, quien hoy hace o vende vehículos, sea el que sea, no se quiere pelear con quien vende electricidad. Y en cambio, el futuro va por aquí.

DY: ¿Y esto por qué ocurre?

RBT: Volvemos al mercado cautivo. La electricidad, o la energía en general está pensada como una cosa centralizada. La percepción social de la energía es de objeto de lujo. El que se lo puede pagar, cuanta más energía despilfarre, mejor. Tenemos este concepto social. Si tú ahorras energía como concepto, es que eres pobre, no puedes despilfarrar. Que seas pobre y que no ligues, ¡son dos argumentos comerciales potentísimos!

La austeridad que requiere la eficiencia energética no está bien vista. Es márquetin puro y duro.

DY: ¿Cuáles son los principales beneficios del motor eléctrico?

RBT: El motor eléctrico no necesita cambios de marcha. La gestión de la electricidad ha de ser eléctrica, no hay ninguna duda técnica. Porque cualquier motor eléctrico, si ha de remontar una ola y necesita tres veces más fuerza, pues la entrega, consumiendo tres veces más electricidad durante unos segundos. Este concepto que se llama sobrecarga, el motor eléctrico la admite perfectamente.

En el año 2000, cuando fuimos a la “Sun Race” de Australia con el “Despertaferro” fuimos el coche con más aceleración porque teníamos un motor que era un trueno que podía dar casi 10 veces la potencia nominal en las aceleraciones. Salimos en la Pole Position. Después nos pasaron porque tenían más experiencia y coche más eficientes, ¡pero el gustazo de venir desde España y salir en la pole…!

El motor diésel llega a su máximo par y comienza a caer, pero el motor eléctrico puede dar mucho más, no gratuitamente, chupando electricidad. Entonces el juego está en cómo le das esa electricidad durante unos segundos.

Cotxe solar Despertaferro

El coche solar Despertaferro. / © UPC

DY: ¿Cuál es el futuro de los motores eléctricos para barcos?

RBT: El futuro son los motores Rim (Similar a una turbina de avión, pero bajo el agua) porque nosotros necesitamos una fuerza a una velocidad en la que habrá un punto de máxima potencia transmitida, es potencia instantánea. Tenemos que hacer una nueva cultura con los propulsores ¿seguro que la hélice es el mejor propulsor? Una hélice tiene un 50% de rendimiento.

Entonces, si tenemos un motor que pueda darnos picos generosos hemos de ver de dónde sale la electricidad y veremos que la batería está muy mitificada por los que no conocen las baterías. La batería no es una fuente de electricidad, es un depósito y bastante malo. Cuando pones muchas baterías juntas has de poner un BMS (Battery Management System) que es un gestor de carga y descarga de las baterías, porque siempre hay la oveja negra, que se calienta y puede hacer explotar el conjunto. No sería la primera vez.

Yo utilizaría un grupo electrógeno ¿quemando qué? Si tuviera que hacer un barco de trabajo, de transporte, quemaría gas. Y si es muy grande con GNL (Gas Natural Licuado) que está a presión atmosférica y baja temperatura aproximadamente -140ºC.  El GNC (gas natural comprimido) está a temperatura ambiente y comprimido en bombonas a presión, es el Gas Licuado de Petróleo que trabaja a menos presión y es el que se utiliza comúnmente en una casa.

 Y podríamos tener grupos electrógenos de emergencia, con otro tipo de combustible, GNC, diésel o gasolina; porque, en el mar no puedes quedarte tirado, necesitas más de una opción. Aunque estés en puerto, los barcos no frenan, frenan con el motor y si te quedas sin motor, o un generador en este caso, necesitas uno de emergencia. Los puristas dirán no, llevándose las manos a la cabeza, pero estamos hablando de un generador, con un consumo quizás de 10 veces menos que un motor convencional. También utilizaría pila de combustible, pero hoy son carísimas y podría haber otras muchas formas. Si hay viento podemos utilizar un aerogenerador. Un hidrogenerador, en los veleros funcionan muy bien.

DY: ¿Hay formas de producir energía no investigadas?

RBT: Yo, con una máquina eléctrica sacaría energía de donde parece que no hay, porque las fuerzas cíclicas como las olas están por aprovechar. Y las máquinas eléctricas son reversibles.

Ahora, tu visualiza una motora navegando a 20 nudos y golpeando contra la ola. En cada pantocazo estás perdiendo una barbaridad de energía ¿a que iría bien poner un posicionamiento dinámico? Hoy en día todos piensan en un posicionamiento horizontal, porque los barcos se desplazan horizontalmente, pues no. Igual tendríamos que pensar en poner propulsores verticales, como si fuera un dron, pero en el agua. ¿Cómo se madura eso? no sé, puede ser en la competición, comenzar por cosas pequeñas, un dron con hélices que entren y salgan del agua. Porque la energía que tú pones en vertical para oponerse a la pantocazo, seguro que la amortizas energéticamente. Y esto viene a que la embarcación gaste menos, no es el modelo de embarcación que tenemos hoy que gastan una barbaridad de potencia. Si hacemos que los barcos vuelen bajo o, mejor dicho, elevemos los barcos un 30% de su peso, sin duda consumiremos menos, sobre todo con mal tiempo, que es cuando se disparan los consumos en motorizaciones diésel.

A partir de 10 nudos, en un barco de 10 metros, la fuerza propulsora es del orden del peso del barco. Utilizando la informática, hoy en día, tenemos tecnología de sobra para tener, no solo un propulsor en crujía, 4 propulsores, que nos estarían controlando escoras y asentamiento. Bueno… es que yo voy muy lejos ¿cómo llegaré?, pues no sé mira, pero yo te explico toda la película...

Propulsores verticales quizás sea una utopía, pero lo primero que tenemos que hacer es tirar de aquí hacia atrás.

A mí me agradan los Rim porque es accionamiento directo. ¿qué se está haciendo hoy? Como el motor térmico no da más par que el que tiene, la hélice se pone que, a partir de ese par cavita, por lo tanto, deja de apretar, deja de ser efectiva.

DY: ¿Qué tenemos que lograr en un motor eléctrico?

RBT: Que la hélice esté preparada para ese punto de empuje máximo adiabático, la hélice ha de ser de 3 a 10 veces el par nominal. Y has de mirar de dónde sacar la energía porque a lo mejor una batería se muere, has de poner, por ejemplo, un KERS (N. del A. kinetic energy recovery system) Pero el punto clave es que la hélice no cavite, porque hoy las hélices están diseñadas para un motor diésel y ni un poco más. Entonces, necesitamos una hélice que no cavite, que no haya engranajes y que esté trabajando a velocidad de crucero pero que pueda llegar a las fuerzas grandes y si tienes un punto débil, como puede ser un engranaje, ya no sirve.

Otra cosa es que un propulsor naval lo podemos poner bajo el agua, tenemos capacidad de resinas y de impermeabilización. Además, pueden ser más pequeños porque están refrigerados por agua, no por aire como los que hay actualmente en el mercado. Y si es azimutal lo puedes trimar y si tienes 4, cuando hay mal tiempo los trimas un poco vertical y levantas el casco, de esta forma bajas la resistencia del casco. Esto no lo está explorando nadie, porque el mundo del mar es de buenos mecánicos… Lo que hoy necesitamos no está en el mercado.

¿Cómo lo conseguiremos? Tenemos un problema que es que el que sabe de hélices no sabe de motores eléctricos y el que sabe de motores eléctricos no sabe de hélices, son dos mundos que nos interesa juntar. Y es difícil, sobre todo si no das el tiempo de maduración que se necesita.

La cadena energética que tenemos está pensada en baterías, un motor eléctrico y unos controles, pero si no hay transmisión mecánica, si no hay un punto débil, yo puedo gestionar informáticamente y dar picos. Porque la navegación es un ciclo y la gente no está admitiendo que la navegación es un ciclo de ola y entonces el mejor vehículo para experimentar es un barco. Pero, a la larga, si será un Imoca 60 o un barco profesional, no lo sé. El tema es muy complejo y me da igual que se desarrolle por un lado o por otro. Cuando alguien dice Ricard es muy disperso, yo creo que soy pluridisciplinar, porque el problema es complicado.

Una cosa es quien tira de la hélice y un motor eléctrico es lo mejor y otra es cómo haces la electricidad ¡y hay muchas formas!

Primero hemos de establecer la jerarquización de cargas

Servicios críticos: Gobierno, ordenador, radio e instrumental de navegación.

Esenciales: Luces, megafonía.

Principal: Propulsión.

Interrumpibles: Climatización.

Quema de excedentes: Osmosis inversa (cuando sobra energía haces agua dulce)

Poca gente se pone a ver que necesita y lo que hace es poner el motor más grande que puede porque piensa en el día que necesite potencia para pasar una gran ola. Que pasa, que tú has sobredimensionado aquel diésel que en condiciones normales no va bien y contamina demasiado.

Los propulsores han de mejorar, las fuentes de electricidad también y cuando falte aquel pico de 10 segundos, puede venir de un volante de inercia, un KERS hecho para barcos y en eso estamos trabajando, pero como no soluciones todo, no irá bien.

Los hidrogeneradores son de aproximadamente 1 kW y la resistencia es asumible. Pero, si a un barco le ponemos un motor eléctrico de 30 kW y lo hacemos reversible, la resistencia es mucho mayor. ¿Y cómo hacemos para que no frene el barco? Pues aprovechamos el peso del barco cuando baja la ola. El hidrogenerador pensado como generador no quita velocidad al barco, aprovecha la energía de la ola –y de eso los surfers saben bastante- cuando el barco baja de la ola, cuando surfea. Puede ser que se utilice en ciclos de 2 segundos, pero no estás usando un hidrogenerador, usas el motor principal de 30 kW. Cuando se construyó el Imoca 60 “Acciona” (N. del A. el primer barco de propulsión 100% ecológica de este tipo de regatas) hablamos en la FNOB (Fundación para la Navegación Oceánica Barcelona) de estudiar esto, pero el problema es que estos barcos durante la regata llevan la hélice precintada. La solución sería cambiar el precinto de posición y ponerlo en una parte de la cadena de energía que permita que el motor actúe como generador y no como propulsor.

DY: ¿Y si hablamos de una embarcación profesional, un carguero, un porta contenedores…?

RBT: Para una embarcación profesional lo primero que haría sería separar el cerebro del músculo. Esto quiere decir, servicios auxiliares separados de la propulsión. Los servicios auxiliares podrían ir con baterías alimentados por pila de combustible, también un aerogenerador, placas fotovoltaicas que; además, tienen un efecto secundario que ¡debajo son sorprendentemente muy frescas!

Todo esto se ha de explorar y la propulsión, yo diría, para romper con la línea del diésel, entrar con los motores térmicos que generan menos CO2, que son los de gas natural licuado o comprimido que, de hecho, yo pondría los dos porque tienen características muy diferentes. El GNL, sobre el papel, es ideal, pero es una cosa viva, se está evaporando continuamente. Entonces va bien tener una bombona de GNC. Si el barco está operando, no hay problema, pero si el barco está parado durante un tiempo tienes una reserva. Yo siempre busco la hibridación porque lo que va bien para una cosa puede no ir bien en otra.

Después del motor de gas viene un alternador que genera corriente trifásica. Aquí lo interesante sería que el gas licuado, que está a muy baja temperatura, venga a evaporarse al alternador, a refrigerar, entonces se puede trabajar con superconductores, eso vendrá en un futuro. Sería interesante tener un alternador sobredimensionado, para que pueda atender las sobrecargas, las demandas puntuales de más energía. También, se podría aprovechar el escape. Con los gases de escape se podría calentar un calderín y hacer una máquina de vapor que actúe sobre un generador que cargue las baterías auxiliares. Y da igual el rendimiento, los gases de escape los estábamos tirando. Por otra parte, con los gases restantes, hay un sistema que sería muy interesante para bajar la fricción que es inyectar micro burbujas por debajo de la obra viva, lo usan los rompehielos.

Pero todo eso se ha de probar, es necesario tener un barco que sirva de banco de pruebas. En un barco pequeño, a modo de maqueta, pondría los propulsores verticales y un sistema de control para ir haciendo tonterías, ¿qué tonterías, no sé? Quizás que siga un ritmo musical y a lo mejor no servirá para navegar, pero como atracción de una fiesta mayor… Pero así aprenderíamos a hacer la frecuencia que queremos hacer y esto puede que nos permita a hacer la contra-ola porque si somos capaces de hacer la contra-ola, podremos cabalgarla y en principio podríamos lograr que la gente no se maree. Eso está estudiado, se sabe cuáles son las frecuencias que marean. En el mundo del automóvil está muy estudiado, pero en el mar no y la gente se sigue mareando.

¿Y por dónde se comienza?, no sé. De momento preparando una nueva generación que no le tenga miedo a la electricidad y que sepa analizar contablemente; no por Euros, por energía, por kW y por Julios, que es energía por tiempo.

¡Hay que tener muy claros estos conceptos y la gente los mezcla y aquí los periodistas tenéis un rol importantísimo!

Conversaciones: