ANÁLISIS COMPARATIVO DE UNA HÉLICE CONVENCIONAL Y …

Escuela de Ingeniería Naval

ANÁLISIS COMPARATIVO DE UNA HÉLICE CONVENCIONAL Y HÉLICE EN TOBERA PARA UNA

LANCHA PILOT

Proyecto para optar al título de: Ingeniero Naval

Mención: Arquitectura Naval & Máquinas Marinas

Profesor Patrocinante:

Sr. Marcos Salas Inzunza. Lic. Ing. Naval, M. Sc., Ph. D.

DARÍO ALEJANDRO SÁNCHEZ CONTRERAS VALDIVIA-CHILE

2018

2 ANÁLISIS COMPARATIVO HÉLICE CONVENCIONAL Y HÉLICE EN TOBERA PARA LANCHA PILOT

Este Proyecto ha sido sometido para su aprobación a la comisión de Tesis, como requisito

para obtener el grado de Licenciado en Ciencias de la Ingeniería.

El Proyecto aprobado, junto con la nota del examen correspondiente, le permite al alumno

obtener el título de Ingeniero Naval, menciones: Arquitectura Naval & Máquinas Marinas.

EXAMEN DE TÍTULO

Nota de Presentación (Ponderada) (1) : __________________

Nota de Examen (Ponderada) (2) : __________________

Nota Final de Titulación (1+2) : __________________

COMISIÓN EXAMINADORA

………………………………....………... Decano

…………………………………………... Examinador

…………………………………………... Examinador

…………………………………………... Examinador

…………………………………………... Secretario Académico (A)

..………………………………

Firma

.………………………………. Firma

…………………………………

Firma

…………………………………

Firma

.………………………………. Firma

Valdivia,………………………………………………………………………………………

Nota Presentación = NC/NA*0,6 + Nota de Tesis*0,2

Nota Final = Nota de Presentación + Nota Examen*0,2

NC = Sumatoria de Notas de Currículo, sin Tesis.

NA = Número de Asignaturas Cursadas y Aprobadas, incluida Práctica Profesional


Agradecimientos

Al llegar a esta etapa tan importante de mi vida

Quiero agradecer especialmente a mis padres

Los cuales siempre estuvieron a mi lado

En los buenos y malos momentos

También agradecer a mis amigos

Por su incondicional apoyo y comprensión

Durante todo este proceso.


Índice

Resumen .............................................................................................................................................. 6

Introducción ........................................................................................................................................ 7

Capítulo I: Propulsores Marinos ......................................................................................................... 8

1. Hélices ..................................................................................................................................... 8

2. Propulsores con Tobera ........................................................................................................... 8

Toberas Acelerantes ............................................................................................................ 9

Toberas Desacelerantes ..................................................................................................... 10

Capítulo II: Lanchas Pilot ................................................................................................................. 11

1. Características Principales ..................................................................................................... 11

2. Requerimientos de Armadores sobre Propulsión. ................................................................. 11

Capítulo III: Identificación de las embarcaciones ............................................................................. 12

1. Taylor Batro .......................................................................................................................... 12

2. Kirke ...................................................................................................................................... 14

Capítulo IV: Cálculo de Propulsores ................................................................................................. 16

1. Lancha Pilot Taylor Batro ..................................................................................................... 17

Cálculo de la hélice convencional ..................................................................................... 19

Cálculo de la hélice con tobera ......................................................................................... 20

2. Lancha Pilot Kirke ................................................................................................................ 21


Cálculo de le hélice con tobera ......................................................................................... 23

3. Análisis de Resultados .......................................................................................................... 24

Rendimiento ...................................................................................................................... 24

RPM de la hélice ............................................................................................................... 24

Torque ............................................................................................................................... 25

Empuje .............................................................................................................................. 25

Cavitación ......................................................................................................................... 26

Capítulo V: Cálculo de Hélices para Velocidad de Remolque.......................................................... 31









Empuje .............................................................................................................................. 37

Fuerza de Tiro ................................................................................................................... 37

Capítulo VI: Cálculo de Hélices en servicio de tracción a punto fijo (Bollard Pull) ........................ 38








RPM de la hélice ............................................................................................................... 43

Empuje .............................................................................................................................. 43

Fuerza de Tracción a punto fijo (Bollard Pull) .................................................................. 43

Conclusiones ..................................................................................................................................... 44

Referencias ........................................................................................................................................ 46


Resumen

Se realiza una comparación entre una hélice convencional y una hélice en tobera para dos

lanchas pilot. Será necesario calcular ambos propulsores para los dos casos que se presentan en esta

investigación y así poder analizar algunos de los puntos más importantes en el cálculo de un

propulsor, como lo son rendimiento behind, rpm de la hélice, porcentaje de cavitación, empuje,

torque, etc. Así poder concluir las ventajas y desventajas de cada uno de estos propulsores para las

embarcaciones en estudio. Tener en cuenta que la utilización de Tobera para este tipo de

embarcaciones en la investigación que se presenta, es solamente un ejemplo demostrativo de cómo

se comporta este propulsor.

En esta investigación se comienza con una leve explicación sobre hélices convencionales y

hélices en toberas, posterior a ello se presentan las embarcaciones que serán analizadas con sus

características principales y curva de resistencia al avance. Luego de esto se calculan los propulsores

a utilizar y el método utilizado para calcular los propulsores fue mediante los diagramas de propulsor

aislado para hélices convencionales (Serie de Troost) y hélice en tobera (Serie Ka 19A de

Wageningen). Finalmente se obtienen los resultados de los puntos nombrados anteriormente y

concluir cuál de los dos propulsores es más eficiente para este tipo de embarcación.

Abstract

A comparison is made between a conventional propeller and a propeller in nozzle for two

pilot boats. It will be necesary to calculate both propellers for the cases presented in this research so

we can analyse some of the most important points in the calculation of a propeller, such as

performance behind, rpm, cavitation percentage, thrust, etc. We can conclude advantages and

disadvantages of each of these propellers for the vessels under study. Bear in mind that the use of

nozzle for this type of vessel in the research presented is only a demonstrative example of how this

propeller behaves.

In this investigation we begin with a slight explanation about conventional propellers and

propellers in nozzle, later we present the boats that will be analysed with their main characteristics

and resistance curve to the advance. After that the propellers to be used were calculated and the

propellant method was used for the isolated propellants for conventional propellers (Troost series)

and nozzle propellers (Wageningen series ka 19A). Finally we obtain the results of the point named

above and conclude which of the two propellers is more efficient for this type of boat.


Introducción

A lo largo del país existen diferentes puertos, en los cuales atracan diferentes tipos de naves,

algunas de estas son bastante grandes y por norma chilena es necesario que se utilice un práctico para

atracar en el muelle. Para atender esta necesidad es necesario contar con una embarcación que cumpla

con todos los requisitos para transportar al práctico aun cuando las condiciones sean adversas

(inclemencias de viento y mar).

Las embarcaciones encargadas para este trabajo son principalmente lanchas pilot, este tipo

de embarcaciones debe regirse por diversas normativas (casas clasificadoras y DGTM

principalmente) a la hora de su construcción, y uno de sus puntos más importantes es la velocidad, ya

que estas embarcaciones se caracterizan por ser bastante veloces.

En la investigación que se presenta a continuación se analiza la posibilidad de instalar hélices

en tobera a dos lanchas pilot en lugar de hélices convencionales (generalmente más utilizadas por este

tipos de embarcaciones) y comparar cuál de los dos tipos de propulsores es más conveniente utilizar

para estas lanchas. Cabe destacar que las hélices en tobera son utilizadas cuando se necesita un gran

porcentaje de empuje, que la embarcación trabaje con carga elevada y las velocidades de operación

sean menor a 10 nudos; por lo tanto la siguiente comparación a realizar es solamente un ejemplo

demostrativo de cómo se comporta una hélice en tobera en este tipo de embarcaciones, ya que colocar

a trabajar a una tobera a velocidad superior a 10 nudos es contraproducente ya que los resultados son

malos.

Para realizar esta comparación se calcularán los dos tipos de propulsores para ambas

embarcaciones que se presentan en esta investigación, el método que se utilizará para el cálculo es

mediante los diagramas de propulsor aislado. Luego de tener calculado los propulsores y haber

obtenido las principales características, finalmente se podrá analizar los factores más importantes

como: rendimiento, rpm de la hélice, cavitación, torque y empuje.


Capítulo I

Propulsores Marinos

1. Hélices

La hélice como propulsor naval es el artefacto más utilizado en la mayoría de las

embarcaciones. La hélice es la encargada de generar finalmente la fuerza de empuje del sistema de

propulsión.

La evolución de las hélices, desde sus primero diseños, ha sido continua ya sea en

rendimiento, métodos de diseño, materiales de construcción y estudio de los fenómenos de cavitación

y vibraciones [1]; es por esto que existe una gran cantidad de hélices marinas, que se definen por una

gran cantidad de parámetros como lo son: el número de palas, el diámetro, el paso, sentido de rotación,

material de construcción, etc.

Existen también hélices que son construidas para una embarcación específicamente como lo

son las hélices especiales que poseen algunos yates, también las hélices que son construidas para ser

utilizadas en motores fuera de borda y también las hélices denominadas de paso controlable (CPP),

las que tiene como principal función cambiar el paso de la hélice de forma hidráulica.

2. Propulsores con Tobera

Un sistema de propulsión con tobera consiste en una hélice convencional rodeada por un

conducto en forma de tobera a modo de carcasa exterior como se muestra en la Figura 1.

Figura 1: Propulsor con Tobera.

Aunque la idea de rodear una hélice por una tobera es muy antigua, fue hasta principios de

los años 30 que este tipo de propulsión entró en uso práctico. Luisa Stipa y luego Kort demostraron

experimentalmente la ventaja que se puede obtener mediante la aplicación de la tobera. Estas

investigaciones mostraron claramente que se puede obtener un aumento de la eficiencia cuando se

aplica a hélices con carga pesada [2].


En la Figura 2 se observa cómo se comporta el fluido a la entrada y a la salida de la tobera,

donde la velocidad del flujo aumenta o disminuye dependiendo del perfil hidrodinámico. Con esta

información los propulsores con tobera pueden clasificarse en dos tipos, se clasifican en Toberas Acelerantes y las Toberas Desacelerantes cada una de ellas con diferentes cualidades [3].

Figura 2: Funcionamiento de una Tobera.

Toberas Acelerantes

En el caso de las hélices en tobera con el flujo acelerado, estas se utilizan ampliamente en los

casos donde la hélice de la embarcación es aplicada a carga pesada o tiene un diámetro limitado. Las

toberas acelerantes ofrecen un medio para aumentar la eficiencia de las hélices con carga elevada y

producir un mayor empuje.

Las investigaciones sobre las toberas acelerantes han llevado al desarrollo de una tobera

denominada MARIN 19A para su aplicación en hélices con carga pesada. Esta tobera tiene desde el

punto de vista estructural una forma simple en donde el lado interior de la tobera en la posición de la

hélice tiene una forma axial cilíndrica y en el lado exterior del perfil de boquilla es recto. El perfil de

la Tobera Acelerante se muestra en la Figura 3.

Figura 3: Perfil Tobera Acelerante.


Para el uso de la tobera Nº 19A, se diseñaron una serie de hélices especiales (la denominada

serie Ka). Las hélices de estas series tienen palas relativamente anchas que las hacen menos

susceptibles a la cavitación. Los resultados de los experimentos realizados por el Instituto de

Investigaciones de Holanda (MARIN) muestran que este tipo de hélice no tiene inconvenientes con

respecto a la eficiencia y la cavitación. La tobera Nº 19A tiene una relación de longitud-diámetro

(LID) igual a 0,5; pero para aplicaciones en embarcaciones como empujadores o remolcadores las

toberas con mayores relaciones longitud-diámetro pueden ser más atractivas. Es por esto que se

diseñaron otras dos toberas cuya forma básica es igual a la forma de la Nº 19A, pero que tienen

relaciones de longitud-diámetro de 0,8 y 1,0; toberas denominadas como Nº 22 y 24, Lewis [4].

La hélice en tobera es recomendada para hélices con carga pesada, como es el caso de

remolcadores, arrastreros, etc. Además del aumento de empuje otra cualidad de la propulsión con

tobera ya sea acelerante o desacelerante es que protege las palas de la hélice contra impactos de

objetos fijos que se pueden encontrar en el fondo o alrededor.

Toberas Desacelerantes

En el caso de las hélices en toberas con el flujo desacelerante, estas se utilizan para aumentar

la presión estática del impulsor. Este tipo de toberas se utilizan principalmente para disminuir la

cavitación en la hélice.

Como ya se ha mencionado anteriormente la aplicación de esta tobera es para disminuir el

fenómeno de la cavitación en la hélice. La reducción del caudal dentro de este tipo de tobera da como

resultado un aumento de la presión estática en el impulsor, sin embargo el propio conducto producirá

una disminución de empuje. Con el fin de compensar esta pérdida de empuje, se debe aumentar la

carga del impulsor, por lo tanto, sólo se obtendrá una mejora de las propiedades de cavitación del

impulsor, Lewis [4]. La aplicación de la tobera desacelerante resulta también en una reducción de la

presión en la superficie exterior de la tobera.

Se han realizado series sistemáticas de pruebas, de modelos de hélices en toberas deceleradas

donde el diseño de estas toberas está basado en la teoría del vórtice como se describe en Oosterveld

(1970). El perfil de la Tobera Desacelerante se muestra en la Figura 4.

Figura 4: Perfil Tobera Desacelerante.


Capítulo II

Lanchas Pilot

1. Características Principales

Este tipo de embarcaciones son consideradas como “embarcaciones especiales”, es por esto que además de los reglamentos de construcción y estabilidad que debe seguir de una casa clasificadora

este tipo de embarcación debe cumplir adicionalmente con una circular de la DGTM y MM que tiene

como principal objetivo fijar “Características generales mínimas que deben cumplir las embarcaciones que se destinan a la transferencia de práctico”.

Las Lanchas Pilot son embarcaciones que se caracterizan principalmente por ser

embarcaciones veloces, que están construidas por acero naval, aluminio naval o fibra de vidrio.

Poseen una eslora que va desde los 10 hasta los 20 metros generalmente.

Estas embarcaciones se encuentran en todo el mundo, ya que son utilizadas para distintas

aplicaciones navales, destacándose principalmente: lanchas para practicaje, embarcaciones que son

para operaciones duras que poseen auto-adrizamiento, patrulleras, ambulancia, etc. Es por esto que el

casco de este tipo de naves tiene diferentes formas, dependiendo de la aplicación para la que será

utilizada.

2. Requerimientos de Armadores sobre Propulsión.

Como se describía anteriormente las lanchas pilot son embarcaciones que se caracterizan por

ser veloces, que generalmente poseen dos propulsores y utilizan hélices convencionales, como son

las hélices de series, como: Serie de B – Wageningen o Serie de Gawn principalmente.

Generalmente la propulsión que utilizan las lanchas pilot son hélices convencionales, pero

aun así existen un par de casos en que los armadores solicitaron que la propulsión sea con hélices en

tobera, el objetivo de utilizar este tipo de propulsión era que necesitaban mantener la velocidad en

caso de que la lancha requiera remolcar o empujar y también deseaban tener un aumento en el empuje.

Lo que se requiere remolcar o empujar dependiendo del caso deben ser cosas pequeñas, ya que estas

lanchas no están diseñadas para este trabajo, además para ese encargo existen los remolcadores.

Teniendo en cuenta este pedido, en esta investigación se comparan los dos tipos de

propulsores para observar las ventajas y desventajas de ambos para dos lanchas pilot.


Capítulo III

Identificación de las embarcaciones

Las embarcaciones sobre las cuales se realizará esta investigación son dos lanchas pilot que

ya se encuentran construidas, pero se utilizarán sus características principales y el diseño de cada una

de estas para calcular los dos tipos de propulsores en ambas embarcaciones y obtener las conclusiones

que se necesitan. La descripción de ambas lanchas se realiza a continuación.

1. Taylor Batro

La primera embarcación que se le realizó el estudio es una lancha pilot construida en

Astilleros ASCON Ltda. (Ver Figura 5); en las Tablas 1 y 2 se muestran la identificación y

características principales de la lancha.

Tabla 1: Identificación de la Embarcación.

Nombre Taylor Batro

Tipo de Embarcación Lancha de embarcación de prácticos

Armador Ian Taylor

Tabla 2: Características Principales Taylor Batro.

Eslora total 14,14 m

Eslora Moldeada 13,85 m

Manga Moldeada 4,47 m

Calado Medio 0,8 m

Puntal Medio 2,36 m

Desplazamiento (∆) 20,91 ton

Acomodaciones 4 personas

Velocidad de servicio (V) 15 nudos

Velocidad Máxima 18 nudos

Figura 5: Lancha Pilot Taylor Batro.


La siguiente Figura muestra el gráfico de la curva de resistencia al avance en condición de pruebas

de la lancha:

Figura 6: Curva de Resistencia al Avance Taylor Batro.

Fuente: Elaboración Propia.

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

3000

3200

0 5 10 15 20 25

Re

sist

en

cia

Rt

(kg

f)

Velocidad Vb (Kn)

Curva de Resistencia al Avance (Rtcp)

Rtcp

Características del buque

Nombre : Taylor Batro

Lwl : 13,85 m

Bwl : 4,47 m

T : 0,8 m

Vservicio : 15 Kn


2. Kirke

La segunda embarcación en estudio también es una lancha de transferencia de práctico, que

fue construida por Astilleros CONAV (ver Figura 7 y 8); la identificación y características principales

de esta lancha se muestran en las Tablas 3 y 4:

Tabla 3: Identificación de la Embarcación.

Nombre Kirke

Tipo de Embarcación Lancha transporte de prácticos

Tabla 4: Características Principales Kirke.

Eslora total 17,5 m

Manga Moldeada 4,5 m

Calado Medio 0,95 m

Puntal Medio 2,3 m

Desplazamiento (∆) 38 ton

Pasajeros 40 personas

Velocidad de servicio (V) 16 nudos

Velocidad Máxima 18 nudos

Figura 7: Vista Longitudinal Plano arreglo general Lancha Kirke.

Figura 8: Lancha Kirke.


La siguiente Figura muestra el gráfico de la curva de resistencia al avance en condición de pruebas

de la lancha:

Figura 9: Curva de Resistencia al avance Kirke.

Fuente: Elaboración Propia.

2800

3000

3200

3400

3600

3800

4000

4200

4400

4600

4800

0 5 10 15 20 25

Re

sist

en

cia

Rt

(Kg

f)

Velocidad Vb (Kn)

Curva de Resistencia al Avance (Rtcp)

Rtcp

Características del buque

Nombre : Kirke

Lwl : 15,6 m

Bwl : 4,5 m

T : 0,95 m

Vservicio : 16 Kn


Capítulo IV

Cálculo de Propulsores

El principal objetivo de este proyecto es realizar la comparación entre una hélice

convencional y una hélice con tobera para una lancha pilot. Como se describía anteriormente las

hélices en tobera son recomendadas para embarcaciones que necesiten una mayor cantidad de empuje,

por la mayor eficiencia que se obtiene. Las lanchas pilot se destacan por ser embarcaciones de alta

velocidad pero que no necesitan una gran cantidad empuje para su navegación, por lo que este estudio

demuestra que es lo que sucede si se colocara una hélice en tobera a una lancha pilot.

La forma que se utilizará para calcular ambos propulsores para las dos embarcaciones será

mediante la utilización de los Diagramas de propulsor aislado, que son hélices de series que han

sido medidos con modelos a escala en algún tanque de pruebas, en la siguiente figura se observa el

procedimiento.

Figura 10: Metodología para el cálculo de la hélice.

Para el cálculo de la hélice convencional en ambas lanchas se utilizará la Serie B-Wageningen

o también conocida como Serie de Troost y para el cálculo de las toberas se utilizará los diagramas

de las hélices en tobera Ka 19A de Wageningen [5].


1. Lancha Pilot Taylor Batro

En el Capítulo III se explicaba que estas lanchas ya se encuentran construidas, pero para este

estudio solamente se utilizarán sus características principales. Existen diferentes procedimientos para

el cálculo de propulsores utilizando los diagramas, uno de los procedimientos más utilizados (como

el que se explica en la Figura 10), ya que se usa cuando se tienen embarcaciones recién construidas,

es el caso donde se conoce: la Velocidad Máxima de la embarcación requerida por el armador, ya

que con este dato se obtiene la velocidad de avance de la hélice (VA); también el diámetro máximo

disponible que puede tener el propulsor también llamado Diámetro Máximo Permisible (D) y

finalmente el Empuje (T) necesario, dato que se obtiene a partir de curva de resistencia al avance y

la velocidad máxima [6]. Los resultados de estas tres variables para esta embarcación se muestran en

la Tabla 5:

Tabla 5: Variables requeridas para el cálculo de Propulsor.

T 1821,65 Kgf

VA 8,98 m/s

D 0,8 m

El siguiente paso es determinar la hélice óptima, para obtener esto se utiliza la Curva de

operación de la hélice, el cálculo de esta curva es distinta para cada caso, es decir depende de qué

datos se tienen de la embarcación; para este caso se calcula utilizando la siguiente expresión:

� = ∗ (1)

Donde:

KT : Coeficiente de Empuje.

C : Constante.

J : Grado de avance.

Esta curva de operación representa los valores de los coeficientes de Empuje (KT) de la hélice

óptima. Al reemplazar estas variables en (1) por variables conocidas, se obtiene la siguiente

expresión, de la cual se debe despejar la constante “C” = � = �∗ ∗� (2)

Dónde: T : Empuje en Kgf.

ρ : Densidad.

D : Diámetro.

VA : Velocidad de Avance.

Al reemplazar los datos en (2), se obtiene el siguiente resultado de la constante C.

= ,


Con este resultado, se reemplaza en (1) y se obtiene la fórmula para obtener la Curva de

Operación de la hélice.

� = , ∗ (1.1)

El siguiente paso es graficar esta curva de operación en el diagrama de propulsor aislado que

se ha escogido. Para escoger el diagrama de propulsor aislado adecuado es recomendable utilizar una

estimación de la relación de área que tendría menor probabilidad de porcentaje de cavitación, para

este estudio se utilizó la formulación empírica de Keller, que tiene la siguiente expresión:

[ ] = , + , ∗ ∗�− � ∗ + (3)

Donde:

Z : Nº de palas (se calculará con 4 palas para ambas embarcaciones).

T : Empuje en Kgf.

Po : Patm + Phidrostática (11170,62 kgf/m2 para esta lancha).

PV : Presión de Vapor (175 kgf/m2).

K : Coeficiente de Seguridad (se utilizará 0,1 ya que esta lancha es de dos ejes).

D : Diámetro del propulsor.

Reemplazando los datos en (3) se obtiene que la mínima relación de área expandida (BAR)

que debe tener el propulsor:

[ ] = ,


Cálculo de la hélice convencional

Luego de tener escogido el diagrama se traza la curva de operación (1.1). En la Figura 11 que

se muestra a continuación se encuentra trazada la curva de operación de la hélice en el diagrama.

Figura 11: Diagrama de Propulsor aislado con la Curva de operación trazada para el cálculo de hélice

convencional.

Luego de que se tiene trazada la curva en el diagrama como se muestra en la Figura 10, se

obtienen las principales variables de una hélice tanto geométricas como también de funcionamiento,

estas son: el diámetro máximo permisible del propulsor (D), la relación paso/diámetro (P/D), con ese

dato también se obtiene el paso de la hélice (P), el rendimiento como propulsor aislado (ηo) y las rpm

necesarias (n). Se obtienen también los principales coeficientes de operación de la hélice: el grado de

avance (J), el coeficiente de empuje (KT) y el coeficiente de torque (KQ). Con estos dos últimos datos

se obtienen el empuje y el torque que podrá generar la hélice y con eso obtener la potencia necesaria

para navegar a la velocidad requerida. Los resultados que se obtuvieron se presentan en la Tabla 6.

Tabla 6: Resultados obtenidos del Diagrama.

D 0,8 m

P/D 1,1

P 0,88 m

J 0,68

n 15,49 rps

ηo 0,65

KT 0,198

KQ 0,038

T 2033,5 Kgf

Q 309,8 Kgf-m


Cálculo de la hélice con tobera

Para el cálculo del propulsor con tobera el procedimiento utilizado es el mismo (ver Figura

10), la única diferencia es que se utilizan los diagramas que corresponde a las hélices con toberas.

Como la embarcación no cambia se sigue utilizando la misma curva de operación obtenida

anteriormente, por lo tanto se debe trazar la curva en el diagrama escogido. En la Figura 12 se observa

este procedimiento.

Figura 12: Diagrama de Propulsor aislado con curva de operación trazada para el cálculo de hélice con

tobera.

Los resultados que se obtienen se presentan en la Tabla 7.

Tabla 7: Resultado obtenidos del Diagrama.

D 0,8 m

P/D 1,4

P 1,12 m

J 0,87

n 12,1 rps

ηo 0,59

KT 0,26

KQ 0,062

T 1629,37 Kgf

Q 310,8 Kgf-m


2. Lancha Pilot Kirke

La forma para calcular los propulsores de esta lancha es similar a la anterior, por lo que se

necesitan los mismos datos de entrada que en la embarcación anterior, estos datos se presentan en la

Tabla 8.

Tabla 8: Variables requeridas para el cálculo del propulsor.

T 2334,4 Kgf

VA 8,33 m/s

D 0,9 m

El siguiente paso es obtener la Curva de operación de la hélice, como los datos que se conocen

son los mismos que en el caso anterior se utiliza la misma expresión (1) para obtener esta curva. Al

reemplazar los datos en la expresión (2) se obtiene que el resultado de la constante C es: = ,

Por lo tanto la curva de operación queda definida de la siguiente manera:

� = , ∗ (4)

Para la elección del diagrama de propulsor aislado más conveniente se utilizó la misma

formulación empírica (Keller) que el caso anterior. Al reemplazar los datos en la expresión (3) se

obtiene que la mínima relación de área expandida (BAR) es:

[ ] = ,



Luego de tener escogido el diagrama se traza la curva de operación (4). En la Figura 13 que

se muestra a continuación se encuentra trazada la curva de operación de la hélice en el diagrama.

Figura 13: Diagrama de Propulsor aislado con curva de operación trazada para el cálculo de hélice

convencional.

Los resultados que se obtuvieron se presentan en la Tabla 9.


D 0,9 m

P/D 1,0

P 0,9 m

J 0,68

n 13,6 rps

ηo 0,63

KT 0,185

KQ 0,0325

T 2346,04 Kgf

Q 370,93 Kgf-m


Cálculo de le hélice con tobera

Al igual que el cálculo de la tobera anterior el procedimiento que se utiliza es igual al de los

cálculos anteriores. En la Figura 14 se muestra la curva de operación de la hélice trazada en el

diagrama escogido.

Figura 14: Diagrama de Propulsor aislado con curva de operación trazada para el cálculo de hélice con

tobera.

Los resultados que se obtuvieron se presentan en la Tabla 10.


D 0,9 m

P/D 1,2

P 1,08 m

J 0,75

n 12,34 rps

ηo 0,6

KT 0,22

KQ 0,044

T 2296,9 Kgf

Q 413,44 Kgf-m


3. Análisis de Resultados

Rendimiento

El rendimiento que se obtiene en los diagramas es llamado rendimiento de propulsor aislado

(ηo), este rendimiento a diferencia del real, también llamado rendimiento behind (ηB), es que el

propulsor opera detrás del casco; para corregir esta pequeña diferencia entre ambos, se aplica un

rendimiento llamado Rotativo Relativo (ηR). Como las embarcaciones que se están estudiando tienen

dos propulsores, el valor que posee este dato fluctúa entre 0,95 a 0,98 [7].

Para el cálculo del rendimiento behind de utilizará un rendimiento rotativo relativo de 0,95;

la expresión para el cálculo y los resultados de ambos rendimientos (hélice convencional y hélice en

tobera) de ambas embarcaciones se observan a continuación (ver Tabla 11). � = � ∗ � (5)

Tabla 11: Resultados de Rendimientos Behind de los propulsores.

Lancha Hélice

Taylor Batro Convencional 0,62

Con tobera 0,56

Kirke Convencional 0,60

Con tobera 0,57

Los resultados de ambas embarcaciones muestran que ocupando hélices convencionales se

obtienen mejores rendimientos que si se ocupan hélices en tobera, este resultado demuestra que las

toberas no tienen mejores rendimientos cuando las embarcaciones son veloces, de bajo empuje y

además el diámetro de los propulsores no son de un tamaño considerable. Las toberas presentan

ventajas en embarcaciones como remolcadores o pesqueros de arrastre.

RPM de la hélice

Uno de los cálculos más importante del sistema de propulsión de cualquier nave es determinar

que caja reductora utilizará, para saber cuál es la que se debe adquirir se necesita conocer las rpm con

que las hélices trabajarán, la expresión para calcular las rpm y los resultados de las rpm de las hélices

(ver Tabla 12) se muestran a continuación. = �∗ (6)

Tabla 12: Resultado de las RPM de las hélices.

Lancha Hélice

Taylor Batro Convencional 930

Con tobera 726

Kirke Convencional 816

Con tobera 740


En ambos casos las hélices convencionales poseen mayor rpm, esto es debido a que el grado

de avance (J) de las hélices en tobera es mayor que las hélices convencionales (el grado de avance se

obtiene de los diagramas de propulsor aislado). Otro factor que afecta al valor de las rpm es el

diámetro del propulsor de ambas embarcaciones, esto se observa claramente cuando se comparan

ambas embarcaciones, donde se puede observar que la lancha Taylor tiene más revoluciones que la

lancha Kirke debido a que el diámetro del propulsor de la Taylor es menor que la Kirke.

Torque

Este dato es muy importante cuando se calculan los propulsores con la metodología que acá

se está ocupando, ya que con el torque se puede conocer la potencia que deberá tener el motor

necesario. El torque se obtiene a partir del coeficiente de torque (KQ) que a su vez se obtiene del

diagrama de propulsor aislado, la expresión que se utiliza para el cálculo del torque y los resultados

se muestran a continuación (Ver Tabla 13). = ∗ ∗ ∗ (6)

Tabla 13: Resultado de los Torque de los propulsores.

Lancha Hélice

Taylor Batro Convencional 309,8 Kgf – m

Con tobera 310,8 Kgf – m

Kirke Convencional 370,9 Kgf – m

Con tobera 413,5 Kgf – m

Las hélices en tobera obtienen mayor Torque debido a que el coeficiente de torque en ambas

embarcaciones es mayor como se observa en los resultados obtenidos en el capítulo IV, también

afecta el tamaño del propulsor ya que cuando el diámetro es mayor, el torque es mayor como se

muestran en la Tabla 13, a pesar de que las rpm también es un dato que se encuentra en la expresión

para el cálculo del torque, en este caso no afecta mucho en el resultado debido a que las revoluciones

son similares en las cuatro situaciones.

Empuje

Un dato de gran importancia que se obtiene con los cálculos es el Empuje (T) que producirá

el propulsor, el empuje se obtiene con el coeficiente de empuje (KT) que se obtiene de los diagramas

de propulsor aislado de cada hélice calculada, la expresión para este cálculo se muestra a continuación

y los resultados se pueden observar en la Tabla 14. � = � ∗ ∗ ∗ (7)

Tabla 14: Resultado de los Empuje de los propulsores.

Lancha Hélice

Taylor Batro Convencional 2033,5 Kgf

Con tobera 1629,4 Kgf

Kirke Convencional 2346,1 Kgf



Anteriormente se explicaba que las hélices con tobera producen un mayor empuje en ciertas

características, al observar los cálculos que se muestran en la Tabla 14 se ve claramente que en estos

dos casos el empuje que produce las hélices convencionales son levemente mayor que el empuje

producido por la hélice con tobera; la razón a este fenómeno es que no se cumplen con las condiciones

para que la tobera produzca ventajas, la condiciones son principalmente: velocidades bajas (no más

de 10 nudos), embarcaciones que estén bajo alta generación de empuje y el diámetro de los

propulsores también debe ser mayor.

Cavitación

La cavitación es un fenómeno de presiones, el cual se produce cuando se alcanza la presión

de vapor para la Temperatura de agua, esto producido por la disminución de la presión sobre la pala

de la hélice. En otras palabras el valor en que el agua a temperatura ambiente cambia de estado líquido

a vapor, apareciendo burbujas de vapor sobre la superficie de la pala, el constante estallido de estas

burbujas sobre la superficie de las palas produce desgaste, corrosión y en casos extremos grietas en

las palas. A largo plazo estas grietas provocan un aumento en el consumo de combustible por la mala

absorción de la potencia producida por el motor [8].

La cavitación es un problema causado principalmente por el mal diseño de la hélice, es por

eso que cuando se diseña una hélice es recomendable realizar un test para verificar si la hélice

diseñada está libre de cavitación, lo ideal sería llevar esta hélice a un túnel de cavitación pero como

generalmente es difícil, se realiza el cálculo de manera teórica. La forma teórica es la que se calcula

el coeficiente de cavitación utilizando diagramas con criterios (en este estudio se utilizará el diagrama

propuesto por Burril), los datos que se necesitan para entrar a estos diagramas son el Número de cavitación ( ) y el Coeficiente de carga ( ). Las expresiones que se utilizan para calcular estas dos

variables son:

Número de Cavitación � = + − � − �∗ ∗ [� + � ∗ � ]

Coeficiente de Carga � = �∗ ∗ � ∗

Donde:

h : Inmersión del eje portahelice.

PA : Presión Atmosférica.

PV : Presión de Vapor.

r : radio a 0,7R.

ω : 2πn

VR 2 = VA 2 + ω2�2


Los resultados conseguidos utilizando los diagramas se muestran a continuación:

Lancha Pilot Taylor Batro

En las Tablas 15 y 16 se muestran los resultados de los números de cavitación y coeficientes

de carga de los propulsores de la lancha Taylor; y en las Figuras 15 y 16 se muestran los resultados

en los diagramas. Finalmente en la Tabla 17 se muestra el porcentaje de cavitación de los propulsores.

Tabla 15: Resultado variables necesarias para el cálculo de cavitación lancha Taylor.

Hélice Convencional

PA 101300 Pa

PV 1709 Pa

h 1,1 m

r 0,28 m

ω 97,33 rad/s

VR2 825,33 -

AP 0,3 m2

0,26 -

0,16 -

Figura 15: Porcentaje de Cavitación hélice convencional.


Tabla 16: Resultado variables necesarias para el cálculo de cavitación lancha Taylor.

Hélice en Tobera

PA 101300 Pa

PV 1709 Pa

h 1,1 m

r 0,28 m

ω 76,03 rad/s

VR2 533,9 -

AP 0,28 m2

0,39 -

0,2 -

Figura 16: Porcentaje de cavitación hélice en tobera.

Tabla 17: Resultados aproximados del Porcentaje de Cavitación.

Lancha Hélice

Taylor Batro Convencional 7,5%

Con tobera 8%


Lancha Pilot Kirke

En las Tablas 18 y 19 se muestran los resultados de los números de cavitación y coeficientes

de carga de los propulsores de la lancha Kirke; y en las Figuras 17 y 18 se muestran los resultados en

los diagramas. Finalmente en la Tabla 20 se muestra el porcentaje de cavitación de los propulsores.

Tabla 18: Resultado variables necesarias para el cálculo de cavitación lancha Kirke.

Hélice Convencional

PA 101300 Pa

PV 1709 Pa

h 1,02 m

r 0,32 m

ω 85,45 rad/s

VR2 817,1 -

AP 0,4 m2

0,25 -

0,13 -

Figura 17: Porcentaje de cavitación hélice convencional.


Tabla 19: Resultado variables necesarias para el cálculo de cavitación lancha Kirke.

Hélice en Tobera

PA 101300 Pa

PV 1709 Pa

h 1,02 m

r 0,32 m

ω 77,53 rad/s

VR2 684,9 -

AP 0,38 m2

0,3 -

0,17 -

Figura 18: Porcentaje de cavitación hélice en tobera.

Tabla 20: Resultados aproximados del Porcentaje de Cavitación.

Lancha Hélice

Kirke Convencional 6%

Con tobera 7,5%


Capítulo V

Cálculo de Hélices para Velocidad de Remolque

La velocidad de remolque generalmente se encuentra entre 3 a 5 nudos, en este capítulo se

analizará cómo se comporta el empuje de los propulsores a una velocidad de remolque (en este caso

se utilizará 5 nudos), también como dato extra se obtendrá la fuerza de tiro que tendrán los propulsores

a esta velocidad. La idea de utilizar una velocidad más baja es ver si existe algún cambio con respecto

a la velocidad máxima utilizada anteriormente. El método que se ocupará para este cálculo no es

utilizando los diagramas de propulsor aislado sino que se usarán los diagramas Nu – Sigma (μ – σ).

El procedimiento se describe a continuación en la Figura 19 y más detalladamente después.

Figura 19: Procedimiento para el cálculo de hélice con Diagrama Nu - Sigma.

El primer paso es calcular las variables necesarias para el cálculo (las variables son μ y φ), teniendo calculado el valor de μ se entra a la curva φ que corresponda; con estos datos, en la ordenada

se obtiene el valor de σ (Sigma), finalmente con este valor encontrado se despeja el empuje a la velocidad con la que se está calculando (5 nudos en este caso). Las expresiones para este cálculo se

muestran a continuación.


� = ∗ √ ∗

Donde:

μ : Coeficiente Nu.

n : RPS de la hélice.

ρ : Densidad del agua (kg/m4s2).

D : Diámetro del propulsor (m).

Q : Torque (kgf-m).

� = � ∗ √ ∗

Donde:

φ : Coeficiente.

VA : Velocidad de avance (en este caso para 5 nudos).

ρ : Densidad del agua (kg/m4s2).


Q : Torque (kgf-m).

� = � ∗ ∗ ∗

Donde:

T : Empuje.

σ : Sigma.


Q : Torque (kgf-m).

Finalmente se calculará la fuerza de tiro que tendrá la embarcación a la velocidad con la que

se está trabajando, la expresión utilizada es la siguiente:

� = � − � Donde:

FT : Fuerza de tiro a la velocidad de remolque.

T : Empuje de la hélice a la velocidad de remolque.

RT : Resistencia de la embarcación a la velocidad de remolque.

Los resultados conseguidos utilizando los diagramas se muestran a continuación:




El cálculo con el diagrama correspondiente se puede observar en la Figura 20 y en la Tabla 21 se

muestran los resultados obtenidos.

Figura 20: Diagrama μ - σ para el cálculo de la hélice convencional.

Tabla 21: Resultados obtenidos.

Hélice Convencional Q 309,75 Kgf-m

VA 2,5 m/s

μ 5,2 -

φ 1 -

1,24 -

T 3017,1 Kgf

RT 570 Kgf

FT 2447,1 Kgf





Figura 21: Diagrama μ - σ para el cálculo de la hélice con tobera.


Hélice en Tobera Q 310,8 Kgf-m

VA 2,5 m/s

μ 4,02 -

φ 1 -

1,02 -

T 2490 Kgf

RT 570 Kgf

FT 1920 Kgf






Figura 22: Diagrama μ - σ para el cálculo de la hélice convencional.


Hélice Convencional Q 370,93 Kgf-m

VA 2,31 m/s

μ 5,55 -

φ 1 -

1,32 -

T 3418,2 Kgf

RT 1200

FT 2218,2 Kgf





Figura 23: Diagrama μ - σ para el cálculo de la hélice con tobera.


Hélice en Tobera Q 413,4 Kgf-m

VA 2,31 m/s

μ 4,8 -

φ 1 -

1,2 -

T 3463,3 Kgf

RT 1200 Kgf

FT 2263,3 Kgf



Empuje

Al observar los resultados que se muestran en la Tabla 25 y compararlos con los resultados

anteriores de empuje que se encuentran en la Tabla 14 se puede ver claramente que hay un aumento

en el empuje en los cuatro casos (debido principalmente a la disminución de la velocidad), aun así en

la lancha Taylor la hélice convencional se mantiene con más empuje que la hélice en tobera; en

cambio en la Kirke la hélice en tobera posee más empuje que la hélice convencional. En la lancha

Kirke se comienza a notar los beneficios de la tobera, al observar que con una menor velocidad el

empuje es mayor en este tipo de propulsor. Aun así este tipo de propulsión no se recomienda para

estas embarcaciones.

Tabla 25: Resultado empuje a la velocidad de remolque.

Lancha Hélice


Con tobera 2490 Kgf



Fuerza de Tiro

La fuerza de tiro de una embarcación depende del diseño de la hélice como también de la

velocidad con la que se desea remolcar, esta fuerza de tiro se calcula con el empuje y la resistencia

de la embarcación a la velocidad que se desea remolcar (FTIRO = FEMPUJE - FRESISTENCIA), en la Tabla

26 se muestran los resultados que se obtuvieron donde se ve una gran diferencia en la Taylor cuando

se comparan ambos propulsores; en cambio en la otra lancha la diferencia es mínima. Cabe destacar

que en este capítulo se utilizaron los diagramas μ – σ para realizar los cálculos, a diferencia del

capítulo anterior y del capítulo que viene a continuación esto para tener en cuenta a la hora de

comparar los valores y las diferencia que se pueden encontrar.

Tabla 26: Resultados Fuerza de tiro.

Lancha Hélice


Con tobera 1920 Kgf




Capítulo VI

Cálculo de Hélices en servicio de tracción a punto fijo

(Bollard Pull)

Como se explicaba anteriormente existen algunos casos muy particulares en que los

armadores solicitan cambios en las embarcaciones o que se agregue alguna capacidad al principal

propósito de esta. En el capítulo II se describía uno de estos casos en el que el armador solicitaba

colocarle una tobera a una lancha pilot, situación que es muy poco común, la intención del armador

era que esta lancha además de trabajar como embarcación para practicaje, también puede utilizarse

como lancha multipropósito (remolcador, empujador, etc.). Para esto se hace necesario conocer la

fuerza de tracción a punto fijo.

Las hélices que se calcularon recientemente, son hélices que están diseñadas para absorber la

potencia en viaje libre, es decir que se utiliza una velocidad (Vb). Una interesante comparación que

se puede realizar para los propulsores calculados es conocer cuanta fuerza de tracción pueden tirar

las embarcaciones dependiendo del propulsor que se utiliza. El procedimiento utilizado se explica a

continuación.

El caso de calcular la fuerza de tracción a punto fijo cuando la hélice ha sido calculada para viaje

libre es muy poco habitual y mucho menos para este tipo de embarcaciones, pero aun así como la

finalidad de este proyecto es comparar los dos tipos de propulsores para esta embarcación, es

necesario obtener este dato para ambos propulsores. En esta situación la principal complejidad es

saber a qué rpm girará la hélice a una velocidad cero (Vb = 0), ya que obviamente como la hélice fue

diseñada en viaje libre, las rpm en Vb = 0 serán más bajas.

Por lo tanto el primer paso para este cálculo es determinar las rpm con que girarán las hélices en

J = 0, para este cálculo se utiliza la siguiente expresión.

= √ �∗ ∗

Donde:

no : rpm de la hélice en J = 0.

Qmax : Torque máximo.

KQo : coeficiente de torque, obtenido del diagrama de propulsor aislado en J = 0.

ρ : densidad agua de mar.

D : Diámetro del propulsor.

Una vez conocidas las rpm de la hélice en J=0, se calcula el nuevo empuje que generará la

hélice en J = 0, para este cálculo nuevamente se utiliza el diagrama de propulsor aislado para obtener

en nuevo coeficiente de torque en J = 0. La expresión para el cálculo del empuje en Bollard Pull es el

la siguiente. � � = � ∗ ∗ ∗

Donde:

TBollard : Empuje en Bollard.

KTo : Coeficiente de empuje en J = 0.

no : rpm de la hélice en J = 0.


Finalmente con estos datos se calcula la Fuerza de tracción a punto fijo (Bollard Pull), la

expresión que se utiliza para obtener este dato es la siguiente. = � − �

Donde:

FBP : Fuerza de tracción a punto fijo.

TB : Empuje en Bollard.

to : coeficiente de succión a Vb = 0, este valor es muy bajo, es recomendable

tomar valores entre 0,03 a 0,05 aproximadamente (para este estudio se utilizará 0,05).


Utilizando el procedimiento descrito, es necesario obtener los nuevos coeficientes de torque y de

empuje, pero esta vez en J=0. A continuación se dan a conocer los resultados obtenidos


El diagrama de propulsor aislado que se utiliza para obtener los nuevos coeficientes es el mismo

utilizado en los cálculos de la hélice óptima, en la Figura 24 se muestran los nuevos coeficientes

calculado en J = 0 y en la Tabla 27 se observan los resultados obtenidos.

Figura 24: Diagrama de Propulsor aislado con los coeficientes en J = 0.

Tabla 27: Resultados obtenidos de hélice para J = 0.

Hélice Convencional Qmax 309,75 Kgf-m

KQo 0,084 -

KTo 0,51 -

no 10,38 -

TB 2352,02 Kgf

FBP 2234,4 Kgf



Al igual que en el caso de la hélice convencional el diagrama de propulsor aislado es el mismo

utilizado anteriormente, en la Figura 25 se muestran los nuevos coeficientes calculados en J = 0 y en

la Tabla 28 los resultados obtenidos.


Tabla 28: Resultados obtenidos de tobera para J = 0.

Hélice en Tobera Qmax 310,8 Kgf-m

KQo 0,093 -

KTo 0,86 -

no 9,88 -

TB 3593,26 Kgf

FBP 3413,6 Kgf



El procedimiento utilizado es similar al que se utiliza en la otra embarcación. A continuación se

dan a conocer los resultados obtenidos.


El diagrama de propulsor aislado que se utiliza, al igual que en los casos de la otra lancha, es el

mismo utilizado anteriormente, en la Figura 26 se muestran los nuevos coeficientes calculados en J=0

y en la Tabla 29 los resultados obtenidos.


Tabla 29: Resultados obtenidos de hélice para J = 0.

Hélice Convencional Qmax 370,93 Kgf-m

KQo 0,07 -

KTo 0,46 -

no 9,27 -

TB 2710,2 Kgf

FBP 2574,7 Kgf



En la Figura 27 se muestran los nuevos coeficientes calculados en J = 0 y en la Tabla 30 los

resultados obtenidos.


Tabla 30: Resultados obtenidos de tobera para J = 0.

Hélice en Tobera Qmax 413,44 Kgf-m

KQo 0,067 -

KTo 0,69 -

no 10 -

TB 4730,8 Kgf

FBP 4494,3 Kgf



RPM de la hélice

Cuando se comparan las rpm de las hélices en esta condición, se puede observar (ver Tabla 31)

que las rpm disminuyeron en los cuatro casos, aun así en la primera lancha la tendencia se mantuvo

en que la hélice convencional posee mayor rpm, pero en la Kirke la hélice en tobera tiene levemente

mayor rpm que la convencional.

Tabla 31: Resultado de las RPM de las hélices en J=0.

Lancha Hélice

Taylor Batro Convencional 623

Con tobera 593

Kirke Convencional 556

Con tobera 600

Empuje

Al comparar los resultados del empuje obtenido en condición de Bollard Pull con los resultados

obtenido anteriormente, donde se ocupó la velocidad máxima de la embarcación, se puede observar

claramente que el empuje que producirá la hélice en los cuatro casos aumentó; otro punto importante

a tomar en consideración es que a diferencia de los anteriores resultados de empuje (ver Tabla 14),

en este caso ambas hélices en tobera poseen mayor empuje que las hélices convencionales como se

puede observar en la Tabla 32. Esta es una de las razones del por qué se utilizan generalmente este

tipo de propulsores en remolcadores ya que estos necesitan generar gran cantidad de empuje y los

beneficios que obtienen son mucho mayores si se compara con este tipo de embarcación.

Tabla 32: Resultado Empuje en condición de Bollar Pull.

Lancha Hélice





Fuerza de Tracción a punto fijo (Bollard Pull)

Para contratar el servicio de un remolcador o empujador siempre es necesario conocer su

capacidad de remolque o capacidad de tiro denominada como Bollar Pull, ya que este dato representa

como su nombre lo describe la capacidad de remolque que tiene la embarcación. En el estudio

realizado a estas lanchas, la fuerza de tracción es mayor en las hélices con toberas que en las hélices

convencionales como se muestra en la Tabla 33; este resultado era esperado ya que embarcaciones

como remolcadores, buque AHTS los cuales poseen grandes cantidades de Bollard Pull utilizan

generalmente toberas como propulsión. Los resultados de esta tabla y de las anteriores se explican al

comienzo de este capítulo.

Tabla 33: Resultados fuerza de tracción a punto fijo.

Lancha Hélice






Conclusiones

Se ha desarrollado el cálculo de los propulsores (hélice convencional y hélice en tobera) para

dos lanchas pilot y así observar las diferencias de ambos al instalarse en este tipo de embarcaciones.

Como se observó en el desarrollo de este trabajo y como inicialmente se indicó se ocuparon los

diagramas de propulsor aislado para el cálculo de los propulsores y otras fórmulas empíricas para el

cálculo del resto de los datos.

1. El primer punto que se tocó luego de tener las características de ambas hélices fue el

rendimiento behind de las embarcaciones, en este aspecto en ambos casos se tuvo un mejor

rendimiento en la hélice convencional que en la hélice en tobera; este resultado se debe

principalmente a que las toberas poseen mejores rendimientos cuando el propulsor es de

mayor tamaño, la nave está bajo a una alta generación de empuje y las velocidades son

relativamente bajas.

2. El segundo punto fueron las rpm producidas por la hélice y que es un dato muy importante

debido a que con esto se escoge la caja reductora adecuada para la embarcación, como se

observó en los resultados en ambos casos las hélices convencionales obtienen mayor rpm y

como se explicaba anteriormente es debido a que las toberas tienen mayor grado de avance

(J) que las convencionales.

3. El siguiente punto analizado en este trabajo fue el cálculo del torque de ambos propulsores,

al analizar este dato se observa que las toberas producen un torque levemente mayor al

compararlas con las hélices convencionales, debido principalmente a que los coeficientes de

torque (KQ) de estos propulsores son mayores que los de las otras hélices; dado que el

resultado del torque en las toberas es mayor se puede concluir que las BHP del motor de estos

propulsores será mayor que el motor de las hélices convencionales ya que la potencia depende

de dos factores principalmente del torque y de las rpm de la hélice.

4. Cuando se analiza el empuje que producirán los propulsores calculados, tenemos varios

puntos que estudiar. El primer cálculo de empuje que se realizó fue con la velocidad máxima

de las embarcaciones, el resultado que se obtuvo fue que en ambos casos las hélices

convencionales producían mayor empuje que las hélices con tobera, se explicaba que esto se

debe a que las toberas producen más empuje en velocidades bajas, diámetro del propulsor de

gran tamaño, etc. El segundo cálculo de empuje fue para una velocidad de remolque, en este

caso se utilizaron los diagramas μ – σ, los resultados que se obtuvieron fueron mayores que

en la primera parte y una diferencia es que en la lancha Kirke la tobera obtuvo mayor empuje

que la hélice convencional, se debe principalmente a la disminución de la velocidad.

Finalmente se analizaron los propulsores en Bollard Pull, en esta situación se observó que

ambas toberas producirán mayor empuje que las hélices convencionales.


5. Finalmente en el tema de la cavitación, las hélices convencionales tiene un porcentaje menor

de cavitación que las toberas; aun así el porcentaje de cavitación que obtuvieron ambos

propulsores es bastante alto ya que es recomendable que este porcentaje no exceda el 2,5%,

cantidad que fue superada como se observa en los resultados.

A lo largo de toda la investigación se explicaba que utilizar un hélice en Tobera para este tipo de

embarcaciones es solamente un ejemplo demostrativo, ya que ocupar esta propulsión a una velocidad

superior a 10 nudos y para estas embarcaciones (embarcaciones menores) los resultados que se

obtienen no son buenos. Dado toda la explicación de por qué no ocupar toberas en lanchas pilot, como

conclusión final luego de obtener las características principales de los propulsores calculados es

recomendable utilizar hélices convencionales en lugar de hélices en tobera para este tipo de

embarcaciones (lanchas pilot) y también embarcaciones similares, es decir velocidades y formas

similares a las presentadas recientemente. Este resultado era el esperado debido a las características

y condiciones con las que se trabajó


Referencias

[1] Martínez, I. D. L. L. (2011). “Nuevo sistema de propulsión naval”. Tesis Doctoral, Universidad

del País Vasco.

[2] Basañez, J. F. N. (1975). “Resultados obtenidos en arrastreros con hélices en tobera”. Ministerio

de Defensa, Publicación Nº53.

[3] Saca Camacho, R. V., & Marín López, J. R. (2009). “Mejora en el consumo de combustible de embarcaciones pesqueras camaroneras con el uso de hélices en tobera”.

[4] Lewis, E. V. (1988). “Principles of naval architecture second revisión”. Jersey: SNAME.

[5] Bernitsas, M. M.; Ray, D. & Kinley, P. (1981). “KT, KQ and Efficiency Curves for the Wageningen

B-Series Propellers”. The University of Michigan.

[6] Pérez Meza, N. (2016). “Propulsión de la Nave 3. Cálculo de hélices marinas”. Propulsión de la

Nave, Universidad Austral de Chile.

[7] Pérez Meza, N. (2016). “Propulsión naval 2”. Propulsión de la Nave, Universidad Austral de

Chile.

[8] Wilson, J. D. K. (2005). “Medidas de ahorro de combustible y de costos para armadores de pequeñas embarcaciones pesqueras”. Departamento de pesca de la FAO.

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