Archivo técnico: Generadores de eje 101

Jun 09, 2023

2 de junio de 2023

Yaskawa Environmental Energy / The Switch arroja luz sobre cómo producir electricidad de manera eficiente en los barcos.

Un barco es como una ciudad flotante que necesita electricidad para impulsar sus operaciones y servicios a bordo. Entonces, ¿cómo generar esa electricidad siendo móvil? Esa pregunta ha estado desafiando a la industria naviera durante más de 150 años, cuando se estaban introduciendo nuevas y emocionantes tecnologías a la vanguardia de la nueva era de la electricidad. Si avanzamos hasta el día de hoy, los desafíos que rodean la producción de electricidad a bordo de los buques se han visto alentados nuevamente. Las nuevas regulaciones de la Organización Marítima Internacional, entre otros nuevos protocolos, significan que los propietarios y operadores de buques deben encontrar formas de reducir las emisiones y hacer que sus buques sean más eficientes.

La propulsión es un área obvia en la que buscar mejoras, y los combustibles que la impulsan. Los generadores de eje también desempeñan un papel clave en el sistema de propulsión moderno y, por lo tanto, también requieren un examen minucioso.

Fuerza impulsora

Todo el mundo puede visualizar cómo es un eje de hélice y qué hace, pero ¿qué es exactamente un generador de eje y cómo ayuda a reducir el uso de combustible y las emisiones? Volvemos nuevamente a la producción de electricidad, pero estas unidades, escondidas dentro del casco, no son tan misteriosas como pueden parecer. Los grupos electrógenos independientes (grupos electrógenos) necesitan una fuente de combustible externa para operar y producir electricidad, y esto generalmente se hace. a través de un motor diesel auxiliar separado del motor principal del barco.

Los generadores de eje eliminan la necesidad de grupos electrógenos y sus motores auxiliares, ya que se conectan directamente al eje de la hélice y generan electricidad utilizando el motor de propulsión ya suministrado por el motor principal. Por eso se les llama generadores de eje. Luego se pueden apagar los grupos electrógenos, lo que ahorra combustible y reduce las emisiones.

Además, utilizar el motor principal de 2 tiempos más grande de esta manera es mucho más eficiente que los motores de 4 tiempos que normalmente alimentan los grupos electrógenos. La empresa finlandesa Yaskawa Environmental Energy / The Switch ha desarrollado un sistema que, según afirma, puede reducir el uso de combustible entre un 2% y un 4% más que los generadores de eje convencionales.

El Large Drive Test Center donde prueban todas las máquinas PM antes de su entrega a los astilleros. Imagen cortesía de Yaskawa Environmental Energy / The Switch

Una pequeña historia

Los primeros generadores de eje se desarrollaron en los años 60 y ocuparon su lugar junto a los grupos electrógenos que durante las décadas anteriores habían asumido la tarea de producir electricidad a bordo de los buques.

Estos primeros generadores de eje supusieron un gran paso adelante y redujeron la necesidad de utilizar grupos electrógenos. Pero todavía había un gran inconveniente: estaban conectados directamente tanto al eje de propulsión del barco como a la red, pero sin un convertidor de frecuencia entre medio.

Eso significaba que el generador de eje estaba limitado, ya que sólo podía hacer frente a una velocidad constante del motor de propulsión del barco. Cuando la velocidad del barco cambiara, la frecuencia de la corriente eléctrica producida fluctuaría, haciéndolo inutilizable. Y entonces hubo que desconectar el generador de eje, dejando paso al grupo electrógeno.

Este problema de frecuencia se resolvió en la década de 1980 cuando se introdujeron los convertidores de frecuencia. Entonces el generador de eje cobró todo su potencial, ya que podía hacer frente a cualquier velocidad desde cero hasta la velocidad nominal del barco y alimentar una frecuencia constante a la red del barco.

La combinación convencional de generador de eje y convertidor de frecuencia se puede utilizar como única fuente de generación de electricidad a bordo de un barco o como complemento de los grupos electrógenos, reduciendo la necesidad de quemar combustible.

Los generadores de eje también se pueden utilizar como fuente de energía para impulsar la hélice a velocidades muy bajas, lo que resulta útil al entrar en puerto para ahorrar emisiones. Además, el sistema se puede utilizar para aumentos ocasionales de la potencia de propulsión de hasta un 15 % si es necesario para atravesar el hielo o contra fuertes vientos en contra.

Sin embargo, a pesar de estos beneficios, hay algunas áreas clave en las que los generadores de eje convencionales se quedan cortos. Aquí es donde el generador de eje de imán permanente The Switch va un paso más allá, brindando ahorros que son cada vez más potentes a medida que las restricciones a las emisiones se hacen más estrictas. Los generadores de eje convencionales aún requieren que fluya una corriente en un devanado del rotor para crear el campo magnético, por lo que Siempre hay pérdida de energía a través del calor. Esta pérdida de calor significa una menor eficiencia de conversión de energía, lo que resulta en un mayor consumo de combustible en el motor principal.

Atracción permanente

El generador de eje de imán permanente utiliza imanes de neodimio. Esto significa que el campo magnético se puede crear de forma más sencilla y eficiente, sin necesidad de que una fuente de alimentación externa suministre corriente al rotor, ahorrando así inmediatamente la cantidad de combustible que se necesita utilizar.

El mecanismo simple también significa que casi no hay piezas de desgaste, lo que aumenta la confiabilidad. The Switch instaló el primer generador de eje de imán permanente en 2014 y, con más de 100 en funcionamiento en la actualidad, no se ha producido ni una sola falla, afirma la compañía.

Los imanes permanentes de estas máquinas también son tan fuertes que toda la unidad se puede reducir de tamaño, pesando normalmente entre un 30% y un 50% menos que las máquinas convencionales.

Las eficiencias del generador de eje de imán permanente son el origen de las reducciones adicionales del 2 % al 4 % en el ahorro de combustible, además de los ahorros observados en los generadores de eje convencionales. Esta reducción se aplica también a las emisiones. Durante una vida útil típica de 20 a 25 años de un buque grande, estos ahorros pueden generar una reducción de $2 millones en costos de combustible y eliminar 5.000 toneladas de emisiones de dióxido de carbono.

El primer generador cobró vida en 1831 para iluminar la sonrisa del inventor Michael Faraday. Si tan solo pudiera ver hasta dónde ha llegado esa atracción por los imanes, a medida que la necesidad de reducir las emisiones impulsa a los ingenieros a ofrecer nuevas tecnologías interesantes una vez más.

La gama de generadores de eje PM fabricados por The Switch. Imagen cortesía de Yaskawa Environmental Energy / The Switch

Imagen cortesía de Yaskawa Environmental Energy / The Switch

Imagen cortesía de Yaskawa Environmental Energy / The Switch