Por primera vez en la historia, los
costos operativos diarios de los buques han sobrepasado a los costos diarios de
la inversión para su construcción. El consumo de combustible es ahora el mayor
gasto operativo y uno de los mayores problemas medioambientales.
La reducción del consumo de
combustible de solo un 1 por ciento puede significar un ahorro anual de 50.000
dólares para un petrolero mediano y 300.000 dólares al año para un
portacontenedores de gran tonelaje.
Propulsión diesel eléctrica
del barco
La propulsión diesel eléctrica se utiliza desde hace
décadas en las aplicaciones marítimas. La capacidad de un motor eléctrico para
proporcionar un par elevado a baja velocidad es un argumento convincente en
favor de la propulsión eléctrica.
La introducción de la propulsión
eléctrica requiere la sustitución del eje entre el motor principal y la hélice
por un sistema compuesto por generadores, cuadros de distribución, transformadores,
accionamientos y motores.
Los motores diesel no tienen el mismo nivel de
contaminación en todo su rango de trabajo. En el régimen óptimo de operación,
el rendimiento del combustible es
considerablemente mayor y la contaminación es menor que operando a baja
velocidad.
Cuando los motores diesel operan a velocidad
constante y óptima, el consumo de combustible es menor que cuando operan a
velocidad variable.
Este objetivo no es posible con la transmisión
mecánica tradicional, ya que la velocidad del motor está rígidamente acoplada a
la velocidad de la hélice. Pero la situación cambia si se utiliza transmisión
eléctrica (generadores y motores conectados mediante cables).
Además, las reservas de energía se pueden
compartir con el suministro de los servicios de a bordo del barco, de modo que
decrece la potencia total instalada y al mismo tiempo aumenta la fiabilidad.
Con esto se puede incrementar la carga útil del barco o conseguir una carga y
descarga más eficientes.
El principio de la planta
eléctrica
Tradicionalmente, la propulsión de buques y la
generación de energía eléctrica las proporcionan dos instalaciones distintas e
independientes.
La ubicación de los compartimentos de los motores
está dictada por la línea de ejes de la transmisión y por los sistemas de
escape de los motores.
En el principio de la planta diesel eléctrica no
existe ninguna conexión mecánica directa entre el motor y la hélice, lo que da
más flexibilidad para la disposición y la situación de la maquinaria, que se
puede reorganizar, y conseguir más espacio para los camarotes o el cargamento.
Esto aumenta la flexibilidad y productividad del barco.
También se reduce la potencia total instalada de los
motores: los dos sistemas de plantas eléctricas pueden compartir reservas de
energía, habiendo siempre suficiente potencia disponible para arrancar unidades
de gran consumo, como los motores propulsores, sin someter a la red eléctrica a
grandes fluctuaciones de tensión.
El número de motores diesel necesarios también es
menor, ya que las unidades individuales pueden ser más grandes, lo que permite
reducir el inventario de repuestos y los costos de mantenimiento.
Ahorro de combustible y
ecología
El menor consumo de combustible en
un sistema de propulsión eléctrico se puede atribuir a dos elementos
fundamentales.
El primero es el control de
velocidad variable de la hélice, que reduce al mínimo las pérdidas sin carga de
las hélices en comparación con las hélices clásicas de paso variable y
velocidad fija.
En una planta diesel-eléctrica, el motor de
propulsión puede proporcionar en todo momento el par requerido en todo el rango
de velocidades, incluso con velocidad cero y en marcha inversa. Por
consiguiente, resulta ideal para impulsar una hélice de paso fijo. Esto
contribuye a la eficiencia del sistema: cuando la velocidad del barco es baja,
una hélice de paso regulable consume la energía justa para mantener el giro de
la misma.
El segundo elemento es la puesta
en marcha y parada automática de los motores diesel, lo que garantiza que la
carga del motor se mantenga lo más próxima posible a su punto de trabajo
óptimo, dentro de los límites de funcionamiento.
En barcos que operan en modo de posicionamiento
dinámico, la potencia de propulsión es muy baja la mayor parte del tiempo. Los
sistemas de propulsión eléctrica con paso fijo de hélice pueden proporcionar
rápidamente un fuerte empuje cuando así se requiere, al tiempo que mantienen
fijo, en un mínimo, el consumo de energía.
Además del consumo de combustible, las emisiones de
los barcos a la atmósfera han pasado a ser un aspecto muy importante,
especialmente en áreas ecológicamente vulnerables como Alaska y el Mar Báltico.
Las emisiones de un motor diesel aumentan
radicalmente cuando el motor no opera a su velocidad y rango de potencia
óptimos.
A este respecto, las ventajas de un sistema eléctrico
de propulsión sobre un accionamiento directo son evidentes.
El sistema tiene una eficiencia de
aproximadamente el 90%, lo que significa que hay otras pérdidas que deben
tenerse en cuenta de algún modo.
La variación de pérdidas entre las
diferentes topologías eléctricas es reducida. No obstante, las pérdidas
eléctricas son siempre menores comparadas con las pérdidas hidrodinámicas de
las hélices y la eficiencia de la combustión en los motores principales.
Por eso, aunque se crean pérdidas eléctricas,
las menores pérdidas hidrodinámicas y de combustión se traducen en una reducción
de las pérdidas totales del sistema.
En un
mundo en el que el ahorro de combustible ya es uno de los requisitos de las
compañías navieras, un buque con un sistema integrado eléctrico, de
automatización y asesoramiento, puede ayudar a recortar su consumo de
combustible hasta un 20%, lo que representa una ventaja competitiva
considerable.
Norberto Sánchez
