La eficiencia de un motor eléctrico en un propulsor azimutal es un factor crítico que afecta significativamente el rendimiento general y los costos operativos de las embarcaciones marinas. Como proveedor líder de propulsores azimutales para motores eléctricos, entendemos la importancia de cómo varía la eficiencia del motor según las diferentes condiciones de funcionamiento. En este blog, profundizaremos en los factores clave que influyen en la eficiencia del motor y cómo cambian en diversos escenarios.
Comprensión de los propulsores azimutales de motores eléctricos
Los propulsores azimutales de motor eléctrico son sistemas de propulsión avanzados que ofrecen una alta maniobrabilidad para los barcos. Consisten en un motor eléctrico que acciona una hélice y toda la unidad puede girar 360 grados alrededor de un eje vertical. Esto permite un control preciso de la dirección del empuje, lo cual es esencial para tareas como atracar, posicionamiento dinámico y navegación en aguas confinadas.
La eficiencia del motor eléctrico en un propulsor azimutal se define como la relación entre la potencia mecánica útil de salida y la potencia eléctrica de entrada. Una mayor eficiencia significa que se desperdicia menos energía en forma de calor, lo que resulta en menores costos operativos y un menor impacto ambiental.
Factores que afectan la eficiencia del motor
Variación de carga
Uno de los factores más importantes que afectan la eficiencia del motor es la carga sobre el motor. En un propulsor azimutal, la carga puede variar según la velocidad de la embarcación, las condiciones del mar y el empuje requerido. Cuando el motor funciona con su carga nominal, normalmente alcanza su máxima eficiencia. Sin embargo, a medida que disminuye la carga, la eficiencia también disminuye.
Con cargas bajas, las pérdidas fijas en el motor, como las pérdidas en el núcleo y las pérdidas por fricción, se convierten en una proporción mayor de la entrada total de energía. Estas pérdidas permanecen relativamente constantes independientemente de la carga, de modo que a medida que la carga disminuye, la relación entre la producción de energía útil y la entrada de energía total disminuye, lo que lleva a una menor eficiencia.
Por ejemplo, si una embarcación navega a baja velocidad, el propulsor azimutal puede estar funcionando a una fracción de su carga nominal. En este caso, la eficiencia del motor será menor en comparación con cuando la embarcación funciona a máxima velocidad y el motor está más cerca de su carga nominal.
Variación de velocidad
La velocidad del motor eléctrico también tiene un impacto significativo en su eficiencia. La mayoría de los motores eléctricos están diseñados para funcionar a una velocidad específica, conocida como velocidad nominal, donde logran una eficiencia óptima. Cuando el motor funciona a velocidades superiores o inferiores a la velocidad nominal, su eficiencia puede disminuir.
A altas velocidades, el aumento de las pérdidas por viento y corrientes parásitas en el motor pueden reducir la eficiencia. Las pérdidas por viento se producen debido a la fricción entre las partes giratorias del motor y el aire circundante, mientras que las pérdidas por corrientes parásitas son causadas por las corrientes inducidas en los conductores del motor. Estas pérdidas aumentan con el cuadrado de la velocidad, por lo que a medida que aumenta la velocidad, la eficiencia disminuye.
Por el contrario, a bajas velocidades, el motor puede experimentar problemas como una producción deficiente de par y un mayor deslizamiento, lo que también puede conducir a una menor eficiencia. El deslizamiento es la diferencia entre la velocidad síncrona del motor y su velocidad real, y aumenta a medida que aumenta la carga en el motor o disminuye la velocidad.
Temperatura
La temperatura es otro factor importante que afecta la eficiencia del motor. A medida que aumenta la temperatura del motor, también aumenta la resistencia de los devanados del motor. Esto conduce a mayores pérdidas en el cobre, que son proporcionales al cuadrado de la corriente que fluye a través de los devanados.
Además, las altas temperaturas también pueden afectar las propiedades magnéticas del núcleo del motor, lo que provoca mayores pérdidas en el núcleo. Estas pérdidas pueden reducir aún más la eficiencia del motor. Para mantener una eficiencia óptima, es esencial garantizar una refrigeración adecuada del motor para mantener la temperatura dentro del rango recomendado.
Calidad de energía
La calidad de la energía eléctrica suministrada al motor también puede afectar su eficiencia. Las fluctuaciones de voltaje, los armónicos y la potencia desequilibrada pueden causar pérdidas adicionales en el motor, reduciendo su eficiencia.
Las fluctuaciones de voltaje pueden hacer que el motor consuma más corriente de la necesaria, lo que provoca mayores pérdidas de cobre. Los armónicos, que son frecuencias no deseadas en la fuente de alimentación, pueden provocar pérdidas adicionales en los devanados y el núcleo del motor. La potencia desequilibrada, donde los voltajes en las tres fases de un motor trifásico no son iguales, también puede provocar mayores pérdidas y una reducción de la eficiencia.
Cambios de eficiencia bajo diferentes condiciones operativas
Atraque y maniobras
Durante las operaciones de atraque y maniobras, se requiere que el propulsor azimutal proporcione altos niveles de empuje a bajas velocidades. Esto significa que el motor funciona con una carga relativamente alta pero a baja velocidad. Como se mencionó anteriormente, operar a bajas velocidades puede reducir la eficiencia del motor debido a un mayor deslizamiento y otras pérdidas.
Además, los frecuentes cambios en la dirección del empuje durante el atraque y las maniobras también pueden provocar pérdidas adicionales en el motor. El motor tiene que acelerar y desacelerar rápidamente, lo que requiere energía adicional y puede provocar un mayor desgaste del motor.
Crucero
Cuando una embarcación navega a una velocidad constante, el propulsor azimutal funciona en condiciones más estables. Por lo general, el motor funciona a una carga y velocidad relativamente constantes, lo que le permite lograr una mayor eficiencia en comparación con las operaciones de atraque y maniobra.
Sin embargo, las condiciones del mar aún pueden afectar la eficiencia del motor durante la navegación. Por ejemplo, si la embarcación navega contra fuertes vientos o corrientes, es posible que el propulsor azimutal necesite proporcionar más empuje, lo que puede aumentar la carga sobre el motor y potencialmente reducir su eficiencia.
Posicionamiento dinámico
El posicionamiento dinámico es una técnica utilizada para mantener una embarcación en una posición fija o seguir un camino predeterminado sin el uso de anclas. En los sistemas de posicionamiento dinámico, el propulsor azimutal ajusta constantemente el empuje y la dirección para contrarrestar las fuerzas externas que actúan sobre la embarcación.
Esto requiere que el motor funcione bajo cargas y velocidades variables, lo que puede afectar significativamente su eficiencia. Los cambios frecuentes de carga y velocidad pueden hacer que el motor funcione fuera de su punto de funcionamiento óptimo, lo que lleva a una menor eficiencia.
Estrategias para mejorar la eficiencia motora
Tamaño adecuado
Una de las formas más efectivas de mejorar la eficiencia del motor es dimensionarlo adecuadamente para la aplicación. Un motor que es demasiado grande para la carga requerida funcionará con una carga baja la mayor parte del tiempo, lo que dará como resultado una menor eficiencia. Por otro lado, un motor demasiado pequeño se sobrecargará, lo que también puede reducir la eficiencia y provocar un fallo prematuro del motor.
Al calcular con precisión la carga y velocidad requeridas para el propulsor azimutal, podemos seleccionar un motor que tenga el tamaño adecuado para funcionar con su carga y velocidad nominales o cerca de ellas, maximizando su eficiencia.
Variadores de frecuencia (VFD)
Los variadores de frecuencia son dispositivos electrónicos que pueden controlar la velocidad y el par de un motor eléctrico variando la frecuencia y el voltaje de la energía eléctrica suministrada al motor. Al utilizar un VFD, el motor puede funcionar a diferentes velocidades y cargas manteniendo una alta eficiencia.
Un VFD permite que el motor funcione a la velocidad óptima para la carga requerida, reduciendo las pérdidas asociadas con las variaciones de velocidad y carga. También puede proporcionar capacidades de arranque y parada suaves, lo que puede reducir la tensión mecánica en el motor y mejorar su eficiencia general.
Mantenimiento regular
El mantenimiento regular es esencial para garantizar el rendimiento y la eficiencia óptimos del motor eléctrico en un propulsor azimutal. Esto incluye verificar la resistencia de aislamiento del motor, lubricar los cojinetes y limpiar el sistema de enfriamiento del motor.
Manteniendo el motor en buenas condiciones podemos reducir las pérdidas provocadas por la fricción, el desgaste y el sobrecalentamiento, lo que puede mejorar la eficiencia del motor y prolongar su vida útil.
Conclusión
La eficiencia de un motor eléctrico en un propulsor azimutal está influenciada por varios factores, incluida la variación de carga, la variación de velocidad, la temperatura y la calidad de la energía. Comprender cómo estos factores afectan la eficiencia del motor en diferentes condiciones operativas es crucial para optimizar el rendimiento del Azimuth Thruster y reducir los costos operativos.
Como proveedor de propulsores azimutales de motores eléctricos, estamos comprometidos a brindar a nuestros clientes productos de alta calidad que ofrezcan excelente eficiencia y confiabilidad. NuestroPropulsor azimutal montado en cubierta con aprobación RMRS,Propulsor azimutal bien montado marino, yPropulsor azimutal Crp impulsado por motor eléctricoestán diseñados para satisfacer las diversas necesidades de la industria marina y proporcionar un rendimiento óptimo en diversas condiciones operativas.
Si está interesado en obtener más información sobre nuestros propulsores azimutales de motor eléctrico o desea analizar sus requisitos específicos, contáctenos para una consulta. Nuestro equipo de expertos está listo para ayudarlo a seleccionar el producto adecuado para su aplicación y ayudarlo a lograr la mejor eficiencia posible del motor.
Referencias
- Chapman, SJ (2012). Fundamentos de maquinaria eléctrica. McGraw - Educación de Hill.
- Fitzgerald, AE, Kingsley, C. y Umans, SD (2003). Maquinaria Eléctrica. McGraw - Educación de Hill.
- Krause, PC, Wasynczuk, O. y Sudhoff, SD (2013). Análisis de Maquinaria Eléctrica y Sistemas de Accionamiento. Wiley.
