La Hélice

Ayer me hacía eco de una noticia en la que un inmigrante pretendió entrar en España después de realizar la travesía del estrecho de Gibraltar sobre uno de los dos «water jet» del buque, si bien es cierto que la noticia decía que iba sobre una de las hélices. Al tratar se una noticia «robada» a un medio, las buenas costumbres dicen que no deben cambiarse titulares y así lo hice.

El caso es que hubo quien dijo, con razón, que eso no era una hélice sino un water jet o propulsor de agua. Así que vamos a ver que es eso de las hélice.

La función primaria de cualquier motor marino o motor de planta es convertir la energía química de un combustible en trabajo útil y usar ese trabajo en la propulsión del barco. Una unidad de propulsión consta de la maquinaria, equipo, y mandos que pueden ser mecánicos, eléctricos, o hidráulicos conectados a un eje de propulsión.

Una embarcación se mueve por el agua propulsada por elementos, tales como ruedas de paletas o hélices. Estos elementos imparten velocidad y movimiento de la embarcación a una columna de agua en la dirección opuesta a la dirección en la que se desea mover la embarcación. Una fuerza, llamada fuerza de reacción (porque reacciona a la fuerza de la columna de agua) es desarrollada contra el elemento de velocidad-impartida. Esta fuerza, también llamada empuje, se transmite al barco y hace que la embarcación se mueva a través del agua.

La hélice marina es el elemento de propulsión usado en casi todas las embarcaciones navales. El empuje desarrollado en la hélice se transmite a la estructura del barco por el eje principal por la presión del empuje desarrollado . El eje principal se extiende del eje del engrane de reducción principal a la reducción de la hélice. Se apoya en alineación por los cojinetes de suspensión, los cojinetes de retención a popa y los cojinetes de apoyo. El empuje, actuando en el eje de propulsión como un resultado del efecto del empuje de la hélice, se transmite a la estructura de la embarcación por el buje de empuje principal. En la mayoría de las embarcaciones, se localiza al final del eje principal dentro de la caja de reducción principal. En algunos grande barcos, sin embargo, el buje del eje principal se localiza más lejos a popa en un espacio de maquinaria o en un claro del eje.

El engrane de la reducción principal conecta al movedor primario (motor) al eje. La función del reductor principal es reducir las altas revoluciones del motor y dejar que la hélice opere a una velocidad más baja. En esta manera ambos el motor y el eje de la hélice giran a su velocidad más eficiente.

Tipos de Hélices

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De los tipos acertados de dispositivos propulsores actualmente en uso, se puede agrupar en cuatro categorías distintas.

1) Hélices

a) Hélice de paso fijo.

La mas común debido a su relativo “bajo costo” es la hélice de paso fijo, estas hélices también se conocen como de “paso constante”, esto quiere decir que el paso en toda la superficie del aspa (excepto los ángulos de aspa) no cambia, son usadas en la mayoría de las embarcaciones comerciales como remolcadores, arrastreros, pesqueros, etc.

b) Hélice de paso variable

Como se mencionaba, la mayoría de las hélices tienen un paso constante, pero hay algunas aplicaciones especiales (grandes barcos o embarcaciones de velocidad) donde la necesidad de obtener la máxima eficiencia posible es imperativa. En estas hélices, el paso puede variar en cada radio (dependiendo del diseño), pero es mas común encontrarse aquellas donde usualmente se reduce el paso cerca de las puntas para reducir la presión de las aspas y la posibilidad de cavitación.

c) Hélice de paso controlable

Estas hélices permiten al operador ajustar el paso a voluntad dependiendo del tipo de operación, esto debido al mecanismo hidráulico o simplemente mecánico que permite que las aspas giren sobre su propio eje. Ofrecen una gran ventaja en cuanto al costo de operación, pero son considerablemente más costosas que las solidas.

d) Hélice para toberas

Están rodeadas por un perfil hidrodinámico, las ventajas en estas son el incremento de empuje (cerca del 40%), existen diferentes tipos de perfiles que reducen la velocidad, pero ya hay nuevos diseños que la aumentan comparadas con cualquier hélice standard, hay toberas diseñadas para obtener el máximo desempeño hacia delante y otras para ambos (empuje hacia proa y popa). La aplicación de estos equipos esta limitada a embarcaciones de baja velocidad (debajo de 14 nudos) como arrastreros, remolcadores, dragas.

2) Rueda tipo paleta , montadas en popa, como las montadas lateralmente

3) Hélices tipo jet

Water jets

• Water Jets .–  Estos sistemas trabajan como una bomba de succión, son muy usuales en botes de alta velocidad como botes patrulla o barcos para transporte de personal, algunos sistemas corren hasta 50 nudos.

Water jets

a) Hélices tipo jet con tobera sumergida

b) Hélice tipo jet con tobera de superficie

4) Hélices verticales (cicloidales)

a) Hélice tipo kirsten-boeing

b) Hélice tipo voith-schneider

El Número de Palas de la Hélice

Es importante el número de palas , a más palas mayor superficie capaz de distribuir la potencia del motor entre las distintas palas y por tanto tener una superficie suficiente para desplazar todo el volumen de agua que la potencia del motor permita. Por mucho que tengamos un motor muy potente no podríamos aprovecharlo ya que las ruedas patinarían y no conseguiríamos acelerar el vehículo todo lo que el motor permitiría. Palas demasiado pequeñas causan ‘cargas’ muy altas, lo que significa que la hélice no es capaz de absorber toda la potencia transferida por el motor. El resultado es lo que conocemos como cavitación, vibraciones y en algunos casos extremos ‘picaduras’ en las palas.

La Rotación de la Hélice

Así como la palabra sugiere, la rotación determina la dirección del giro de una hélice en torno al eje . La rotación se determina mirando a la hélice desde la parte trasera del barco. A mano derecha si la hélice gira en sentido horario, por lo tanto, se desplazan hacia el lado derecho. Contrariamente, a mano izquierda si la hélice gira en sentido contrario a las agujas del relog mientras observa la hélice de la parte trasera del buque. El cambio de las rotaciones en instalaciones individuales, dobles, triples pueden afectar el rendimiento de las embarcaciones. Normalmente viendo el barco desde la parte de atras (popa) las helices de una sola montura giran en sentido a las agujas del relog , aunque esto nos propicia a que el barco siempre tienda a caer de proa,

En las monturas dobles una hélice gira hacia la derecha y la otra hacia la izquierda esta gira contra las agujas del reloj. a este tipo de sentido de giro se utiliza en monturas dobles CONTRAROTACION, con el fin de contrestar el empuje de cada helice Esto se traduce en una mejor línea recta de navegacion y control del timón a alta velocidad.

Muchas embarcaciones con motores simples tienen motores girando en el mismo sentido horario es decir diestro . Dos hélices girando en el mismo sentido en un barco crea una fuerza de dirección hacia un sentido . En otras palabras, dos hélices diestras tiran la popa hacia la derecha y la proa hacia la izquierda. Para contrarestar este rotación (sentido contrario) en monturas con dos motores se utiliza uno de ellos con giro inverso a las agujas del relog.

Conclusion en embarcaciones con doble motor, cada helice tendra que girar en sentido contrario una de la otra.

La Cavitación

Este fenómeno se comenzó a advertir cuando fueron instaladas las primeras turbinas a vapor para propulsión en los buques militares ,al tener estas un mayor número de RPM que las máquinas alternativas. Cuando las hélices trabajan a un número alto de revoluciones hay zonas de las palas (bordes de diámetro extremo donde es mayor la velocidad lineal ) y de la cara de empuje de las palas donde se produce un aumento de la presión que, hasta puede hacerse mayor que la presión hidrostática en la que trabajan las palas normalmente. En realidad la caída de presión en un punto no necesita ser igual a la presión en ese punto de la pala, sino solo la presión menos la presión de vaporización del agua a la temperatura que esta esté.

Si esto ocurre en esos puntos de la pala se rechaza al agua formando cavidades vacías o burbujas de vapor de agua que “implotan” produciendo picareteo o golpeteo que junto con el oxígeno que se desprende de las burbujas forman un fenómeno mecánico y químico notable con daños de erosión al material constitutivo de la hélice. Primero para tratar de solucionarlo se fijó un límite al empuje (en kilos) por unidad de superficie de pala para evitarlo . Después vieron los investigadores que la velocidad lineal también intervenía para que se produjera este fenómeno nocivo que disminuye la eficiencia de la propulsión y a veces suena como metralla o se confunde con vibraciones en la popa. Debido a la cavitación excesiva se puede deteriorar la hélice.

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¿Cómo leer las dimensiones de una hélice?

EJEMPLO …14-1/2 X 19 RH Blade 3 SS Apollo Propeller que significa pasaremos a desglosarlo:

14-1/2 = diámetro de la hélice. El diámetro es siempre el primer conjunto de números.

19 = El paso de la hélice. El paso siempre es el segundo conjunto de números.

RH = Esta es la rotación de las hélices. Cualquiera de RH en sentido horario o LH contra las agujas del reloj.

Blade 3 = Este es el número de hojas. Puede ser 2, 3, 4 o 5 hojas.  = SS, lo que representa el material de la hélice. AL = Aluminio & SS = Acero Inoxidable.

Apollo Propeller = Este es el estilo o marca de la hélice.

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En los enlaces facilitados y en otros muchos se puede encontrar mucha más información acerca de las hélices, esto es solo un aperitivo.

Bibliografía:

Producción propia

Fondear

Rice propulsion

El portal de los barcos

El mundo de los barcos