Gestión de baterías y energía a bordo de un velero

Casi todas las embarcaciones de vela o motor llevan a bordo un sistema eléctrico más o menos complejo y un número variable de baterías. Esto depende del tamaño de la embarcación, los instrumentos instalados y el equipo a bordo. Cualquiera que sea el nivel de complejidad, se aplican los mismos principios básicos.

Los circuitos eléctricos de un velero y las baterías.

En primer lugar, los circuitos eléctricos a bordo de un barco se diferencian de los circuitos eléctricos domésticos en el tipo de corriente utilizada. La corriente es continua en lugar de alterna y difiere en voltaje. Los sistemas de los barcos son de 12 o 24 voltios, en lugar de los 220 de los circuitos domésticos de Europa.

En veleros más pequeños solemos encontrar circuitos eléctricos de 12 voltios. En veleros a partir de 15 metros y en lanchas a motor encontramos circuitos eléctricos de 24 voltios. Por lo tanto, cuando compre un nuevo instrumento o dispositivo eléctrico, verifique su compatibilidad con su sistema de a bordo.

Gran parte de la electrónica, como los plotters, tendrá un mecanismo automático para seleccionar el voltaje correcto. Otros tipos de equipos, como bombas de achique o potabilizadoras, se suministran por separado para sistemas de 12 o 24 voltios.

Cuando analizamos por primera vez el circuito eléctrico de un barco nuevo, ¿cuál es la mayor dificultad? No se trata tanto de comprender los principios básicos de un sistema eléctrico. A menudo, la tarea más difícil es desenredar masas de cables eléctricos sin etiquetas.

Si tiene en sus manos su sistema eléctrico, aprenda a etiquetar cada cable. No tanto por la elegancia sino por poder resolver un problema rápidamente en caso de emergencia.

Para llegar a comprender un sistema a bordo, primero tendremos que comprender los circuitos básicos, simplificados al máximo, separados en categorías.

Motor intraborda marino

Baterías para el intraborda

Desde el polo positivo de la batería intraborda encontraremos un cable eléctrico rojo muy grueso que llega hasta el motor de arranque del motor. Desde el motor, un cable negro volverá al polo negativo. Un segundo cable de menor diámetro se conectará con la llave en el panel de control.

Cuando gire la llave, este circuito secundario hará que un relé cambie y el circuito de arranque primario alimente el motor de arranque que, al girar, arrancará el interior. Por supuesto esto es una simplificación, en un diésel encontraremos muchos otros circuitos y cables que forman parte del circuito básico.

Como sensores de presión de aceite y temperatura del agua de refrigeración. Así como el circuito de las bujías de precalentamiento de las cámaras de combustión de cada cilindro.

Si eliminamos todo lo demás a bordo de la embarcación este es el circuito mínimo que permite poner en marcha nuestro sistema de propulsión. Saber qué cables se refieren al motor de arranque le ahorrará mucho tiempo si algo sale mal en el mar.

La causa más frecuente de problemas en este circuito es la oxidación de los contactos. La oxidación evita el arranque al reducir la cantidad de flujo de corriente máxima. De hecho, cuando arrancamos un motor diesel, la absorción máxima inicial es muy alta.

Cualquier problema de oxidación por contacto puede comprometer el correcto funcionamiento del sistema. Otros problemas comunes son causados por mal funcionamiento del motor de arranque. Desafortunadamente, en los modelos intraborda modernos hay poco que pueda hacer, no es posible poner en marcha un motor intraborda a mano si falla el motor de arranque. Así que tenga cuidado de comprobar el estado de su sistema de arranque con regularidad.

Alternador con regulador inteligente

El circuito del alternador

Continuando con nuestra simplificación extrema de los circuitos eléctricos de un barco, pasemos al circuito del alternador. En un pequeño motor diésel encontraremos una correa de distribución accionada por una polea en el eje del árbol de levas. Este es responsable de hacer funcionar tanto la bomba de agua de refrigeración como el alternador.

El alternador es conceptualmente un motor eléctrico más. Pero en lugar de ser estimulado por la corriente para que gire, esto producirá corriente cuando el motor lo encienda.

Mientras el alternador esté girando, ayudará a recargar las baterías. El alternador es un componente bastante delicado y complejo y, si no eres un experto, es poco probable que puedas resolver problemas en el mar.

Por este motivo es recomendable disponer de un sistema de carga para los bancos de baterías de arranque y de servicio con dos alternadores. Especialmente para navegaciones largas. El circuito del alternador es paralelo al circuito de arranque, pero aquí también los cables arrancan y regresan al banco de baterías del motor o al cargador dividido. Estos dos circuitos son la base para que funcione un intraborda.

Banco de baterías de servicios

El circuito de servicios

El circuito de servicios está totalmente separado e independiente de los dos circuitos descritos anteriormente. El único punto en común es la fase de carga. En un sistema típico de un velero pequeño, el alternador recargará primero la batería de arranque.

Luego, a través de un cargador dividido, comenzará a entregar la energía adicional producida al banco de baterías de servicios. Esto alimentará todo el sistema eléctrico de los instrumentos y equipos eléctricos a bordo. Si podemos identificar estos tres circuitos, ya estamos un paso por delante.

La energía para arrancar el intraborda

La batería del motor suele ser solo una y debe tener el tamaño y las características adecuadas para proporcionar la corriente máxima de arranque necesaria para arrancar el interior. Por ejemplo, en un velero típico con un motor intraborda de 30 caballos de fuerza, encontrará una batería de 80 amperios de capacidad o aproximadamente.

Las características de la batería del motor son las mismas que se requieren en la batería de arranque de un automóvil. Por lo tanto, una batería común de ácido-plomo del tamaño adecuado y del tipo sellado es adecuada.

Los Servicios

El banco de baterías de servicios se utiliza exactamente de forma opuesta a la batería de nuestra unidad interna dedicada. La batería del motor debe ser capaz de entregar un pico de corriente muy alto durante un breve momento.

El banco de servicios, por otro lado, debe liberar relativamente poca corriente durante períodos de tiempo muy prolongados. Especialmente cuando estamos navegando o fondeados.

Hay que imaginar el banco de baterías de servicios como un contenedor de corriente con un grifo abierto. El recipiente se vacía lentamente hasta que se puede reponer lo que se consume rellenando el recipiente con una fuente de energía.

El dimensionamiento del banco de servicios

Para determinar el tamaño mínimo de su banco de baterías de servicios, deberá calcular el consumo esperado durante un período predeterminado, por ejemplo, 24 horas.

Independientemente del tipo de circuito, 12 o 24 voltios, calcule los amperios que usa su equipo de a bordo con esta fórmula.

Por ejemplo, una luz de navegación incandescente de estilo antiguo con una bombilla de 12 W consume, en un circuito de 12 V, un amperio por hora. En promedio, en verano, la luz del ancla estará encendida durante 8 horas por la noche, consumiendo 8 amperios cada 24 horas.

Repite el ejercicio para todos los sistemas de a bordo, puedes hacer dos hipótesis, cálculo del consumo cuando el barco está parado, o en el mar. Por ejemplo:

  • Luces de navegación LED: 0.5A x 8h = 4A
  • Radar: 2,2 A x 24 h = 52,8 A
  • Piloto automático: 2.5A x 18h = 45A
  • Luces LED internas: 1A x 2h = 0.5A
  • GPS AIS: 0,75 A x 24 h = 18 A
  • PC portátil: 2,5 A x 4 h = 10 A
  • Teléfonos con tableta: 2A x 4h = 8A
  • etc.

Cuando haya terminado, agregue la columna de amperios para obtener un consumo diario total. Su banco de baterías de servicio debe ser al menos el doble o el triple de esta cantidad.

Esto se debe a que no tenemos que mirar la capacidad nominal del banco, necesitamos calcular cuántos amperios son realmente utilizables.

Batería AGM

Ciclo de carga y descarga de la batería

Las baterías, cuando están completamente cargadas, deben tener la capacidad indicada por el fabricante, por ejemplo, 100 amperios. Una batería se define como completamente descargada cuando alcanza el 40% de su capacidad. Entonces, con una batería de 100 amperios, la capacidad efectiva máxima que se puede usar es de solo 60 A.

Otro principio a recordar es que la capacidad de recarga de una batería, la capacidad de absorción, es inversamente proporcional al estado de carga. Una batería muy descargada absorbe mucho más que una batería casi cargada. Por tanto será difícil en la navegación imaginarse recargando las baterías hasta el 100%.

Será más eficiente descargar las baterías al 40% y luego recargarlas hasta, por ejemplo, hasta el 80% de su capacidad. Por lo tanto, la capacidad útil real de una batería es solo el 40% de la capacidad nominal.

En un crucero es común encontrar bancos de baterías de cientos de amperios. Precisamente porque la capacidad real disponible no es mucha y debe ser acorde con el consumo. Si consume 200 amperios por día, necesitará un banco de baterías de servicio de 500 amperios. Esto es simplemente para permitirle recargar las baterías solo una vez al día.

Si puede, optimice el uso de energía a bordo apagando siempre todo lo que no necesite. De lo contrario, se verá obligado a ejecutar su motor interno varias veces al día solo para cargar el banco de baterías de servicios. Alternativamente, tendrá que integrar su sistema eléctrico con otros sistemas de carga, como paneles solares, eólicos, hidroeléctricos, etc.

Tipos de baterías

Existen muchos tipos y modelos en el mercado, siendo los más habituales los de plomo ácido. También existen tecnologías GEL y AGM con costos mucho más altos. Las baterías de gama alta son las baterías de litio superligeras que se utilizan en algunos barcos de carreras.

Las baterías de plomo-ácido selladas tradicionales, que se encuentran instaladas en un vehículo recreativo o camión, a menudo son económicas y perfectamente adecuadas. Antes de gastar grandes sumas de dinero en baterías con un rendimiento supuestamente muy superior, haga una lista de sus prioridades de gasto.

Por ejemplo, puede maltratar las baterías de plomo-ácido y reemplazarlas con frecuencia. Las baterías nuevas, incluso las de plomo-ácido económicas, siempre serán eficientes. Instalar la tecnología Gel, en cambio, siempre implica tener miedo de dañarlos. Y te encontrarás manteniéndolos instalados durante muchos años para amortizar el triple costo de las compras iniciales.

Regulador de alternador estándar

El uso del intraborda como sistema de recarga.

Antes de revisar métodos alternativos y más ecológicos, hablemos un momento sobre el intraborda.

En un velero o lancha a motor se transportan cientos de kilos de motor intraborda y en algunos casos la misma cantidad de diésel. No es difícil llegar a la conclusión de que este es el sistema más potente que tienes disponible para recargar tus bancos de baterías. Un intraborda con solo 30 caballos de fuerza tiene una potencia nominal de 23 kilovatios.

Estos corresponderían a más de 1900 amperios, si pudiéramos convertir esta potencia en energía eléctrica y almacenarla inmediatamente. En teoría, podríamos generar nuestros 200 amperios que necesitamos diariamente en menos de 10 minutos de motor por día.

Desafortunadamente, el sistema de carga no es tan eficiente. Si solo tienes un alternador regulado por el regulador de fábrica la realidad es que te llevará 5 o 6 horas. Esto puede dividirse en varias sesiones para obtener sus 200 amperios, un desperdicio increíble.

Regulador de alternador externo

Regulador de alternador externo

Antes de invertir en cualquier otra tecnología ecológica o no, es importante aprovechar al máximo lo que ya tienes. Instale un regulador en su alternador, un dispositivo electrónico económico que controla el campo magnético del alternador.

Al controlarlo, maximiza la corriente producida y gestiona el ciclo de carga de sus baterías. Con esta sencilla instalación, reducirá inmediatamente los tiempos de carga a la mitad.

Instintivamente, pensaría que instalando un alternador aún más potente puede reducir aún más los tiempos de carga. Sin embargo, recuerde, la absorción máxima viene dictada por el tamaño de su banco de baterías. Entonces, para poder recargar más rápido con un alternador más grande, también necesitará un banco de baterías de servicios más grande.

Según su navegación y sus necesidades, evalúe la oportunidad de instalar un segundo alternador. No tanto por reducir los tiempos de carga sino sobre todo por tener un sistema con redundancia.

Sistemas para generar electricidad

Si ya has optimizado al máximo tu consumo eléctrico, solo tienes que instalar sistemas alternativos para recargar tus baterías. Por ejemplo, ya ha reemplazado su cabina incandescente y las luces de navegación con luces LED.

Si quieres evitar pasar demasiadas horas haciendo funcionar el motor para cargar las baterías, veamos las opciones.

Energía eólica

Grupos electrógenos

Los aerogeneradores o aerogeneradores son poco habituales en el Mediterráneo donde en verano son frecuentes los días de total calma. Son muy adecuados para la navegación en ceñida, muy potentes y eficientes.

Hay varios modelos de diferente capacidad nominal y son muy populares entre los pasajeros de cruceros, especialmente en el Caribe, donde los vientos alisios soplan con regularidad. Un pequeño aerogenerador le permitirá satisfacer de forma limpia todas sus necesidades energéticas diarias.

Paneles solares

Los paneles solares tienen muchas ventajas y un gran defecto importante. Son sin duda el sistema que tiene mayor coste de instalación inicial y requiere grandes superficies para generar una importante energía.

En un velero o lancha a motor, un pequeño panel le permitirá mantener las baterías cargadas cuando salga del barco. Especialmente si no tiene una toma de corriente en su atraque. En cuanto a la corriente producida, no esperes mucho.

Un panel solar de 120 W debería generar teóricamente alrededor de 100 amperios por día. Pero como nunca habrá sol brillando verticalmente en el panel, la realidad será diferente. Su panel contribuirá alrededor de 30-40 amperios en un día soleado, menos con nubes. Necesitaría un barco con grandes superficies cubiertas con paneles para ser autosuficiente.

Célula de combustible

Pilas de Combustible

Las Fuel Cells son generadores de alcohol en el mercado, muy silenciosos y capaces de producir hasta 200 Amperios por día (dependiendo de los modelos). Esto con consumir solo un par de litros de alcohol al día.

Son muy populares en los barcos de carreras que no tienen motor intraborda. Entre ellos, el legendario Mini 650: para el navegante de crucero no resultan muy interesantes dado su altísimo coste. Un coste que no se justifica si minimizar los pesos no es la principal prioridad.

Hidro generador

Hidrogeneradores

En los últimos años, los hidrogeneradores se han extendido primero en los barcos de carreras y luego también en los veleros de crucero. No son más que pequeñas hélices montadas en una pata similar a la de un motor fuera de borda que se sumerge en el agua detrás de la embarcación.

La pérdida de velocidad también tiene poca importancia para un marinero y completamente irrelevante para un barco de crucero. Estos hidrogeneradores siguen siendo bastante caros pero su eficacia los lleva a la cima de las soluciones más adecuadas para quienes navegan en rutas largas.

Conclusiones

Un sistema eléctrico de a bordo debe ser eficiente tanto en términos de consumo como de métodos de recarga. Un regulador de alternador y un banco de baterías de buen tamaño son los puntos de partida. Esto es válido tanto para la navegación de larga distancia como para el crucero y el fondeo.

Para evitar usar demasiado el motor para cargar sus baterías, puede integrar las horas del motor con sistemas alternativos. Entre estos, el aerogenerador es muy eficaz donde soplan vientos constantes, como alternativa, considere los paneles solares. Estos últimos no requieren ningún mantenimiento, pero su instalación es bastante cara. Si, por el contrario, planea estar siempre navegando, puede evaluar un hidrogenerador.

Sea cual sea su elección, recuerde probar todo con mucha antelación. Por ejemplo, la instalación del hidrogenerador puede requerir modificaciones y adaptaciones. No realice un viaje largo con equipos que no haya probado y cuyo funcionamiento exacto desconozca.

Haga sus cálculos para descubrir cómo manejar los problemas con cualquiera de sus sistemas de carga. Un pequeño panel solar en un viaje largo le proporcionará energía para los instrumentos esenciales. Debe tener redundancia entre los distintos sistemas y no depender únicamente de una única solución. En el mar, todo se puede romper y, por experiencia, todo se romperá, tarde o temprano.