Hablaremos de cosas que por lo general no nos planteamos como pueden ser la profundidad y situación de una o varias hélices, sentido de giro, porque de ese sentido de giro y efectos de ese giro
En principio y para tener un símil diremos que una hélice es como un tornillo y funciona como tal, por tanto debemos considerar que en condiciones iguales avanzaria tanto como un tornillo en un medio rígido o sólido, por cada giro que diera, pero dado que para el caso del agua (aire para los aviones) una hélice se mueve en un medio elástico la situación no es posible, porque se produce un retroceso que es función del paso de dicha hélice, de las revoluciones de la misma y de la velocidad en metros por segundo del buque.
En la siguiente foto vemos el funcionamiento hidrodinámico de una hélice que al tiempo demuestra esa similitud con un tornillo.
Decir que Hélice en inglés es propeller pero a veces y en muchos casos al traducir on line se le da el nombre de screw (tornillo)
esto es así porque al tornillo en su estudio se le considera una hélice, de todos modos cuando hayais seguido ese método de traducción debéis tener claro que cuando de propulsión se trata se debe hablar de hélices y no de tornillos.
Por favor comentarios y/o preguntas al final, no obstante si alguno quiere comentarme algo o corregirme si me equivoco puede hacerlo vía privado y yo agradecido
(continuaremos)
Diámetro de una hélice.-
Una hélice debe tener el mayor diámetro posible y ese diámetro es igual a dos veces la distancia entre el centro del núcleo de dicha hélice y el extremo de una de las palas.
Se usa esta definición porque para hélices con número de palas impar resultaría impreciso medir ese diámetro.
El diámetro de una hélice depende de:
1.- Potencia de motor o máquina
2.- Velocidad angular (número de revoluciones por minuto)
3.- Tipo de casco
4.- Calado
5.- Forma de la popa
6.- Forma del codaste
7.- Altura del codaste
La profundidad a que debe colocarse una hélice es importante porque de ella también depende ese diámetro. En esa línea una hélice siempre debe colocarse a la mayor profundidad posible con el objeto de evitar que navegando con temporal la hélice o hélices salgan fuera del agua por efecto del cabeceo consecuencia de dicho temporal, se debe evitar también que las hélices no sobresalgan mas allá de la semi-manga (mitad de la manga hacia un costado) ni sobrepasen en profundidad a la quilla para evitar posibles averías.
La profundidad a la que se colocan las hélices debe atenerse a las condiciones citadas.
Para un gran buque la profundidad a la que se coloca una hélice es alrededor de dos metros de profundidad entre la parte o extremo de la pala cuando se encuentra en su posición más alta, pero puede colocarse más cerca de la superficie siempre que se respete al menos una profundidad mínima igual a un sexto del diámetro de la hélice. Esta norma sobre la profundidad como toda regla tiene su excepción y es que en buques ligeros de bajo tonelaje y con hélices que funcionan a elevadas revoluciones, cuyo eje es muy resistente, puede colocarse la hélice de modo que la punta de la pala cuando está en su extremo superior ésta quede al nivel de flotación.
Para el caso del extremo inferior de la hélice y para buques grandes o medianos debe quedar como mínimo a unos 300 milímetros de la parte baja de la quilla no debiendo sobresalir de la misma.
Un dibujo de cómo se sitúan las hélices con respecto a la altura
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Para el caso de un buque con varias hélices las exteriores el extremo exterior no debe sobresalir del forro exterior (casco por su parte externa) tomando como referencia la cuaderna maestra estableciendo para el caso de hélices que giran a altas velocidades y son muy pequeñas una distancia de entre 750 y 900 mm.
(En otro momento más)
Bueno pues tras un breve paréntesis debido a las diversas cosas en que ando metido continuamos con este tema hoy hablaremos de:
El paso de una hélice
La definición más simple de paso de hélice es aquella que dice:
El paso de una hélice equivale al avance de un buque en un giro de hélice en la supuesta condición de que el agua fuera un elemento rígido.
Como ya hemos apuntado ese supuesto es imposible por cuanto existe un retroceso debido a la condición elástica del agua y por tanto el avance siempre será inferior y dependerá del propio Paso P de la hélice que depende de la superficie helicoidal de las caras activas, del Número de revoluciones N y de la Velocidad del buque V en metros por segundo.
La relación entre paso y diámetro oscila entre el 0,5 y 2 y las relaciones más bajas se aplican a buques que soportan cargas elevadas como puede ser el caso de los remolcadores.
Para calcular los pasos de una hélice, trabajo complicado por cuanto depende de los casos particulares de cada buque, se utilizan gráficos como los de Keith, de Crouch o el gráfico de resbalamiento o retroceso
Las palas, formas, inclinación y superficie
La forma de las palas e inclinación de las mismas así como el área o superficie de las mismas dependen de las condiciones de trabajo a desarrollar por la hélice y se tendrá en cuenta para ello la forma del casco, situación de la hélice, agua que la alimenta, formación de la estela…
Funcionamiento de una hélice según su posición y para marcha avante
La hélice al girar impulsa una cantidad de agua hacia atrás que equivale a una acción que a su vez provoca una reacción sobre la propia hélice y a través del eje de cola a la chumacera de empuje donde se aplica y transmite esa fuerza reactiva a todo el buque que es la que impulsa a dicho buque en sentido contrario al de la corriente de agua desplazada por la hélice por la acción de dicha hélice.
Debemos no obstante, y recordando lo ya comentado sobre paso y retroceso, considerar que dicho desplazamiento y por tanto el avance del buque es menor que el paso de la hélice por el retroceso de la masa líquida. La consecuencia de esta consideración es que se debe dotar a las hélices de pasos y diámetros grandes siempre que las circunstancias lo permitan.
El funcionamiento de las hélices produce otros efectos relacionados con su movimiento dichos efectos son causados por la influencia de la estela del buque y se trata de las corrientes de agua provocadas por el giro y la reacción ejercida por las palas. Para ver que ocurre tomemos como ejemplo una hélice de giro a la derecha situada a la profundidad indicada p con el timón a la vía y el casco con las formas apropiadas, teniendo en cuenta de que el buque navega con la mar en calma y sin apenas viento; en este caso la hélice cuando gira provoca dos corrientes de agua, una de aspiración sin efectos de evolución dado que su dirección es paralela al timón y al casco, es decir está en línea con ambos y otra corriente de expulsión que tiene efectos evolutivos elevados por tener una dirección inclinada y sentido variable según se considera la acción de las palas altas o bajas.
Durante la marcha avante, la hélice gira a la derecha y las palas que están altas al girar, impulsan el agua contra la parte superior de babor del timón y las bajas lo hacen sobre la parte inferior de estribor, ambos efectos son de sentido contrario, siendo la preponderancia dependiente de la intensidad de la corriente de expulsión y del área de la superficie sobre la cual actúa, ocurriendo por lo general que el efecto predominante se ejerza por las palas bajas sobre la parte inferior del timón. Dicho efecto hace que el buque tenga tendencia a caer a estribor; durante la marcha atrás las palas bajas impulsan el agua hacia el codaste de proa mientras las altas lo hacen contra la bovedilla, el efecto hace que en este caso la caída sea a babor. Los efectos descritos son más acusados en las palas bajas pues la presión en ellas es superior a la de las palas altas.
Las bocinas instaladas en los arbotantes de los buques de doble hélice modifican la estela cuando dichas bocinas tienen nervios horizontales solamente; la estela aumenta cuando el sentido de giro de las hélices es hacia fuera por tanto el empuje es mayor, efecto idéntico tienen las bocinas con nervios verticales y giro hacia dentro. Junto a estos efectos aparecen otros entre ellos la falta de uniformidad en la intensidad de la estela que dan lugar a un empuje también no uniforme en los diferentes puntos de las palas, efecto que produce vibraciones.
Otros efectos
Mencionar que la reacción de las palas al trabajar en un distinto plano al centro de gravedad provocan un par de escora que depende del giro de la hélice y en buques grandes no tiene mayor importancia, pero sí en buques más pequeños cuyas hélices trabajan a un elevado número de revoluciones (como en su día los torpederos). En ellos y en los torpedos se colocan dos hélices sobre un mismo eje que giran en sentido contrario para contrarrestar entre ellas dicho efecto.
Cavitación
Añadir que existe un efecto llamado cavitación que se define como:
"Fenómeno consistente en la formación de cavidades, con mezclas de vapor y gotas, dentro de un líquido en movimiento. Por ejemplo por obra de una hélice es debido a la disminución de la presión en un líquido llegando a tomar valores inferiores o iguales a la tensión de vapor (gases disueltos en el agua) del mismo.
Este fenómeno fue descubierto en 1894 cuando el torpedero Daring aumentó las revoluciones de la hélice sin conseguir aumentar su velocidad. Viene explicado por el principio de Bernoulli, cuando en un punto o en una zona de corriente en torno a la hélice, aumenta la velocidad local V frente a la del flujo F, la presión P disminuye según la fórmula P = p/2 (V al cuadrado-F al cuadrado) por lo que debido a la incapacidad del agua de soportar tensiones
negativas deja de mantenerse en contacto con la pala, llenándose el espacio entre ésta y la pala de vapor y por pequeñas cantidades de gases disueltos en el agua.
Todo esto origina un aumento de revoluciones y una disminución del empuje y el rendimiento de la hélice."
El efecto citado para sumergibles y submarinos y a partir de determinadas profundidades queda anulado por la presión que el agua ejerce sobre la superficie de las palas
