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12ago/110

Más sobre hélices o propelas

Las hélices convierten la energía rotacional generada por el motor en el empuje necesario para el desplazamiento de un barco. Descontando el diseño de esta, cuanto más grande sea más eficientemente trabajará. El problema radica en conseguir un equilibrio entre este tamaño y la capacidad del motor para hacerla rotar a su régimen de trabajo idóneo.

Veamos el símil de un tornillo enroscándose en el agua. A cada vuelta avanzaría tanto como lo permita el paso de la hélice (igual que lo hace un tornillo en la madera) suponiendo que el agua fuera un medio sólido. La eficiencia naturalmente no es del 100% puesto que el agua es un líquido.

Aunque existen muchos tipos de hélices las dos más importantes son los que tienen entre dos y cuatro palas y son principalmente utilizados por motores intraborda con ejes. Las utilizadas por los motores fueraborda suelen llevar un número de palas que va entre tres y seis.

Tamaño y paso

Su tamaño queda definido por el diámetro total de la hélice y el paso de sus palas, es decir lo inclinadas que están y por tanto la capacidad de impulsar agua. Estos dos datos son los más importantes para diferenciar una hélice de otra.

Generalmente un diámetro pequeño se corresponde con un motor de pequeña potencia, o con un barco diseñado para desplazarse a mucha velocidad.

El paso de la hélice se corresponde con el avance teórico que genera la hélice al girar esta una vuelta. Puesto que el agua es un medio no sólido y por tanto se producen rozamientos y deslizamientos, el avance real será siempre a regímenes de funcionamiento óptimos, algo inferior al teórico.

 

Materiales

Pueden ser de muchos tipos, entre ellos de aluminio, acero inoxidable, bronce, o materiales compuestos. Las hélices en composites trabajan bien y no son muy caras. Las de aluminio son las más utilizadas debido a la gran cantidad de medidas con que pueden ser fabricadas y las diversas condiciones y revoluciones con que pueden ser utilizadas. Las de bronce y acero inoxidable son las que ofrecen las mejores prestaciones y duración, y son muy adecuadas para barcos que se desplacen a mucha velocidad

Una hélice perfecta debería pesar lo mínimo, ser lo más rígida posible, no verse alterada por el entorno marino y poderse reparar con facilidad. Por todo ello un material muy indicado (si no fuera por su elevado precio y dificultad para trabajarlo y repararlo) sería el Titanio, que es totalmente inmune a la oxidación y liviano.

Existen distintas aleaciones adecuadas para la fabricación de hélices pero las investigaciones en materiales compuestos son prometedoras. Además de ser totalmente inmunes a la oxidación y muy livianas, las hélices en composites tienen un comportamiento frente al impacto muy diferente que las de metal. El daño queda localizado solo en la zona del golpe, sin comprometer todo el eje o la reductora como a veces ocurre con las hélices de metal.

Número de palas

En cualquier hélice es importante tener suficiente superficie de palas, capaz de distribuir la potencia del motor entre ellas, para tener una superficie suficiente para desplazar todo el volumen de agua que la potencia del motor permita.

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.

Cavitación

La cavitación se produce cuando al girar muy rápido, o por exceso de velocidad del barco, la presión de la cara anterior de la hélice (la que está más a proa) decae a valores muy pequeños. En estas condiciones, en la zona con depresión se forman burbujas de vapor por culpa del vacío que se ha creado (literalmente el agua hierve). Cuando las burbujas de vapor que se han creado de forma casi instantánea salen de esta zona de la hélice y vuelven a una zona con presión normal, se colapsan y se condensan otra vez en líquido. Durante el proceso de condensación se producen vibraciones ruidos y pérdidas de prestaciones. La cavitación puede estropear fácilmente una hélice, mellando sus bordes de ataque, doblando las palas o picando su superficie.

¿Si aumentamos la superficie de la pala, podemos disminuir el diámetro de la hélice? Sí, pero hasta cierto punto ya que disminuirá la eficiencia cuando nos desplacemos a altas velocidades. Una hélice de tres palas es una buena solución de compromiso que consigue baja carga de palas y un área capaz de absorber la potencia del motor. Para un mismo diámetro y paso, al cambiar de una hélice de tres a otra de cuatro palas, normalmente no es necesario efectuar grandes correcciones en el paso o diámetro de la nueva. Por ello casi siempre podremos pasar de una de tres palas a otra de cuatro palas sin observar modificaciones en el comportamiento de la embarcación.

Las hélices de gran diámetro, las de alta velocidad, o las de palas plegables (pico de pato) y paso variable requieren estudios especiales que deben ser afrontados por un experto.

La hélice perfecta

La elección de una hélice es determinante en las prestaciones finales de una embarcación.

Puesto que a igualdad de eslora los barcos son utilizados para aplicaciones muy distintas, existen muchas hélices diferentes para una misma eslora de barcos. La clave fundamental es escoger una hélice que permita trabajar a los motores a su régimen óptimo de trabajo.  Las revoluciones alcanzadas al acelerar con todo, deben caer dentro del par máximo alcanzado teóricamente por el motor. El conocido como wide open throttle (WOT) debe caer en un régimen de revoluciones idóneo y característico para cada motor y puede ser conocido en el manual. Dependerá también si se trata de un motor a gasolina o diesel.

Cuándo cambiarla

Si está dañada o si las prestaciones conseguidas son muy inferiores a las que en teoría debía conseguir. Una hélice bien escogida debe permitir alcanzar el régimen de revoluciones a máximo de aceleración en la zona de la curva en donde el motor entrega el máximo de potencia. El paso de una hélice y las revoluciones están inversamente relacionadas: Al incrementar el paso se reducen las revoluciones que el motor es capaz de alcanzar. Podemos tomar como referencia que un cambio de un grado en el paso de las palas modificará unas 200 rpm el régimen del motor. Por tanto si su motor no es capaz de alcanzar al tope las revoluciones a las que el motor entrega su máxima potencia, piense en reducir el  paso de la hélice en tantos grados como sean necesarios.

Por ejemplo su motor intraborda ofrece el par máximo a 2.800 rpm, pero con la palanca a fondo, el motor solo alcanza las 2.200 rpm (suponiendo que no es un problema de mantenimiento de filtros o mal estado del motor) entonces se debería cambiar la hélice por una de tres grados menos de paso.

En vez de ajustar el ángulo de palas es posible jugar con el diámetro de la hélice. Si tenemos que aumentar el ángulo, podríamos aumentar el diámetro de la hélice dejando el mismo paso, y por el contrario, en vez de disminuir el ángulo, podríamos bajar el diámetro.

Escogeremos un paso pequeño para sacar esquiadores del agua de forma eficaz y por tanto conseguir potencia a baja velocidad. Sin embargo para altas velocidades deberíamos quedarnos con un paso más fuerte y en consecuencia no excedernos en el diámetro de la hélice.

Un yate de desplazamiento requiere maximizar la eficacia de la hélice a bajas velocidades y necesita pasos bajos y diámetros grandes. Esto mismo le ocurre a un velero, salvo que cuanto más grande sea el diámetro también más resistencia creará al navegar a vela… De modo que las soluciones son siempre de compromiso. En un velero la hélice plegable de gran diámetro en “pico de pato” es una solución muy buena, salvo por su precio y por ser más delicadas y por tanto requerir más mantenimiento.

Las hélices con “topes de extremos”  tienen una forma afilada en los extremos de las palas que permite cortar el agua de forma más eficiente a altas velocidades, permitiendo a los barcos planeadores alcanzar mayores rendimientos en su máxima potencia, y ahorros en consumos a mucha velocidad. Actúan igual que los wind-tips de las alas de los aviones, esas terminaciones que tienen en los extremos las alas de los modelos recientes de Airbus y Boeing. Este tipo de hélices es muy adecuada para motores con power trim, para poner  a la hélice trabajar eficazmente cerca de la superficie del agua y reducir la cavitación.

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