Tecnologías de Propulsores Eléctricos para Buques

Tecnologías de Propulsores Eléctricos para Buques

Juan Felipe Wong1, Juan Carlos Li2, Leonel Castrejo2

Universidad Tecnológica de Panamá

Facultad de Ingeniería Eléctrica

Licenciatura en Ingeniería Electromecánica

Juanfelipe_16@hotmail.com (1), jcl_5190@hotmail.com(2), leonic16@hotmail.com(3)

Resumen: Cada vez son más impresionantes los avances tecnológicos y su relación con otros aspectos que lo llevan a mejorar cada día, esto se da porque a medida que avanzamos en nuestra vida se forman problemas que hay que resolver las cuales se convierten en metas y objetivos. En este caso son los sistemas de propulsión para buques en la actualidad. El movimiento de barcos ha tenido un gran camino de avances tecnológicos en su historia desde los remos (paletas) hasta los motores que hoy en día se usan acoplados a una gamma de sistemas eléctricos que los hacen más eficiente el sistema de navegación. En este documento veremos algunas de las tecnologías de propulsores eléctricos para buques y su utilidad para ésta, ya que el negocio marítimo es una parte importante de la economía de un país.

Palabras claves: propulsión,

1. Introducción

En el mundo del mañana la economía de un país dependerá tanto del transporte marítimo como para exportar e importar materia prima a distintos lugares del mundo, como también tendrán que actualizar sus flotas de transporte tanto en el ámbito turístico y naval las cuales serán de gran importancia en caso de otra guerra mundial. Para estos y otros fines realizamos una pequeña investigación desde un punto de vista eléctrico en el funcionamiento interno de los buques, específicamente en los tipos de propulsores que utilizan estos para su mejor navegación.

Hoy en día asistimos a un resurgir de la propulsión eléctrica de buques, mas sin embargo nuestro país (Panamá) no esta dentro de la producción y manipulación de estos, pero debemos tener un conocimiento básico de estos motores ya que poseemos una de las maravilla del mundo “El Canal de Panamá” el cual llegan grandes cantidades de buques y gracias a su ampliación veremos buques de tecnología avanzada de las cuales tendremos que darle en algún instante un chequeo o apoyo en caso de que sufran algún inconveniente en su sistema de propulsión en el cruce a través del Canal de Panamá.

Los motores eléctricos ofrecen una curva de potencia muy constante y además una respuesta instantánea lo cual se traduce en prestaciones muy altas; mucha maniobrabilidad del barco, bajos niveles de vibraciones, y bajos niveles de ruido. Por si fuera poco, los niveles de consumo conseguidos son bajos y el mantenimiento también queda muy facilitado ya que la vida de los motores eléctricos es muy elevada, y los generadores diesel pueden ser fácilmente controlados al estar situados en lugares más accesibles y por tanto se abaratan los costes de uso [1].

En este artículo trataremos sobre los tipos de sistemas de propulsión donde se mencionan los sistemas por baterías, por turbo-eléctrica y diesel eléctrica. También hablaremos sobre los Pod y los Azipod que son el mecanismo que hacen mover el buque.

2. Historia

La propulsión mecánica hizo su aparición a partir de la máquina de vapor en el siglo XIX [2]. El primer avance trascendental fue la aplicación de la hélice. Luego al pasar el tiempo se requerían sacar más provecho de estas aumentando sus potencias y velocidades por medio de la turbina de vapor, luego llegaron los motores diesel acoplados directamente a la hélice o a través de una caja reguladora de velocidad. El siguiente paso fue la aplicación del motor eléctrico propulsor llamado propulsión turbo-eléctrica ó diesel-eléctrica. Y para continuar con la historia sin final llegó el propulsor POD en el siglo XX, año 1990.

3. ¿Qué es la propulsión eléctrica?

La propulsión eléctrica es aquella en que los propulsores (conjunto de ejes y hélices) son accionados por medio de electromotores que son alimentados mediante baterías de acumuladores o por generadores eléctricos que son movidos por turbinas o por motores diesel [3].

4. Características de un sistema de propulsión

Un sistema de propulsión se compone de las siguientes unidades:

• Del motor eléctrico, que convierte la potencia eléctrica en potencia mecánica.

• Del convertidor de frecuencia, que transforma la potencia eléctrica de la red de forma regulada (regulación electrónica de velocidad).

• De la caja de cambio, que adapta la potencia mecánica del motor al punto de funcionamiento dinámico de la maquina operadora (reducción del régimen de giro y aumentando el par de giro) [4].

5. Tipos de sistemas de propulsión eléctrica

La propulsión eléctrica puede considerarse dividida en tres clases:

• Propulsión por baterías

• Propulsión turbo-eléctrica

• Propulsión diesel-eléctrica

5.1 Propulsión por baterías

Las plantas de éste tipo se componen de un electromotor por cada eje propulsor, alimentados por la energía que suministran un grupo de baterías de acumuladores.

Para el caso concreto de sumergibles y submarinos la planta consiste en un motor-generador eléctrico por eje que va acoplado por un lado (proa) a un motor diesel y por el opuesto (popa) al eje propulsor. En inmersión se desacopla el motor o motores diesel y se usan los electromotores como propulsores. Al regresar a la superficie se acoplan los motores diesel y los electromotores trabajan como generadores que cargan las baterías [5].

En la figura 1, se puede observar un esquema práctico de un sistema de propulsión por baterías.

Figura 1. Sistema de propulsión por acumuladores de baterías.

5.2 Propulsión turbo-eléctrica

En este sistema se utilizan electromotores para mover los ejes propulsores, la energía que los electromotores consumen proviene de generadores eléctricos movidos por turbinas de vapor que se acoplan a dichos generadores bien directamente por medio de engranajes reductores.

Un sistema de propulsión tubo-eléctrica se compone esencialmente de: generadores de vapor, turbinas de vapor, generadores eléctricos acoplados a las turbinas, motores eléctricos para para mover los ejes y hélices. En estas instalaciones se emplean turbinas que giran dentro de un rango de 1500 y 3000 revoluciones por minuto, mientras que los generadores deben ser trifásicos suministrando tensiones entre 2000 y 6000 voltios y frecuencias comprendidas entre 30 y 80 ciclos/segundo.

En la figura 2 podemos observar un ejemplo de un esquema

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