Archivo técnico: Generadores de eje 101: ¿qué son?

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 alimentar sus operaciones y servicios a bordo. Entonces, ¿cómo generar esa electricidad mientras se es móvil? Esa pregunta ha sido un desafío para la industria del transporte marítimo durante más de 150 años, cuando nuevas y emocionantes tecnologías fueron pioneras en la vanguardia de la nueva era de la electricidad. Avance rápido hasta hoy, y los desafíos que rodean la producción de electricidad a bordo de los buques se han visto estimulados nuevamente. Las nuevas regulaciones de la Organización Marítima Internacional, entre otros nuevos protocolos, significan que los armadores y operadores deben encontrar formas de reducir las emisiones y hacer que sus embarcaciones sean más eficientes.

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

fuerza motriz

Todos pueden visualizar cómo se ve 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 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 la propulsión ya suministrada por el motor principal. Por eso se les llama generadores de eje. Luego, los grupos electrógenos se pueden apagar, 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 Gran Centro de Pruebas de Manejo donde prueban todas las máquinas PM antes de entregarlas a los astilleros. Imagen cortesía de Yaskawa Environmental Energy / The Switch

Una pequeña historia

Los primeros generadores de eje se desarrollaron en la década de 1960 y ocuparon su lugar junto a los grupos electrógenos que habían asumido el trabajo de producir electricidad a bordo de los barcos durante las décadas anteriores.

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

Eso significaba que el eje del generador estaba limitado, ya que solo podía hacer frente a una velocidad constante del motor de propulsión de la nave. Cuando la velocidad de la nave cambiara, la frecuencia de la corriente eléctrica producida fluctuaría, haciéndola inutilizable. Y así, el generador de eje tuvo que ser desconectado, dando paso a que el grupo electrógeno tomara el relevo.

Este problema de frecuencia se resolvió en la década de 1980 cuando se introdujeron los convertidores de frecuencia. Luego, el generador de eje se hizo realidad, 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 de generador de eje convencional y convertidor de frecuencia se puede utilizar como única fuente generadora de electricidad a bordo de una embarcación o como complemento de los grupos electrógenos, lo que reduce 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 de potencia de propulsión ocasionales de hasta un 15 % si es necesario para romper 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 lleva las cosas un paso más allá, brindando ahorros que se vuelven cada vez más potentes a medida que se hacen más estrictas las restricciones a las emisiones.
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 manera más simple y eficiente, sin necesidad de una fuente de alimentación externa que suministre corriente al rotor y, por lo tanto, se ahorra 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 hoy en día, no ha ocurrido ni una sola falla, dice la compañía.

Los imanes permanentes de estas máquinas también son tan potentes que se puede reducir el tamaño de toda la unidad y, por lo general, pesa 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 ahorros de combustible, más allá 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 una embarcación 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, ya que la necesidad de reducir las emisiones impulsa a los ingenieros a ofrecer nuevas y emocionantes tecnologías de nuevo.

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