TEMA 1 Completo- Hélices

5/13/2018 TEMA 1 Completo- H lices - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/tema-1-completo-helices 1/27

MANIOBRA

1. OBJETIVOS GENERALES

La finalidad primordial del aprendizaje de la maniobra del buque es adquirir y

desarrollar todos los conocimientos necesarios para comprender y ejecutar las diferentes

maniobras de los buques, tanto para ejercer de Oficial de Puente en buques civiles sin

limitación o de Primer Oficial de Puente en buques mercantes de arqueo bruto no superior

a 3000 GT como de Capitán de buques mercantes de arqueo bruto no superior a 500 GT.

2. CONOCIMIENTOS PREVIOS

Para cursar la asignatura serán necesario conocimientos de teoría del buque,

construcción naval y la nomenclatura náutica tanto en español como en inglés.

3. COMPETENCIA

Maniobrar y gobernar el buque en cualquier circunstancia y lugar.

4. CONOCIMIENTOS, COMPRENSIÓN Y APTITUD

Conocimientos sobre:

1. Los efectos evolutivos de la hélice y el timón sobre el buque

2. Procedimientos correctos de fondeo y amarre.

3. Funcionamiento de la maquinaria de maniobra y amarre.

4. Los efectos de peso muerto, calado, asiento, velocidad y sonda bajo quilla en las

curvas de evolución y distancias de parada.

5. Los efectos del viento y de las corrientes en el modo de gobernar el buque.

6. Maniobras y procedimientos para el salvamento de hombre al agua.7. Empopamiento, aguas poco profundas y efectos similares.

1



2



PARTE I: FACTORES QUE AFECTAN A LA MANIOBRA

DE LOS BUQUES

Área de estudio 1: Efectos de la hélice y del timón. Explicar los medios y principios para

el gobierno y la evolución del buque. En este sentido, el educando deberá familiarizarse

con la información sobre la maniobra del buque existente a bordo, especialmente con

aquella relacionada con las curvas de evolución del buque y su distancia de parada,

conociendo como afectan a éstas el calado y asiento del buque, y factores externos tales

como el viento, la corriente o las aguas poco profundas.

Subárea de estudio 1.1: Describir las diferentes fuerzas que producen el giro de la

hélice y los momentos evolutivos que éstas provocan en el buque, tanto en su marcha

avante como atrás.

Tema1: Hélices.

Competencias específicas:

Estudiar los diversos casos para buques con una y dos hélices.Comprender el principio de propulsión de la hélice.

Reconocer las diferentes partes de la hélice.

Conocer los principales tipos de hélice que existen.

Comparar las hélices de paso fijo con las de paso variable.

Establecer las diferentes fuerzas que se ejercen sobre el buque debido a la rotación de la

hélice.

Valorar la presión lateral de las palas y las corrientes de expulsión, aspiración y arrastreen un buque con marcha avante y atrás, con una y dos hélices.

Bibliografía.

COSTA, J.B. Tratado de maniobra y tecnología naval. Edita Juan B. Costa. Formentera,

1991. 2ª edición.

MARÍ, R. Maniobra de los buques. Ediciones UPC. Barcelona, 1994.

BARBUDO, E. Tratado de Maniobra. Ediciones Fragata. Cádiz 1991. 7ª edición.RENNELLA, R. Manual de maniobra. Instituto de Publicaciones Navales. Buenos Aires,

3



1987. 2ª edición

4



TEMA 1

HÉLICES

1.1. Sistemas de propulsión. Generalidades.

Un esquema muy simple al que se adaptan casi todos los buques, es el indicado en

la figura 1.1.

En el esquema de la figura, pueden apreciarse cuatro elementos principales:

- La máquina o planta propulsora que genera el movimiento. Las utilizadas en la

propulsión marina son principalmente de tres tipos, turbinas de vapor, motores

Diesel y turbinas de gas.. La máquina alternativa ha caído en desuso y el motor

de gasolina no se utiliza en buques.

- El propulsor o elemento que al girar, en contacto con el agua, produce por

reacción el movimiento del buque. En la figura se representa el caso más general

de una hélice, aunque también haremos mención al propulsor Voith-Schneider.

Fig. 1.1

- El tercer elemento es el que transmite el movimiento de la planta propulsora al

propulsor. Según el tipo recibe distintas denominaciones, tales como caja de

engranes, reductor, reductor-inversor . Suele consistir en una serie de

engranajes y en algunos casos tiene embragues. Su finalidad es adaptar lasrevoluciones de la máquina a las del propulsor para que ambos giren a su

5



máximo rendimiento.

- El eje, que transmite el movimiento desde la máquina al propulsor. Está

dividido en dos partes: el eje de cola y el eje de transmisión.

Se exponen a continuación algunas definiciones de elementos relacionados con el

sistema de propulsión:

- chumacera, anillo afirmado al buque, que sirve de guía al eje del propulsor;

- chumacera de empuje, es una chumacera de diseño especial que absorbe el

empuje longitudinal que pueda tener el eje donde está insertada y por lo tanto

evita el deslizamiento del mismo;

- túnel, se llama así a los espacios internos del buque dentro del cual gira el eje

de la hélice;

- bocina, la parte final del túnel por donde el eje sale al exterior. Tiene unas

prensas para permitir al eje girar, al tiempo que evita la entrada de agua a bordo;

- arbotante, se utiliza en aquellos buques en que, a causa de la popa lanzada, el

eje se proyecta unos metros hacia afuera. Consiste en una especie de chumacera

unida a la bovedilla por soldadura.

1.2. El propulsor de hélice. Generalidades.

El propulsor de hélice, o más simplemente hélice, es un dispositivo giratorio

instalado en el exterior de los buques, bajo la flotación, el cual al moverse en el agua

origina, por el principio de acción y reacción, el movimiento del buque. Es una pieza

formada por unas palas de forma helicoidal que acoplada al eje, gira en el sentido de él y

hace moverse al buque.

La hélice en la actualidad es el tipo de propulsor más universalmente aceptado y

6



utilizado. Otros dispositivos, tales como el Voith-Schneider y el chorro de agua, se

utilizan en contadas y específicas circunstancias en que las ventajas son superiores a la

hélice.

1.2.1 Partes de la hélice (fig. 1.2)

El núcleo, cubo o nuez , es de contorno cilíndrico o esférico y su diámetro

está comprendido entre 0,15 y 0,23 veces el diámetro de la hélice.

Fig. 1.2

El eje de cola o porta hélice trasmite el giro desde la máquina a las palas. Se

acopla, a través de la bocina, al eje de transmisión y puede estar suspendido por

arbotantes.

El capacete es una mecha cónica de formas hidrodinámicas cuya misión es

disminuir la resistencia a la marcha facilitando la salida del agua sin provocar

turbulencias.

Las palas están dispuestas de forma simétrica alrededor del núcleo, su contorno es

casi siempre elíptico y su superficie helicoidal. El número de palas de la hélice suele

estar comprendido entre 2 y 6. Partes de la pala:

7



- cara activa: es la superficie del helicoide que empuja al agua;

- dorso: es la superficie opuesta del helicoide;

- arista de ataque de la pala: es la que va adelantada al girar la hélice;

- arista de salida: es la opuesta a la anterior;

1.3. Estudio geométrico de la hélice.

Se llama curva hélice a la descrita por un punto que se traslada (fig.1.3) sobre la

superficie de un cilindro animado de dos movimientos simultáneos en los planos

horizontal y vertical. También se define como la curva espacial que corta todas las

generatrices de un cilindro circular formando ángulos iguales.

Fig. 1.3

Si el desplazamiento del punto en ambos planos se hace de forma regular, se

obtiene la curva ABC denominada curva hélice regular . Esta curva desarrollada sobre un

plano, aparece como la hipotenusa AD del triángulo rectángulo ADE.

Cuando el desplazamiento en ambos sentidos se hace de forma irregular, la curva

hélice obtenida AHC se llama no regular y al desarrollarla sobre el plano se obtiene la

curva AFD.

Paso es lo que avanzaría una hélice en una vuelta si girara en un medio sólido. Hay

hélices de paso constante cuando el avance es proporcional al ángulo girado y de paso

8



variable cuando éste no es proporcional.

También se define como paso de la hélice en un punto al producto de la

circunferencia del cilindro generador AE por la tangente trigonométrica del ángulo

formado por la tangente a la curva en dicho punto y el plano normal al cilindro.

En el caso de la curva hélice regular , la pendiente de la hélice es constante y el

paso también es constante e igual a la longitud ED. En este caso se aprecia con claridad el

concepto de paso que no es otro que el avance longitudinal de la hélice tras dar una vuelta

completa.

En la curva hélice no regular , la tangente a la curva generatriz es diferente en cada

punto. En consecuencia, el paso también es distinto. La hélice en este caso es de paso

variable o no constante. El paso de esta hélice en A es el segmento EG (PasoA= tag α ·

AE = EG) , mientras que en el punto F el paso es superior e igual a JK (PasoF = tag β · LJ

= JK).

Existe una clara relación entre el diámetro de la hélice y el paso de la misma, y esta

relación está comprendida entre 0,5 y 2. Los valores más habituales están comprendidos

entre 0,8 y 1,2; no obstante, los buques que deben soportar grandes cargas, como los

remolcadores, suelen tener valores más bajos.

El avance es directamente proporcional a las revoluciones de la hélice. Como el

medio en que se apoya la hélice es líquido, se produce un resbalamiento del agua, de

forma que no toda el agua abarcada por la hélice va quedando atrás. Si no existiera

resbalamiento, el avance del buque sería el producto del paso por las revoluciones por

minuto

Retroceso es la disminución de velocidad que experimenta el buque debida al

resbalamiento. El retroceso viene dado por la fórmula:

R = (pxn) – v

Donde R: retroceso.

p: paso de la hélice.

n: velocidad angular de la hélice.v: velocidad del buque.

9



Estela es la corriente de arrastre de agua hacia proa que debido a la fricción del

casco con el agua acompaña al barco. Vale la décima parte aproximadamente de la

velocidad del barco.

Una etapa más en el conocimiento del propulsor de hélice es la definición de la

helicoide o superficie helicoidal . Consiste la helicoide (fig. 1.4) en la superficie

engendrada por un segmento (generatriz) que se desplaza paralelo sobre sí mismo, con un

extremo apoyando en la curva hélice (directriz) y el otro en un cilindro interior y siempre

en dirección radial. La helicoide de la figura 1.4 es de paso constante porque corresponde

a una curva hélice de este tipo (regular o de paso constante).

Fig. 1.4

La intersección de la helicoide con el cilindro interior es otra curva hélice de igual

paso que la exterior. De igual manera, cualquier punto intermedio de esta helicoide

regular tiene el mismo paso, hablamos de una “helicoide de paso constante”.

En caso de que el segmento generador se apoye sobre una curva hélice de paso no

constante, se obtiene una helicoide de paso variable.

La figura 1.5 constituye una mayor aproximación al propulsor. En ella se han

adosado al eje central dos trozos idénticos y opuestos de helicoide a los que se denomina

palas. Esta hélice, al girar dentro del agua, produce por reacción un empuje que harámover el buque.

10



Fig. 1.5

La figura 1.6 representa una pala de hélice más acorde con la realidad.

Fig. 1.6

Como puede apreciarse, tiene dos diferencias fundamentales con la anterior. En

primer lugar ocupa un trozo muy reducido de helicoide, menos de la cuarta parte, y en

segundo lugar las aristas de ataque y de salida, están redondeadas, al fin de ofrecer menos

resistencia.

Otra característica de la pala de esta hélice, no apreciable en la figura, es que tiene

un espesor apreciable con perfil hidrodinámico para producir una sustentación al modo de

las alas de los aviones.

En la figura 1.2 puede verse una hélice de cuatro palas tal y como es en la realidad.

11



1.4 Términos de uso general

- Diámetro de la hélice: es el del cilindro externo generador. También se define

como 2 veces la distancia comprendida entre el centro del núcleo y el extremo

de la pala. El diámetro conviene que sea lo mayor posible, depende de:

o La potencia del motor

o El tipo de casco: La altura del codaste y su forma, la forma

de la popa.

o El calado: La hélice debe ir lo más sumergida posible, para evitar que

salga del agua cuando el buque cabecea. Además, la hélice, para su

propia protección, no debe sobresalir del casco. En los buques grandes,

la pala debe estar sumergida en el agua al menos 5/6 de su diámetro,

mientras que el extremo inferior, debe quedar a 30 centímetros por

encima del punto más bajo de la quilla.

o Las revoluciones por minuto o la máxima velocidad angular de la

hélice. La relación existente entre las rpm y el diámetro de la hélice

viene dada por el siguiente algoritmo:

Vt = π D rpm / 60 (m/s)

Vt 45-48 46-50 48-52 50-54 55-58

Vhb 18 20 22 24 26

- Sentido de giro: Si las miramos desde popa, las hélices en la marcha avante

pueden girar en el sentido horario, entonces se dice que son dextrógiras o de

paso a la derecha y si giran en sentido contrario se denominan levógiras o de

paso a la izquierda. En los buques de dos hélices, el sentido de giro de ambas,

en la marcha avante, es externo, siendo dextrógira la de estribor y levógira la de

babor. En los buques de tres hélices la central y la de estribor son dextrógiras.

12



- El número de palas: Normalmente está comprendido entre 2 y 6. Las

embarcaciones menores suelen utilizar dos palas, su problema son las

vibraciones. Lo habitual son las hélices de 3 palas, aunque también está

extendido el uso de hélices de cuatro palas. Las hélices de 4 palas se emplean

para disminuir las vibraciones con mala mar o cuando el diámetro disponible es

pequeño. Cuando la hélice está limitada en tamaño se suele emplear un número

mayor de palas para obtener un mayor empuje. Así, las hélices de 5 palas se

emplean para generar grandes potencias, necesarias para, por ejemplo, los

superpetroleros. En función de las palas, podemos clasificar las hélices de la

siguiente manera:

o Hélices de una sola pieza o de palas fijas. El núcleo y las palas forman un

conjunto único. Su fundición suele ser en acero moldeado, bronce

fundido, o una aleación de bronce y manganeso.

o Hélices de palas independientes. Sus palas están rígidamente unidas al

núcleo mediante encastres o pernos.

o Hélices de palas orientables. Cuando se puede variar a voluntad la

inclinación de las palas o paso de la hélice.

- Ángulo de ataque: ángulo con el cual la pala corta al agua.

Fig. 1.7

La pala va animada de un movimiento combinación de otros dos: VT =

velocidad tangencial debida a su rotación y VL = avance en sentido longitudinal

debido a la velocidad del buque. En consecuencia la sección de pala corta al

agua con la dirección y velocidad representada por el vector V. El ángulo de

13



ataque de la pala al agua es el indicado en la figura. La incidencia de la pala en

el agua con este ángulo origina, por reacción el movimiento del buque. Se

origina una fuerza F, en la dirección del ángulo de ataque. F la descomponemos

en dos componentes, uno no aprovechable R, paralelo a la pala que se pierde en

forma de rozamiento con la misma, y el útil E denominado empuje.

- Empuje es la componente que produce el movimiento del buque. El vector E a

su vez se descompone en otros dos, EL que sirve para vencer la resistencia del

buque al avance, y ET, componente transversal a menudo indeseable que tiende

a desplazar el barco transversalmente. Debido a la incidencia del ángulo de la

pala existe una diferencia de presiones entre ambos lados de la pala, la cual

determina el empuje. El empuje será tanto mayor cuánto mayor sea el ángulo

de ataque. A mayor velocidad será menor el ángulo de ataque. Si la velocidad

es cero el ángulo de ataque es máximo y también el empuje, tanto transversal

como longitudinal. El empuje será máximo cuando el buque tenga arrancada

atrás y se dé máquina avante o viceversa.

Al realizar la pala un giro completo, si comparamos la descomposición del

empuje cuando ésta está en la parte alta y en la parte baja, se puede comprobar

que las componentes longitudinales del empuje se suman y las transversales

son de sentido contrario. También hay que tener en cuenta que la pala en su

recorrido superior coge aguas menos densas que en el inferior y que también

influye en el empuje el perfil hidrodinámico de la pala.

El empuje depende de:

- el ángulo de ataque.- la superficie total de las palas.- la densidad del agua del mar.- las revoluciones por minuto (velocidad).

Consecuentemente, el proyectista juega con:- la superficie de las palas (número).- las revoluciones por minuto.- el ángulo de ataque.

Atendiendo al paso podemos clasificar las hélices en levógiras y dextrógiras, tal

14



como hemos visto, y también como:

- Hélices de paso fijo o constante: en ellas la cara activa de las palas es una

superficie helicoidal de paso constante.

- Hélices de paso variable: son aquellas en las que el paso de la hélice es distinto

para cada punto de la cara activa, su superficie es una helicoide de paso

variable.

- Hélices de paso ajustable: son hélices con palas independientes, cuya

inclinación puede variarse en dique o varadero.

- Hélices de paso controlable: son aquellas en las que en cualquier instante

puede variarse el paso de la hélice.

1.5 Componente transversal de empuje: Presión lateral de las palas.

Supongamos una hélice de paso a la derecha que al girar sus palas chocan contra el

agua con una fuerza “f” resultante de todas las fuerzas de la pala. Como a toda acción se

opone una reacción igual y de sentido contrario, tendremos “r” que se puede descomponer

en los tres ejes del barco, vertical, horizontal y transversal.

La fuerza horizontal es la propulsora y la vertical produce una vibración de la popa

en este sentido.

La fuerza transversal es la que nos interesa a efectos evolutivos del buque. Esta

fuerza es la presión lateral de las palas. Fig. 1.8

Fig. 1.8

15



Cuando el buque da avante partiendo del reposo, las palas altas “pl” trabajan en

medios menos densos que las palas bajas “pl´”, por lo que el efecto de ambas palas será

diferente. Estas dos fuerzas tendrán una resultante pl' - pl igual a la diferencia.

Fig. 1.9

Si aplicamos esta diferencia en el núcleo, hará que la popa caiga a estribor y la proa

a babor. Fig. 1.9.

A medida que el buque toma arrancada, las palas altas trabajarán en medios más

densos que las bajas debido a la estela de rozamiento que produce remolinos en la

superficie, por lo que el par de fuerzas se invertirá y la resultante hará que la popa caiga a

babor y la proa a estribor.

En la marcha atrás, la resultante de la presión lateral de las palas altas y de las bajas

es igual a la diferencia, haciendo caer la popa a babor y la proa a estribor. En este caso la

estela de rozamiento no produce ningún efecto puesto que queda a proa de la hélice. Fig.

1.10.

16



Fig.1.10

En los buques de hélices gemelas, las presiones laterales de una hélice se anularán

con las de la otra y lo mismo sucederá con las corrientes de expulsión, por lo que, el

buque irá avante o atrás en línea recta.

1.6 Corriente de expulsión.

La hélice al girar avante aspira las aguas de proa y las expulsa hacia popa. Por la

parte de proa de la hélice se forma una corriente llamada de aspiración y por la parte de

popa otra llamada de expulsión. La corriente de aspiración sigue una dirección paralela a

la quilla, mientras que la corriente de expulsión sale oblicua por efecto del movimiento

circular que las palas imprimen al agua.

Supongamos el timón a la vía, las palas de estribor expulsan el agua hacia la parte

baja de la pala del timón, mientras que las de babor en su giro de abajo hacia arriba, las

expulsan hacia la bovedilla y de forma casi perpendicular a ésta, recibiendo con más

fuerza la corriente de expulsión de las palas de estribor sobre la pala del timón, haciendo,

por consiguiente, caer la popa a babor y la proa a estribor. Fig. 1.11.

17



Fig. 1.11

En la marcha atrás la hélice aspira de popa y expulsa hacia proa las aguas. Vemos

que las palas de estribor expulsan las aguas contra la bovedilla de popa con un ángulo

bastante perpendicular, en cambio las de babor las expulsan contra la parte baja de la

quilla con un ángulo muy oblicuo. Por tanto, la corriente de expulsión de estribor será

más fuerte haciendo caer la popa a babor y la proa a estribor. Fig. 1.12.

Fig.1.12

Tanto en la marcha avante como en la marcha atrás, a medida que aumenta la

velocidad, disminuyen los efectos de la corriente de expulsión, puesto que al atornillase lahélice dentro del agua, la corriente de expulsión es menor.

1.7 Cavitación

Es la formación de espacios vacíos o cavidades cerca de las palas al girar la hélice

en condiciones determinadas. En el dorso de cada pala se produce una disminución de la

presión del agua. Fig. 1.13.

18



Fig. 1.13

La caída de presión es tanto mayor cuanto más grande sea la velocidad de la pala.

A velocidades pequeñas las líneas de agua en el dorso se deforman, pero de una manera

uniforme. A medida que se aumenta la velocidad angular, la depresión se hará cada vez

mayor. Hay una velocidad a la cual la presión alcanzada en el dorso se hace menor que la

que se necesita para vaporizar el agua. En consecuencia el agua aneja al dorso se vaporiza

formando burbujas o cavidades, de ahí el título de cavitación dado a este fenómeno.

La cavitación se evita haciendo la presión de empuje inferior a 0,8 kgs/cm 2 y la

velocidad periférica inferior a 70 m/s.

Las cavidades de vapor de agua, así como las debidas al aire disuelto en el agua

que también se expanden, producen dos efectos perjudiciales, a saber:

- al estar inmersas en el flujo de agua, distorsionan las líneas de agua formando

remolinos y en consecuencia una pérdida del rendimiento del propulsor;

- las burbujas generadas chocan con las palas erosionándolas y produciendoruido.

En caso de guerra, el ruido es un factor muy importante a tener en cuenta, para no

ser detectado por submarinos. El ruido de cavitación puede ser oído por un submarino a

muchas millas de distancia.

La cavitación depende de la velocidad lineal de la pala, por lo que suele empezar a producirse en la parte extrema de ésta.

19



Por lo expuesto aquí, cada tipo de hélice no debe sobrepasar unas determinadas

revoluciones por encima de las cuales cavita. Para conseguir hélices que originen grandes

empujes, es recomendable aumentar el tamaño en vez de la velocidad angular, aunque no

podemos olvidar que el tamaño, a su vez, tiene sus limitaciones.

1.8 Hélices de diseño especial.

1.8.1 Hélices de paso controlable. Sistema KaMeWa

El sistema de hélice de paso controlable KaMeWa permite hacer girar las palas

sobre un eje vertical dándole el paso requerido en un sentido o en otro o dejándolo

anulado girando las palas como un disco. El motor gira siempre en el mismo sentido y

permanece en marcha constantemente.

En este tipo de hélices desarrollado con excelentes resultados, el paso puede

variarse a voluntad en cualquier momento. Se denominan también de paso alterable u

orientable.

En estas hélices, figura 1.14, las palas se encuentran unidas al núcleo mediante un

platillo que puede girar alrededor de un pivote, merced a la acción de unas bielas.

Fig. 1.14

Estas, por uno de sus extremos, van unidas al platillo que sostiene a la pala, y por elotro, a una varilla móvil que se encuentra en el interior del eje porta-hélices. Cuando el

20



eje de mando se desplaza en sentido longitudinal, la pala gira en una dirección o en otra,

según el sentido de desplazamiento. El referido eje de mando se acciona por medio de un

telemotor de aceite, que se maneja desde el puente de gobierno, y con ello se consigue

variar rápidamente a voluntad el paso de las palas, pudiendo llegarse a invertir de una

manera total su primitiva posición, con lo que el buque dará atrás sin necesidad de

cambiar el sentido de giro de la máquina propulsora. Estando el mando del telemotor en el

puente, la maniobra puede realizarla el mismo Capitán o el oficial de puente.

Desde el punto de vista hidrodinámico, el empleo de la hélice de palas orientables

presenta grandes ventajas con relación a la hélice convencional. Además, el rendimiento

del propulsor en navegación libre no es nunca inferior al de un propulsor corriente. Las

principales ventajas de estas hélices, son:

- economía de combustible, porque permite dar a las palas, en cada estado de

calado, el paso que más convenga para que la máquina propulsora trabaje en las

mejores condiciones de rendimiento;

- mayor rapidez y facilidad de maniobra, pues evita tener que parar la máquina

antes de dar atrás;

- aumento de vida de la maquinaria propulsora, pues suprime los arranques

sucesivos, especialmente en las motonaves, pudiendo quedar los motores en

marcha durante toda la maniobra;

- ahorro de peso, pues desaparecen todos los dispositivos necesarios para hacer

reversible la máquina propulsora.

El uso de hélices de paso controlable, se extiende cada vez más sobre todo en

buques que requieren gran facilidad de maniobra, como transbordadores y remolcadores.

Tienen el inconveniente que al estar en la posición de “paso neutro”, las palas cortan el

flujo de agua al timón con la consecuencia de pérdida de gobierno.

1.8.2 Hélice con tobera.

21



En la hélice tradicional, parte de la energía se pierde por rozamiento al mover las

capas de líquido, exteriores y adyacentes a los bordes de las palas. Para evitar en lo

posible estas pérdidas, las hélices se construyen dentro de un túnel o tobera cuyo

diámetro interior es solamente algo superior al del círculo generado por las palas al girar.

De esta forma, el volumen de agua que trata de pasar desde la cara activa al dorso de la

pala se reduce al máximo, y por tanto el retroceso disminuye.

Fig. 1.15

Ahora el funcionamiento del propulsor es más parecido al de un tornillo que rosca

en madera y el rendimiento aumenta considerablemente. En la figura 1.15 puedeapreciarse una hélice dentro de su tobera. La superficie interior del túnel tiene perfil

hidrodinámico para que la corriente de agua al llegar a la hélice lo haga a gran velocidad

y se transfiera sin pérdidas a la corriente de expulsión.

Ventaja adicional de la tobera es servir de protector a la hélice. Esta cualidad es de

gran utilidad en aquellos barcos que han de operar en bajos fondos e incluso varar, tales

como buques de desembarco, gabarras, remolcadores, etc.

En las hélices con tobera y para aprovechar al máximo la corriente de expulsión, el

timón suele colocarse en la misma tobera a continuación de la hélice. Con ello se

consigue una gran maniobrabilidad. Por otra parte, el timón cuando está a la vía no queda

vertical sino ligeramente inclinado. De esta forma actúa a modo de paleta que endereza el

flujo de agua y lo dirige hacia la popa, convirtiendo la componente lateral indeseable de la

corriente de expulsión en componente longitudinal aprovechable.

22



Las hélices con tobera se emplean cada vez más en buques de mayor tonelaje. Su

utilización se halla muy extendida entre remolcadores, pesqueros, buques de desembarco,

etc.

1.8.3 Hélice en tobera Kort.

Fig. 1.16

Es una disposición particular de lo explicado anteriormente. Como puede

apreciarse por el dibujo de la figura 1.16, la hélice está colocada en el centro de unos

túneles en forma de Y. El agua es aspirada por los extremos E y se expulsa por S. Este

sistema Kort se emplea preferentemente en remolcadores, obteniéndose consumos más

reducidos y velocidades y esfuerzos superiores que en las hélices normales. Además, la

maniobra de giro se hace más cómoda.

1.8.4 Doble hélice con giros opuestos.

Consiste esta disposición en colocar dos hélices sobre el mismo eje, una

inmediatamente detrás de la otra y con sentido de giro contrario. Aquí, la corriente de

expulsión que sale de la primera hélice con dirección divergente (con componente lateral)

incide sobre la segunda hélice. Como el giro de esta segunda hélice es al contrario, se

deshace la componente lateral de la corriente de expulsión y ésta sale en sentido

longitudinal aprovechándose toda la fuerza en empujar al buque.

El inconveniente del sistema de doble hélice es su complejidad mecánica, ya que

debe poseer dos ejes concéntricos con sus correspondientes soportes para cada hélice, tal

como indica la figura 1.17.

23



Fig. 1.17

La doble hélice en el pasado fue utilizada en aplicaciones específicas, tales como

torpedos. En el presente su campo de aplicación se ha ampliado a la propulsión naval en

buques de gran tonelaje. En estos buques, caso de disponer de una sola hélice, la potencia

requerida supondría, contar con una hélice de tamaño enorme.

1.8.5 Hélice supercavitante.

Cuando se vio el fenómeno de la cavitación se hizo hincapié en que el problema principal procedía de que al coexistir burbujas de vapor con agua, el medio pierde

homogeneidad. En estas condiciones las líneas de agua se distorsionan formando

remolinos y las burbujas chocan contra el propulsor, trayendo como consecuencia ruido y

erosión de las palas.

Si una vez que la hélice ha comenzado a cavitar, se continúa aumentando su

velocidad angular, la generación de vapor de agua irá en aumento. Por encima de unavelocidad determinada el dorso de la pala está completamente en contacto con vapor, con

lo que el medio vuelve a ser homogéneo. Por otra parte y como el buque lleva una

velocidad bastante grande, el vapor de agua no llega a dar en la siguiente pala, sino que

sale en la estela. A velocidades muy altas, pues, los inconvenientes de la cavitación

desaparecen.

Bajo estos principios se pueden distinguir entre hélices semicavitantes y hélicessupercavitantes. En las semicavitantes, gracias a la forma especial dada a las puntas de las

24



palas, cuando se produce la cavitación las burbujas de vapor no alcanzan el borde de

salida de la pala. En las supercavitantes, las palas están provistas de borde de salida

doblado en forma de alerón, lo que permite aumentar la carga sin perjudicar la pala. Éstas

suelen ir montadas en pequeños buques (lanchas rápidas) y que los impulsan a

velocidades superiores a 40 nudos.

1.8.6 Hélices con enmascaramiento.

El ruido producido por la hélice al cavitar puede ser determinante en la detección

hidrofónica del buque, por parte de un submarino. Un método para aminorar este ruido

consiste en aislar la hélice mediante una cortina de aire a presión. Existen hélices

perforadas internamente con unos canales que van a salir al exterior por los bordes de las

palas. Por estos canales se inyecta aire a presión hacia el exterior, el cual produce la

cortina de enmascaramiento anteriormente citada.

Este tipo de hélices, dada su complejidad, se utilizan solamente en aquellos buques

que por su alto valor militar lo demanden.

1.9 Hélices laterales de maniobra. Fuerzas y efectos.

La hélice lateral consiste en una hélice que gira alrededor de un eje transversal

dentro de un túnel que atraviesa el barco de banda a banda por la obra viva. Es una

aplicación de las hélices de paso variable, instaladas en una o en las dos cabezas del

buque.

Se introdujeron en 1959 y

hoy en día son muchos los buques que las poseen.

La máxima eficacia de estas hélices se produce cuando el buque está parado,disminuyendo su efecto a medida que sea mayor la velocidad longitudinal del buque. A

baja velocidad el momento de giro que provoca es constante.

Para accionar la hélice de proa, en el puente y en cada uno de los alerones hay un

panel con tres botones: 'babor", "estribor" y "para". Al pulsar el botón "estribor", un

motor eléctrico se pone en marcha, la hélice empieza a girar y crea una corriente de

expulsión hacia babor, haciendo caer la proa hacia estribor. Lo mismo ocurre con "babor".

25



Las hélices laterales son de gran utilidad para la maniobra de atraque, ganando en

rapidez y especialmente en economía al evitarse el empleo de remolcadores, tanto para

atracar como para desatracar, aunque son menos potentes que éstos. Figs.1.18 y 1.19

Fig. 1.18 Hélice de proa Fig.1.19 Interacción entre la expulsión lateraly velocidad avante

Los buques que llevan hélices laterales lo indican mediante un disco pintado en

cada lado del casco a la altura del túnel, en el que figura una hélice.

Sus limitaciones vienen condicionadas fundamentalmente por la velocidad del

buque, ya que es muy baja su eficacia para velocidades superiores a las comprendidas

entre 2 y 5 nudos, y por la profundidad a la que se encuentren sumergidas, cuanto menos

calado menos eficacia.

Este tipo de hélices no se puede emplear para disminuir la arrancada del buque,

necesitan un mantenimiento constante y una limpieza asidua de las rejillas que las

protegen.

Últimamente se están empleando hélices trasversales abatibles, que las convierten

en acimutales y se denominan (acimutal/túnel combi), utilizadas para el posicionamiento

dinámico.

1.10. Número de hélices que llevan los buques.

26



La mayoría de los buques mercantes de cualquier tonelaje, llevan una sola hélice,

lo que se traduce en una gran economía y facilidad de manejo.

No obstante lo anterior, determinados buques que requieren una gran

maniobrabilidad y velocidad, transbordadores, portacontenedores, etc., llevan por lo

general dos hélices gemelas.

27

Documents

TEMA 1 Completo- Hélices