La planta eléctrica de un buque con propulsión eléctrica consta de:
– Generación de energía eléctrica
– Distribución de la energía eléctrica
– Accionamientos para motores eléctricos de velocidad variable
– Unidades de propulsión/empuje
GENERACIÓN DE ENERGÍA
Motor Primario al equipo encargado de suministrar energía mecánica al generador
eléctrico. En la mayoría de los casos, el motor primario suele ser un motor diésel de
4 tiempos rápido o semirápido (de 300 a 1800 rpm) quemando fuel-oil pesado o
diésel. En un sistema de propulsión diésel-eléctrico, los motores diésel son
normalmente de media o alta velocidad, con menor peso y costes de operación que
motores similares de baja velocidad utilizados para la propulsión mecánica directa.
Generadores eléctricos La mayoría de construcciones nuevas y todos los buques
comerciales tienen una planta de la generación de corriente alterna (AC) con
distribución también en AC. Los generadores son máquinas síncronas.
Generador de cola  generar energía eléctrica robándole energía al motor diésel
principal de propulsión, el cual quemada el económico fuel pesado con alta
eficiencia. Para ello se dispone una salida adicional en la reductora de la hélice
principal propulsión (PTO “power take off”), con el que se acciona un generador,
también denominado generador de cola. Los generadores de cola son construidos
en algunas aplicaciones para que el flujo de energía sea bidireccional, lo que
significa que puede estar funcionando también como motor. Este principio se suele
denominar como PTI (“power take in” introducir energía). Con esto es posible
aumentar la potencia hacia la hélice tomando energía eléctrica de los generadores
auxiliares e incluso, nos puede servir como moto de propulsión eléctrico en caso de
que falle el diésel principal.
DISTRIBUCION DE LA ENERGÍA ELECTRICA.
El Cuadro de maniobra y protección principal se distribuyen o están separados
generalmente en dos, tres, o cuatro secciones, con la finalidad de obtener los
requisitos de redundancia en el buque. Según normas y regulaciones para la
propulsión eléctrica, se podrán tolerar las consecuencias que se puedan producir a
raíz de que una sección deje de funcionar o falle debido, por ejemplo, a un
cortocircuito.
Transformadores  El propósito del transformador es aislar las diversas
particiones del sistema de distribución de la energía eléctrica, para obtener
normalmente diversos niveles de tensión y a veces también para obtener
desplazamientos o cambios de fase entre dos sistemas trifásicos. Los
transformadores de cambio de fase se pueden utilizar para alimentar los
convertidores de frecuencia, por ejemplo para las propulsiones a velocidad variable
y así reducir la inyección de corrientes distorsionadas en la red de energía eléctrica,
cancelando las corrientes de los armónicos no deseados más dominantes.
ACCIONAMIENTOS PARA MOTORES ELECTRICOS Y VELOCIDAD VARIABLE.
-Motores DC.
Los motores de corriente continua deben alimentarse con una fuente de
alimentación DC, y puesto que el sistema de generación y distribución eléctrica,
normalmente es un sistema trifásico, esto quiere decir que, un motor DC debe
alimentarse desde un rectificador con tiristores. Esto proporciona además, un
control sobre la velocidad del motor.
-Motores asíncronos.
El motor asíncrono o de inducción es el caballo de tiro de la industria. Su diseño
robusto y simple asegura en la mayoría de los casos una larga vida con un mínimo
de paradas y de mantenimiento. El motor asíncrono se emplea en cualquier
aplicación, o como motor de velocidad constante directamente conectado a la red, o
como motor de velocidad variable alimentado desde un convertidor de frecuencia
estático.
-Motores síncronos.
La máquina síncrona normalmente no se emplea como motor en las aplicaciones
del barco, excepto en la propulsión de gran potencia, típicamente >5MW
directamente conectado al eje de la hélice, o mayores a 8-10MW con una conexión
de engranajes. En rangos de potencia menores a estos, el motor asíncrono
normalmente tiene un coste más competitivo. El diseño de un motor síncrono es
similar al de un generador síncrono. Normalmente se utiliza con un convertidor de
frecuencia para el control de la variación de velocidad en las aplicaciones del barco.
-Motores síncronos de imán permanente.
Los motores síncronos de imán permanente se utilizan en la industria para
tracciones de unos pocos KW, también para usos de conexión directa a la red.
Estos últimos años, se ha introducido también para aplicaciones de gran potencia;
en propulsiones de varios MW. La ventaja de este diseño es la alta eficacia con un
diseño compacto, haciéndola especialmente interesante para la propulsión “pod”
donde las dimensiones deben ser tan pequeñas como sea posible, y el contacto
directo del agua fría eliminaría la necesidad de ventilar con aire el motor “pod” y
simplificaría el trabajo de construcción e instalación.
UNIDADES DE PROPULSIÓN/EMPUJE
Propulsión con líneas de eje
En un sistema diésel-eléctrico de potencia con la propulsión con eje portahélice, las
hélices se hacen girar normalmente con motores eléctricos de velocidad variable.
Los motores de eje horizontal se pueden conectar directamente con el eje da la
hélice, dando lugar a una solución simple y mecánicamente robusta, o mediante un
tren de engranajes, que permite incrementar la velocidad de rotación del motor y da
como resultado un motor mucho más compacto. La desventaja es el incremento de
la complejidad mecánica y el incremento de las pérdidas y probabilidades de fallo.
Propulsores Azimutales
Los propulsores azimutales son sistemas que pueden girar respecto de un eje
perpendicular al plano de flotación, para producir un empuje en cualquier dirección
en dicho plano. El empuje es controlado mediante velocidad constante hélice de
paso variable CPP, velocidad variable con hélice de paso fijo FPP, o en casos raros
con una combinación del control de la velocidad y del paso de la hélice. Los diseños
de velocidad variable y FPP tienen una significativa sencillez de construcción
mecánica subacuática que reduce las pérdidas de empuje en comparación con los
de velocidad constante y hélice CPP.
Propulsión POD
Como en el caso del propulsor azimutal convencional, la unidad de propulsión Pod
es capaz de rotar libremente y puede producir empuje en cualquier dirección. La
diferencia principal es la integración del motor eléctrico directamente al eje de la
hélice, dentro de una unidad sellada llamada Pod (vaina) que es sumergida bajo el
casco del buque.