Ingeniería básica de maquinaria y electricidad
La ingeniería básica de maquinaria y electricidad es una de las bases del correcto funcionamiento de las grandes industrias en eml mundo.
facultad de ingeniería · naval
lun. 17 de may. 2021
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En la actualidad, y desde el constante crecimiento tecnológico que vivimos a diario, las industrias hacen parte crucial del desarrollo en el mundo. Por esta razón sus maquinarias y equipos juegan un papel básico en nuestras vidas, estemos directamente ligados a ellas o no. La ingeniería básica de maquinaria y electricidad es parte del mantenimiento adecuado que se debe realizar a cada área de la industria por parte del profesional.

Propulsión

La elección del sistema de propulsión es una decisión crucial en el diseño de la ingeniería básica de maquinaria. La última normativa OMI 2020 referente al control de emisiones, exige reducir significativamente las emisiones perjudiciales de óxidos de azufre. Entró en vigor el 1 de enero de 2020, exigiendo que el límite mundial del contenido de azufre del combustible de los buques se reduzca.

Este límite será obligatorio para todos los buques que operen fuera de ciertas zonas de control de emisiones designadas. El nuevo límite supondrá una reducción del 77% en las emisiones totales producidas por los buques. Esto equivale a una reducción anual de aproximadamente de 8,5 millones de toneladas métricas de óxidos de azufre. La elección de la propulsión está muy condicionada a la nueva normativa que se acaba de describir.

Propulsión por motores

La propulsión con motor de combustión es la más usada actualmente, por ser la más económica en relación consumo-coste. El motor de combustión interna consigue energía mecánica de forma directa de la energía química. Esto es desde un combustible que arde en el interior de su cámara de combustión. Con el motor acoplado al eje directamente para propulsiones con un solo motor. Si se necesitan más motores, se acoplan al eje propulsor mediante un engranaje.

Debido a la normativa IMO de reducción de emisiones, los buques con motores de combustión interna tienen las siguientes opciones:

  • Utilizar un combustible de bajo contenido en azufre, es decir, que no supere una concentración de 0,5 % masa/masa.
  • Utilizar combustibles de un contenido de azufre superior a 0,5% masa/masa. Combinarlos con un sistema de limpieza de gases, “scrubbers”, encargados de limpiar los gases antes de que se emitan a la atmósfera.
  • Optar por un combustible alternativo como:
    • El gas natural licuado (GNL) con el que se reducen emisiones de NOx, SOx y partículas.
    • El metanol, que es otro combustible alternativo que ya se utiliza en algunos servicios de navegación marítima.

Propulsión nuclear

La propulsión nuclear es muy poco usada. Solo a algunos buques militares y en submarinos así consiguen evitar la limitación a la hora de repostar y pueden permanecer más tiempo sumergidos. La propulsión nuclear es básicamente una propulsión a vapor. El fundamento del reactor nuclear es el fenómeno de la fisión nuclear.

Existen ciertos elementos químicos pesados cuyos núcleos inestables son susceptibles. Esto sucede mediante el bombardeo de neutrones de baja energía de escindirse en dos núcleos aproximadamente iguales. Ambos más ligeros, con producción de nuevos neutrones y un defecto de masa resultante. Este defecto de masa aparece en forma de energía calorífica, en virtud de la conocida Ley de Einstein E= m.c2, en la cual E es la energía, m la masa y c la velocidad de la luz.

Existe varios tipos de reactores, siendo el de “agua a presión” o PWR (Presurized Water Reactor), el que se utiliza a bordo de los barcos, en el cual el núcleo se mantiene a presión, para que el agua no hierva en su interior.

Propulsión por turbina de gas

La propulsión por turbina de gas es la más usada en los buques de guerra por su relación peso-potencia. En los buques mercantes, su utilización es limitada debido al incremento de consumo frente a un motor diésel, siendo el consumo de la turbina de gas en torno a 180 g/CV. hora y el consumo de un motor diésel 135 g/CV hora.

La turbina de gas funciona con el llamado ciclo de Brayton, la cual especifica que un gas perfecto sufre una comprensión a entropía constante en un compresor, y seguida de un calentamiento a temperatura elevada y presión constante en una cámara de combustión de esta manera seguidamente se expande isoentrópicamente en una turbina hasta la presión de aspiración inicial del compresor.

El resultado del trabajo desarrollado de expansión es mayor que el de absorción en la fase de comprensión. La instalación a bordo de la turbina de gas ha de hacerse siempre mediante un engranaje reductor, ya que la salida de la turbina de potencia es del orden de 3 500 r.p.m. y la velocidad de la hélice ha de ser considerablemente menor. Actualmente existen muchas instalaciones mixtas, asociada a motores diésel o a otras turbinas de gas de menor potencia como por ejemplo en cruceros.

Propulsión hibrida

La combinación de motores diésel y motores eléctricos, además con baterías, ofrece beneficios significativos como eficiencia, la compatibilidad ambiental y la flexibilidad, en una variedad de aplicaciones marinas. Puede ser usado en remolcadores, ya que ofrece la posibilidad de poder maniobrar con mucha precisión utilizando el motor eléctrico, o para entregar un potente tiro de bolardo utilizando toda la potencia de salida de los motores Diesel y motores eléctricos combinados.

Rolls-Royce ofrecerá sistemas completos de propulsión híbrida de MTU para buques, “que consta de motores de combustión interna MTU, módulos de accionamiento eléctrico, sistemas de transmisión, baterías, sistemas de control y control, además de otros componentes electrónicos”.

Propulsión con pila de combustible

Las pilas de combustible alimentadas por hidrógeno producen electricidad a través de una reacción electroquímica, cuyo producto residual es agua y, por tanto, con un mínimo impacto medioambiental. Una pila de combustible es un convertidor de energía, básicamente transforma la energía química almacenada en unos reactantes en energía eléctrica, de forma que se logra una corriente eléctrica que permite alimentar distintos dispositivos.

La pila de combustible es capaz de realizar esta transformación sin tener que pasar por las etapas de energía térmica y mecánica que pasaría un motor de combustión interna, por lo que su eficiencia es mayor que la del motor de combustión interna. Para lograr esta transformación directa las pilas de combustible se sirven de reacciones electroquímicas.

La energía eléctrica producida es accionada y controlada mediante un convertidor para mover un propulsor eléctrico. En este tipo de instalaciones es necesario complementar con baterías para ofrecer estabilidad a la salida de energía para propulsión. Esta tecnología es considerada como una de las soluciones de futuro para la eliminación de las emisiones de gases de efecto invernadero y la descarbonización del transporte marítimo.

Actualmente se está usando en buques menores y para distancias cortas, dado que, por unidad de peso, el gasoil y las gasolinas son capaces de almacenar, o producir, 150 veces más de energía. Para obtener por ejemplo la energía que se tiene en un tanque de 200 litros de gasolina, se tendría que llevar un parque de baterías de unas 28 Toneladas de peso. Además, se suma el coste de cambiar las baterías cada 4 o 5 años, que es la vida útil de una batería de ácido-plomo. Se puede encontrar en el mercado dispositivos capaces de generar 20 kW. Es decir, con la capacidad para alimentar un motor de unos 30 CVs de forma continuada.

La importancia del ingeniero especialista

El ingeniero juega un papel crucial en muchas de las actividades comerciales que se desarrollan en la actualidad. Por esta razón su profesión se ha convertido en un poco más exigente, de manera que el profesional debe estar en constante proceso de capacitación. Afortunadamente existen herramientas de aprendizaje como TECH Universidad Tecnológica, que brinda la oportunidad de culminar su proceso educativo en tiempo récord desde la virtualidad.

En su Facultad de Ingeniería pueden hallarse especializaciones tales como el Máster en Industria 4.0 y Transformación Digital y el Máster en Ingeniería de Software y Sistemas de Información. Sin embargo, para aquellos profesionales que busquen operar en el comercio marítimo, su transporte y todo lo que conlleva, no cabe duda que la mejor opción será el Máster en Ingeniería Naval y Oceánica.

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