“El buque es una estructura que desenvuelve y desarrolla todas sus actividades en el agua, pero en este campo es víctima de los caprichos de
la naturaleza y de la mecánica de fluidos en general.  El propulsor genera una serie de efectos  que afectan al rendimiento del buque,  particularmente 
en su maniobra, además de estar expuesto a efectos de la naturaleza como  el viento o las corrientes.  Cada uno de los efectos que producen los propulsores, y factores, 
externos o internos, que se desarrollan,  tienen su impacto en el progreso de la actividad marítima del  buque”.

¿Qué es el paso de una hélice?

Es el avance cuando da una vuelta completa. El paso de una hélice y las revoluciones están inversamente relacionadas de forma que al incrementar el paso se reducen las revoluciones que el motor puede alcanzar. 

¿Qué palas debemos escoger?

A la hora de seleccionar una hélice un punto fundamental es el tamaño y cantidad de palas con las que cuente. Las dos más importantes son las que tienen entre 2 y 4 palas y son principalmente utilizadas por motores intraborda con ejes. Los motores hélice fueraborda suelen llevar entre 3 y 6 palas.

¿Qué tamaño de hélice sería el correcto?

El tamaño se define por el diámetro total de la hélice y el paso de sus palas, es decir lo inclinado que están y por tanto, la capacidad de impulsar agua, generalmente un diámetro pequeño se corresponde con un motor de pequeña potencia o con un barco pensado para navegar a mucha velocidad. En cualquier hélice es importante tener suficiente superficie de palas para desplazar todo el volumen de agua que la potencia del motor permita. Palas demasiado pequeñas causan cargas muy altas, por lo cual la hélice no es capaz de absorber toda la potencia transferida por el motor. El resultado es lo que se conoce como cavitación, vibraciones y en algunos casos extremos picaduras en las palas.

¿Qué material de fabricación es el más adecuado para la hélice?

A nivel general se sigue utilizando el bronce, si bien cada vez aparecen en el mercado más modelos realizados en plástico. La gran ventaja del bronce es su bajo coste comparativo y la facilidad de reparación (aunque debemos tener mucho cuidado si ha habido problemas de electrolisis).

Pero el material más popular, con diferencia, utilizado actualmente en las hélices es el aluminio. Se repara fácilmente y presenta una elevada resistencia a la corrosión. Por otra parte, el acero inoxidable es cinco veces más resistente. De hecho, es el material más duro y duradero, lo que significa que es más resistente frente a los arañazos y abolladuras que suelen suceder a las hélices de aluminio, y que las palas de acero inoxidable pueden ser menos gruesas y aumentar su eficiencia.

La clave fundamental está en escoger una hélice que permita trabajar a los motores a su régimen óptimo. Las revoluciones alcanzadas cuando abrimos gases a fondo deben caer dentro del par máximo alcanzado teóricamente por el motor. El llamado ‘wide open throttle’ (WOT) debe caer en un régimen de revoluciones idóneo y característico para cada motor y estará reflejado en el manual de utilización, dependerá en gran medida de si es un motor a gasolina o diésel.

¿Cuál será entonces el numero de palas óptima para mi barco?

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. Tener poca superficie de palas es como poner las ruedas de un Seat 600 a un fórmula uno. 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.

¿Cómo saber si debemos cambiar nuestra hélice actual por otra?

Debemos hacer una prueba para determinar los distintos comportamientos que tiene nuestra actual hélice y conocer si es necesario su sustitución. Para ello debemos disponer de un tacómetro y un cuenta millas o kilómetros. Además debemos saber cuál es el régimen máximo de revoluciones de nuestro propulsor que suele venir especificado en el manual correspondiente.

También, hay que tener en cuenta la tripulación y la distribución de la carga habitual de la embarcación para determinar exactamente el comportamiento del casco ante la variación de carga ya que ello incide sobre el rendimiento del equipo.

Una vez en marcha, hay que acelerar el motor hasta su máxima capacidad de revoluciones y corregir el power trim hasta lograr la máxima velocidad final medida con el velocímetro. Si el barco planea con holgura y el motor no se pasa de vueltas (acusado por el tacómetro) estamos trabajando con una hélice adecuada para nuestro equipo. Si  llegamos al límite máximo de vueltas y el motor se pasa de revoluciones, entonces nos hace falta una hélice con un paso de hélice más largo. En cambio, si no podemos incrementar más la velocidad y no alcanzamos el régimen máximo de revoluciones, entonces necesitaremos paso de hélice menor.

Sobre las hélices actúan varias fuerzas:

1. Presión lateral de las palas : Cuando la hélice gira, el agua ejerce sobre las palas una fuerza longitudinal, que descomponemos en dos fuerzas: el empuje, que hace que el barco avance, y la PLP (presión lateral de las palas) que hace caer la popa a una u otra banda, tal que si la hélice es dextrógira, la PLP hace que la popa caiga a estribor en marcha avante y a babor en marcha atrás. Por supuesto, será viceversa para la hélice levógira.

• Corriente de expulsión : provoca sobre la hélice una fuerza al salir el agua propulsada, de forma que en el caso de la hélice dextrógira, tanto en marcha avante como en marcha atrás, la popa cae a babor.
• Corriente de aspiración : la genera la hélice al succionar el agua. Esta corriente hace aumentar la acción del timón en marcha avante+hélice avante y también en marcha atrás+hélice atrás.

La Rotación de la Hélice y Teoría de la operación

(nomenclatura de hélices marinas)    

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 reloj 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 atrás (popa) las hélices de una sola montura giran en sentido a las agujas del reloj, 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 contrastar el empuje de cada hélice Esto se traduce en una mejor línea recta de navegación y control del timón a alta velocidad.

Lo torcido (paso) y la inclinación de un aspa son definidos por los ángulos entre un plano de referencia perpendicular al eje de rotación y un numero de líneas referenciadas (o establecidas) entre el plano base y el aspa. Un conjunto de líneas de datos de paso son tomadas en series de radios constantes desde el eje de rotación, y el ángulo entre el plano de referencia y la línea de paso es llamado ángulo de paso.

Es  posible alterar el paso de este tipo de hélices para cambiar la velocidad o ajustarse a determinadas condiciones de navegación. Este cambio en el paso de la hélice se logra con la rotación de las palas de la hélice sobre su propio eje vertical, por medios hidráulicos o mecánicos. De esta forma el eje porta hélices puede girar a velocidad constante permitiendo a la vez un cambio en la velocidad del buque, a través del cambio en el paso de la hélice. Mientras es posible invertir completamente el paso de la hélice, este tipo de propulsor emplea un motor unidireccional para dar empuje todo avante o todo atrás en la maniobra. Se emplean para buques remolcadores o buques arrastreros donde las condiciones de navegación o remolque son complicadas.  

Hélices para toberas

Hélices tipo 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.

Existen dos variantes principales, basados en el tipo de transmisión lo que condiciona la localización del motor:

• Transmisión mecánica , donde un motor en el interior del barco está conectado a la unidad por engranajes. El motor puede ser diesel o eléctrico. Según la configuración mecánica de la transmisión se dividen en L-drive y Z-drive. Una hélice de L-drive tiene un eje de accionamiento vertical y un eje de salida horizontal unidos por un juego de engranajes en ángulo recto. Un propulsor Z-drive tiene un eje horizontal de entrada, un eje vertical en la columna giratoria y un eje de salida horizontal con dos juegos de engranajes en ángulo recto uniendo los ejes.
• Transmisión eléctrica , donde un motor eléctrico está en la misma góndola, conectado directamente a la hélice sin engranajes. La electricidad la produce un motor a bordo, generalmente diésel o turbina de gas. Inventado en 1955 por el Sr. FW Pleuger y el Sr. F. Busmann (Pleuger Unterwasserpumpen GmbH).Pero fue ABB con su Azipod el primer producto con esta tecnología.

Las instalaciones son dobles y como podemos elegir la dirección y la intensidad del chorro de propulsión en cada uno de los dos rotores, el control es total. Conseguiremos movimientos de traslación lateral del barco, giros impresionantes sobre el mismo eje del barco. Una direccionalidad desconocida que permite maniobras imposibles de realizar con sistemas de propulsión tradicionales.

Los dos tipos más comunes de cavitación: 

La cavitación de la superficie   del lado de succión se forma cuando la hélice está operando a altas velocidades de rotación o bajo carga pesada (alto coeficiente de elevación de la cuchilla ). La presión sobre la superficie aguas arriba de la cuchilla (el “lado de succión”) puede caer por debajo de la presión de vapor del agua, dando como resultado la formación de un bolsillo de vapor. Bajo tales condiciones, el cambio de presión entre la superficie aguas abajo de la cuchilla (el “lado de presión”) y el lado de succión está limitado, y eventualmente reducido a medida que aumenta la cavitación. Cuando la mayor parte de la superficie de la cuchilla está cubierta por cavitación, la diferencia de presión entre el lado de presión y el lado de succión de la cuchilla disminuye considerablemente, al igual que el empuje producido por la hélice. Esta condición se denomina “descomposición de empuje”. El funcionamiento de la hélice en estas condiciones desecha energía, genera ruido considerable y, a medida que las burbujas de vapor se derrumban, erosiona rápidamente la superficie del tornillo debido a ondas de choque localizadas contra la superficie de la cuchilla.

La cavitación del vórtice de punta  es causada por las presiones extremadamente bajas formadas en el núcleo del vórtice de la punta. El vórtice de la punta es causado por la envoltura del líquido alrededor de la punta de la hélice; Desde el lado de la presión hasta el lado de la succión, es menos dañina para la cuchilla, ya que este tipo de cavitación no se derrumba sobre la cuchilla, sino algo de distancia río abajo.

La supercavitación es un fenómeno hidrodinámico, una variación de la cavitación. Se produce al moverse un objeto a gran velocidad en un fluido (líquido, en éste caso). La diferencia fundamental entre cavitación y supercavitación reside en la velocidad y en los usos potenciales de la misma, mientras la cavitación es un fenómeno generalmente negativo tanto para la industria naval o la aeronáutica, la supercavitación es una nueva vía de futuro en la industria, y ofrece nuevos horizontes económicos y tecnológicos.

Este fenómeno consiste en que al moverse el objeto a gran velocidad, el fluido que se desplaza a su alrededor adquiere una velocidad muy grande haciendo que su presión disminuya drásticamente. Si se llega al punto de evaporación del líquido, éste se convierte en gas y por tanto el objeto se desplaza por un medio gaseoso disminuyendo así su fricción.

La cavitación o aspiración en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido pasa a gran velocidad por una superficie determinada en una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido en la zona de la arista. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido a la temperatura que se encuentra dicho líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente de estado líquido a vapor. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, «aplastándose» bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas, y un rápido desgaste de la superficie que origina este fenómeno. Ahora bien, en la Supercavitación se exagera este efecto con el fin último de que un objeto sumergido en un fluido se vea rodeado de una burbuja de gas en su totalidad para así reducir el efecto de la fricción del fluido y obtener así velocidades más altas haciendo que la implosión del gas se efectúe detrás de la cola del objeto en cuestión.

Actualmente, esta tecnología es toda una revolución en el sector de armamento naval. Cabe mencionar que el país más avanzado en estudios sobre este tema es Rusia, que hace ya unas décadas, creó un prototipo de torpedo-motorcohete que alcanzó una velocidad de 180 m/s. Este fenómeno es aprovechado recientemente por el ejército estadounidense para las balas de destrucción de minas. Estas balas tienen una punta achatada que provoca una supercavidad (el gas producido envuelve completamente al proyectil) haciendo que puedan llegar con suficiente energía a 15 metros de profundidad para poder hacer explotar una mina. Estas balas se lanzan desde un helicóptero artillado sobre el objetivo.

En general, cuanto más grandes sean esas distancias, mejor. Sin embargo, si el vano es pequeño, cuanto mayores sean esas distancias, menor podrá ser el diámetro de la hélice y menor será la eficiencia. Si en la fase de diseño se prevé que esas distancias sean grandes, se debe alzar la bovedilla y ello podría exigir que la línea de flotación sea más obtusa inmediatamente a proa de la hélice. Con esto aumentaría la resistencia del casco en el agua. Un vano pequeño requiere una hélice de diámetro pequeño, que quizás no pueda absorber eficientemente toda la potencia del motor, lo que daría lugar a un rendimiento ineficiente, daños en el motor o poca capacidad de arrastre. Se puede encontrar una solución intermedia para un vano pequeño, por ejemplo mediante lo siguiente:

• establecer una nueva angularidad del eje (para lo cual se debe remontar el motor);
• utilizar una prolongación del eje (para lo cual a menudo se debe desplazar el timón); o  instalar una hélice con una mayor relación área-disco. 

Distancias de protección de la hélice

  (% del diámetro de la hélice)

• Distancia mínima entre las puntas de las palas y el casco1  17 %
• Distancia mínima entre las puntas de las palas y la quilla 4 %
• Distancia mínima entre el dormido de popa y la hélice a un 35 % del diámetro de la hélice1 27 %
  Distancia máxima entre la hélice y el timón a un 35 % del diámetro de la hélice 10 %
  Distancia máxima al extremo del eje libre    4× diámetro del eje

Estas distancias están estrechamente asociadas al número de palas y se pueden calcular como sigue:

1 = 0.23 – (0,02 × n) y 3 = 0.33 – (0,02 × n) donde n = número de palas de la hélice.  

En general:

• Las distancias a las puntas de las palas deben ser lo más pequeñas posible dentro de las normas, para que la hélice pueda ser lo más grande posible.
• La distancia entre la hélice y el timón debe ser pequeña para mantener el control de la dirección.
• La distancia entre el dormido de popa y la hélice debe ser grande.

En el diseño y la instalación de las hélices de los arrastreros, el espacio entre la punta de las palas y el casco puede ser tan pequeño como un 8 a un 10 por ciento del diámetro de la hélice. La desventaja del aumento de la vibración se compensa con el aumento del empuje y de la eficiencia de una hélice de diámetro más grande.

En el diseño y la instalación de las hélices de los arrastreros, el espacio entre la punta de las palas y el casco puede ser tan pequeño como un 8 a un 10 por ciento del diámetro de la hélice. La desventaja del aumento de la vibración se compensa con el aumento del empuje y de la eficiencia de una hélice de diámetro más grande.

La distancia entre la punta de las palas y el casco nunca debe ser de menos de 50 mm en ninguna embarcación. Por consiguiente, se recomienda hacer un control preliminar antes de consultar a un diseñador de hélices o un arquitecto naval. En el anexo 4 se describe un método sencillo de estimación preliminar de los parámetros básicos de una hélice. Cabe señalar que se trata de una forma abreviada de un método más completo y no sirve para el diseño.

Sobrecarga del motor

La sobrecarga del motor debida a la instalación de una hélice con demasiado paso es la causa más común de un uso ineficiente de combustible. La sobrecarga también puede ser resultado del uso de una hélice de diámetro demasiado grande, pero esto es menos común. En los motores diésel internos, un signo seguro de sobrecarga es la presencia de humo negro abundante en el escape antes de alcanzar las RPM de diseño. La sobrecarga puede hacer quemar válvulas, resquebrajar la culata del cilindro, romper los aros del pistón y reducir la vida útil del motor. Es importante recordar que, en un motor diésel, es la carga y no la aceleración la que determina el consumo de combustible. Por consiguiente, la sobrecarga continua da lugar a un consumo innecesariamente alto de combustible y a mayores costos de mantenimiento.

Subcarga del motor

La subcarga del motor debida a la presencia de una hélice de diámetro demasiado pequeño o de paso insuficiente afecta al rendimiento de la embarcación. También puede averiar el motor si se lo acelera por encima de las RPM máximas especificadas. La subcarga del motor tiende a ir acompañada de un consumo bajo de combustible y, muchas veces, de cavitación.

Si el control preliminar indica que se deben introducir modificaciones en la hélice, vale la pena recordar que se puede modificar un poco el paso sin necesidad de comprar una hélice nueva. Sin embargo, montar una hélice es un trabajo especializado y será necesario enviarla a un fabricante para que la reforme.

Motores fuera borda

Las posibilidades de elección de las hélices de los motores fuera borda son en general más limitadas, por lo que hay menos margen para los errores. En muchos casos un motor fuera borda sólo se puede vender con una hélice determinada, por ejemplo en comunidades pesqueras de países en desarrollo en las que los motores tienen un solo uso. Sin embargo, si la hélice está averiada, puede ser necesario encargar una nueva, y en ese momento merece la pena verificar cuál es la más apropiada para la embarcación. Lo importante es, como en el caso de los motores internos, si el motor alcanza las RPM de diseño cuando marcha a toda potencia. Si no las alcanza, se debe considerar la posibilidad de instalar una hélice de paso más corto, y si el motor tiende a sobre acelerar se debe considerar una de paso más largo.

El paso necesario se puede calcular a partir de la figura 18 del anexo 4, aplicando los mismos principios que se aplican a una instalación interna. Si el resultado indica que el paso de la hélice instalada es correcto, se debe probar una hélice de diámetro diferente (pero con el mismo paso).

Arrastreros

En estas embarcaciones el diseño de las hélices requiere una atención especial porque funcionan en dos situaciones completamente diferentes: el arrastre y la marcha libre.

Si es de paso fijo, la hélice no puede funcionar en las condiciones óptimas de diseño tanto en marcha libre como en el arrastre. El diseñador de la hélice debe encontrar una solución intermedia según el tiempo que la embarcación se utilice en cada una de esas dos situaciones. En el caso de las embarcaciones utilizadas para pescar a gran distancia del puerto de base, las ventajas de tener una hélice con mayor capacidad de arrastre (y por consiguiente mayor capacidad de captura si se trata de un arrastrero) bien pueden quedar neutralizadas si aumenta el costo del combustible necesario para el viaje de ida y vuelta, y en el diseño se optará por una hélice de paso más largo. Un arrastrero utilizado durante el día relativamente cerca del puerto de base debe tener una hélice optimizada para remolcar.

Una hélice de paso variable podría funcionar eficientemente tanto en el arrastre como en la marcha libre, pero su manejo requiere habilidad y conocimientos. En general, para la pesca no se recomienda el uso de hélices de paso variable si no se puede garantizar un reglaje correcto, ya que un paso incorrecto puede dar fácilmente lugar a un aumento considerable del consumo de combustible.

Sin embargo, una hélice de paso variable bien diseñada y bien manejada permite lograr un ahorro de combustible de hasta un 15 por ciento en comparación con una hélice de paso fijo en una tobera.

Tobera

Una tobera es un tubo corto que rodea la hélice. En determinadas circunstancias puede mejorar mucho la eficiencia de un sistema de propulsión. El tubo se halla muy próximo a la hélice, se estrecha levemente y tiene un perfil sustentador.

Una tobera mejora la eficiencia del sistema de propulsión de dos maneras bien diferenciadas:

• Primero , el entubamiento contribuye a mejorar la eficiencia de la hélice misma. Cuando las palas de la hélice giran en el agua, se crean áreas de alta presión detrás de cada pala y de baja presión delante. Esa diferencia de presión genera la fuerza necesaria para empujar la embarcación en el agua. Sin embargo, como se pierde fuerza en las puntas de las palas cuando el agua pasa del lado de alta presión al de baja presión, se reduce el empuje de la embarcación hacia adelante. Un entubamiento muy estrecho de la hélice reduce esa pérdida porque limita el flujo de agua por las puntas de las palas de la hélice.
• Además  de mejorar la eficiencia de la hélice, la tobera misma genera una fuerza similar a la fuerza de sustentación producida por el ala de un avión. El agua que fluye de forma convergente alrededor de la hélice interactúa con el perfil sustentador anular y crea un área de baja presión dentro de la tobera y otra de alta presión por fuera. El estrechamiento de la tobera ayuda a que la resultante de estas fuerzas sea un empuje hacia delante y éste puede representar hasta un 40 por ciento del empuje total de la hélice y la tobera combinadas. Este efecto es más importante cuando la embarcación navega lentamente; a mayor velocidad (más de 9 nudos), la tobera tiende a generar más resistencia al avance que empuje y ello reduce el rendimiento de la embarcación.

Cuándo conviene instalar una tobera

La canalización de la hélice puede dar como resultado ahorros considerables de combustible o un aumento de la capacidad de arrastre, pero no en todos los casos.

Como se señala más arriba, el efecto de la tobera es más apreciable a baja velocidad; por lo tanto, conviene instalar una en un arrastrero, pero no en otros tipos de embarcación. Incluso en los arrastreros, los efectos beneficiosos sólo se sienten durante la pesca; en marcha libre la tobera probablemente reduzca la velocidad.

El cálculo indicado en la figura 12 puede ayudar a hacer una primera evaluación técnica para determinar si la instalación de una tobera resultaría ventajosa. Se trata de una guía aproximada solamente y, si pareciera conveniente instalar una tobera, se deben solicitar los servicios de un arquitecto naval o un fabricante de hélices para que examine el caso con más detenimiento.

En la figura, la velocidad de la embarcación se considera como la condición de trabajo más importante (en el caso de un arrastrero es la velocidad de arrastre y no la velocidad en marcha libre). Las RPM de la hélice se calculan a partir de las RPM del motor a toda potencia, divididas por la relación de transmisión de la caja reductora:

               La potencia en el eje (SHP) se toma como la potencia máxima nominal de salida continua del motor, medida en caballos de fuerza (CV).

¿Qué puede aportar una tobera? 

Una tobera adecuada instalada correctamente puede dar lugar a un aumento de la potencia de tiro de un 25 a un 30 por ciento aproximadamente (cálculo basado en Smith, Lapp y Sedat, 1985), según el grado de ineficiencia de la instalación anterior. En una embarcación de pesca de arrastre, ese aumento se puede aprovechar de una de las tres maneras siguientes:

• Se puede pescar con la misma red de arrastre a la misma velocidad, pero a menos RPM, lo que permite economizar combustible. El ahorro de combustible es un poco menor que el aumento del empuje, es decir de un 20 por ciento aproximadamente (Anón., 1970).
• Se puede pescar con la misma red de arrastre a mayor velocidad. Esto no permite ahorrar combustible pero sí aumentar la capacidad de captura.
• Se puede pescar con una red de arrastre más grande a la velocidad anterior a la instalación de la tobera.

Sin embargo, debe recordarse que las toberas no son apropiadas para todas las embarcaciones.

En general, sólo en los arrastreros se obtiene un beneficio real tras la instalación de una tobera. La instalación de toberas conlleva algunas desventajas, a saber:

• pérdida de maniobrabilidad (con una tobera fija);
• pérdida de potencia en contramarcha;
• reducción de la velocidad en marcha libre;
• instalación costosa;
• posibilidad de cavitación importante en el interior de la tobera.

La utilidad de instalar a posteriori una tobera puede ser limitada. Si la embarcación está diseñada para tener una hélice abierta, suele haber un vano insuficiente para colocar una tobera que pueda entubar una hélice capaz de absorber la fuerza del motor.

Instalación de una hélice en tobera (en un arrastrero)

Flujo de Agua en la hélice

En la sección relativa a la hélice se indican con algún detalle el diseño de la hélice y las distancias apropiadas entre la hélice y el casco. Sin embargo, para que una instalación resulte razonablemente eficaz, se debe prestar atención a la forma del casco en torno el vano de la hélice.

En una instalación ideal, la hélice funcionaría en un flujo de agua tranquila. En la práctica, esto es imposible de lograr debido a la presencia inevitable de la estructura que sostiene el cojinete y el eje de la hélice (el dormido de popa, el codaste, el talón del codaste, el puntal del motor fuera borda) inmediatamente a proa de la hélice. Las perturbaciones causadas por esa estructura se pueden reducir al mínimo mediante lo siguiente:

• una distancia adecuada entre la hélice y el dormido de popa (por lo menos 0,27 veces el diámetro de la hélice); y
• un buen lijado del dormido de popa para que los bordes de salida queden lo más finos y redondeados que sea posible.

Alisado de formas del dormido de popa o del talón del codaste

En la foto 8 se muestra un dormido de popa insuficientemente lijado que reduciría la eficiencia de la hélice y haría aumentar la vibración de ésta, sobre todo si la misma tuviera dos o cuatro palas.

En la foto 9 se observa el borde de salida del dormido de popa bien pulido para que la hélice funcione con un flujo mejor y más parejo. Lo ideal es que el lijado comience aproximadamente a 1,3 veces el diámetro de la hélice, a proa del borde de salida del dormido de popa.

Salida de los gases de escape (o gases de exhaustación) y entrada de aire

Todo motor, ya sea que se instale en la sala de máquinas de un gran buque o en la caja del motor de una pequeña embarcación, debe recibir aire fresco para la combustión y tener una ventilación adecuada para que los gases de escape puedan salir fácilmente. Si la salida de los gases de escape y la entrada de aire fresco están limitadas, el consumo de combustible puede aumentar fácilmente un 10 por ciento.

• Admisión de aire . Una entrada adecuada de aire en la sala de máquinas o la caja del motor es necesaria para la combustión e importante para que no se recaliente la sala de máquinas o la caja del motor. Es esencial en los motores refrigerados por aire porque en ellos el calor no se puede disipar de otra manera.

Como guía, la superficie de la sección transversal de la toma de aire de la sala de máquinas o la caja del motor deben ser al menos de 8 cm2 por caballo de fuerza en el caso de un motor enfriado por agua (por ejemplo, un motor de 40 CV requiere una toma de aire de al menos 40 × 8 = 320 cm2). Un motor refrigerado por aire requiere una toma de aire más grande, cuyas dimensiones mínimas generalmente están indicadas por el fabricante. En toda sala de máquinas o caja de motor, la toma de aire debe suministrar un aire fresco y puro que llegue hasta la parte inferior de la sala de máquinas, mientras que el aire caliente debe salir por la parte superior de la sala de máquinas o la caja del motor.

Un motor diésel al que le falta aire tiende a echar humo negro por el escape. Se debe prestar atención porque ese humo también podría ser un signo de otros problemas mecánicos (véase la sección relativa al mantenimiento del motor).

• Salida de aire . Parte del aire que entra en la sala de máquinas o la caja del motor sale por el escape, pero debe haber ventilación suficiente para que no se acumule calor en la sala de máquinas o la caja del motor. El aire caliente debe salir por la parte superior de la sala de máquinas o la caja del motor, donde la temperatura del aire es más alta. La superficie del corte transversal de la salida de aire debe ser aproximadamente igual a la de la entrada de aire, es decir de unos 8 cm2 por caballo de fuerza en el caso de un motor enfriado por agua.
• Tubo de escape del motor . El tubo de escape debe ser lo más recto posible y se deben evitar los codos de 90° porque pueden reducir un 25 por ciento el paso del aire. El diámetro del tubo de escape debe ser el estipulado por el fabricante del motor. Si es demasiado pequeño o tiene demasiadas curvaturas pronunciadas, se acumula contrapresión en el sistema, lo que da lugar a la pérdida de potencia y, en casos extremos, a la salida de un humo de escape blanco.

Breve vocabulario de las hélices

Aireación . Efecto de absorción de aire por las palas de la hélice debido a la proximidad de éstas con la superficie del agua, o inducido por la carena de la embarcación; es sinónimo de ventilación. 

Cavitación . Turbulencia del agua en las palas debida a una perturbación en el paso del flujo en las palas de la hélice. El agua, entonces, se transforma en vapor que produce una energía parásita que puede llegar a quemar el metal.

Contrarrotación . Para anular el efecto de par (véase efecto de par) que afecta a la conducción y endurece el timón de una embarcación, es posible, a condición de disponer de dos motores aptos para la contrarrotación, equiparlos de hélices que giren en sentido contrario. De este modo se neutraliza el par de inversión que produce cada una de las hélices. 

Cuchillas . Es el nombre que familiarmente se utiliza en los ambientes de competición para designar las hélices cuyas palas tienen un borde de salida ancho y rectilíneo y un borde de ataque afilado y curvo como el filo de un cuchillo.

Cup . Es la concavidad dada a la pala de una hélice (motores fueraborda o Z Drive) con el fin de mejorar su rendimiento en el terreno de la velocidad pura. Con el mismo paso, una hélice deportiva puede permitir bajar el régimen del motor hasta 300 rpm por debajo de su máximo.

Diámetro . Hace referencia al diámetro exterior de la hélice, es decir, la distancia del centro del cubo hasta el extremo de la pala, multiplicado por dos. 

Efecto de par . También “par de inversión”, es la fuerza de rotación de la hélice que genera una fuerza contraria. Si la hélice gira en sentido de las agujas del reloj, tiende a llevar el barco hacia babor. Si gira en sentido contrario, la embarcación tiene tendencia a ir hacia estribor. En marcha atrás, este fenómeno se invierte.

Paso . Es la distancia – por lo general expresada en pulgadas – que recorre la hélice después de efectuar una revolución completa. Por ejemplo, una hélice de 17 pulgadas avanza, en teoría, 43 cm en un giro.

Picking . Con este término designan los profesionales la quemadura provocada en las palas por la cavilación. Es un fenómeno que afecta en especial a las hélices de aluminio (más frágil que el acero inoxidable). 

Rake . Es el grado de inclinación de la pala hacia atrás en relación a una línea imaginaria trazada en la perpendicular del cubo de la hélice. Las hélices para embarcaciones de recreo disponen de un rake que va de 5 a 20 grados, mientras que determinadas hélices de alto rendimiento pueden alcanzar hasta 30 grados de rake, lo que quiere decir que tienen un perfil hidrodinámico más plano. 

Ventilación . Por lo general, se debe a una inmersión insuficiente de la hélice, que toma aire al mismo tiempo que agua. Asimismo, se puede producir por una colocación demasiado elevada del motor o de un trim excesivamente positivo, que en el momento de hacer viradas cerradas crea una perturbación en el flujo de agua que alimenta la hélice. La ventilación se nota por un ruido característico y produce, a la larga, una erosión de la pintura de las palas.

El consumo efectivo de combustible comprende un margen para tener en cuenta las diferencias de eficiencia de las hélices de diversas instalaciones. Los datos de esta columna indican la cantidad real de combustible consumido por unidad de potencia con igual rendimiento.

Motores diésel fuera borda . Los motores diésel fuera borda no son muy comunes en la pesca en pequeña escala, sobre todo porque son caros y difíciles de mantener. Sin embargo, la tecnología ya está razonablemente establecida y los motores consumen combustible de manera particularmente eficiente. Los motores diésel fuera borda son ideales para una pesca que requiera muchas horas de uso del motor, a condición de que se disponga de un servicio técnico muy bueno. En un conjunto de ensayos realizados sobre el terreno se calculó que un motor diésel fuera borda sólo sería una opción viable frente a uno de gasolina de dos tiempos de rendimiento similar si se utilizara unas 600 horas por año o más.

Motores fuera borda a queroseno . Los motores fuera borda de queroseno son motores comunes de gasolina de dos tiempos modificados para que funcionen con queroseno. Necesitan la mezcla corriente de gasolina y aceite para arrancar y para detenerse, es decir que utilizan dos tipos de combustible.