Energía Eléctrica en un crucero: Nociones básicas

Cuando nos planteamos realizar un viaje de varios días en barco, uno de los puntos más importantes es el de la energía a bordo. Sin ella no funcionan los instrumentos electrónicos de navegación, ni la luces de navegación nocturna, ni ninguno de los aparatos eléctricos que nos hacen más fácil la vida en el crucero. 

En caso de avería total, está claro que el barco seguirá a flote y navegando. Pero es muy arriesgado viajar de noche sin luces, o no poder aprovechar las ventajas de lo recientes instrumentos electrónicos de navegación. Sin electricidad el molinete del ancla no se mueve, y puede ser muy duro subirla a mano. Si llevamos una vía de agua la bomba de sentina no podría trabajar forzándonos a utilizar los cubos. Sin electricidad el motor del barco no puede arrancar, haciendo muy arriesgado la entrada a puerto utilizando las velas. Todos los problemas que puede originar una avería eléctrica a bordo pueden convertirse en asuntos muy graves en caso de una meteorología adversa y vientos fuertes.  

Aún sin avería eléctrica debemos tener muy claro cual es nuestro consumo y nuestra capacidad de generación a bordo. El sistema eléctrico debe ser capaz de producir electricidad por cualquiera de los medios disponibles, almacenarla y distribuirla a los diferentes aparatos del barco. 

Debemos estar al tanto de la instalación de nuestro barco y conocer algunas nociones básica de electricidad, así como disponer de algunas herramientas e instrumentos con los que trabajar a bordo. 

No se trata de dar un cursillo de electricidad. Conociendo la ley de ohm y algunas de sus variantes podremos evaluar el consumo diario en nuestro barco, y por tanto calcular una capacidad idónea para las baterías, así como diseñar el sistema de aporte y restitución de energía eléctrica más adecuado. Cuanto más consumo haya a bordo, más rápido se descargarán las baterías.  

Normalmente se habla de potencia en watios (por ejemplo las luces de navegación podrían consumir un total de 50 watios),  y de voltios  (normalmente las baterías de los barcos suelen ser de 12 voltios) y también se habla decorriente (o intensidad de la corriente) que se mide en Amperios (por ejemplo podemos ver que un aparato eléctrico a bordo dice consumir 15 Amp).  

Es muy importante saber que el producto de los voltios por la corriente, nos indica la potencia en   watios. Por ejemplo, si nuestro molinete eléctrico del ancla dice consumir 70 amperios y tiene que funcionar a 12 voltios, entonces la potencia que consume es de 70x12= 840 watios;   Potencia = Tensión x Corriente.  De la misma fórmula podremos obtener que la Corriente = Potencia/ Tensión.  

La mejor manera de obtener el consumo total de un barco es calcular la corriente de cada uno de los aparatos, para multiplicarla por las horas que lo vamos a utilizar. Por ejemplo: Una bombilla que tiene una potencia de 24 watios consume una corriente de 2 amperios ( 24watios/12Voltios= 2Amperios)  Su consumo instantáneo será de 2 amperios y si la vamos a dejar encendida durante 15 horas, entonces habremos consumido de la batería 2 amperios x15 horas = 30 Amperios (en verdad deberíamos decir Amperios-hora que es una cantidad de energía consumida)

Imaginemos por otro lado, que el GPS consume 3 amperios y lo dejamos encendido todo el día. Entonces su consumo habrá sido de 3x24= 72 Amperios-hora. En este ejemplo el consumo total del barco durante este día habría sido de 30+72 = 102 Amperios-hora. 

Sumaremos los consumos a bordo para obtener el consumo total diario. Algunos aparatos tienen marcado su consumo en algún rincón al que es difícil acceder cuando ya está instalado. En otros casos una instalación mal efectuada puede alterar los consumos marcados de fábrica. Por estas razones, lo que lo más cómodo es utilizar un amperímetro que nos lo indique. Si el panel de interruptores del barco lleva instalado un amperímetro, simplemente conectaremos uno tras otro los aparatos de abordo e iremos apuntando sus consumos, para luego multiplicarlos por el tiempo de uso previsto.

Pero muy pocos barcos llevan instalado amperímetro o son poco fiables, por lo que debemos utilizar uno nuestro. Existen aparatos de medida digitales muy económicos que nos permitirán conocer el voltaje, resistencia, y corriente.  

Con estos multímetros podremos saber la tensión actual de la batería. Para ello pondremos la escala en Voltios y sobre la calibración  de 20 Voltios, que es la más cercana a tensión de 12Voltios que queremos medir. Con hacer contacto con los cables rojo y negro en la batería, conseguiremos leer el valor de la tensión. El cable rojo en el positivo y el negro en el negativo. Si ponemos los cables al revés la tensión medida vendrá con un signo menos. De esta manera podemos buscar el positivo ya que si sale un signo menos en pantalla, estará en donde tengamos el cable negro y si la lectura tiene valor positivo estará en donde tengamos el cable rojo.  

Para medir la corriente debemos poner la escala en amperios y  poner el circuito en serie con el multímetro, es decir

como si fuera el contador de agua de una canalización de riego. Podemos quitar el borne positivo de la batería y conectar el amperímetro a la batería y al borne que hemos retirado de esta.  

La mayoría de los multímetros digitales son capaces de medir hasta corrientes de solo 10 amperios, es decir 120 watios de potencia (10Amp x 12 Voltios), lo cual no permite medir corrientes elevadas como las del molinete eléctrico, o el motor de arranque del motor del barco. Para medir estos consumos podemos utilizar otro instrumento llamado pinza amperimétrica. Sencillamente pondremos la pinza abrazando el cable por el que circula la corriente que queremos medir. No hay necesidad que desconectar ni conectar nada, ya que esta funciona por inducción. 

El multímetro en escala de medición de medición de resistencias nos permite rastrear que un cable no esté cortado o en cortocircuito. Pondremos por ejemplo la escala en 20 KOhms, y constatamos que si los cables de medida están separados la medida indica ‘1’ queriendo decir este valor que en verdad se trata de infinito, es decir que el circuito está interrumpido o abierto. Por el contrario, si juntamos los cables de medida veremos como en la pantalla sale el valor cero, indicando que no hay resistencia entre ellos y por tanto que el valor medido es de cero Ohms. Si un fusible está bien el valor medido será de 0 Ohms. Si está fundido su lectura será infinito. Un cable cortado entre los dos extremos que queramos medir se comportará a efectos de medición como el fusible. Si está cortado su medida dará infinito. Si está bien dará cero, o un valor cercano a cero si el cable es largo. 

A modo de ejemplo comentamos a continuación los consumos reales de distintos aparatos del barco en un velero de unos 12 metros, que en total llegan a unos 200 amperios-hora cada día. Las baterías por tanto deben poseer la capacidad de almacenar esta energía y de alguna forma debemos ser capaces de recargarlas en un valor aproximado a esta cifra. En el ejemplo ofrecido, comprobamos que cerca de la mitad del consumo se produce por la nevera eléctrica la cual viene a consumir de 4 a 6 amperios y suele funcionar un 70% del tiempo y el piloto automático que al tener que hacer pequeñas correcciones sobre el timón también consume unos 5 amperios. 

 

Equipamiento Amperios      Horas/días Amp-Hora/dia

Iluminación cabina principal 

2 1 2

Iluminación cabina popa 1  

1 1 1

Iluminación cabina popa 2

1 1 1

Iluminación salón  4 3 12

Iluminación de baños 1 0,5 0,5

Luces de navegación 2 4 8

Luz de Fondeo 1 8 8

Luz de cartas 0,5 1 0,5

Luz de bañera / luz de puente  

1 1 1

Equipo presurización de agua

6 .1 0,6

Refrigeración 4 14 56

Piloto automático 5 11 55

GPS/ChartPlotter 2 11 22

Alarma de garreo del GPS

2 8 16

Radar 5 1 5

Radio VHF en escucha 0,1 11 1,1

Radio VHF en emisión 5 0,1 0,6

Bomba de sentina 6 0,1 0,6

TOTAL Consumo eléctrico     191,8 Ah

  Para los valores de tiempo en esta tabla de consumos hemos supuesto una navegación de unas 11 horas diarias, de las cuales 4 horas de navegación nocturna, tras las cuales fondeamos dejando encendido la alarma de garreo que ofrecen los GPS, y la luz de fondeo. Podemos observar como el consumo de la radio VHF es muy pequeño, a pesar de aumentar mucho su consumo mientras emitimos, y que existen otros aparatos que debido al poco tiempo de uso a penas contribuyen a la suma total, a pesar de su alta potencia en funcionamiento. Por ejemplo la bomba de presurización de agua solo funciona durante breves momentos para recargar presión en el circuito cuando sea necesario. Motores de gran potencia como una hélice de proa, o el molinete del ancla no contabilizarán ningún valor en la tabla ya que además de funcionar por muy breves periodos de tiempo, cuando lo hacen el motor del barco debe estar en marcha, no consumiendo energía de la batería.       Artículos relacionados:

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Monitorizar la energía a bordo

Controlar el consumo de electricidad a bordo es importante cuando navegamos y fondeamos por la noche. Nuestras baterías tienen una determinada capacidad de almacenamiento y por ello debemos conocer y calcular nuestro consumo para no agotarlas y encontrarnos con problemas importantes.

 No, hay secretos. Cuanto más aparatos a bordo, mayor será el consumo. Las baterías no tienen energía ilimitada, y por ello hay que cargarlas, y controlarlas. Pero con el tiempo y el uso, las baterías se van estropeando lo que se traduce en una reducción de su capacidad para almacenar energía. Por ello es muy interesante la posibilidad de controlar todo lo que pasa con las baterías de nuestro barco, sabiendo en cualquier momento si las baterías están recibiendo energía, o por el contrario está saliendo corriente de ellas, a pesar de tener en marcha el motor del barco que genera energía mediante su alternador. Muy pocos barcos llevan instalado de serie estos dispositivos, que son más necesarios cuanto más largo y dependiente de la energía eléctrica, sean nuestros viajes. 

 

Los controladores tienen en cuenta muchos factores como son su capacidad de almacenamiento, su vejez, las corrientes entrantes o salientes de ellas, el porcentaje de energía que tienen en cada momento. Para ello estos dispositivos toman medidas de la corriente y la tensión de la batería de forma continua, procesando estos valores para calcular toda la información que nos ofrecen.

 

 La capacidad de las baterías

Para entender de forma sencilla los conceptos relacionados con las baterías, podemos hacer un símil con agua. Suponga que sus baterías son un depósito de agua de por ejemplo 500 litros. Serán capaces de entregar 50 litros por hora durante 10 horas, o 100 litros/hora pero solo durante 5 horas. Un parque de baterías de 500 Amperios/hora (Ah) podrán entregar una corriente de 50 amperios durante 10 horas.

Pero con las baterías ocurre que cuanto más grande es la corriente que pedimos, menos energía total podremos extraer de ella. Si en el ejemplo anterior sacamos del parque de baterías 10 amperios, podremos hacerlo durante 50 horas, pero si pretendemos sacar 100 amperios, aunque en teoría podríamos abastecernos de esa corriente durante 5 horas, en la práctica solo dispondremos de un 60% de la

capacidad máxima es decir de unas 3 horas. Este efecto nada superfluo y conocido como efecto Peukert, nos obliga a no descargar nunca las baterías más allá del 80% de su máxima capacidad de almacenamiento ya que en caso contrario las dañaríamos mucho.

La capacidad de las baterías va disminuyendo con el tiempo y es muy difícil saber cual es la capacidad exacta que tiene actualmente nuestro parque.

 

Es cierto que a partir de la tensión de la batería es posible saber el estado de carga de la batería, pero como las baterías poco a poco van perdiendo capacidad de carga y es difícil mediar la corriente neta que entra o sale de ella, al final son necesarios estos dispositivos para poder conocer en cada momento el estado de nuestro parque de baterías.

No es fácil hacer los cálculos a mano, ya que no se pueden sumar sin más los amperios producidos por los distintos métodos de carga de que dispongamos. Por ejemplo, si tenemos paneles solares y un hidrogenerador o aerogenerador, no podremos utilizar todos de forma simultánea, y además la corriente nominal entregada por cada uno de ellos dependerá de la temperatura, del estado de carga de las baterías, y de la tensión. El controlador es más necesario que nunca en estos casos.

 MOBAT

Eshia ofrece un interesante controlador de baterías que puede ser configurado con los datos que el usuario aporte, y en función del tipo de batería y su capacidad nominal.

El MOBAT es un monitor de baterías configurable con display LCD. Equipo compacto que le permitirá visualizar datos exactos de carga de las baterías, voltaje y corriente de carga o descarga del barco y autonomía de la batería según el consumo instantáneo.

 

Gracias a su diseño y a su modo de funcionamiento, el MOBAT ofrece una máxima fiabilidad y un prolongado período de vida útil. El monitor de baterías está preparado para su instalación en ambientes marinos.

Todas las funciones programables incluyen un seguimiento muy preciso de los parámetros como los valores de voltaje y corriente del sistema/s. La tensión y la intensidad de corriente en los dos sentidos son controlados constantemente, reajustando cada

pocos segundos el estado y capacidad de los sistemas de acumulación.

 

El MOBAT incorpora salidas de maniobra para

señales de control a través de 2 reles libres de potencial. Estos reles pueden ser maniobrados observando 3 valores y parámetros diferentes, V batería, I de carga o consumo y % del estado de carga de baterías. Para conseguir el máximo aprovechamiento de la energía disponible en las baterías, podemos configurar estos reles libres de potencial en base a los parámetros de control que se describen. Está equipado con memorias flash, lo que permite hacer fácilmente una modificación de sus parámetros (sin retirar la unidad de la instalación) para adecuarlo a los cambios que puedan determinarse a requerimientos específicos del cliente.

El monitor de baterías, antes de mostrar los valores en pantalla, gestiona el cálculo de un gran número de medidas, lo que le permite eliminar errores debidos a posible rizado en la corriente de batería.

 

 

Cargar las Baterías

 

La forma más común de recargar las baterías es con el propio alternador del motor del barco. Debemos tener en cuenta que cuanto más potente sea el alternador, antes lograremos recargar las baterías, dentro de ciertos límites, y esto es importante en el caso de un velero, en donde es necesario recargar las baterías en poco tiempo ya que se pretende navegar a vela! 

Pero existen varios otros modos de proceder. Paneles solares, generadores eólicos, o simplemente el cargador de baterías que conectamos al llegar a puerto. 

 

Cargadores de baterías

Existen muchos tipos de cargadores de baterías, de muchos precios, y variadas calidades. No todos son iguales, y debemos tener presente que un cargador de calidad puede alargar la vida de las baterías y lograr capacidades de carga más grandes. Además estando en puerto, el cargador nos debe suministrar suficiente corriente para el consumo normal del barco, de modo que cargue la batería y nos permita alimentar los dispositivos eléctricos sin gastar de la batería. Una corriente de entre 10 y 20 amperios suele ser adecuada para barcos de unos 10 metros de eslora. 

Existen algunos de más calidad que miden continuamente la carga actual que tiene la batería mientras esta se carga, modificando el régimen de carga durante el ciclo de carga. De esta manera se consiguen cargas más rápidas y profundas, además de protegerlas de excesos de carga que solo evaporarían el electrolito produciendo hidrógeno.

Los paneles solares y generadores eólicos

 Los paneles solares pueden cargar las baterías con un mantenimiento mínimo, de una forma ecológica, limpia y silenciosa. Son una opción muy adecuada ya que conseguiremos en nuestra ausencia que la batería esté siempre en el tope de carga. Los generadores eólicos son también otra opción muy interesante alternativa y complementaria a los paneles solares. En ambos casos debemos instalar un regulador entre el panel o generador eólico y la

batería, que se encarga de vigilar si están dando suficiente tensión como para cargar correctamente la batería o entrega demasiado lo cual será contraproducente. 

Alternador auxiliar al árbol de hélice

Básicamente consiste en acoplar mecánicamente un nuevo alternador al árbol de la hélice, de modo que cuando esta gira impulsada por el agua al desplazarse el barco a vela, el generador entregue corriente eléctrica para cargar las baterías. 

Naturalmente debemos poner el motor en punto muerto para que la hélice gire libremente impulsada por la corriente de agua generada por el desplazamiento del barco. 

El acoplamiento se produce mediante una polea y una correa movida por el propio eje de la hélice al movernos a vela. Para que el generador pueda cargar las baterías, el árbol de la hélice debe girar al menos a 400 rpms y entregará el máximo amperaje cuando gire a unas 2.000 revoluciones por minuto. El aporte de energía eléctrica puede ser muy importante y suficiente para suplir el consumo diario. 

No todas las bancadas y barcos admiten la instalación de un segundo alternador, por lo que debemos estudiar mecánicamente la posible adaptación. La polea montada en el eje debe estar lo más cerca posible de la salida del motor, para evitar la flexión del árbol debido a la tensión de la correa. Esta polea debe tener un diámetro de al menos unos 20 centímetros para que la desmultiplicación con la polea del alternador permita sacar más revoluciones en el giro del alternador. Una relación de 4 ó 5 de desmultiplicación será la correcta para obtener una corriente de

salida en el alternador idónea. Es sumamente importante que las dos poleas estén perfectamente alineadas y con sus ejes paralelos al eje del árbol so pena de peder bastante rendimiento en el aprovechamiento de la energía proporcionada por el giro de la hélice del barco. El nuevo generador debe estar montado solidariamente al bloque del motor, de modo que las vibraciones vayan en concordancia con el árbol. Existenkits de montaje que permiten instalar todas las piezas sin tener que “inventar” ninguna pieza.

 Acoplar una polea a la salida del eje de este motor es complicado pues hay poca distancia libre hasta la

sentina.

El árbol y su inversor de marcha deben poder girar libremente como de hecho ocurre con todos los inversores mecánicos (la mayoría). Pero existen inversores hidráulicos que son refrigerados por el circuito de aceite forzado del motor, de modo que al girar el eje sin el motor en marcha estos no reciben lubricación. Por esta razón, con este tipo de inversores, debe poner en marcha el motor unos minutos un par de veces al día. 

El eje debe girar arrastrado por el flujo de agua a buenas revoluciones a pesar de la modesta velocidad del velero, por lo que no debe instalar hélices de palas plegables o en pico de pato. La típica hélice de 3 palas es la más adecuada. En cuanto a la forma de las poleas y de la correa, puede utilizar la típica trapezoidal o planas que tienen algo más de rendimiento. 

Con el barco a 5 nudos el alternador puede entregar del orden de 5 amperios, subiendo rápidamente a unos 10 amperios con el velero a unos 7 nudos.

 

 

El hidrogenerador de arrastre 

 Se trata de un dispositivo muy interesante ya que no requiere complicadas instalaciones y produce unos rendimientos más que aceptables. Funciona mediante un alternador exterior y sujeto en cubierta el cual girará por el arrastre de un cabo al agua cuyo extremo lleva montada una hélice.  El montaje es muy sencillo ya que no requiere más fijación que la del alternador en el balcón de popa, de forma flexible mediante unos cabos. Puede ser instalado en cualquier barco y ya que la hélice de la embarcación no tiene ningún cometido en su giro, y por ello podremos llevar instalada una plegable que nos dará cerca de un nudo más a vela.  El cabo arrastrado debe tener unos 14 a 20 metros de longitud para permitir que la hélice arrastrada esté bien sumergida y gire correctamente. Por ello no debe utilizar el dispositivo durante las maniobras o con otros barcos muy cerca. Generan corriente en cuanto el barco alcanza los 5 nudos de velocidad y a razón de un amperio por cada nudo de velocidad, de modo que si el velero hace 6 nudos, dispondremos una corriente de carga de unos 6 amperios.  Para recogerlo, lo mejor es parar el barco para que el cabo deje de tirar, ya que la tensión es importante y el rápido giro del cabo podría quemarnos las manos.