viernes, 21 de febrero de 2025

PRL/Propulsión - UNIDAD 13: TRANSMISIÓN Parte 2

👉Hélice
La hélice (también llamada propulsor o propela) es un dispositivo giratorio que se instala en el exterior del buque bajo la línea de flotación. Este dispositivo al girar produce un chorro de agua que debido al principio de acción y reacción genera la fuerza que mueve al buque.


El principio de acción y reacción es un principio de la física y dice que “A toda fuerza (acción) se opone otra de la misma intensidad y en sentido contrario (reacción)”.

Por ello cuando la hélice “empuja” el agua hacia atrás (acción) a su vez es “empujada” hacia delante por una fuerza igual (reacción).

Este empuje hacia delante es transmitido por la hélice al eje y este lo transmite a un cojinete de empuje que la transmite a su vez a la estructura del barco haciéndolo mover hacia delante.

Existen diversos tipos de hélices según sean las condiciones en que deberán trabajar y las cualidades que se buscan en ellas.

Existen hélices para motores de bajas o altas revoluciones, para embarcaciones de alta o baja velocidad etc.

👉Las características que más varían de un tipo de hélice a otro son:
  • Diámetro de la hélice: Doble distancia desde el centro del núcleo hasta el extremo o punta de la pala.
  • Cantidad de palas: Varía entre dos y seis, Las más comunes son de tres y cuatro palas.
  • Área de las palas: suma de las superficies de trabajo
  • Inclinación de las palas: ángulo de las palas que pueden ser fijos o variables.
  • Paso: Esta en relación a la torsión de las palas. Es la distancia que avanzaría una hélice al dar una vuelta completa si estuviera inserta en un medio sólido.
  • Núcleo: Estructura que sirve de soporte a las palas, va unida al eje.


Sentido de giro: 
Para generar impulso hacia delante la hélice puede tener dos sentidos de giro:
En el sentido de giro de las agujas del reloj (a la derecha viendo desde la popa). hélices dextrógiras
En sentido contrario a las agujas del reloj (a la izquierda viendo desde la popa). Hélices levogiras.
 
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 inox son las que ofrecen las mejores prestaciones y duración frente al paso del tiempo, y son muy adecuadas para barcos que se desplacen a mucha velocidad.

Hélices de paso controlable. (C.P.P.)


Las hélices de paso controlable ( C.P.P. de sus siglas en inglés "controlable picth propeller") son hélices capaces de controlar el ángulo de paso de sus palas gracias a un sistema hidráulico o hidromecánico , para satisfacer la demanda de propulsión aplicada.
En la ilustración de abajo se muestran ejemplos de los dos sistemas de hélices de paso controlable mas usados:



En el ejemplo mostrado en la parte superior de la ilustración, se muestra el sistema de servo integrado en el cubo de la hélice, con tubos concéntricos en el interior del eje por los cuales se envía el fluido hidráulico para las posiciones de avante, atrás y retorno o presurización de cubo.

En el ejemplo mostrado en la parte inferior de la ilustración, se muestra el sistema de servo integrado en la caja de engranajes,con un mecanismo en el interior del eje, que transmite el movimiento avante/atrás hasta el cubo de la hélice.

Este tipo de hélices dependen para su funcionamiento de un sistema de control de demanda de la propulsión con cierto grado de complejidad y adaptados a las necesidades de cada buque en particular y a las características de su planta propulsora.


👉Funcionamiento de la Hélice
En cualquier hélice es importante tener suficiente superficie de palas, 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. 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: Cuando una hélice gira sus palas expulsan el agua hacia atrás, dejando un vacío que es inmediatamente ocupado por nuevas moléculas líquidas. Si la velocidad de giro sobrepasa ciertos límites, el agua expulsada lleva tal fuerza que impide que el vacío formado pueda ser ocupado por otras moléculas de agua.




Este fenómeno se llama cavitación, la cual se manifiesta en un aumento del número de revoluciones (giro en vacío) ruidos, vibraciones y formación de espuma en la popa. El fenómeno de la cavitación está directamente relacionado con la depresión que se crea en la cara anterior de las palas de la hélice.
Por principio de Física sabemos que la temperatura del agua varía en función de la presión atmosférica: el agua hierve a 100º C (si está situada a nivel del mar) pero lo hace a menor temperatura si se sitúa en el alto de una montaña; ello es debido a que la presión atmosférica es menor. Pues bien, las palas de una hélice girando a gran velocidad crean tal depresión en su cara anterior que el agua hierve a temperatura ambiente; las burbujas que salen entonces de la hélice no son de aire, sino estrictamente de vapor de agua. Estas burbujas se desplazan rápidamente hacia atrás, hasta encontrar una zona de mayor presión donde volverán a convertirse en agua implotando (lo contrario de explotar) contra las propias palas de la hélice y arrancando en cada choque una microscópica partícula de metal.
El origen de las burbujas está en el borde de ataque de la hélice, pero el daño se manifiesta en la parte posterior con el aspecto de una corrosión, que va retrocediendo en su proceso destructivo hasta el centro de la pala.
Una hélice en cavitación puede consumirse por completo en el plazo de pocos días.
La cavitación se manifiesta con mayor intensidad cuanto mas rápido es el barco, cuanto mas deprisa giran las hélices. Se evita reduciendo las revoluciones del motor y aumentándolas paulatinamente. La cavitación disminuye, así mismo, el rendimiento del motor.

👉Características
Las hélices marinas, o propulsores de barcos, deben tener ciertas características para funcionar de manera eficiente y segura. Algunas de las características más importantes son:

1. Material: Deben ser fabricadas con materiales resistentes a la corrosión, como el bronce o el acero inoxidable, para soportar la exposición al agua salada y otros elementos marinos.

2. Diseño de Palas: El diseño y número de palas puede influir en el rendimiento de la hélice. Generalmente, las hélices de 3 a 5 palas son comunes, y su forma debe minimizar la cavitación y maximizar la eficiencia.

3. Paso de la Hélice: El paso (la distancia que la hélice avanzaría en una vuelta completa en un medio sólido) debe ser adecuado para el tipo de embarcación y su uso previsto. Un paso correcto permite una buena aceleración y velocidad de crucero.

4. Equilibrio: Las hélices deben estar perfectamente balanceadas para evitar vibraciones y desgaste prematuro en el motor y otros componentes del sistema de propulsión.

5. Diámetro: El diámetro de la hélice debe ser acorde con el tamaño del barco y la potencia del motor. Un diámetro adecuado contribuye a un mejor rendimiento y menor desgaste.

6. Durabilidad y Mantenimiento: Las hélices deben ser duraderas y fáciles de mantener. Es importante que sean de fácil acceso para inspección y limpieza.

Cada tipo de embarcación requiere diferentes especificaciones como tamaño del buque, uso que se le va dar, tonelaje, si es de alta mar, transporte de pasajeros, etc. a la hora de diseñar una hélice.


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