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, ferrocarril 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 mediante locomotoras diésel-eléctricas y unidades múltiples diésel-eléctricas , ya que los motores eléctricos pueden suministrar el par máximo a 0 RPM . Los sistemas diésel-eléctricos también se utilizan en el transporte marítimo , incluidos los submarinos, y en algunos vehículos terrestres.
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 utilizar la energía eléctrica para impulsar los motores de tracción , que impulsan el vehículo. mecánicamente. Los motores de tracción pueden funcionar directamente o mediante 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 eléctrica de gasolina , que se utiliza en vehículos propulsados por motores de gasolina, y a la transmisión eléctrica de turbina , que se utiliza para las turbinas de gas .
Las transmisiones diésel-eléctricas son un tipo de transmisión continuamente variable . La ausencia de caja de cambios ofrece varias ventajas, ya que elimina la necesidad de cambios de marcha, eliminando así las irregularidades de aceleración provocadas por el desacoplamiento de un embrague . Con suficientes baterías, los motores pueden funcionar durante períodos de tiempo solo con electricidad, por ejemplo, cuando el ruido o el escape del motor son un problema, como al entrar en una zona de aire limpio . [1]
Las desventajas de una transmisión eléctrica diésel son la posible complejidad, el costo y el aumento de las pérdidas debido a la conversión de energía.
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El primer barco con motor diésel fue también el primer barco diésel-eléctrico, el petrolero ruso Vandal de Branobel , que fue botado en 1903. La propulsión eléctrica por turbina de vapor se utiliza desde la década de 1920 ( acorazados de la clase Tennessee ), utilizando motores diésel-eléctricos. en buques de superficie ha aumentado últimamente. Los barcos finlandeses de defensa costera Ilmarinen y Väinämöinen , fundados en 1928-1929, estuvieron entre los primeros barcos de superficie en utilizar transmisión diésel-eléctrica. Posteriormente, la tecnología se utilizó en rompehielos con motor diésel . [ cita necesaria ]
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, las escoltas de destructores de las clases Evarts y Cannon eran diésel-eléctricas, con la mitad de sus caballos de fuerza diseñados (las clases Buckley y Rudderow eran eléctricas y de turbina de vapor de máxima potencia). [2] Los rompehielos clase Wind , por otro lado, fueron diseñados para propulsión diésel-eléctrica debido a su flexibilidad y resistencia a los daños. [3] [4]
Algunos barcos diesel-eléctricos modernos, incluidos cruceros y 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 el Symphony of the Seas , el barco de pasajeros más grande hasta 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 el fondo del barco más dos turbinas de gas montadas cerca del embudo principal; todos se utilizan para generar energía eléctrica, incluidos los 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 necesaria ]
La mayoría de los primeros submarinos utilizaban una conexión mecánica directa entre el motor de combustión y la hélice, cambiando entre motores diésel para funcionamiento en superficie y motores eléctricos para propulsión sumergida. Se trataba efectivamente de un tipo de híbrido "paralelo", ya que el motor y el motor estaban acoplados al mismo eje. En la superficie, el motor (impulsado por el motor) se utilizaba como generador para recargar las baterías y alimentar otras cargas eléctricas. El motor se desconectaría para su funcionamiento sumergido, y las baterías alimentarían el motor eléctrico y también el resto de la energía. [6]
Por el contrario, en una verdadera disposición de transmisión diésel-eléctrica, la hélice o hélices siempre son impulsadas directamente o mediante 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 inicialmente común, con el tiempo se descubrió que las ventajas eran más importantes. Una de varias ventajas importantes 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 el 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 originalmente equipado con un motor semidiesel (un motor de bombilla caliente destinado principalmente a ser alimentado con queroseno), posteriormente reemplazado por un verdadero diesel. [8] De 1909 a 1916, la Armada sueca botó otros siete submarinos en tres clases diferentes (segunda clase, clase Laxen y clase Braxen), todos utilizando transmisión diesel-eléctrica. [9] Si bien Suecia abandonó temporalmente la transmisión diésel-eléctrica cuando comenzó a comprar diseños de submarinos en el extranjero a mediados de la década de 1910, [10] la tecnología se reintrodujo inmediatamente cuando Suecia comenzó a diseñar sus propios submarinos nuevamente a mediados de la década de 1930. A partir de ese momento, la transmisión diésel-eléctrica se ha utilizado constantemente para todas las nuevas clases de submarinos suecos, aunque complementada con propulsión independiente del aire (AIP) 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 clase S S-3 , S-6 y S-7 antes de ser implementado. en producción con la clase Porpoise de la década de 1930. A partir de ese momento, siguió 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 separados para funcionar a baja velocidad, pocas armadas, aparte de las de Suecia y Estados Unidos, hicieron mucho uso de la transmisión diésel-eléctrica antes de 1945. [13] Después En la Segunda Guerra Mundial, por el contrario, se convirtió gradualmente en el modo dominante de propulsión de los submarinos convencionales. Sin embargo, su adopción no siempre fue rápida. En particular, 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 ferroviarias sin columnas de humo sobre ellas. La tecnología diésel aún no estaba lo suficientemente desarrollada, pero se hicieron algunos intentos precursores, especialmente para las transmisiones gasolina-eléctricas, por parte de los franceses (Crochat-Collardeau, patente de 1912, también utilizada para tanques y camiones) y los británicos ( Dick, Kerr & Co y la británica Westinghouse). ). Alrededor de 300 de estas locomotoras, de las cuales sólo 96 eran de ancho estándar, estuvieron en uso en varios puntos del conflicto. [ cita necesaria ]
En la década de 1920, la tecnología diesel-eléctrica tuvo por primera vez un uso limitado en locomotoras de conmutación (Reino Unido: locomotoras de maniobras ), locomotoras utilizadas para mover trenes en patios ferroviarios y ensamblarlos y desensamblarlos. Una de las primeras empresas que ofreció locomotoras "oleoeléctricas" fue la American Locomotive Company (ALCO). La serie ALCO HH de conmutadores diésel-eléctricos entró en producción en serie en 1931. En la década de 1930, el sistema se adaptó a los streamliners , los trenes más rápidos de su época. Los motores diésel-eléctricos se hicieron populares porque simplificaban enormemente la forma en que se transmitía la fuerza motriz a las ruedas y porque eran más eficientes y reducían considerablemente los requisitos de mantenimiento. Las transmisiones de tracción directa pueden llegar a ser muy complejas, considerando que una locomotora típica tiene cuatro o más ejes . Además, una locomotora diésel de tracción directa requeriría una cantidad poco práctica de marchas 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 hidráulico en un sistema de transmisión directa para reemplazar la caja de cambios.
También se han producido autobuses diésel eléctricos, incluidos sistemas híbridos capaces de funcionar con baterías y almacenar energía eléctrica en ellas. Los dos principales proveedores de sistemas híbridos para autobuses de tránsito diésel-eléctricos incluyen 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 única transmisión diésel-eléctrica es el concepto de autobús de piso bajo Mercedes Benz Cito, que se introdujo en 1998.
Ejemplos incluyen:
En la industria del automóvil, se están desarrollando motores diésel en combinación con transmisiones eléctricas y energía de batería para futuros sistemas de propulsión de vehículos. La Asociación para una Nueva Generación de Vehículos fue un programa de investigación cooperativo entre el gobierno de EE. UU. y los "Tres Grandes" fabricantes de automóviles ( DaimlerChrysler , Ford y General Motors ) que desarrollaron automóviles híbridos diésel. [ cita necesaria ]
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 utilizaban generadores gemelos impulsados por motores diésel V12. Los prototipos más recientes incluyen el vehículo blindado modular SEP y el T95e . Los tanques futuros pueden utilizar propulsores diésel-eléctricos para mejorar la eficiencia del combustible y al mismo tiempo reducir el tamaño, el peso y el ruido de la central eléctrica. [26] Los intentos con propulsores diésel-eléctricos en vehículos militares con ruedas incluyen el fallido ACEC Cobra , MGV y el vehículo robótico armado XM1219 . [ cita necesaria ]
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