Este documento describe los sistemas de propulsión eléctrica para embarcaciones híbridas. Explica la historia, estructura y componentes clave de estos sistemas, incluyendo generadores, captadores, baterías, rectificadores e inversores. También analiza las ventajas y aplicaciones de los sistemas de propulsión eléctrica, como la reducción de emisiones y costos de combustible.

1. Zenit Embarcaciones Híbridas

2. Introducción
Historia
Estructura de un Sistema de P.E.
Ventajas y Desventajas
Conclusiones y Tendencias Futuras

3. Introducción

4. Los Sistemas de Propulsión Eléctrica (S.P.E.) o Electric Propulsion
Systems (E.P.S.) son aquellos que permiten a un buque navegar
basándose, principalmente, en la energía eléctrica (indiferentemente de
cómo se obtenga) y en su aplicación (motores eléctricos).
Existen numerosos sistemas, pero todos atienden a la misma
estructura:
GENEREACIÓN -----> DISTRIBUCIÓN ----> PROPULSIÓN
Los tipos de SPE se fundamentan en las diferencias en estos procesos:
Diesel-Electrica, Turbo-Eléctrica, TD-Eléctrica, Eólico-Solar, Baterias,…
De Corriente Contínua , de corriente Alterna
Motor Síncrono, Azipod, Voith-Schneider,..

8. Los SPE se convierten en una alternativa casi obligatoria en los casos de:
• Buques Especiales ( rompehielos, militares, investigación,…)
• Buques con necesidades de posicionamiento concretas (suppliers, remolcadores,..)
• Buques que operen en lugares medioambientalmente protegidos
Así mismo, los SPE son una alternativa muy importante para:
• Veleros de Travesía
• Embarcaciones de Recreo en aguas cerradas: bahías, lagos,…
• Embarcaciones de Baja-Media potencia (debido a la disminución de
consumo de combustible)
• Yates (disminución de ruido, vibraciones, olores,…)

9. los SPE solucionan los problemas más importantes:
Aumento del precio del crudo
Al trabajar a Régimen constante:
Baja • Reducción de Consumo
eficiencia • Mejora del Rendimiento Total
• Reducción de las emisiones
Restricciones medioambientales
cada vez más exigentes
SE CONVIERTEN EN UNA SOLUCIÓN
VIABLE, EFICAZ, CÓMODA Y ECOLÓGICA
Sistemas más sencillos,
Vibraciones, olores, ruidos
silenciosos y cómodos
Disposición Tradicional a Disposición libre de
Popa generadores y propulsores
MMPP de gran volumen Sistemas compactos y eficaces

10. Historia

11. • En 1821, Michael Faraday inventa el motor eléctrico
Orígenes • En 1839, Moritz Herman von Jacobi, diseña y construye un barco
con un motor eléctrico de alrededor de 1 HP
• En 1885, Isaac Peral diseña el primer submarino eléctricamente
propulsado ( 2 x 30 CV de CC)(I)
• En 1892, Tesla inventa el motor eléctrico de CA
Se buscan soluciones a la reversibilidad
de los motores Diesel
I

12. Construcción del primer buque eléctrico
1902
El Vandal (I) fue entregado en San Petersburgo y se diseñó como
un buque tanque de río.
Poseía tres motores Diesel acoplados a tres generadores
de 87 kW y 500 V que alimentaban motores de 75 kW
I

13. El primer motor Diesel reversible ralentiza la investigación
1905
y desarrollo de los SPE

14. El Gobierno Estadounidense desarrolla los Sistemas
de Propulsión Eléctrica y los instala en buques de guerra
Buque Jupiter (1912)
1910-1919 Las clases: New Mexico (1914) (I), Tennesse y Colorado
(1915) (II)
Cruceros: Lexington (1916) y Saratoga (1919)
I II

15. La competencia entre compañías de trasatlánticos favorece el desarrollo
de sistemas turbo-eléctricos para incrementar la potencia y la efectividad
en la propulsión.
El crucero de línea francés S/S Normandie (1932) (I)
poseía cuatro motores síncronos de 29 MW
1920 - 1930 alimentados por turbogeneradores
Los SPE presentan ventajas de maniobrabilidad frente a sistemas estándar
El primer rompehielos con sistema Diesel-eléctrico,
Ymer (1933) (II), navega con una planta propulsora de 9000
HP
I II

16. La US Navy desarrolla los SPE y los incluye en más de 300
buques
La mayoría incluían grupos diesel-eléctricos de 6000 HP.
Se recurre a sistemas turbo-eléctricos en determinados
casos (petrolero T-2)
1939 – 1945
II Guerra Mundial

17. Los SPE “desaparecen” de los buques mercantes , pero permanecen
en algunos cruceros de línea
El SS Canberra poseía dos motores síncronos trifásicos
a 6000 Voltios alimentados por turboalternadores de 32.2 MW.
Con una potencia de 42.500 HP es el crucero turboeléctrico más
potente jamás construido de la época
1960

18. El desarrollo de la tecnología y la electrónica de potencia
permiten un desarrollo muy rápido de los SPE
El crucero Queen Elizabeth II (1980) (I)con una planta
propulsora de 95.5 MW, es pionero usando convertidores
de potencia basados en tiristores
En la década de 1990, la compañía ABB desarrolla
el sistema Azipod, mejorando la construcción y
maniobrabilidad de los buques eléctricos
El buque Seili (1990) (II) es el primer barco con un sistema
Azipod de 1.5 MW
1980 - 2000 I II

19. Las Energías Renovables alimentan los SPE
El Solar Sailor Ferry Boat (2000) (I), desarrollado en Australia
y construido con ocho “alas solares” a modo de velas, es capaz
de operar con: viento, sol, baterías ó diesel.
El Andromeda Leader (2004) (II), posee una turbina vertical
de 4 m. de diámetro que le suministra 30 kW de energía
auxiliar.
I II
2000 - 2010

20. Estructura de un Sistema de P.E.

22. Generadores Toma de Puerto Captadores Almacenadores
Baterías
Regeneración
Motores Propulsores Servicios
Hélice

23. Generadores
Son dispositivos capaces de generar Energía Eléctrica a partir de Energía Mecánica
procedente de una máquina rotativa
Motores de Explosión, Motores Diesel, Turbinas de Vapor, Turbinas de Gas

24. Generadores
Para Bajas y Medias potencias  Motogenerador
500 W – 50 kW
Potencia Eléctrica 220/380 V ca 50 Hz
12 V cc
25 kW / m3
Relación volumen - Potencia
0.04 m3 / kW
0.18 € / W
Relación Potencia-Coste Inicial
5.55 W / €
1,64 litros / hora
Consumo de Combustible
1,16 €/ litro
Modelo: 5,5 Kw 380V Taïger

25. Generadores
Necesaria para alimentar propulsores y Servicios Mínimos
Potenciamin
durante 24 horas
Proa
Disposición a bordo  Libre Popa
Habilitación
Conectados a las baterías a través de un rectificador
Consumo de combustible: tanques, …
Elevada potencia en poco espacio
Emisiones: contaminación, olor,…
Libertad de disposición
Ruidos y Vibraciones
Elemento de emergencia imprescindible
Mantenimiento

26. Captadores
Dispositivos capaces de generar Energía Eléctrica a partir de Energías “Naturales”
Aplicación práctica y Aprovechamiento de las Energías Renovables
Solares, Eólicos, Mareomotrices, Geotérmicos, Hidráulicos ,…

27. Captadores
Solar Fotovoltaica
Pequeñas y Medianas Potencias
Eólica
Fotovoltaica Eólica
Potencia Eléctrica 10 – 5000 W/día 200 – 20.000 W / día
12/220 V cc/ca 12/220 V cc/ca
Potencia – Volumen 0.12 W / m2 8.18 m2 / W 428 W / m2 2.33 m2 / kW
0.011 W / kg 92 kg / W 500 W / kg 2 kg / kW
Potencia - Coste Inicial 2893,75 € / kW 2254 € / kW
Consumo Combustible 0 0
Vel. Nom. Viento= 12,9 m/s
Kit Solar Fotovoltaico 800 W/día + Placa FV 160 W www.tutiendasolar.es
Kit Eólico Lakota 900 W Marine + Regulador.

28. Captadores
Son suficientes para un barco que navegue a vela, sin embargo,
hay que tener en cuenta posibles emergencias
Solar  Cubierta, Estructuras Exteriores
Disposición a bordo
Eólica  Tope de Mástil, Popa
Conectados a las baterías mediante rectificadores
Económicos
Baja potencia
No contaminantes
Necesidades de sol / viento
Muy duraderos
No útiles para emergencias
Silenciosos
Inversión inicial elevada
No consumen combustible

29. Acumuladores
También llamados “Pilas de Combustible”, son dispositivos capaces de
generar corriente eléctrica por medio de una reacción química en su interior
Suministrando un “combustible”, este se descompone químicamente generando
electricidad sin emitir ningún producto contaminante, de forma continua y estable

30. Acumuladores
Producción de energía constante y eficaz en poco espacio y peso

31. Acumuladores
Muy eficaces si se usan para dar apoyo a equipos FV.

32. Acumuladores
Para Bajas y Medias potencias
25 – 100 W
Potencia Eléctrica
12/24 V cc
Capacidad de Carga 1600 Wh / día (130 Ah)
2.7 kW / m3
Relación volumen - Potencia
0.36 m3 / kW
60 € / W
Relación Potencia-Coste Inicial
0,016 W / €
1,1 l / kW h - 1.3 l / 100 Ah
Consumo de Combustible
Metanol  8.26 € / l
Efoy Pro 1600

33. Acumuladores
A diferencia de las baterías, el suministro eléctrico es constante y estable
Elemento muy útil en casos de emergencia
Disposición a bordo Libre
Conexión directa a baterías
Efectivas 100 %
Sin ciclos de carga
Potencia limitada
Silenciosas
Necesidad de combustible
Móviles, ligeras y compactas
Bajo mantenimiento

34. Rectificadores / Inversores / Cargadores
Rectificador  convierte la Corriente Alterna en Corriente Continua
Inversor  convierte la Corriente Continua en Corriente Alterna
Cargadores  a partir de una corriente eléctrica (CC o CA), genera una tensión
de carga para baterías
Normalmente  Rectificador + Cargador

35. Rectificadores / Inversores / Cargadores
RECTIFICADORES - CARGADORES
Son necesarios para permitir la carga de las baterías a partir del
Generador, de la toma de puerto o del generador eólico
Agrupan en un solo elemento, la tecnología necesaria para el doble proceso,
así como para la gestión y el control de la carga
Presentan un amplio rango de potencias y tensiones de carga:
100 – 1000 W y 10 y 1000 Ah
Es un elemento indispensable en toda instalación eléctrica con baterías
y se instalará uno por cada equipo “cargador”

36. Rectificadores / Inversores / Cargadores
INVERSORES
Son necesarios para suministrar corriente a los motores propulsores (ca),
a los equipos de abordo y a la habilitación.
Se instalarán como elementos separados: motores, habilitación
Nos permiten obtener ondas limpias y puras
Amplio rango de potencia según la necesidad:
200 – 5000 W
Existen equipos INVERSORES-CARGADORES  Obtendremos CA y
carga para baterías de una fuente de CC (pila de combustible aislada)

37. Rectificadores / Inversores / Cargadores

38. Baterías
Son los dispositivos que “almacenan” la corriente eléctrica
A través de reacción químicas de reducción-oxidación, liberan energía
eléctrica en forma de Corriente Continua
Darán suministro eléctrico a todos los consumidores de abordo
Se agrupan en “bancos” para conseguir la potencia deseada
Varios tipos en función de su composición:
Plomo (ácido líquido, gel, AGM), Alcalina, Ni-Cd, Litio, Zebra

39. Baterías

40. Baterías
Para elegir las baterías correctas:
• Máxima Descarga
• Máximos Amperios/hora AGM
• Gran número de Ciclos de Carga Absorbed Glass Mat
• Seguras
• Económicas
www.frigosolar.com
Ciclos Carga - % Descarga

41. Baterías
Características Principales de las baterías AGM
• No necesitan ningún mantenimiento
• La recarga es más rápida y eficiente.
• Retienen la carga durante más tiempo, incluso a temperatura ambiente (90% de carga
residual después de 2 años).
• Pueden descargarse completamente sin sufrir daños. Incluso pueden permanecer así
durante 30 días, y al volverse al cargar siguen ofreciendo el 100% del rendimiento inicial.
• La vida es más larga: soportan más del doble de ciclos carga-descarga que las baterías
de gel.
• Excelente entrega de potencia (hasta 1700 Amperios).
• Para una misma capacidad, el tamaño es menor respecto a otras tecnologías.
• No hay posibilidad de salida del electrolito ni de desprendimiento de gas durante la
carga.
• Pueden ser colocadas en cualquier posición.
• Trabajan en un rango de temperaturas mucho más amplio: desde -40ºC hasta 72ºC.

43. Baterías
AGM
www.nautilus21.com

44. Baterías
Baterías ZEBRA
Usan sal fundida como electrolito, que es sólido e inactivo a temperatura ambiente,
lo cual impide su carga o descarga en frío; sin embargo a altas temperaturas
se licua y puede reaccionar químicamente para dar o recibir electricidad.

45. Baterías
Baterías ZEBRA
Características
• 90 Wh/kg y 150 W/kg
• El electrolito líquido se congela a 157 °C, y trabaja desde 270 a 359 °C.
• Los elementos primarios (sodio, cloro y aluminio) tienen una disponibilidad
mundial y unas reservas totales mucho más grandes que el litio ión.
• Sus vidas útiles: > 1500 ciclos /5 años y llegan a 3000 ciclos / 8 años
• Tardan hasta 2 días en licuarse y 3 días en enfriarse

46. Consumidores
Hace referencia a todos los elementos que necesitan energía eléctrica a bordo
y no son los motores propulsores:
• Servicios Auxiliares: cabrestante, equipos de navegación, radio VHF,…
• Luces de posición
• Habilitación: iluminación, calefacción, aire acondicionado, tomas libres,…
• Cocina y Electrodomésticos
Hay que tener en cuenta:
• Tipo de Corriente: 12/ 24 V cc - 220/380 V ca
• Potencia

47. www.efoy.com

48. Motores
Son los encargados de mover la hélice que impulsará el buque
Características:
• Rendimiento > 70 %, (frente al 20% (*) de un M. Combustión)
• Silenciosos
• Generan muchas menos vibraciones
• Control más sencillo y exacto
Tipos:
• Frecuencia de Respuesta  Síncronos o Asíncronos
• Conmutación  Mecánicos (brushes), Electrónicos (brushesless)
• Generación Campo Mag.  electromagnéticos, magnetismo permanente
• Estructura Interna  Rotor Interno, Rotor Externo

49. Motores
Para la elección del motor correcto, tendremos en cuenta:
• Tamaño y peso
• Densidad Energética
• Característica Velocidad / Par
• Facilidad de control y regulación
• Mantenimiento y vida útil
• Coste económico
MOTOR SÍNCRONO
DE IMANES PERMANENTES

50. Motores
MOTOR SÍNCRONO DE IMANES PERMANENTES
Presentan una elevada densidad energética, poco volumen y mucha eficiencia.
Los sistemas equipados con MSIP, poseen:
-Bajo nivel de ruido mecánico
- Alta eficiencia general del sistema.
- Alta resistencia al schock mecánico.
- Alta versatilidad y redundancia.
- Equipamiento de bajo peso y volumen.
- Buena capacidad de refrigeración y dispositivos asociados.
- Alta capacidad para controlar los niveles de temperatura y humedad.
http://www.youtube.com/watch?v=5vGgRdnIMhs

51. Motores
MOTOR SÍNCRONO DE IMANES PERMANENTES
No son necesarios los devanados del rotor,.
Mayor eficiencia del motor (casi no hay pérdidas del rotor)
La refrigeración del motor se simplifica.
Ajuste total del la velocidad
El rango de operación del estator aumenta (menos pérdidas)
Motores con diámetros mayores (aumento del par)
Las bajas RPM disminuyen los efectos de la cavitación de la hélice.
Requiere un inversor, ya que su operación sincrónica requiere de excitación alterna.
La pérdida del flujo de los imanes es algo factible (control de temperatura)
Debe contar con dispositivos de realimentación y protección

52. Regulación de Motores
El control de los motores se realiza, principalmente, mediante el ajuste
de la frecuencia de trabajo.
Esto se consigue con un “Variador de Frecuencia”: convierten la señal alterna en
otra señal alterna controlada a la frecuencia deseada
Para ahorrar costes y reducir pérdidas y fallos, se recurre a:
INVERSORES – VARIADORES
Transforma la señal de CC de las baterías en CA regulada para los motores
Son elementos indispensables, pero muy complejos y caros

53. Hélice
Es el elemento que genera el empuje necesario para el avance del buque
Para mejorar su rendimiento (bajo, generalmente):
• Velocidades Lentas
• Gran Paso  avance
• Gran Diámetro  flujo propulsor
Se deben tener motores que trabajen a bajas RPM, manteniendo un par potente

54. Regeneración
Es el proceso por el cual se genera energía eléctrica durante la travesía
y se recargan las baterías. Se produce por el efecto del agua sobre el sistema
hélice-motor, haciendo que este último actúe como un generador
Se calcula que a 5 nudos , en 3 horas se regenera ½ h de navegación
Para que sea efectiva, el barco debe navegar de forma óptima
En ocasiones, interesa no regenerar y tener el motor en marcha para vencer
la resistencia hidrodinámica
Navegando a vela y disponiendo de equipo solares y eólicos, se podría
navegar de forma permanente sin recurrir a combustibles

55. Ventajas Y Desventajas
Inversión inicial más cara
Mayor número de elementos = mayor probabilidad de fallo
Bajas y medias potencias
Mayores conocimientos técnicos requeridos

56. Ventajas Y Desventajas
Confort
Sin olores, ni humos, ni ruidos
Menos vibraciones: menos mareos, más comodidad
Sin necesidad de repostar en travesía
Navegación
Control total de la energía
Verdadera sensación marina
Plena elección: vela, motor, ambos
Posibilidad de mayor acercamiento de vida salvaje
Seguridad
Mayor rendimiento
Mayor control del buque
Sin materiales inflamables a bordo
Sin la posibilidad de quedarse sin energía

57. Ventajas Y Desventajas
Facilidad de Operación
No hay que revisar combustible, aceite,..
No hay que calentar el motor
Arranque automático
Gestión automática de modos de navegación
No hay que repostar en puerto
Mantenimiento:
Instalaciones con muy bajo mantenimiento
Sin necesidad de cambiar filtro, aceite,…
Sin necesidad de arrancar motores para recargar baterías
Facilidad de reemplazo de cualquier equipo

58. Ventajas Y Desventajas
Medioambiente
Menos contaminación y reducción del calentamiento global
Barcos más limpios, sin vertidos, ni residuos
Energías limpias e infinitas
Barcos silenciosos
Aplicación de técnicas energéticas limpias
Amortización Económica
Menos mantenimiento
Sin combustible, aceite,…
Menos limpieza
Más subvenciones
Sin arranques innecesarios

59. Conclusiones y Tendencias Futuras
Pese a que los Sistemas de Propulsión Eléctrica requieren una inversión inicial
Mayor, en el periodo de vida del barco se vuelven rentables, tanto por la falta de
Necesidad de combustible, como por el reducido coste de mantenimiento
Con barcos dotados de SPE, se navega de una manera más cómoda y sencilla.
Sin preocuparnos de ruidos, olores y vibraciones, disfrutaremos mucho más de
nuestras experiencias navales, tanto solos como con amigos o familia. Ya no será
necesario acercarse a puerto a repostar, sino que podremos disfrutar del mar de
manera autónoma y libre.
Surge una nueva forma de navegación: la derrota energética. Navegaremos buscando
la máxima eficiencia, la máxima carga, sin preocuparnos de que se agote la energía
Gracias a los SPE, protegemos los océanos y el medioambiente, proporcionando
a nuestros hijos un mar limpio y puro e inculcándoles un respeto y una responsabilidad
hacia la naturaleza y su planeta.

60. Conclusiones y Tendencias Futuras
Teniendo en cuenta la reducción de las reservas de petróleo, el incremento del precio
de los combustibles fósiles y las mayores restricciones medioambientales,
se evoluciona claramente hacia:
LAS ENERGÍAS RENOVABLES Y LA PROPULSIÓN ELÉCTRICA
Se prevé un desarrollo tecnológico sin precedentes, enfocado a la mejora de los
captadores, el mejor aprovechamiento energético, la mejora de rendimientos y
la eficiencia energética.
Se diseñarán motores basados en superconductores, transformadores de corriente
que dependerán de sistemas de electrónica de potencia cada vez más fiables, exactos
y potentes.
Nuevos materiales dotarán a los cascos de menores rozamientos y mayores velocidades.
Se usarán sustancias reciclables para la construcción de los barcos

61. Gracias