PROPULSION ELCTRICA CON PODS (I)Ramn G. Borrs Formoso
[email protected] M. Lpez MarnManuel Luaces Rodrguez.Departamento de
Enxeera Industrial. Universidade da Corua.En la historia de la
propulsin de buques hay unos hitos que supusieronunos saltos
cualitativamente trascendentales, uno de ellos, al que se
refiereeste artculo , son los PODs. Es tan reciente, estamos
hablando de 15 aos,que todava no se encontr la palabra en
castellano que traduzca esta vozinglesa. Como tantas otras, no es
extrao que termine por aceptarse elmismo vocablo. Dentro de los
PODS , pueden ser de accionamientomecnico o bien, es el caso de los
grandes buques, los que poseen unmotor elctrico dentro del cuerpo
propulsor. A estos ltimos es a los quenos referiremos en el
presente artculo.1.- INTRODUCCIN.La propulsin mecnica hizo su
aparicin a partir de la mquina de vaporen el siglo XIX accionado la
rueda de paletas, hoy da todava puede verseuna rplica de aquellos
buques navegando por el ro Missisipi en travesastursticas. El
primer avance trascendental fue la aplicacin de la hlice
(losprimeros ensayos datan de 1693, pero la primera patente es del
ao 1835por Francis Pettit Smith). La necesidad de grandes
velocidades y potenciasfue cubierta por la turbina de vapor. El
siguiente paso fue la aplicacin delos grandes motores diesel
directamente acoplados a la hlice bien atravs de la reductora,
innovacin en los primeros aos del siglo XX. Elsiguiente, sin
sustituir al anterior, sino abrindose paso de forma selectiva,fue
la aplicacin del motor elctrico propulsor en sus dos
vertientes:propulsin turbo-elctrica diesel-elctrica. Tuvo que
llegar el final delsiglo XX, ao 1990, para la siguiente gran
innovacin: el propulsor POD.Los fabricantes de PODs mas importantes
del mundo son: 1 ABB queconstruyen los AZIPOD, 2 Rolls Royce los
Mermaid ,3 Siemens los SSPy 4 Lips los Dolphin. Los dos primeros
son los que tienen posicindominante en el mercado. Las potencias
disponibles van desde 0,5 a 38MW por unidad22.- PROPULSORES TIPOLos
PODs son unidades sumergidas conteniendo el motor elctrico, cuyoeje
est unido directamente a la hlice, y que pueden girar libremente
360segn un eje vertical, por tanto hace innecesario el timn y el
servomotor.Dado que puede proporcionar todo el empuje en cualquier
direccin lamaniobrabilidad es extraordinaria. A estos bloques
sumergidos a veces selos llama barquilla gndola. Su aspecto
recuerda tambin al de un torpedoAZIPOD es el nombre comercial
registrado, fruto de la colaboracin entreABB Industry of Finnland y
KVAERNER MASA YARD.El primer POD fue montado, por transformacin, en
1990 en el buque deservicio (Buoy tender) SEILI. Se trataba de un
Azipod que incorporaba unmotor sncrono con una potencia de 1.500
kW. Previamente el buque tenauna potencia de mquina de 1600 kW,
estaba dotado de timn y hlice depaso controlable y poda navegar con
hielo de 45 cm. de espesor. Despusde la modificacin, a pesar de
haberse reducido la potencia propulsora en100 kW, debido al mayor
rendimiento, poda navegar con hielos de 55 cm.Asimismo tenia
capacidad para navegar, rompiendo hielo, hacia popa cosaque antes
de la transformacin, debido a la disposicin del timn, no podahacer.
Dato este que, dada la funcin del buque, no es irrelevante.A esta
primera construccin no se le llam Azipod sino Cyclopod,
cycloporestar alimentado a travs de un convertidor directo de
frecuencia(cicloconvertidor)Posteriormente dos pequeos petroleros
de navegacin entre hielos(Product tanker), tambien fueron
transformados para ser propulsados porPODs. Eran los buques MT
Uikku y el MT Lunni,construidos a finales delos aos 70. A cada uno
de ellos se le mont un Azipod de 11,8 MW . Enestos primeros casos,
precisamente por haber sido diseados y construidospara propulsin
con hlice convencional, el espacio disponible para alojarel pod era
muy reducido lo que oblig a que la hlice se haya colocado apopa del
pod (empujando) en vez de a proa (tirando) como hubiera
sidodeseable.Posteriormente siguieron muchas otras
construcciones.Estos propulsores estaban diseados para rompehielos,
grandes cruceros,petroleros....En el ao 2000 introduce en el
mercado su segunda generacin deAZIPOD, para buques mas pequeos;
ferrys, cargueros que han de navegarpor ros,.. que designa con el
nombre de Compact Azipod (figura 1), con unrango de potencias entre
0,5 y 4,2 MW. Lleva un motor sncrono de imanes3permanentes que
igualmente va acoplado a la hlice de paso fijo. La ltimageneracin
de Azipod, desarrollo conjunto de ABB y Samsung, conocidocomo CRP
Azipod es adecuada para un amplio espectro de buques LNG,RoRo,
Ropax,..... Se ver en un articulo posterior.A junio de 2004 el
numero de Azipod contratados sumaba 122.Dolphin es el resultado de
colaboracin entre John Crane-Lips, SAMElectronics, VEM Sachsenwerk
y Wartsila. Hasta la fecha slo lleva estetipo de Pod el Seven Seas
Voyager. Monta dos Pod diesel-elctrico. Cadamotor propulsor es un
motor sncrono de 7MW, 170 rpm, con dobledevanado. El cuadro de 6,6
kV est alimentado por 4 Diesel-alternadoresde 7,2 MVA, 6,6 kV, 60
Hz, 600 rpm.A grandes rasgos, Azipod (figura 2), Mermaid (Figura
3)y Dolphin (Figura4) son similares.En los SSP (Figura 3) ,al
contrario que en los dems Pods, el eje del motorelctrico propulsor
va directamente unido a dos hlices, girando en lamisma direccin, la
de proa tirando y la de popa empujando, con ello seconsigue 1.
repartir la potencia entre ambas y 2 reutilizar, aprovechar,
laenerga de los remolinos generados por la hlice de proa. Hacia la
mitad dela gndola del Pod se disponen unas aletas laterales que
junto con la partevertical de sustentacin, desva el flujo
tangencial de las corrientes de aguaprocedentes de la hlice de proa
y la dirige de forma axial hacia la de popa.En los astilleros Armn
recientemente se construyeron 5 remolcadores conestos propulsores
para armadores rusos. Los motores elctricos que montanlos SSP, a
gusto del armador, pueden ser asncronos sncronos excitados de
imanes permanentes. En general la mejor opcin cuando se trata
deelevadas potencias y relativamente bajas velocidades es el motor
sncronode imanes permanentes y flujo longitudinal, de desarrollo
reciente, ya quesi se opta por motores sncronos con excitacin o
bien motores deinduccin resultan muy pesados y voluminosos. De
especial utilidad para laindustria offshore, Schottel construye
pods con una hlice en el interior deuna tobera. Este fabricante es
quizs el que ofrece mas rango de eleccin desistemas propulsivos. El
empleo de los pods a los que nos estamosrefiriendo, implica que su
propulsin es elctrica. En la mayor parte de loscasos
diesel-elctrica. No obstante hay algunas excepciones, tal como
elcaso de la serie Millenium, que va dotado de turbinas GE LM
2500+,combinacin de turbina de gas y turbina de vapor, moviendo un
alternador(sistema COGES) 40.500HP a 3600 RPMGrandes clientes de
Azipod son KMY, Fincatieri y Meyer Werft (equip 6buques de Carnaval
Cruise Lines, 11 de Royal Caribbean...); de Mermaid:Chantiers; de
SSP: Costa Crucero, Costa Classica y para Dolphin: SevenSeas
Voyager.43.- VENTAJASSin nimo de ser exhaustivos las ventajas
derivadas del empleo depropulsores pods son las siguientes
:Excelente maniobrabilidad derivada de disponer del mximo empuje,en
cualquier direccin y prcticamente sin demora.Ausencia de timn y
servomotor.Eliminacin de la reductora.Al no existir eje de
cola:Bajo nivel de vibraciones inducidas por la hlice.Bajo
ruido.Radio de giro mucho menor.o Estas tres cualidades son
especialmente interesantes para losgrandes cruceros de lujoMayor
libertad para disposicin de la maquinaria, menoresrestricciones.
Ausencia de eje de cola. Motor propulsor fuera delcasco . Todo ello
dando lugar a una cmara de mquinas maspequea y por ello:Aumento de
la capacidad de pasaje carga (figura 1) y comoconsecuencia directa
:Mayor rentabilidad de explotacinPosibilidad de trabajo a muy bajas
revoluciones derivado del hechode ser alimentado a travs del
convertidor de frecuencia. El parpuede ser el mximo a cualquier
velocidad.Menor consumo y menor contaminacin ambiental al poder
trabajarlos primotores de los grupos a velocidad constante en torno
a lacarga ptima con mxima eficiencia. Por otra parte la propulsin
conpods da lugar a mayores rendimientos propulsivos.Derivados de la
propulsin elctrica es la alta redundancia queconduce a la
seguridadNo hay que ocultar sin embargo algunos problemas de
importancia quesurgieron en algunos propulsores y que hicieron
cancelar algunos viajes acruceros de lujo durante algunas semanas
hasta que fueron resueltos, con loque esto supone en los resultados
econmicos. Hecho que justifica quealgunos digan que esta tecnologa
no est suficientemente desarrollada.El buque Millennium, a los
pocos meses de su inauguracin, hubo deentrar en dique seco a
reparar debido a las elevadas vibraciones en susturbinas de gas. Y
poco despus un fallo en un Pod (Mermaid) impeda quedesarrollase mas
de 20,5 nudos cuando la velocidad debera ser 24. En elInfinity
(tambin de la clase Millennium) una avera en los cojinetes delpod
dej al buque inoperativo durante 3 semanas. Los Azipod del
Paradise5(de la Carnaval Cruise Lines) tambin tuvieron varios
fallos de cojinetesachacados al principio a problemas de
lubricacin.4.- PRIMERAS UNIDADES. M/T UIKKUOriginalmente este
petrolero de 16.000 Tm de doble casco, estabapropulsado por dos
motores Diesel de media velocidad (425 RPM) queactuaban sobre la
reductora (425/120 RPM) que mova un nico eje de colacon la hlice de
paso controlable. Asimismo los propios motoresprincipales movan, a
travs de sendas multiplicadoras 425/1000 RPM, alos generadores
(colas) que alimentaban a las barras de 6 kV De estasbarras se
alimentaban los motores de los compresores de aire, los motoresde
las electrobombas de carga, de las electrobombas de lastre y la
hlice deproa. Se dispona asimismo de dos grupos auxiliares
alimentando el cuadrode B/T a 380 V. A su vez este cuadro poda ser
alimentado desde el cuadrode 6kV a travs de dos trafos.Para
proceder a la transformacin se quitan las motores
principales,reductora, hlice y eje de cola, timn y servo y se
procede a lamodificacin estructural para poder colocar el Pod. El
motor del Pod es unmotor sncrono de 1500 V con doble devanado
independiente, conectadoen doble estrella. El devanado de la rueda
polar, con flujo radial, esalimentado a travs de anillos de
deslizamiento. La velocidad de giro de lahlice puede variarse de
forma continua desde 0 a 150 RPM.Con objeto de conseguir la mxima
fiabilidad se duplicaron los servicios lomximo posible: motor con
doble devanado, como acaba de decirse; doscicloconvertidores
refrigerados por agua (con sus respectivos circuitos decontrol de
disparo) y alimentado cada uno de ellos por sus trestransformadores
trifsicos (ver figuras 5d y 5e, esta ltima figura nocorresponde a
este buque pero es similar) ; del cuadro de B/T, tomandoalimentacin
de un lado u otro del cuadro, se alimenta a un trafo quealimenta a
dos unidades de excitacin del rotor del motor, una en servicio yla
otra en reserva y se selecciona una de las salidas mediante
dosinterruptores con enclavamiento para alimentar el devanado
rotrico. Si,por ejemplo, surge un fallo en uno de los
cicloconvertidores, queda sinalimentacin uno de los devanados del
motor, pero puede seguirfuncionando el resto del sistema al 50% de
la potencia. El sistema degobierno incluye tres motores hidrulicos,
uno es suficiente, impulsadospor dos bombas hidrulicas, que actan
sobre un anillo de acero que mueveel conjunto del pod, de un modo
anlogo a como lo hara la caa de untimn convencional.6En este buque
el ngulo de rotacin sobre el eje de giro vertical, en vez deser
180, es de tan solo 95 debido a la falta de espacio (figura 5b)
porno haberse diseado en origen el casco para este tipo de
propulsor.En las modernas construcciones el control se hace a travs
de joysticks quepermiten ajustar la direccin y el nmero de
revoluciones. Para parar elbuque puede escogerse entre invertir el
sentido de rotacin de la hlice obien, manteniendo el sentido de
giro, girar la unidad 180.BIBLIOGRAFIA1.- Informacin tcnica
proporcionada por los fabricantes2.-Electric Propulsin. Conference
proceedings. The Institute of MarineEngineers. Londres, 19953.-
WWW. Distintas fuentesFigura 1.- Aumento del espacio de carga con
propulsores pod7Figura 2.- Azipod Y Compact Azipod8Figura 3.-
Mermaid (Izda) y SSP (Dcha)Figura 4- Dolphin9Figura 5.- M/T Uikku
(el esquema e , aunque similar, no es de este buque)10Figura 7.-
M/T Uikku: transformacin.
