Introducción
El sistema eléctrico de un buque funciona en condiciones que las instalaciones en tierra rara vez experimentan. La capacidad de generación de energía es limitada, las cargas cambian constantemente y cada arranque de un motor importante puede afectar a la estabilidad de toda la red a bordo.
Nada somete a mayor estrés a un sistema eléctrico marítimo que un motor de propulsión o de propulsores.
Ya sea para alimentar propulsores de túnel, propulsores azimutales o sistemas de posicionamiento dinámico (DP), estos grandes motores requieren una corriente de arranque extremadamente alta. Sin un control adecuado, el arranque de un solo motor puede provocar graves caídas de tensión, alterar los sistemas sensibles a bordo y ejercer una tensión mecánica innecesaria sobre el tren de transmisión de propulsión.
Por eso los arrancadores suaves se han convertido en una parte fundamental de los sistemas modernos de propulsión naval.
El reto de la red eléctrica en los buques
A diferencia de las instalaciones industriales en tierra, que suelen estar conectadas a grandes redes eléctricas, los buques operan con un suministro de energía a bordo finito, generado por un número limitado de generadores diésel. Cada arranque de un motor de gran potencia consume directamente de esa capacidad disponible.
Cuando un motor de propulsión de gran potencia arranca en línea directa (DOL), puede consumir entre 6 y 8 veces su corriente a plena carga. En el caso de un motor de propulsión de 6,6 kV y 2 MW, esto supone una demanda repentina y significativa para el sistema eléctrico del buque.
Esa caída de tensión no se limita al propio motor, sino que se propaga por toda la red eléctrica del buque casi de inmediato.
Figura 1: Comparación entre el arranque directo a la red y el arranque del motor controlado por un arrancador suave en una red eléctrica naval.
Los sistemas sensibles de navegación y comunicación pueden registrar fallos o reiniciarse. Los variadores de velocidad pueden dispararse en condiciones de subtensión. Los sistemas de iluminación pueden parpadear o atenuarse. En buques offshore, cruceros, buques de guerra y buques con clasificación DP, incluso una breve perturbación en el suministro eléctrico puede afectar a operaciones críticas.
Estos fenómenos obligan al diseñador eléctrico a aumentar la capacidad de potencia del sistema de generación.
Precisamente por ello, las principales sociedades de clasificación, como DNV, ABS, Bureau Veritas y Lloyd’s Register, imponen límites estrictos a las caídas de tensión admisibles durante el arranque de los motores.
Los arrancadores suaves son una de las soluciones de ingeniería más eficaces para mantener la estabilidad eléctrica durante el arranque de grandes motores marinos.
Cómo controlan los arrancadores suaves marinos la corriente de arranque
Los arrancadores suaves marinos controlan la tensión aplicada al motor durante el arranque mediante una tecnología de control de potencia basada en tiristores.
En lugar de aplicar la tensión de red completa de forma instantánea, el arrancador suave aumenta gradualmente la tensión suministrada al motor durante un periodo de aceleración configurable. Este aumento controlado reduce drásticamente la corriente de arranque del motor y minimiza las perturbaciones de tensión en la red eléctrica del buque.
En la mayoría de las aplicaciones marítimas, la corriente de arranque suele limitarse a aproximadamente entre 2,5
a 3,5 veces la corriente a plena carga, en comparación con las 6 a 8 veces la corriente a plena carga que se observan habitualmente con el arranque directo en línea.
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Método de arranque |
Corriente de arranque típica |
Impacto de la caída de tensión |
Esfuerzo mecánico |
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Arranque directo en línea (DOL) |
De 6 a 8 veces la corriente a plena carga |
Alto |
Alto |
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Arrancador suave |
De 2,5 a 3,5 veces la corriente a plena carga |
Reducida |
Reducida |
El resultado es un sistema eléctrico a bordo mucho más estable.
Los generadores de la embarcación tienen tiempo para responder y estabilizarse. Las caídas de tensión se reducen significativamente y el resto de sistemas a bordo siguen funcionando con normalidad durante el arranque del motor.
Para sistemas marinos de baja tensión, como bombas, compresores, sistemas de refrigeración, sistemas de lastre y propulsores más pequeños, el RVS-DN proporciona un control fiable del arranque y la parada de los motores en entornos a bordo exigentes.
Para motores de propulsión de mayor tamaño y aplicaciones de propulsores de media tensión, el HRVS-DN ofrece un control de arranque avanzado diseñado específicamente para aplicaciones marítimas de alta potencia.
Ambas plataformas incluyen una funcionalidad de arranque que protege el generador y ayuda a reducir la carga sobre el sistema de generación de energía de la embarcación durante la aceleración del motor.
Protección del motor del propulsor y del tren de transmisión mecánico
Las ventajas de un arrancador suave marino van mucho más allá de la estabilidad eléctrica.
El arranque directo en línea aplica el par de arranque completo de forma casi instantánea. Ese impacto repentino de par ejerce una tensión significativa sobre toda la transmisión mecánica, incluidos acoplamientos, cajas de cambios, ejes, cojinetes y sistemas de hélices.
Con el tiempo, las cargas de choque repetidas aceleran el desgaste mecánico y contribuyen a:
• Fatiga de los acoplamientos
• Desgaste de las cajas de cambios
• Concentración de tensiones en los ejes
• Daños en los rodamientos
• Aumento de los intervalos de mantenimiento
Un arrancador suave elimina este impacto mecánico repentino al aumentar gradualmente el par del motor a lo largo de la rampa de aceleración.
Figura 2: El arranque secuencial de los propulsores reduce las caídas de tensión acumuladas durante las operaciones de posicionamiento dinámico.
En el caso de los propulsores marinos de gran tamaño, las rampas de aceleración suelen configurarse entre 10 y 30 segundos, lo que permite que el sistema de transmisión se cargue de forma progresiva y suave.
El resultado es una reducción de las tensiones mecánicas, una mayor vida útil de los equipos y menores requisitos de mantenimiento en todo el sistema de propulsión.
Protección de parada suave para bombas y propulsores marinos
Los sistemas marinos se enfrentan a otro reto durante la parada: el golpe hidráulico.
Cuando las bombas de gran tamaño o los sistemas de propulsión se detienen bruscamente, el cambio repentino en la velocidad del fluido puede generar ondas de presión de golpe de ariete en todo el sistema de tuberías. En buques con tramos de tubería largos, estos picos de presión pueden ejercer una tensión considerable sobre las válvulas, las uniones y las tuberías.
La función de parada suave de un arrancador suave reduce gradualmente el par del motor durante la parada, lo que permite que el flujo de fluido se desacelere de forma suave.
Este proceso de parada controlada ayuda a minimizar:
• El golpe de ariete
• El choque hidráulico
• La tensión en las tuberías
• El desgaste de las válvulas
• El rebote mecánico en el tren de transmisión
En sistemas de lastre, sistemas de agua de refrigeración, sistemas de extinción de incendios y aplicaciones de propulsión, la parada controlada puede mejorar significativamente la fiabilidad del sistema.
Arranque de varios motores en aplicaciones de posicionamiento dinámico
Muchas embarcaciones offshore, cruceros y buques de carga pesada utilizan varios propulsores simultáneamente durante las maniobras o las operaciones de posicionamiento dinámico.
Gestionar el arranque de varios motores de gran potencia a partir de un suministro limitado del generador requiere una coordinación minuciosa.
Las soluciones de arranque de múltiples motores de Solcon-IGEL permiten el arranque secuencial de los motores con una sincronización optimizada entre arranques, lo que da tiempo a que la tensión del generador se recupere antes de que se active el siguiente propulsor.
El sistema síncrono de arranque y parada múltiple admite hasta nueve motores desde un único controlador, lo que ayuda a reducir el espacio ocupado por los conmutadores en salas de máquinas con limitaciones de espacio, al tiempo que mantiene un control preciso sobre los perfiles de arranque de los motores.
Protección integrada de motores para entornos marinos
En aplicaciones marítimas, la protección de los motores no solo tiene que ver con la longevidad de los equipos. También se trata de la continuidad operativa, la seguridad y el cumplimiento de los requisitos de las sociedades de clasificación.
Figura 3: Arquitectura integrada de protección de motores marinos mediante arrancadores suaves y relés de protección específicos.
Los arrancadores suaves marinos Solcon-IGEL incluyen funciones de protección completas diseñadas para entornos marinos exigentes, entre las que se incluyen:
• Protección contra sobrecarga térmica
• Protección contra pérdida de fase y desequilibrio de fases
• Detección de bloqueo y rotor bloqueado
• Protección contra subtensión y sobretensión
• Protección contra subfrecuencia y sobrefrecuencia
• Detección de cortocircuito en el SCR
• Monitorización de la temperatura del motor mediante termistor (PTC/RTD)
• Registro de fallos con registro de eventos en tiempo real
Protección del aislamiento del motor (MIP6)
Para aplicaciones que requieran una capa de protección independiente adicional, el MPS3000 / MIP6 se integra directamente con el arrancador suave para ofrecer protección avanzada del motor y cumplir los requisitos de conformidad de clase.
Cumplimiento de las normas marítimas
Los arrancadores suaves marinos de Solcon-IGEL están disponibles con homologaciones de las principales sociedades internacionales de clasificación marítima, entre las que se incluyen:
• DNV
• ABS
• Bureau Veritas
• Lloyd’s Register
• Korean Register
• ClassNK
Los productos también están disponibles con homologaciones CE, UL y ATEX para aplicaciones en alta mar y en zonas peligrosas.
Se ofrece documentación de conformidad específica para cada aplicación y asistencia técnica a astilleros, consultores, integradores de sistemas y equipos de ingeniería naval.
Cómo seleccionar el arrancador suave adecuado para su buque
Los sistemas de propulsión marítima operan en algunos de los entornos eléctricos más exigentes del mundo. Un arranque fiable del motor no solo consiste en proteger el propio motor, sino también en mantener la estabilidad en toda la embarcación.
Los arrancadores suaves Solcon-IGEL se utilizan en todo el mundo en buques offshore, cruceros, buques de carga pesada, aplicaciones navales y plataformas marítimas especializadas, donde la fiabilidad eléctrica y la continuidad de la propulsión son fundamentales.
¿Está planeando una actualización de la propulsión marina o de los propulsores?
Indíquenos el tipo de buque, la potencia nominal del motor del propulsor, la tensión de alimentación y los requisitos de clasificación, y el equipo de ingeniería de Solcon-IGEL le recomendará la solución adecuada para su aplicación.
