Diseño de un Sistema de Propulsión Eléctrico para un Velero

Abstract

El presente trabajo aborda el diseño y análisis de un sistema de propulsión eléctrica para un velero de recreo modelo Yatlant 24, con el objetivo de evaluar la viabilidad técnica y económica de sustituir un sistema de propulsión fósil por una solución completamente eléctrica. El estudio se enmarca dentro del proceso de electrificación del transporte y pone especial énfasis en el sistema de almacenamiento energético, el tren de potencia y los sistemas de control y seguridad asociados.

La solución desarrollada se basa en un motor síncrono de imanes permanentes de 7,5kW alimentado por una batería de litio de 10kWh, configurada a partir de celdas conectadas en una disposición 20s44p y dividida en cuatro módulos independientes. Asimismo, se han dimensionado los distintos elementos del sistema eléctrico de potencia y se ha incorporado un sistema auxiliar de carga fotovoltaica para la alimentación del sistema de baja tensión.

En la parte electrónica, se ha diseñado una arquitectura distribuida de monitorización y control basada en unidades BMS y una unidad maestra comunicadas mediante protocolo CAN, complementada con un circuito de desconexión encargado de garantizar la seguridad de la instalación ante condiciones anómalas de funcionamiento.

Finalmente, se ha realizado un análisis económico comparativo con el motor de gasolina Mercury F 6, concluyendo que, pese a presentar un coste inicial superior, la solución eléctrica ofrece ventajas operativas y medioambientales que la convierten en una alternativa atractiva para determinados perfiles de usuario.

This project addresses the design and analysis of an electric propulsion system for a Yatlant 24 recreational sailboat, with the aim of evaluating the technical and economic feasibility of replacing a fossil-fuel propulsion system with a fully electric solution. The study is framed within the ongoing electrification of transportation and places particular emphasis on the energy storage system, the powertrain, and the associated control and safety systems.

The proposed solution is based on a 7,5kW permanent magnet synchronous motor supplied by a 10kWh lithium battery pack, consisting of cells arranged in a 20s44p configuration and divided into four independent modules. In addition, the different components of the power electrical system have been sized accordingly, and an auxiliary photovoltaic charging system has been incorporated to supply the low-voltage system.

Regarding the electronic subsystem, a distributed monitoring and control architecture has been designed based on BMS units and a master unit communicating through the CAN protocol. This architecture is complemented by a shutdown circuit responsible for ensuring the safety of the installation under abnormal operating conditions.

Finally, an economic analysis has been carried out by comparing the proposed solution with the Mercury F 6 gasoline engine. The results show that, despite its higher initial cost, the electric solution offers operational and environmental advantages that make it an attractive alternative for certain user profiles.