Sistemas eléctricos navales: sistema IT, tensión, frecuencia, generadores y motores a bordo

1. El Sistema IT: Método de Distribución Eléctrica Preferente en Buques

El método más utilizado en los buques, sobre todo en baja tensión, es el sistema IT (redes con neutro aislado) de tres cables. Las ventajas de este sistema son:

• Si se produce una fuga, la diferencia de potencial es soportable por los aislamientos, lo que permite que la instalación siga funcionando.
• No existe peligro de electrocución al tocar la fase averiada.
• Salta una alarma, pero el suministro de corriente no se interrumpe, priorizando el funcionamiento de las máquinas.

Es obligatorio colocar detectores de falta de aislamiento para garantizar la seguridad y continuidad operativa.

2. Factores Clave en la Selección de la Tensión Eléctrica Naval y Beneficios de la Alta Tensión

Los factores que determinan la selección de la tensión en un buque son:

• Peso y coste del cobre: A mayor intensidad, mayor potencia (P = V · I), lo que implica cables con mayor sección y, por ende, más caros y pesados.
• Tamaño de los interruptores: A mayor potencia, mayor intensidad de distribución y mayores corrientes de cortocircuito, lo que requiere interruptores con un mayor poder de corte.
• Potencia de los grandes consumidores: Hay consumidores que, por su elevada potencia, necesitan ser alimentados a alta tensión.

Las ventajas de subir la tensión son:

• Disminuye la intensidad para una misma potencia, lo que reduce el peso y el coste de los cables.
• Se pueden usar interruptores de menor poder de corte.
• Los grandes consumidores pueden operar con menores corrientes, lo que puede simplificar su diseño y operación.

3. Criterios Esenciales para la Selección de la Frecuencia en Sistemas Eléctricos Navales

Los criterios que se tendrán en cuenta a la hora de elegir la frecuencia son:

• Zonas de navegación: Los lugares a los que viajará el buque, ya que en Europa se usa una frecuencia de 50 Hz, mientras que en América es de 60 Hz.
• Velocidad de los motores: A mayor frecuencia, los motores son más rápidos.
• Diseño del bobinado: Una mayor frecuencia puede influir en el tamaño y la masa de hierro necesarios para una misma potencia.
• Efectos capacitivos e inductivos: Estos efectos se incrementan con la frecuencia.
• Aislamiento: Una mayor frecuencia puede requerir un mayor nivel de aislamiento.
• Efecto pelicular (skin effect): Este efecto se acentúa con el aumento de la frecuencia.

4. Dinamo vs. Alternador: Ventajas y Desventajas en Aplicaciones Navales

Ventajas de la Dinamo:

• Facilidad de acoplamiento.
• No necesitan reguladores de tensión complejos.
• No perturban la red en el arranque de motores potentes, a diferencia de los alternadores.

Desventajas de la Dinamo:

• Presentan problemas de conmutación (no suelen superar los 250V).
• La velocidad de rotación de la máquina motriz es limitada.
• Utilizan mayor sección de cobre, lo que aumenta el peso, el coste y el mantenimiento.
• No se pueden utilizar varias tensiones, a no ser que se usen grupos convertidores.
• La red del barco no puede alimentarse directamente de la red del puerto.
• Necesita hilo de equilibrio para la operación en paralelo.

5. Uso de Generadores Síncronos en Buques: Razones y Aplicaciones

Sí, los generadores síncronos son ampliamente utilizados en buques. Esto se debe a que pueden arrancar y establecer la red eléctrica a bordo sin necesidad de una corriente previa en la línea (mediante autoexcitación o excitación independiente), lo que los hace muy versátiles y fiables para la generación de energía principal en embarcaciones.

6. Motores de Jaula de Ardilla: Ventajas de la Configuración de Doble Ranura o Ranura Profunda

Con la configuración de doble ranura o ranura profunda en un motor de jaula de ardilla, se consigue tener un mayor par de arranque, ya que se desplaza la curva de par hacia el arranque.

Aspectos Positivos:

• Gran robustez.
• Menor peso y tamaño.
• Menores gastos y mantenimiento.
• No lleva bobina en el rotor.
• No necesita colector de delgas.
• No necesita escobillas.
• Requiere menos repuestos.
• Permite un arranque directo a la red.

Aspectos Negativos:

• Velocidad difícilmente regulable sin electrónica de potencia.
• Peor rendimiento en ciertas condiciones.
• Gran intensidad demandada en el arranque.

7. Principales Tipos de Motores AC Asíncronos

Los principales tipos de motores AC asíncronos son:

• Motor de jaula de ardilla.
• Motor de rotor bobinado.
• Configuración Dahlander (permite variar el número de polos y, por tanto, la velocidad en múltiplos).

8. Motor de Inducción con Rotor Bobinado: Ventajas frente al de Jaula de Ardilla

La principal ventaja del motor de inducción con rotor bobinado frente al de jaula de ardilla es la capacidad de regular linealmente la velocidad en un margen de aproximadamente entre el 70% y el 100% de la velocidad de régimen nominal. Esto se logra mediante la adición de resistencias exteriores al rotor, a través de anillos rozantes. En contraste, el motor de jaula de ardilla no permite una regulación de velocidad tan sencilla y lineal, requiriendo para ello el uso de electrónica de potencia (variadores de frecuencia).

9. Motores de Corriente Continua (CC): Ventajas y Aplicaciones Clave

Las ventajas de los motores de corriente continua (CC) son:

• El desarrollo de la red eléctrica es más sencillo.
• El cuadro de control es más sencillo.
• Proporcionan un par de arranque apreciable.
• Velocidad fácilmente regulable, variando la tensión o la intensidad de excitación.
• Son motores idóneos cuando se precisa disponer de un fuerte par de arranque y velocidad regulable.