Sistema de propulsión diésel-eléctrico

Una transmisión diésel-eléctrica , o tren motriz diésel-eléctrico , es un sistema de transmisión para vehículos propulsados ​​por motores diésel en el transporte por carretera, ferroviario y marítimo . La transmisión diésel-eléctrica se basa en la transmisión gasolina-eléctrica , un sistema de transmisión utilizado para motores de gasolina .

La transmisión diésel-eléctrica se utiliza en los ferrocarriles en locomotoras diésel-eléctricas y unidades múltiples diésel-eléctricas , ya que los motores eléctricos pueden proporcionar un par máximo desde 0 RPM . Los sistemas diésel-eléctricos también se utilizan en el transporte marítimo , incluidos los submarinos, y en algunos vehículos terrestres.

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La característica definitoria de la transmisión diésel-eléctrica es que evita la necesidad de una caja de cambios , al convertir la fuerza mecánica del motor diésel en energía eléctrica (a través de un alternador ), y usar la energía eléctrica para impulsar los motores de tracción , que impulsan el vehículo mecánicamente. Los motores de tracción pueden ser alimentados directamente o a través de baterías recargables , lo que convierte al vehículo en un tipo de vehículo eléctrico híbrido . Este método de transmisión a veces se denomina transmisión eléctrica, ya que es idéntico a la transmisión gasolina-eléctrica , que se utiliza en vehículos impulsados ​​por motores de gasolina, y al tren motriz turbina-eléctrico , que se utiliza para turbinas de gas .

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Las transmisiones diésel-eléctricas son un tipo de transmisión variable continua . La ausencia de una caja de cambios elimina la necesidad de cambios de marcha, lo que evita una aceleración desigual causada por el desacoplamiento de un embrague . Con baterías auxiliares, los motores pueden funcionar solo con electricidad, por ejemplo, cuando el ruido o el escape del motor perturban una zona de aire limpio . ^[1]

Las desventajas de una transmisión diésel-eléctrica son la complejidad potencial, el costo y la menor eficiencia debido a la conversión de energía. ^{[ dudoso – discutir ]} Los motores diésel y los motores eléctricos son conocidos por tener un alto par a bajas revoluciones, esto puede dejar altas revoluciones con poco par. Por lo general, un motor de gasolina se combina con motores eléctricos por este motivo. El motor de gasolina produce más par a altas revoluciones, complementado por el par a bajas revoluciones de los motores eléctricos.

El primer buque motor diésel fue también el primer buque diésel-eléctrico, el petrolero ruso Vandal de Branobel , que se botó en 1903. La propulsión eléctrica con turbina de vapor se ha utilizado desde la década de 1920 ( acorazados de clase Tennessee ), y el uso de plantas motrices diésel-eléctricas en buques de superficie ha aumentado últimamente. Los buques de defensa costera finlandeses Ilmarinen y Väinämöinen , puestos en quilla entre 1928 y 1929, estuvieron entre los primeros buques de superficie en utilizar transmisión diésel-eléctrica. Más tarde, la tecnología se utilizó en rompehielos con motor diésel . ^{[ cita requerida ]}

En la Segunda Guerra Mundial, la Armada de los Estados Unidos construyó buques de guerra de superficie diésel-eléctricos. Debido a la escasez de maquinaria, los destructores de escolta de las clases Evarts y Cannon eran diésel-eléctricos, con la mitad de su potencia diseñada (las clases Buckley y Rudderow eran turbinas de vapor eléctricas de máxima potencia). ^[2] Los rompehielos de la clase Wind , por otro lado, fueron diseñados para propulsión diésel-eléctrica debido a su flexibilidad y resistencia a los daños. ^{[3] [4]}

Algunos barcos diésel-eléctricos modernos, incluidos los cruceros y los rompehielos, utilizan motores eléctricos en cápsulas llamadas propulsores azimutales debajo para permitir una rotación de 360°, lo que hace que los barcos sean mucho más maniobrables. Un ejemplo de esto es Symphony of the Seas , el barco de pasajeros más grande en 2019. ^[5]

Las turbinas de gas también se utilizan para generar energía eléctrica y algunos barcos utilizan una combinación: el Queen Mary 2 tiene un conjunto de motores diésel en la parte inferior del barco más dos turbinas de gas montadas cerca de la chimenea principal; todas se utilizan para generar energía eléctrica, incluidas las que se utilizan para impulsar las hélices . Esto proporciona una forma relativamente sencilla de utilizar la salida de alta velocidad y bajo par de una turbina para impulsar una hélice de baja velocidad, sin la necesidad de un engranaje reductor excesivo. ^{[ cita requerida ]}

La mayoría de los primeros submarinos utilizaban una conexión mecánica directa entre el motor de combustión y la hélice, alternando entre motores diésel para la navegación en superficie y motores eléctricos para la propulsión sumergida. Se trataba, en efecto, de un híbrido de tipo "paralelo", ya que el motor y el motor de combustión interna estaban acoplados al mismo eje. En la superficie, el motor (impulsado por el motor de combustión interna) se utilizaba como generador para recargar las baterías y suministrar otras cargas eléctricas. El motor se desconectaba para la navegación sumergida, y las baterías alimentaban el motor eléctrico y suministraban también toda la demás energía. ^[6]

En cambio, en una verdadera disposición de transmisión diésel-eléctrica, la hélice o las hélices siempre son impulsadas directamente o a través de engranajes reductores por uno o más motores eléctricos , mientras que uno o más generadores diésel proporcionan energía eléctrica para cargar las baterías y accionar los motores. Si bien esta solución presenta algunas desventajas en comparación con la conexión mecánica directa entre el motor diésel y la hélice que era común inicialmente, con el tiempo se descubrió que las ventajas eran más importantes. Una de las varias ventajas significativas es que aísla mecánicamente el ruidoso compartimento del motor del casco de presión exterior y reduce la firma acústica del submarino cuando sale a la superficie. Algunos submarinos nucleares también utilizan un sistema de propulsión turboeléctrico similar, con turbogeneradores de propulsión impulsados ​​por vapor de la planta del reactor. ^[7]

Entre los usuarios pioneros de la verdadera transmisión diésel-eléctrica se encontraba la Armada sueca con su primer submarino, el HMS Hajen (posteriormente rebautizado como Ub no 1 ), botado en 1904 y equipado originalmente con un motor semidiésel (un motor de bulbo caliente destinado principalmente a ser alimentado por queroseno), posteriormente reemplazado por un verdadero diésel. ^[8] Entre 1909 y 1916, la Armada sueca botó otros siete submarinos en tres clases diferentes (segunda clase, clase Laxen y clase Braxen), todos utilizando transmisión diésel-eléctrica. ^[9] Aunque Suecia abandonó temporalmente la transmisión diésel-eléctrica cuando empezó a comprar diseños de submarinos del extranjero a mediados de la década de 1910, ^[10] la tecnología se reintrodujo inmediatamente cuando Suecia empezó a diseñar sus propios submarinos de nuevo a mediados de la década de 1930. A partir de ese momento, la transmisión diésel-eléctrica se ha utilizado sistemáticamente en todas las nuevas clases de submarinos suecos, aunque complementada con propulsión independiente del aire (AIP), como la proporcionada por los motores Stirling a partir del HMS Näcken en 1988. ^[11]

Otro de los primeros en adoptar la transmisión diésel-eléctrica fue la Armada de los Estados Unidos , cuya Oficina de Ingeniería de Vapor propuso su uso en 1928. Posteriormente se probó en los submarinos de clase S S-3 , S-6 y S-7 antes de ponerse en producción con la clase Porpoise de la década de 1930. A partir de ese momento, continuó utilizándose en la mayoría de los submarinos convencionales estadounidenses. ^[12]

Aparte de la clase U británica y algunos submarinos de la Armada Imperial Japonesa que utilizaban generadores diésel independientes para navegar a baja velocidad, pocas armadas, aparte de las de Suecia y los EE. UU., hicieron un uso considerable de la transmisión diésel-eléctrica antes de 1945. ^[13] Después de la Segunda Guerra Mundial, en cambio, se convirtió gradualmente en el modo de propulsión dominante para los submarinos convencionales. Sin embargo, su adopción no siempre fue rápida. Cabe destacar que la Armada Soviética no introdujo la transmisión diésel-eléctrica en sus submarinos convencionales hasta 1980 con su clase Paltus . ^[14]

Durante la Primera Guerra Mundial , existía una necesidad estratégica de locomotoras sin columnas de humo sobre ellas. La tecnología diésel aún no estaba lo suficientemente desarrollada, pero se hicieron algunos intentos precursores, especialmente para transmisiones de gasolina y electricidad por parte de los franceses (Crochat-Collardeau, patente de 1912 también utilizada para tanques y camiones) y los británicos ( Dick, Kerr & Co y British Westinghouse ). Alrededor de 300 de estas locomotoras, de las que solo 96 eran de ancho estándar, estuvieron en uso en varios puntos del conflicto. ^{[ cita requerida ]}

En la década de 1920, la tecnología diésel-eléctrica se utilizó por primera vez de forma limitada en las locomotoras de maniobras (Reino Unido: locomotoras de maniobras ), locomotoras utilizadas para mover trenes en los patios ferroviarios y ensamblarlos y desensamblarlos. Una de las primeras empresas que ofreció locomotoras "Oil-Electric" fue la American Locomotive Company (ALCO). La serie ALCO HH de locomotoras de maniobras diésel-eléctricas entró en producción en serie en 1931. En la década de 1930, el sistema se adaptó para los trenes aerodinámicos , los trenes más rápidos de su época. Los motores diésel-eléctricos se hicieron populares porque simplificaron enormemente la forma en que se transmitía la fuerza motriz a las ruedas y porque eran más eficientes y tenían requisitos de mantenimiento muy reducidos. Las transmisiones de transmisión directa pueden volverse muy complejas, considerando que una locomotora típica tiene cuatro o más ejes . Además, una locomotora diésel de transmisión directa requeriría una cantidad poco práctica de engranajes para mantener el motor dentro de su banda de potencia; acoplar el diésel a un generador elimina este problema. Una alternativa es utilizar un convertidor de par o un acoplamiento de fluido en un sistema de transmisión directa para reemplazar la caja de cambios.

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También se han producido autobuses diésel-eléctricos, incluidos sistemas híbridos capaces de funcionar con energía eléctrica y almacenarla en baterías. Los dos principales proveedores de sistemas híbridos para autobuses diésel-eléctricos son Allison Transmission y BAE Systems . New Flyer Industries , Gillig Corporation y North American Bus Industries son los principales clientes de los sistemas híbridos Allison EP, mientras que Orion Bus Industries y Nova Bus son los principales clientes del sistema BAE HybriDrive. Mercedes-Benz fabrica su propio sistema de propulsión diésel-eléctrico, que se utiliza en su Citaro . El único autobús que funciona con una sola transmisión diésel-eléctrica es el autobús conceptual de piso bajo Mercedes Benz Cito, que se presentó en 1998.

Algunos ejemplos incluyen:

• Grandes máquinas mineras, como el camión volquete Liebherr T 282B o la cargadora de ruedas LeTourneau L-2350 .
• Los transportadores de orugas de la NASA .
• Camión comercial Mitsubishi Fuso Canter Eco Hybrid .
• Camión híbrido diésel-eléctrico International DuraStar . ^[15]
• Dodge está realizando pruebas de flota de una versión diésel-eléctrica del Dodge Sprinter . ^{[16] [17]}
• Hyllion Inc. está modificando algunos semirremolques para que funcionen con su sistema híbrido diésel-eléctrico 6X4HE Clase 8. ^{[18] [19]}
• Edison Motors es una empresa canadiense que fabrica semirremolques y camionetas eléctricas y diésel-eléctricas. ^[20]

En la industria automotriz, se están desarrollando motores diésel en combinación con transmisiones eléctricas y energía de baterías para los sistemas de propulsión de los vehículos del futuro. La Asociación para una Nueva Generación de Vehículos fue un programa de investigación cooperativa entre el gobierno de los EE. UU. y los "tres grandes" fabricantes de automóviles ( DaimlerChrysler , Ford y General Motors ) que desarrollaron automóviles híbridos diésel. ^{[ cita requerida ]}

• "Crucero del Tercer Milenio", un intento de comercializar un automóvil diésel-eléctrico a principios de los años 1980. ^{[ cita requerida ]}
• Precepto de General Motors
• Ford Prodigio
• Dodge Intrepid ESX
• Ford Reflex es un concept car híbrido diésel. ^[21]
• Zytek desarrolló un sistema de propulsión híbrido diésel. ^{[22] [23]}
• Peugeot 307 Híbrido HDi
• Citroën C-Cactus ^[24]
• Opel Flextreme
• Motor Hammerhead Eagle i-Thrust de Top Gear
• Rivian Automotive estaba desarrollando un motor diésel-eléctrico que debería alcanzar un estimado de 90 millas por galón estadounidense (2,61 L/100 km) en la ciudad y más de 100 millas por galón estadounidense (2,35 L/100 km) en la carretera. ^[25]

La propulsión diésel-eléctrica se ha probado en algunos vehículos militares , como los tanques . Los prototipos de tanques superpesados ​​TOG1 y TOG2 de la Segunda Guerra Mundial usaban generadores gemelos impulsados ​​por motores diésel V12. Los prototipos más recientes incluyen el vehículo blindado modular SEP y el T95e . Los tanques futuros pueden usar propulsores diésel-eléctricos para mejorar la eficiencia del combustible al tiempo que reducen el tamaño, el peso y el ruido de la planta motriz. ^[26] Los intentos con propulsores diésel-eléctricos en vehículos militares con ruedas incluyen el infructuoso ACEC Cobra , el MGV y el vehículo robótico armado XM1219 . ^{[ cita requerida ]}

• Sistema de distribución de corriente continua (propulsión de buques)
• Transmisión gasolina-eléctrica
• Sistema de propulsión turboeléctrico (turboeléctrico)

• Cómo funcionan los vehículos híbridos alimentados con diésel en HowStuffWorks
• Guía de flotas limpias de EERE por tipo de vehículo
• Hybrid-Vehicle.org: información sobre la historia, la tecnología y la aplicación práctica de los vehículos híbridos en un amplio espectro de vehículos Archivado el 24 de febrero de 2021 en Wayback Machine
• Noticias sobre híbridos diésel