Hélices

Tema I. Hélices
Tema 1. Hélices.
1.1
Hélice.
La Hélice es un propulsor que al moverse impulsa el agua y origina por
el principio de acción y reacción el movimiento del buque. La nueva teoría de la
impulsión dice: que la acción que sobre el agua ejerce la hélice origina una
depresión a proa y una sobrepresión a popa de la misma. Como consecuencia
de dicha diferencia de presiones se ejerce un empuje que hace avanzar al
buque a una cierta velocidad. Sin embargo, aunque no sea rigurosamente
cierto, el procedimiento más usado y sencillo para explicar este propulsor es
por asimilación al tornillo, que por cada vuelta que da, se introduce una longitud
igual al paso.
El empuje de una hélice propulsora depende de: sus dimensiones, del
tiempo invertido en una revolución, de la velocidad de avance, densidad y
viscosidad del líquido y a la profundidad en que se encuentra, ya que no se
excluye la formación de olas en la superficie libre del líquido.
En su construcción se utilizan distintas aleaciones en las que
generalmente predomina el bronce y el manganeso. Los términos que se
utilizan para definir las distintas partes de una hélice suponen siempre que se
la mira desde popa. Si para producir propulsión avante gira a la derecha, es
decir en el sentido de las manecillas del reloj, se dice que son de paso a la
derecha o dextrógira. Si la propulsión avante la logra girando a la izquierda la
llamamos de paso a la izquierda o levógira.
Curva hélice.
Es la descrita por un punto que se traslada sobre la superficie de un
cilindro, animado de dos movimientos simultáneos en los planos horizontal y
vertical (Fig. 1.1).
Fig. 1.1 .- Curva hélice.
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Tema I. Hélices
Si el recorrido del punto en ambos planos es regular se obtiene la curva
ABC denominada hélice regular. Esta curva desarrollada sobre un plano
aparece como la hipotenusa AD del triángulo rectángulo AED.
Si el desplazamiento en ambos sentidos es irregular la hélice obtenida
AHC se llama no regular y al desarrollarla sobre el plano se obtiene una curva,
la AFD.
Se define como paso de la hélice en un punto al producto de la
circunferencia del cilindro generador AE por la tangente del ángulo formado por
la tangente de la curva en dicho punto y el plano normal al cilindro.
En el caso de la hélice regular, la pendiente de la hélice es constante y
el paso también es constante e igual a la longitud ED.
En este punto 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 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 mientras que en el punto F el paso es superior e igual a JK.
Una helicoide.
Es la superficie engendrada por una recta que se mueve con dos
movimientos uniformes y simultáneos (Fig. 1.2), uno de traslación apoyado
continuamente, con un cierto ángulo, sobre el eje del cilindro y otro de rotación,
apoyándose continuamente sobre la curva hélice.
La helicoide de la figura es de paso constante porque corresponde a una
hélice de ese tipo. Cualquier punto intermedio de este helicoide regular tiene el
mismo paso. En caso que el segmento generador se apoye sobre una hélice de
paso no constante se obtiene un helicoide de paso variable.
La distancia que avanza la generatriz de una superficie helicoidal
paralelamente al eje de en superficie durante una revolución completa, es el
paso de esa superficie.
En la (Fig. 1.2), se muestra una superficie helicoidal del paso constante
generada por el radio OA normal al eje del cilindro que tiene como curva
directriz la hélice ABC.
Si la superficie helicoidal, se limita con un perfil aproximadamente
elíptico, o una porción tal de la BDEF se obtiene una de las palas de la hélice,
en las que se toma como diámetro de la hélice, el del cilindro exterior sobre el
que está trazada la curva directriz es decir el diámetro del círculo circunscrito a
la proyección de la hélice cobre un plano normal a eje.
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Tema I. Hélices
Fig. 1.2 .- Superficie helicoidal.
Si de una superficie helicoidal se toma una cierta porción, limitada por un
contorno cualquiera, llamado “pala” y si se instalan dos, tres, cuatro o cinco de
estas palas, sobre un núcleo firme a su eje, con la inclinación adecuada
respecto al eje, para que los efectos de todas ellas sean concordantes,
entonces decimos que “tenemos una hélice”.
Por necesidad de resistencia mecánica la pala debe tener un grosor, y
es decreciente desde el núcleo al contorno exterior.
Partes de la hélice.
La cara activa de la pala es la que empuja el agua. Cada punto de la
cara activa de la hélice tiene un paso propio. El dorso o la superficie opuesta a
la cara activa; se la llama también cara inactiva.
Arista de ataque es el borde que entra primero al agua y arista de
salida es el borde opuesto al anterior.
Las palas pueden ser fijas cuando forman con el núcleo una pieza
solidaria. Independientes cuando se fabrican separadamente y se acoplan al
núcleo por medio de pernos y orientables cuando van acopladas de modo tal
que pueda variarse a voluntad su inclinación respecto del plano perpendicular
al eje de rotación.
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Tema I. Hélices
Fig. 1.3 .- Partes de la hélice.
La anchura de las palas oscila entre 0,30 y 0,50 del diámetro de la
hélice, correspondiendo los valores bajos a buques de carga y los altos a
buques "destructores". El grueso máximo varia entre 0,04 y 0,06 del diámetro
de la hélice.
Diámetro de la hélice.
Es la medida del diámetro de la circunferencia dentro de la cual suscribe
su revolución. Cuanto mayor es el diámetro de la hélice tanto menor es la
pérdida de potencia por resbalamiento y mayor su eficiencia; sin embargo, no
debe sobrepasar los 4/5 del calado a popa.
Fig. 1.4 .- Partes de la hélice.
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Tema I. Hélices
Núcleo.
Se llama nuez o mozo al núcleo sobre el que van las palas. Su forma es
cilíndrica o esférica y tiene un diámetro que oscila entre 0,15 y 0,23 del
diámetro de la hélice (Enciclopedia del Mar). Por su interior pasa el eje
portahélice que posee rosca y tuerca para fijar la hélice. La cara de popa de la
nuez va tapada por el capacete, pieza casi cónica, que le da forma
hidrodinámica al conjunto disminuyendo la resistencia a la marcha y cubriendo
la tuerca del eje portahélice.
Paso de la hélice.
Se llama así, a la distancia que avanzaría en cada revolución completa
si, al igual que un tornillo roscase en una tuerca sólida. Definición práctica, que
puede completarse con la geométrica, que nos dice que es la distancia que la
generatriz recorre a lo largo del eje mientras efectúa un giro de 360º. La
relación habitual entre el paso y el diámetro se ajusta a los siguientes modelos
según el tipo de buque:
CARGERO
CONVENCIONAL
⎧0,8
D / P = 1⎨
⎩1,2
REMOLCADOR D/P = 0,5
EMBRACACIONES
PEQUEÑAS Y VELOCES D/P = 2
1.2
Distancias clases de hélices y forma de las palas.
De paso fijo.
La cara activa de las palas de esta hélice son porciones de una
superficie helicoidal de paso constante. De lo que vimos en el punto : "Hélice Generalidades" deducimos que una superficie de este género es la engendrada
por una recta llamada "generatriz" que forma determinado ángulo con un eje
fijo alrededor del cual gira a velocidad uniforme y al mismo tiempo avanza
paralelamente a dicho eje, a velocidad también constante.
De paso variable.
En este caso la cara activa de las palas de ésta hélice son porciones de
una superficie helicoidal no constante. Por razones de rendimiento se diseñan
las palas de este tipo. Si el paso varía desde el centro a la periferia se aumenta
el rendimiento del propulsor a un régimen determinado de revoluciones. En
este caso se dice que el paso es “reciente radialmente”. Si varía en el sentido
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Tema I. Hélices
de avance se consigue un alto rendimiento sobre un margen amplio de
revoluciones.
De paso controlable.
Llamadas también de paso alterable u orientable. Su paso puede
variarse a voluntad en cualquier momento. En estas hélices, las palas se
encuentran unidas al núcleo mediante un platillo que puede girar alrededor de
un pivote merced a la acción de unas bielas. Estas, por uno de sus extremos
van unidas al platillo que sostiene la pala y por el otro a una varilla móvil que se
encuentra en el interior del eje portahélice. Cuando el eje de mando se
desplaza en sentido longitudinal la pala gira en una dirección o en otra según el
sentido del desplazamiento.
El eje de mando se acciona por medio de un telemotor que se maneja
desde el puente de mando.
El paso se varía rápidamente según convenga, pudiendo llegar a
invertirse su posición con lo que el buque cambia de marcha adelante-atrás o
atrás-adelante, sin cambiar el sentido de giro del eje propulsor.
Ventajas.
a) economía de combustible, pues permiten dar a las palas, en cada
estado del calado, el paso que más convenga para que la máquina propulsora
trabaje en las mejores condiciones de rendimiento.
b) mayor rapidez y facilidad de maniobra al evitar parar los ejes antes de
dar marcha atrás.
c) aumento de vida útil de la máquina, al eliminar los arranques
sucesivos, pues los motores pueden quedar en marcha durante toda la
maniobra.
d) ahorro de peso, pues desaparecen todos los dispositivos para hacer
reversible el eje propulsor.
e) evolución a baja velocidad en forma completamente controlada.
Desventajas.
Son más delicadas por su sistema de articulación y más costosas en su
instalación y reparación. Sin embargo su uso se extiende cada vez más sobre
todo en buques que requieren facilidad de maniobra como transbordadores y
remolcadores.
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Tema I. Hélices
Retroceso aparente.
Si el agua fuese un medio rígido, el producto del paso en metros (H) por
el número de revoluciones por segundo (n), daría la velocidad del buque en
metros por segundo (Vt velocidad teórica y/o retrógrada). La diferencia (W)
entre la velocidad Vt y la velocidad real se llama retroceso aparente o
resbalamiento aparente W = Vt - Vb y es la velocidad retrógrada de la estela
que es = + 1/10 de la velocidad del buque.
Retroceso verdadero.
La hélice se mueve en el interior de la corriente de estela que posee una
velocidad directa W. Si medimos la velocidad de la hélice con respecto al agua,
ésta no es la misma que con respecto al buque. Llamamos retroceso verdadero
Wv a la variación de la velocidad que sufre el agua que rodea al propulsor por
efecto del mismo. Consiste en la anulación de la velocidad de la masa de agua
arrastrada por el buque (corriente de estela) y luego en su impulsión a la
velocidad retrógrada W.
Como es la diferencia de velocidad teórica (Vt) y la velocidad de la hélice
en el agua (Vh), también podemos expresarlo así: Wv = Vt – Vh.
Coeficiente de retroceso aparente.
Cra es la relación entre el retroceso aparente (W) y la velocidad teórica
de la hélice (Vt).
Cra =
W
Vt
Cra =
Vt − Vb
Vt
Este coeficiente varía entre 0,10 y 0,30. Si conocemos este coeficiente
se puede hallar la distancia recorrida por el buque en un lapso de tiempo.
Coeficiente de retroceso verdadero.
Crv es la relación entre el retroceso verdadero Wv y la velocidad Vt de la
hélice.
Crv = Wv
Crv =
Vt − Vb(1) )
Vt
(1) es mayor que el retroceso anterior.
Rendimiento.
Siguiendo a Baistrocchi decimos: que la propulsión consiste en impeler
hacia popa cierta masa M de agua, cm. una velocidad W, para recibir un
impulso equivalente F = M·W, dirigido hacia proa que es la reacción de la masa
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Tema I. Hélices
impelida o estela. La R ofrecida por el buque a la velocidad V será igual al
empuje debido a la reacción.
F = R = M.W
El trabajo útil.
Empleado para vencer la resistencia del buque a la velocidad V es:
T = R·V
El trabajo total.
Es la suma del "útil" más las energías perdidas en comunicar a la estela
cierta velocidad retrógrada y se resume en la fórmula.
Tt=R x V + ½ M·W2
El rendimiento de un propulsor.
Es la relación entre trabajo útil y el total.
Re n dim iento =
Tu
R ×V
V
=
=
2
Tt Rx ⋅ V + 1 2 ⋅ M ⋅ W
V + 1 2 ⋅W
Dado que R = M·W, reemplazando y luego factorizando obtenemos la
fórmula final.
Lo que demuestra que es tanto mayor, cuanto menor es la velocidad de
la estela. Por lo tanto, para igualdad de resistencias a vencer, conviene actuar
sobre grandes masas de agua con pequeñas velocidades.
Instalación.
Las hélices se sitúan siempre a popa, pues no han dado resultado
favorable los experimentos para disponerlas a proa, para que ejerzan tracción
en lugar de empuje. Dijimos, cuando hablamos del núcleo, que va unida al eje
portahélice. Este eje, llamado también eje de cola es a veces suspendido por
arbotantes. A través de la bocina, se aplica a uno de los ejes intermedios o de
transmisión, que, finalmente por medio del eje de empujes, quedan unidos al
eje cigüeñal del aparato motor.
Para proteger las hélices de averías, se las instala de manera que el
extremo de la pala inferior quede por encima de la quilla.
Si son laterales quedan dentro de la prolongación del forro exterior de la
cuaderna maestra.
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Tema I. Hélices
Experimentalmente se ha llegado a las siguientes conclusiones sobre la
instalación de las hélices. El rendimiento aumenta si:
a) aumenta la inmersión (condición limitada por lo dicho en párrafos
anteriores).
b) se aleja la hélice de la popa (disminuyen los remolinos producidos al
chocar los filetes del agua contra el codaste).
El rendimiento disminuye cuando el eje de la hélice está inclinado con
respecto de la dirección del movimiento (a mayor inclinación, menor
rendimiento).
Si el eje de la hélice está fuera del plano diametral (buque de dos
hélices) el rendimiento no disminuye, pero cambian las condiciones evolutivas.
El sentido de rotación es indiferente al rendimiento pero si son hélices gemelas
es preferible que su giro sea exterior.
En todas las hélices, no se deben sobrepasar determinadas
revoluciones, por encima de las cuales cavita. Para conseguir hélices que
originen grandes empujes, es preciso aumentar el tamaño en vez de la
velocidad angular. El tamaño tiene por razones obvias un techo.
1.3
Hélices auxiliares de maniobra.
Ya hemos hablado de las hélices de paso controlable; lo haremos ahora
de otras hélices que sirven para aumentar el rendimiento del propulsor o para
realizar trabajos especiales.
Bow - Thrusters y Stern Thrusters.
Su denominación varía según estén a proa o a popa. Van instaladas en
túneles perpendiculares a la crujía y con salida a ambas bandas. Adquieren su
máxima efectividad con el buque sin arrancada y la pierden casi totalmente con
el buque a toda marcha. Por lo tanto se las utiliza solo en maniobras donde
evitan el uso de remolques.
Su rendimiento disminuye al acercarse al muelle anulándose, si la
distancia de la boca del túnel al muelle es menos de cuatro veces el diámetro
del túnel.
Hélices con tobera (Ducted propellers).
Para evitar la pérdida de energía que por rozamiento se pierde en las
hélices tradicionales al mover las capas de líquido exteriores y adyacentes a
los bordes de las palas, se han construido hélices dentro de un túnel cuyo
diámetro interior es solamente algo superior al del círculo generado por las
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Tema I. Hélices
palas. De esta forma el funcionamiento del propulsor es más parecido al de un
tornillo que rosca en madera y el rendimiento aumenta.
Como ventaja adicional el túnel o tobera sirve de protector a la hélice.
Sin embargo, problemas con la erosión, que la cavitación produce en la
tobera, no han sido resueltos y restringen su uso.
Fig. 1.5 .- Hélice con toberas.
Doble hélice con giros opuestos (contra rotation propellers) CRP.
Se colocan dos hélices en el mismo eje, una inmediatamente atrás de la
otra y de giros opuestos.
Fig. 1.6 .- Hélice CRP.
Las corrientes de expulsión que salen en sentido divergente se anulan al
girar cada hélice en sentido contrario y se aprovecha todo el impulso.
Raramente se han utilizado estas hélices en mercantes grandes debido a los
problemas de un mecanismo que requiere girar dos hélices en direcciones
opuestas y a diferentes revoluciones.
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Tema I. Hélices
Hélice con rueda de paletas (Grim Vane Whell).
Con el propósito de ahorrar combustible y mejorar la maniobrabilidad, la
casa Lips fabricó un dispositivo como el que se ve en la figura que consta de
dos paletas que giran libremente a popa de la hélice recuperando la energía de
la corriente de expulsión.
Fig. 1.7 .- Hélice con ruedas de paletas.
1.4
Fuerzas producidas por la rotación de la hélice sencilla y estudio
de los efectos de dichas fuerzas en el gobierno del buque.
Las corrientes que se originan al dar avante una hélice en la popa de un
buque son la corriente de aspiración, la corriente de expulsión, corriente
de rozamiento o estela y la presión lateral de las palas.
Corriente de aspiración.
Es una corriente paralela el eje de la hélice que es traída de proa a popa
por la hélice lamiendo ambos costados. En marcha atrás fluye de popa a proa.
En ninguno de los dos casos produce efecto evolutivo alguno si el timón está a
la vía.
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Tema I. Hélices
Fig. 1.8 .- Corriente de aspiración.
Corriente de rozamiento o estela.
Cuando el buque comienza a navegar su casco arrastra un volumen de
agua a banda y banda formando la corriente de estela que fluye en el sentido
de marcha del buque. De su velocidad hablamos en el punto "retroceso
aparente".
Es esencialmente una corriente superficial que se hace nula en la quilla.
No tiene efecto evolutivo sobre el gobierno del buque tanto en marcha adelante
o como en marcha atrás.
Causas y efectos evolutivos.
Son los producidos por la corriente de expulsión y por la presión lateral
de las palas.
a) Corriente de expulsión.
Si consideramos una hélice dextrógira, la corriente de expulsión que
origina participa del movimiento helicoidal incidiendo oblicuamente en la
cara de estribor del timón puesto a la vía. Como muestra la (Fig. 1.9) el flujo
producido por las palas altas golpea la parte superior del codaste y timón
por la parte de babor tratando de mover la popa a Er. y las bajas lo lanzan
contra la parte inferior del codaste y timón tratando de mover la popa a Br.
Existen por lo tanto dos efectos opuestos.
La fuerza resultante depende de las áreas relativas del timón y codaste
ubicadas por encima y por abajo de la hélice y de la uniformidad de la corriente
de expulsión.
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Tema I. Hélices
Fig. 1.9 .- Corriente de expulsión en máquina avante.
En general, como la parte baja del codaste y timón tienen más superficie
que la alta y las palas trabajan en aguas más profundas y de más presión, en
marcha adelante la fuerza que predomina lleva la popa a babor.
En marcha atrás el flujo de agua impelido por las palas altas incide en la
parte de estribor de la bovedilla y tiende a empujar la popa a babor. Las palas
bajas envían el flujo a la parte baja de la quilla pasando parte de él por abajo y
con un ángulo de incidencia muy pobre.
Predomina en forma notoria la fuerza que lleva la popa a babor. En
síntesis podemos decir que la corriente de expulsión tanto en marcha adelante
como atrás lleva la popa a babor. Si la hélice fuera levógira la popa caería a Er.
Fig. 1.10 .- Corriente de expulsión en máquina atrás.
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Tema I. Hélices
b) Efectos evolutivos de la presión lateral de las palas.
Este efecto, que el Capitán Rennella llama en su libro "efecto de rueda
de paletas", tiende, en máquina avante (hélice dextrógira) a llevar la popa
hacia estribor y en máquina atrás a babor. Dice Rennella "las causas que
producen este efecto no están bien aclaradas pero se ha demostrado que el
mismo no se debe a la diferencia de presión relativa entre las palas bajas y
altas, por variación de densidad del agua a esos niveles, como antes se
suponía". El máximo esfuerzo de esta fuerza ocurre cuando la velocidad del
buque; es O, en que el trabajo de la hélice mueve al buque antes de que
avance o retroceda. En otras palabras, a medida que disminuye la
arrancada aumenta este efecto lateral.
Conclusiones.
Las hélices producen en su accionar, además de la propulsión, ciertos
efectos secundarios de carácter evolutivo que tienden a sacar el buque de su
dirección de marcha. Estos efectos, lo recalcamos especialmente acá, son
importantes durante la maniobra pues son más notorios con el buque sin
arrancada o con poca.
Experiencias realizadas en piletas han probado que una hélice aislada
profundamente sumergida no experimenta fuerzas laterales apreciables ya que
los componentes radiales de las palas se anulan entre sí. El caso de la hélice
de un buque es diferente por:
a) No está profundamente sumergida y a veces emerge parte de ella.
b) Está en las inmediaciones de la obra viva rodeada de estructuras que
provocan cavitaciones.
c) El flujo de agua a través de ella no es paralelo al eje ni uniforme en
velocidad.
d) Al partir la hélice de la posición de reposo comienza a batir el agua
arrastrando gran
cantidad de aire que afecta su desempeño. Estas
circunstancias crean fuerzas laterales en un sentido u otro que son mayores a
menor arrancada y que irán disminuyendo al tomar velocidad. Tomaremos en
cuenta que en marcha adelante los efectos de la corriente de expulsión y los
del efecto lateral de las palas son de sentido contrario pero que en la marcha
atrás se suman para llevar la proa a Br.
Esto es de suma importancia para el piloto pues en marcha atrás con
buque parado el timón no puede contrarrestar este efecto.
14
Tema I. Hélices
1.5
Fuerzas producidas por la rotación de hélices gemelas y estudio
de los efectos desarrollados por dichas fuerzas en el gobierno
del buque.
La mayoría de los buques con este tipo de propulsión, utilizan hélices
que giran desde adentro hacia afuera, por lo tanto, la de estribor es dextrógira y
la de babor levógira.
Aunque puede darse el caso de buques con hélices de giro interior, la
regla común a todas las situaciones es que los giros de las hélices sean
divergentes.
A su vez el bihélice puede estar dotado de un solo timón, situado en este
caso en el plano de crujía o de dos timones, caso en el que éstos se hallan
ubicados a popa del plano del eje de su respectiva hélice.
Cuando en los buques bihélices existe un solo timón, éste, al estar en la
vía, no recibe el efecto de la corriente de expulsión.
Si el ángulo del timón es pequeño, menor de l5º, sólo actúa sobre él la
fuerza de reacción de la pala.
Al sobrepasar el ángulo de 15º, el borde exterior de la pala pasa a recibir
parte de la corriente de expulsión, tal como lo ilustra la (Fig. 1.11). Por lo tanto,
sólo se consigue un efecto de gobierno apreciable si se aplica mucho timón a la
banda de la hélice que da avante.
Fig. 1.11.- Timón sencillo. Timón fuera de las corrientes de expulsión.
15
Tema I. Hélices
Si el bihélice posee dos timones, cada uno recibe la corriente de
expulsión de su respectiva hélice (Fig. 1.12), lo que aumenta su efectividad a
bajas velocidades y para ángulos pequeños.
Fig. 1.12.- Timones doble. Timones dentro de la corriente de expulsión.
Esta diferencia entre bihélices de un solo timón o dos, nos lleva a decir
que los de un solo timón presentan desventajas desde el punto de vista del que
los maniobra, tanto con poca arrancada como al comenzar las caídas.
Las fuerzas actuantes en la popa de los bihélices, son las mismas que
las vistas en el capítulo anterior (buques monohélices), en este caso hay que
tener en cuenta el sentido de giro de cada hélice y el resultado final es la
sumatoria de las fuerzas intervinientes, a las que se debe agregar el efecto de
excentricidad, que puede producir resultantes que agregan un efecto lateral
pronunciado.
Esta resultante es mayor cuanto mayor es su brazo de palanca, es decir
cuanto más, alejado de crujía se hallen los portahélices.
Su efecto se hace sentir cuando una sola máquina está funcionado (Fig.
1.13), se duplica cuando un eje da adelante y otro atrás (Fig. 1.14) y
desaparece cuando ambas máquinas dan adelante o atrás con el mismo
número de revoluciones.
Fig. 1.13 .- Máquina Br. Parada. Máquina Er. Avante. La resultante EE1 hace caer la proa a Br.
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Tema I. Hélices
Fig. 1.14 .- Atrás Br. Er. Avante.
La relación separación de ejes con la eslora no es igual en todos los
buques y la acción de la fuerza resultante es mayor en aquellos en que la
relación es más grande.
Hay que hacer notar que la acción de la presión lateral de las palas o
efecto de ruedas de paletas se ve disminuido en los bihélices con respecto a
los monohélices, debido a que el tamaño de los propulsores es
comparativamente menor, están por lo tanto más sumergidas y se hallan
bastante separadas del casco.
La corriente de aspiración, debido a que los ejes están separados de la
línea de crujía, provoca una depresión en la bovedilla de la banda de la hélice
que va adelante originando una tendencia a la caída de la popa hacia esa
banda, con ambas hélices adelante esta tendencia se anula.
Ventajas e inconvenientes.
Desde el punto de vista de la seguridad y de la maniobra, los buques
bihélices superan a los monohélices.
Sus desventajas son únicamente de orden financiero.
Haciendo una enumeración puntual de las ventajas e inconvenientes
encontramos:
Ventajas.
a) Se puede gobernar la embarcación aún con avería en el timón,
empleando una máquina a velocidad constante y variando la otra en más o
menos.
b) Se consigue continuar la navegación y maniobrar con avería en un
propulsor, compensando con el timón o los timones.
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Tema I. Hélices
Un bihélice, en el cual funciona una sola máquina, puede mantener su
rumbo con un ángulo de timón menor de 5º.
c) Al ser los diámetros de las hélices menores que las de un monohélice,
los propulsores trabajan más sumergidos aún con el buque en lastre.
d) Mayor capacidad de maniobra al poder utilizarse la ciaboga.
e) Posibilidad de dividir la sala de máquinas en compartimentos
estancos para cada máquina.
f) Eliminación de las reacciones evolutivas al ser las hélices de paso
contrario.
Inconvenientes.
a) Mayor cantidad de personal.
b) Costo de mantenimiento superior.
c) Dificultad de instalación y mayor precio de las mismas.
d) Peso total más grande.
e) Gasto de combustible superior, pues proporcionalmente a la potencia
tiene más consumo de combustible, lo que redunda también en menor
autonomía.
f) Aumento de las posibilidades de avería.
g) Menor rendimiento individual de cada hélice (mayor resbalamiento).
Casos de marcha con timones simples y gemelos.
Analizaremos ahora los efectos evolutivos de los bihélices de giro
exterior con un solo timón. Más adelante indicaremos en forma sucinta las
diferencias que existen cuando se gobierna un buque análogo provisto de dos
timones o uno similar con hélices de giro interior.
Estudiaremos los siguientes casos, en los cuales supondremos no tener
influencias exteriores (viento o corriente):
a) Buque y hélices en marcha avante.
b) Buques y hélices en marcha atrás.
c) Buque avante y hélices atrás.
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Tema I. Hélices
d) Buque atrás y hélices avante.
e) Ciaboga. Una hélice atrás y otra adelante.
En cada caso veremos la influencia del timón, ya sea al medio o a una de las bandas. Se
considerará también si la embarcación tiene o no arrancada.
a) Buque y hélices en marcha avante.
Como lo muestra la (Fig. 1.15) que ilustra el caso, los efectos evolutivos de cada hélice
se equilibran entre sí, anulándose. La evolución del buque queda bajo la sola influencia del
timón. Debemos recordar lo dicho anteriormente sobre bihélices con un solo timón (no reciben
la corriente de expulsión con ángulos pequeños).
Fig. 1.15 .- Buque en reposo; máquina avante, timón a la vía.
Podemos decir que el buque mantiene el mismo número de revoluciones en cada
máquina, si con el timón al medio permanece, tanto cuando parte de buque en reposo como
cuando tiene arrancada adelante, en el mismo rumbo. Cualquier metida de timón hace caer el
buque a la banda correspondiente.
Si el buque cae por la acción del timón, aunque se mantenga el mismo punto de marcha
para las dos hélices, la hélice interior (la de la banda a la que el barco cae) disminuye sus
revoluciones.
b) Buque y hélices en marcha atrás.
Como en el caso anterior, si ambas máquinas mantienen el mismo número de
revoluciones al ciar, las fuerzas laterales se compensan y es posible gobernar al buque
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Tema I. Hélices
mediante el timón. Ya sabemos que, en marcha atrás, el timón tiene un efecto menor que en
marcha avante. (Fig. 1.16).
Fig. 1.16 .- Buque reposo. Máquina atrás. Timón a la vía.
c) Buque avante y hélices atrás.
Con el timón a la vía, las distintas fuerzas se anulan por lo que podemos enunciar: todo
bihélice, que con arrancada avante, dé atrás con ambas máquinas a la misma potencia y con el
timón a la vía, perderá arrancada e irá atrás manteniendo teóricamente su arrumbamiento. Fig.
(1.17).
Si se mete el timón a una u otra banda, la fuerza de reacción del timón es contraria a la
de la corriente de aspiración.
Si la arrancada es buena predomina la reacción del timón (la corriente de aspiración es
más débil que en los buques de una sola hélice) y la proa caerá a la banda que se metió el
timón.
Cuando se para la arrancada y se llega a la posición buque y hélices atrás, la reacción del
timón y la corriente de aspiración se suman, haciendo caer la proa hacia la otra banda.
Podemos decir entonces, que en un bihélice, igual que en un monohélice, para acelerar
la evolución, conviene meter el timón a la banda a la que se desea caer, antes de invertir la
máquina y cuando la arrancada se haya detenido, poner el timón a la banda contraria.
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Tema I. Hélices
Fig. 1.17 .- Buque avante, hélices atrás.
d) Buque con arrancada atrás y hélices avante.
Si las dos máquinas desarrollan la misma potencia, todos los efectos laterales se
equilibran, por lo tanto obedece a la acción del timón (Fig. 1.18).
Fig. 1.18 .- Buque atrás. Máquinas avante.
Si el timón está a la vía detendrá su arrancada atrás y luego comenzará a avanzar,
teóricamente siempre en línea recta.
Se puede aumentar o disminuir los efectos del timón cambiando el régimen de
revoluciones de alguna de las máquinas.
e) Una hélice adelante y la otra en marcha atrás (Ciaboga).
Las diversas situaciones que pueden darse son tres, con diferentes posiciones de
hélices y timón:
1) buque en reposo.
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Tema I. Hélices
2) buque con arrancada avante.
3) buque con arrancada atrás.
La diferencia entre estos eventos, sólo se debe a la reacción distinta del timón en cuanto
a la arrancada que lleva la embarcación.
Por lo tanto sólo haremos un estudio detallado del caso buque en reposo y algunas
observaciones sobre los otros.
e.1) Buque en reposo (ciaboga) timón al medio, hélice de estribor atrás y la de babor
adelante.
a) empuje hélice babor.
b) empuje hélice estribor.
Los números son los mismos empleados en el capítulo monohélice.
Fig. 1.19 .- Ciaboga partiendo del reposo, con la hélice de Br. a avante y la de Er. Atrás. Timón a la vía, a estribor
y a babor.
La presión lateral de las palas (2) de ambas hélices hacen caer la proa a estribor 2.
El empuje de la hélice de estribor (d) atrás y el empuje de la de babor (a) avante hacen
caer la proa a estribor.
La corriente de aspiración (3) de la banda de la hélice de babor (marcha avante) hace
caer la proa a estribor. Esta corriente produce una depresión en la cara de babor de la
bovedilla llevando la popa a babor y la proa a estribor.
La corriente de aspiración (3) de la banda de estribor (hélice atrás) no actúa con el timón
al medio. Sí lo hace con el timón a una y otra banda como lo muestra la (Fig. 1.19).
La corriente de expulsión (1) de esa hélice choca contra la bovedilla y hace caer la proa
a estribor.
La corriente de expulsión de la hélice de babor no actúa.
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Tema I. Hélices
Por lo tanto, todas las fuerzas que actúan se suman y la proa del buque que da avante
con babor y atrás con estribor, con el timón metido al medio, cae rápidamente a estribor.
Si hiciéramos la acción al revés (babor atrás y estribor avante) las fuerzas se sumarían
pero en sentido contrario al anterior y la proa caería rápidamente a babor.
Si metemos el timón a estribor para caer a dicha banda, en la ciaboga, la corriente de
aspiración, que produce la hélice que da atrás, tiende a hacerlo caer a babor.
Por lo tanto, en estas condiciones para caer a estribor no conviene meter el timón a esa
banda. Si ponemos el timón a babor para hacer la ciaboga por estribor, la corriente de
expulsión de la hélice que da avante hará caer la proa a babor, por lo que tampoco conviene
meterlo a babor.
Como consecuencia de esto podemos enunciar, que para hacer el ciaboga partiendo de
la posición de reposo, convine mantener el timón a la vía.
Sin embargo, en la práctica se ha demostrado que metiendo el timón 10º grados a la
banda que se desea caer, se logra mejor efecto evolutivo, posiblemente porque la pala no
ofrece tanta resistencia a la caída.
e.2) Ciaboga con el buque con arrancada avante.
Para caer rápidamente y con poco esfuerzo, un bihélice arrancada avante, se mete el
timón a la banda que se desea caer pues en ese caso predomina la energía del timón sobre los
demás efectos.
Estos efectos son semejantes a los del buque en reposo.
Al meter el timón a la banda que se desea caer, se dará atrás toda la máquina de dicha
banda, continuando la otra avante.
e.3) Ciaboga con el buque con arrancada atrás.
Los efectos laterales de las hélices son los mismos que los del buque parado.
Aunque la reacción del timón es menor con arrancada atrás que con arrancada avante,
deberá aprovecharse su efecto.
Por lo tanto, se meterá timón contrario al de la banda de caída y se dará adelante con la
máquina de esa banda y atrás con la otra.
Otras situaciones.
a) Girar con una hélice avante y la otra parada.
Metiendo el timón a una banda y parando la máquina de esa banda, el buque hará una
evolución más cerrada que la realizada con las dos máquinas avante.
b) Girar con una hélice atrás y la otra parada.
El buque caerá a la banda que da atrás. El timón debe ser metido a la banda contraria
de la caída para obtener una evolución de menor radio.
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Tema I. Hélices
c) Bihélices de giro interior.
Se han construido algunos buques de este tipo al comprobarse que arrastran menos
agua, es decir, que con la misma potencia desarrollan más velocidad.
Esta ventaja, no compensa la pérdida de cualidades maniobreras.
La experiencia ha demostrado que en lugares de poco espacio, los bihélices de giro
interior son poco manejables y debe recurrirse a la ayuda del ancla o de remolcadores.
Esta falta de maniobrabilidad se debe a las siguientes causas:
1º) La presión lateral de las palas se opone a la caída de la proa que quiera hacerse
empleando la acción de las máquinas.
2º) Al meter el timón a una banda, también se opone a esa caída la corriente de
aspiración.
Ciaboga con buques de tres hélices y un solo timón.
En situación de maniobra en este tipo de buque se evoluciona como si fuera de dos, no
usándose la hélice central, salvo que la experiencia indicara que sí debe hacerse.
Buques de 4 hélices.
A efectos de evolucionar se maniobran como si fueran de dos. Generalmente las
máquinas están acopladas de a pares. Si no lo estuvieran, lo lógico sería utilizar las hélices
exteriores para hacer la ciaboga, dado que al estar más alejadas de la crujía el momento de su
par es mayor.
Derrota seguida por los buques en marcha atrás.
a) Buque de dos hélices. b) buque de una hélice.
Fig. 1.19 .- Ambas máquinas dan atrás, timón a la vía. La caída de la popa hacía el viento es mucho más
acentuada cuando lo recibe por la aleta de babor a causa de la acción de la hélice. (Presión lateral de las palas).
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