Un ordenador marino que funcionó a la perfección en el banco de pruebas puede apagarse la primera vez que se activa la hélice de proa, se pone en marcha el generador o la embarcación cambia de la alimentación de tierra al inversor. La electrónica del puente de mando depende de un bus de alimentación que presenta fluctuaciones, caídas y sobretensiones que un SAI de oficina jamás experimentaría, y estos eventos se repiten hora tras hora durante años. Especificar correctamente la alimentación y las entradas/salidas es lo que diferencia un ordenador de a bordo que aguanta el periodo de garantía de uno que debe ser retirado y reemplazado durante la primera temporada.
La buena noticia es que las normas para el funcionamiento del sistema eléctrico de un buque son bien conocidas, y la elección del hardware adecuado suele ser obvia una vez que se analiza cómo se cableará el ordenador y con qué dispositivos debe comunicarse. Este artículo describe el rango de entrada de CC, la gestión de caídas y sobretensiones, y el aislamiento de E/S que debe soportar un ordenador de puente de mando antes de entrar en servicio.
¿Por qué Vessel Power penaliza el rendimiento en un ordenador?
La alimentación eléctrica en tierra dentro de un edificio es limpia y predecible. La alimentación de una embarcación no lo es. El bus de CC en un yate, barco pesquero, embarcación de trabajo o plataforma naval se comparte con motores, bombas, propulsores, cabrestantes, transmisores de radar y cargas de iluminación, y cada una de esas cargas puede generar ruido, provocar caídas de tensión en el riel o introducir transitorios en el cable al conmutar. El arranque del motor reduce drásticamente la tensión del bus. La transferencia del generador provoca caídas de tensión y breves apagones. La conmutación del inversor inyecta transitorios. Los rayos, las descargas de carga del alternador y las fallas de los equipos conectados a tierra se manifiestan en el panel donde está cableado el ordenador.
El ordenador también tiene que sobrevivir a lo que ocurre a su alrededor. Las salpicaduras de agua salada, la condensación de la humedad, el aire caliente de la sala de máquinas a un lado del mamparo y el aire acondicionado del puente de mando al otro, además de la vibración constante del casco, someten a los conectores internos y a los medios de almacenamiento a un estrés que un ordenador de oficina nunca fue diseñado para soportar. Almacenamiento industrial de estado sólido con protección contra pérdida de energía. Esto es lo que evita que el ordenador de un barco corrompa su sistema de archivos cuando el bus cae por debajo del umbral que necesita la unidad de arranque para vaciar su caché. Un SSD de consumo suele sobrevivir a las primeras caídas de tensión y luego falla silenciosamente durante la tercera o cuarta.
Dos normas rigen la tolerancia de los equipos electrónicos marinos en cuanto a la alimentación eléctrica. La norma IEC 60945 establece los requisitos generales para los equipos de navegación y radiocomunicación marítima, incluyendo los rangos de tensión y temperatura que debe soportar un dispositivo. La norma IEC 60533 abarca la compatibilidad electromagnética en buques con casco metálico. En conjunto, describen el peor escenario posible para el que debe estar diseñado un ordenador de puente de mando, evitando reinicios, pérdida de datos o fallos prematuros.
¿Qué rango de voltaje de CC debe aceptar una computadora marina?
La primera especificación que se debe confirmar en cualquier computadora de a bordo es el rango de voltaje de entrada, y este debe ser amplio. Los buques funcionan con buses de servicio de 12 V CC, 24 V CC o, en algunos casos, 48 V CC, y el voltaje real en el cable rara vez coincide con el valor nominal. Un bus de 24 V fluctuará entre aproximadamente 22 V y 30 V durante el funcionamiento normal del alternador y el cargador, y puede caer por debajo de 18 V durante el arranque del motor o el funcionamiento de la hélice de proa. Un bus de 12 V experimenta la misma fluctuación porcentual en un rango absoluto menor.
Es por eso que Computadoras marinas diseñadas para servicio permanente en el puente de mando. Por lo general, se especifican con una entrada de CC de amplio rango que cubre sistemas de 12 V y 24 V en una sola referencia. Una entrada de amplio rango significa que no necesita un modelo diferente para una embarcación de pesca deportiva y una patrullera costera, y no necesita instalar un convertidor CC-CC cada vez que cambie la arquitectura de alimentación de la embarcación. Busque un rango de entrada publicado que abarque cómodamente la caída de tensión y la flotación máximas en el riel al que está realizando el cableado.
¿Qué ocurre con la entrada de CA de 110 V o 230 V?
Algunos ordenadores de puente se venden con entrada de corriente alterna o adaptador de CA externo. Esto puede funcionar en un yate o embarcación comercial con un inversor fiable o conexión a tierra, pero añade dos nuevos modos de fallo. El inversor o la conexión a tierra deben permanecer activos, y el adaptador externo o la fuente de alimentación interna de CA deben funcionar durante cada conmutación. En la mayoría de las embarcaciones en funcionamiento, es más sencillo conectar el ordenador directamente al bus de CC de servicio, detrás del mismo interruptor que el resto de la electrónica del puente, y prescindir por completo de la conexión de CA.
¿Cómo debería un PC puente gestionar las bajadas y las sobretensiones?
Un amplio rango de voltaje es solo la primera línea de defensa. La computadora también debe soportar eventos que queden fuera de ese rango sin fallar ni dañarse. Tres categorías son importantes en una embarcación.
apagones Esto ocurre cuando una carga inductiva importante, como una hélice de proa, un molinete de ancla o una bomba hidráulica, reduce la tensión del bus durante decenas o cientos de milisegundos. Un ordenador marino con las especificaciones adecuadas debería soportar estas caídas de tensión gracias a su capacitancia interna, de modo que el sistema operativo nunca experimente una pérdida de potencia. El rango de tolerancia a caídas de tensión que puede tolerar el dispositivo suele estar publicado en la hoja de datos. Si no lo está, es recomendable solicitar este dato al proveedor antes de adquirir el modelo.
Descensos de arranque en frío Son más profundas y prolongadas que una caída de tensión normal. Cuando arranca el motor principal, el bus puede bajar a 6 V o 7 V en un sistema de 12 V durante una fracción de segundo. La norma ISO 16750-2 describe los perfiles de arranque en frío y de descarga de carga que deben soportar los componentes electrónicos de automoción, y muchos fabricantes de ordenadores marinos realizan pruebas con el mismo perfil porque los eventos son similares. Un ordenador que cumple con la norma ISO 16750-2 de arranque en frío seguirá funcionando durante el arranque del motor; uno que no la cumpla se reiniciará cada vez que el capitán gire la llave.
Descargas y sobretensiones son el lado peligroso. Cuando la carga de un alternador se desconecta repentinamente, el voltaje puede dispararse a 80 V o más en un sistema de 12 V durante decenas de milisegundos. Los transitorios inducidos por rayos en el cable pueden ser mucho más altos y mucho más cortos. Una computadora puente necesita una supresión de voltaje transitorio interna dimensionada para el entorno real en el que se encuentra, y la parte de la arquitectura integrada del puente comparte ECDIS, radar y pantalla de mando La conexión a tierra del ordenador no debería ser la única vía que sobreviva a una descarga eléctrica. Conecte correctamente el chasis, coloque un fusible en la entrada cerca de la fuente y utilice un proveedor cuya protección limite los transitorios antes de que lleguen a la placa base.
¿Qué nivel de aislamiento de E/S necesita un ordenador marino?
La alimentación eléctrica es solo una parte de la integración. La otra parte reside en los componentes que se conectan a los puertos de E/S del ordenador, ya que cada cable que sale del chasis representa una posible vía para bucles de tierra, sobretensiones y ruido. Las especificaciones de E/S adecuadas dependen por completo de los dispositivos con los que se vaya a comunicar el ordenador.
Sensores NMEA 0183 y seriales
Los instrumentos NMEA 0183 heredados, los receptores AIS, los pilotos automáticos y los radares antiguos se comunican mediante puerto serie RS-232 o RS-422. Un ordenador de puente de mando marítimo debe proporcionar puertos serie aislados en lugar de los puertos COM no aislados que suelen tener las placas base de consumo. El aislamiento en este caso se refiere a un optoacoplador o transformador entre la señal y la toma de tierra del ordenador, lo que impide que un sensor defectuoso o una diferencia de tierra entre los instrumentos del puente de mando generen una corriente a través de la placa base. Sin aislamiento, una antena GPS en cortocircuito puede dañar un puerto serie y, en ocasiones, el resto del chipset.
NMEA 2000 y CAN
NMEA 2000 funciona sobre un bus CAN y utiliza su propio sistema de alimentación y terminación. Si el ordenador va a leer directamente desde la red troncal NMEA 2000 en lugar de a través de una puerta de enlace, busque una interfaz CAN con aislamiento galvánico entre el bus y la toma de tierra interna del ordenador. La red troncal está diseñada para alimentarse independientemente de cualquier dispositivo conectado a ella, y un puerto CAN sin aislamiento puede interferir con este diseño y provocar una interrupción del bus.
USB y Ethernet
Las cámaras USB, los procesadores de radar, las sondas y los transpondedores AIS suelen usar USB o Ethernet para las transmisiones de mayor ancho de banda. Las placas base marinas industriales exponen estos puertos con supresión de sobretensiones en las líneas de datos y, en los mejores diseños, aislamiento en los largos tramos de Ethernet a sensores remotos o a cómo la posición de montaje de un monitor puente determina el recorrido del cable hacia la computadoraUn cable Ethernet de 7,6 metros (25 pies) que va desde una consola hasta un monitor en el puente de mando es precisamente el tipo de cable que capta transitorios durante una tormenta eléctrica, y un PHY aislado en el extremo del ordenador evita que un rayo regrese a la placa base.
Conexión a tierra y unión
Ninguna protección de entrada o salida funciona si el chasis está suelto. La carcasa del ordenador debe estar conectada al sistema de puesta a tierra de la embarcación en un punto, mediante una ruta limpia de baja impedancia. En una embarcación con casco metálico, esto significa seguir la norma IEEE 45 o la norma equivalente de la sociedad de clasificación para instalaciones eléctricas a bordo. En un yate de fibra de vidrio, el plan de puesta a tierra suele estar diseñado alrededor de los pasacascos y el bloque del motor. En cualquier caso, la toma de tierra del ordenador marino forma parte de un sistema diseñado, no de un tornillo del chasis en un panel de madera.
Preguntas frecuentes
¿Puedo usar un mini PC de consumo en una embarcación si le añado un convertidor CC-CC?
Puedes usarlo durante un tiempo, y muchos propietarios lo hacen. El problema es que un convertidor CC-CC solo soluciona el problema del rango de voltaje. No proporciona a la PC de consumo la protección contra caídas de tensión, la limitación de sobretensiones, las E/S aisladas ni el revestimiento protector que evita que el aire salino corroa la placa. La mayoría de las mini PC de consumo que se instalan en un barco acaban fallando por alguna de estas cuatro causas, no por el propio voltaje.
¿Qué rango de voltaje de entrada debo buscar en una embarcación de 24 V?
En un bus doméstico de 24 V, la tensión en estado estacionario oscila entre 22 V y 30 V aproximadamente, y las caídas breves pueden descender por debajo de 18 V. Un ordenador con una entrada de CC amplia que cubra cómodamente ese rango, idealmente uno que también sea compatible con sistemas de 12 V en la misma referencia, es la opción más segura. Confirme el margen de tolerancia a caídas de tensión en la hoja de datos antes de realizar el pedido, no después.
¿Es necesario prescindir del ventilador para su uso en puentes de mando marítimos?
Se recomienda encarecidamente el uso de equipos sin ventilador. Los ventiladores hacen circular aire húmedo y salino por las placas base y, además, son piezas móviles que se desgastan, lo que reduce la vida útil del ordenador. Un chasis sellado sin ventilador con refrigeración por conducción es el estándar para el servicio continuo en puentes de mando, y es la configuración predeterminada que la mayoría de los proveedores de ordenadores marinos ofrecen.
¿Necesito la certificación IEC 60945 en cada ordenador puente?
Si el ordenador forma parte de una instalación regulada por SOLAS, como un ECDIS o un sistema de puente integrado, normalmente se requiere la norma IEC 60945, y en buques con casco metálico se aplica el requisito de compatibilidad electromagnética (CEM) IEC 60533. En un barco de pesca deportiva o una embarcación comercial de menor tamaño, un ordenador fabricado según las mismas normas sigue siendo la opción más acertada, incluso cuando no sea estrictamente necesario, ya que el entorno operativo es el mismo.
¿Cuántos puertos serie aislados debería prever?
Enumera los sensores e instrumentos existentes con los que se comunicará el ordenador y añade uno o dos para futuras incorporaciones. Un ordenador de puente típico que integre GPS, AIS, piloto automático y uno o dos radares necesitará al menos cuatro puertos serie aislados, y muchos sistemas utilizan seis. Es mucho más económico especificar los puertos desde el principio que añadir posteriormente un concentrador USB a serie externo y perder el aislamiento.
¿Cuál es el tamaño correcto del fusible en la entrada de CC?
Utilice el valor del fusible que especifica la hoja de datos del ordenador, colocándolo lo más cerca posible de la toma del bus, según lo permita el recorrido del cable. Sobredimensionar el fusible para evitar disparos intempestivos es contraproducente. Si el fusible se sigue fundiendo, el problema reside en el cableado o en la carga, no en su valor.
¿Cuándo conviene recurrir a un especialista en la especificación?
Si la embarcación es de nueva construcción o una reforma importante, el plan de alimentación informática y E/S debe esbozarse antes de finalizar el panel y el cableado. Ese es también el momento de decidir si un ordenador y una pantalla independientes son adecuados para el puesto de mando o si un PC marino sellado que integra la pantalla y el acondicionamiento de energía detrás de un solo marco. Simplificaría la instalación. Analizar el bus de CC, la exposición a caídas de tensión, la lista de sensores y el plan de conexión con un especialista en electrónica marina antes de pedir las piezas es mucho más económico que reemplazar una computadora con especificaciones incorrectas después de las pruebas en el mar. Comuníquese con el equipo de Seatronx si desea una segunda opinión sobre las especificaciones antes de que el proyecto pase a la fase de compras.