Balance eléctrico y propulsión eléctrica en buques: resumen

Resumen

El texto explica cómo se realiza el balance eléctrico en buques en distintas situaciones de carga, aplicando coeficientes de utilización, simultaneidad y servicio o régimen. También describe la propulsión eléctrica, el papel de la electrónica de potencia para variar la velocidad del motor y las configuraciones posibles en red de corriente alterna. Por último, presenta las funciones del regulador de tensión (AVR), el sincronizador y el repartidor de carga activa de los generadores.

Puntos clave

El balance de potencia se determina al menos para navegación normal, entrada o salida de puerto y situación de emergencia.
Coeficientes: Ku (utilización o carga), Kn (simultaneidad, por equipos de reserva) y Ksr (servicio o régimen).
La electrónica de potencia varía la velocidad del motor propulsor: con motor DC mediante rectificador controlado y con motor AC mediante variador de frecuencia.
Configuraciones de propulsión: ciclo convertidor o rectificador + inversor (CSI o VSI).
El AVR actúa sobre la excitación del generador para mantener la tensión demandada.
El sincronizador genera órdenes de velocidad para acoplar generadores en fase y frecuencia; el repartidor reparte la carga activa y mantiene la frecuencia constante.

Ponte a prueba

Balance Eléctrico en Buques

¿Qué situaciones de carga exigen a los Sistemas de Control (SC) realizar un balance eléctrico?

El balance de potencia se determinará al menos para las siguientes condiciones de operación:

Navegación normal en el mar.
Navegación entrando o saliendo a puerto.
Situación de emergencia.

Coeficientes de Simultaneidad y de Régimen o Servicio

Para el dimensionado de potencia, a cada elemento se le aplica un coeficiente reductor en cada una de las situaciones de carga eléctrica:

Coeficiente de utilización o de carga (Ku)
Coeficiente de simultaneidad (Kn): Reducción por equipos de reserva. Muchos equipos esenciales tienen equipos de reserva.
Coeficiente de servicio o de régimen (Ksr):
- Servicio: Fracción del tiempo que se espera que esté funcionando.
- Régimen: Fracción de potencia (respecto a la nominal) previsible en funcionamiento normal.

Propulsión Eléctrica en Buques

Ventajas de la Electrónica de Potencia en el Control de la Propulsión Eléctrica

La electrónica de potencia se ha introducido fundamentalmente en la propulsión eléctrica como dispositivo para variar la velocidad del motor eléctrico propulsor. Puesto que lo normal es que la red del buque sea de AC, en función del tipo de motor, se distinguen los siguientes elementos:

En caso de un motor DC, el control de las RPM se hace a través de un rectificador controlado.
Si el motor es AC, el control de las RPM se hace a través de un variador de frecuencia. Además, permiten usar el motor AC a bajas vueltas.

Existen 2 configuraciones diferentes:

Ciclo convertidor.
Rectificador + inversor. En este caso dos tipos:
- Rectificador + inversor de corriente (CSI).
- Rectificador + inversor de tensión (VSI).

Configuraciones Posibles de Propulsión Eléctrica

Supongamos buque en red alterna AC:

Motor AC con hélice de paso variable.
Rectificador con motor AC (La hélice puede ser de paso fijo).
Cicloconvertidor con motor AC (La hélice puede ser de paso fijo).
Rectificador/inversor (CSI o VSI) con motor AC (la hélice puede ser de paso fijo).

Funciones del Regulador de Carga Activa, Sincronizador y AVR

Funciones y sistemas sobre los que actúan:

Regulador de tensión del generador (AVR): Dispositivo situado en el generador y cuya función es actuar sobre la excitación del campo para mantener la tensión demandada.
Sincronizador: Dispositivo situado en el cuadro principal y cuya función es generar órdenes de velocidad al regulador de velocidad para llevar al generador a la fase y frecuencia que hay en las barras. Esto posibilita el acoplamiento de generadores. Puede ser:
- Pulsadores de incrementar/disminuir la velocidad para el acoplamiento manual con ayuda de lámparas de sincronización.
- Dispositivo electrónico.
Repartidor de carga activa: Dispositivo situado en el cuadro principal cuya función es generar órdenes de velocidad al regulador de velocidad para una doble función:
- Repartir la carga activa entre los generadores acoplados.
- Mantener una frecuencia constante compensando los cambios de demanda eléctrica.
- Descargar un motor para desacoplar el motor con poca carga. Estos pueden ser:
  - Pulsadores de incrementar/decrementar la relación usado para modo caída y descarga manual.
  - Dispositivos electrónicos. Reparte en modo isócrono y descarga automática.

Preguntas frecuentes

¿Qué coeficientes se usan para dimensionar la potencia en un buque?

Se aplican el coeficiente de utilización o carga (Ku), el de simultaneidad (Kn), que reduce por equipos de reserva, y el de servicio o régimen (Ksr). El de servicio es la fracción de tiempo en funcionamiento y el de régimen la fracción de potencia nominal previsible.

¿Qué función tiene el regulador de tensión AVR?

Es un dispositivo situado en el generador que actúa sobre la excitación del campo para mantener la tensión demandada.

¿Cómo se controla la velocidad de un motor de propulsión AC?

Mediante un variador de frecuencia, que además permite usar el motor AC a bajas vueltas.