El documento presenta un resumen de los sistemas de propulsión eléctrica para embarcaciones. Explica la estructura típica de estos sistemas, que incluye la generación de energía eléctrica a través de generadores impulsados por motores diésel u otras fuentes, el almacenamiento en baterías, y la propulsión a través de motores eléctricos. También describe brevemente los diferentes tipos de generadores, captadores, baterías, rectificadores, inversores y motores que componen estos sist

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,..

10. Historia

12. 1902 Construcción del primer buque eléctrico 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. 1905 El primer motor Diesel reversible ralentiza la investigación y desarrollo de los SPE

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

15. 1920 - 1930 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 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. 1939 – 1945 II Guerra Mundial 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)

17. 1960 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

18. 1980 - 2000 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 I II

19. 2000 - 2010 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

20. Estructura de un Sistema de P.E.

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

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 Potencia Eléctrica 500 W – 50 kW 220/380 V ca 50 Hz 12 V cc Relación volumen - Potencia 25 kW / m 3 0.04 m 3 / kW Relación Potencia-Coste Inicial 0.18 € / W 5.55 W / € Consumo de Combustible 1,64 litros / hora 1,16 €/ litro Modelo: 5,5 Kw 380V Taïger

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

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

27. Captadores Pequeñas y Medianas Potencias Solar Fotovoltaica Eólica Kit Solar Fotovoltaico 800 W/día + Placa FV 160 W Kit Eólico Lakota 900 W Marine + Regulador. www.tutiendasolar.es Fotovoltaica Eólica Potencia Eléctrica 10 – 5000 W/día 12/220 V cc/ca 200 – 20.000 W / día 12/220 V cc/ca Potencia – Volumen 0.12 W / m 2 8.18 m 2 / W 0.011 W / kg 92 kg / W 428 W / m 2 2.33 m 2 / kW 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

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

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 Potencia Eléctrica 25 – 100 W 12/24 V cc Relación volumen - Potencia 2.7 kW / m 3 0.36 m 3 / kW Relación Potencia-Coste Inicial 60 € / W 0,016 W / € Consumo de Combustible 1,1 l / kW h - 1.3 l / 100 Ah Metanol  8.26 € / l Capacidad de Carga 1600 Wh / día (130 Ah) Efoy Pro 1600

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

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 Varios tipos en función de su composición: Plomo (ácido líquido, gel, AGM), Alcalina, Ni-Cd, Litio, Zebra Se agrupan en “bancos” para conseguir la potencia deseada

39. Baterías

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.

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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

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 Navegando a vela y disponiendo de equipo solares y eólicos, se podría navegar de forma permanente sin recurrir a combustibles En ocasiones, interesa no regenerar y tener el motor en marcha para vencer la resistencia hidrodinámica

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 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 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

58. Ventajas Y Desventajas Amortización Económica Menos mantenimiento Sin combustible, aceite,… Menos limpieza Más subvenciones Sin arranques innecesarios 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

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 r ozamientos y mayores velocidades. Se usarán sustancias reciclables para la construcción de los barcos

61. Gracias