Tren motriz diésel-eléctrico

Una transmisión diésel-eléctrica, o tren de potencia 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.

Descripción

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 Impulsar 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 en las turbinas de gas.

Ventajas y desventajas

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.

Las desventajas de una transmisión eléctrica diésel son la posible complejidad, costo y mayores pérdidas debido a la conversión de energía.

Barcos

El primer barco a 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 (Tennessee -clase acorazados), el uso de 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.

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 turbinas de vapor-eléctricas de máxima potencia). Los rompehielos clase Wind, por otro lado, fueron diseñados para propulsión diésel-eléctrica debido a su flexibilidad y resistencia a los daños.

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.

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.

Submarinos

La mayoría de los primeros submarinos utilizaban una conexión mecánica directa entre el motor de combustión y la hélice, alternando entre motores diésel para funcionamiento en superficie y motores eléctricos para propulsión sumergida. Esta fue efectivamente una experiencia "paralela" tipo de híbrido, ya que motor y 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.

En una verdadera disposición de transmisión diésel-eléctrica, por el contrario, 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 el 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.

Entre los usuarios pioneros de la verdadera transmisión diesel-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 funcionar con queroseno), posteriormente reemplazado por un verdadero diésel. 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 diésel-eléctrica. 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, 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.

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 puesto 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.

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. 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.

Locomotoras de ferrocarril

Durante la Primera Guerra Mundial, existía una necesidad estratégica de locomotoras ferroviarias sin columnas de humo sobre ellas. La tecnología diésel aún no estaba 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 los británicos Westinghouse). Alrededor de 300 de estas locomotoras, de las cuales sólo 96 eran de ancho estándar, estuvieron en uso en varios puntos del conflicto.

En la década de 1920, la tecnología diesel-eléctrica vio por primera vez un uso limitado en locomotoras de conmutación (Reino Unido: locomotoras de maniobras), locomotoras utilizadas para mover trenes en los patios de ferrocarril y ensamblarlos y desensamblarlos. Una de las primeras empresas que ofrece productos "eléctricos a base de petróleo" locomotoras era 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. Se afirma que las transmisiones hidráulicas son algo más eficientes que la tecnología diésel-eléctrica.

Vehículos de carretera y otros vehículos terrestres

Autobuses

También se han producido autobuses diésel eléctricos, incluidos sistemas híbridos capaces de funcionar y almacenar energía eléctrica en baterías. Los dos principales proveedores de sistemas híbridos para autobuses de tránsito 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 única transmisión diésel-eléctrica es el concepto de autobús de piso bajo Mercedes Benz Cito, que se introdujo en 1998.

Camiones

Los ejemplos incluyen:

• Máquinas mineras grandes, como el camión de volquetes Liebherr T 282B o el cargador de ruedas LeTourneau L-2350.
• Los transportistas de la NASA.
• Mitsubishi Fuso Canter Eco camión comercial híbrido.
• Camión diesel-eléctrico híbrido DuraStar Internacional.
• Dodge está realizando pruebas de flota de una versión diesel-eléctrica del Dodge Sprinter.
• Hyllion Inc. está modificando algunos camiones semi para funcionar en su 6X4HE Sistema híbrido eléctrico diesel clase 8
• Edison Motors es una empresa canadiense que hace camiones eléctricos y diesel eléctricos semi.

Vehículos conceptuales

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 Estados Unidos y "Los Tres Grandes" fabricantes de automóviles (DaimlerChrysler, Ford y General Motors) que desarrollaron coches híbridos diésel.

• "Third-Millennium Cruiser", un intento de comercializar un automóvil diesel-eléctrico a principios del decenio de 1980.
• Precepto de motores generales
• Ford Prodigy
• Dodge Intrepid ESX
• Ford Reflex es un coche de concepto híbrido diesel.
• Zytek desarrolló un tren eléctrico híbrido diesel.
• Peugeot 307 híbrido HDi
• Citroën C-Cactus
• Opel Flextreme
• Top Gear Hammerhead Eagle i-Thrust
• Rivian Automotive estaba desarrollando un motor diesel-eléctrico que debería alcanzar unas 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.

Vehículos militares

Se ha probado la propulsión diésel-eléctrica 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. Los intentos con propulsores diésel-eléctricos en vehículos militares con ruedas incluyen los fallidos ACEC Cobra, MGV y el vehículo robótico armado XM1219.