Bueno pues tras un breve paréntesis debido a las diversas cosas en que ando metido continuamos con este tema, para acabar hoy hablaremos de:
El paso de una hélice
La definición más simple de paso de hélice es aquella que dice:
El paso de una hélice equivale al avance de un buque en un giro de hélice en la supuesta condición de que el agua fuera un elemento rígido.
Como ya hemos apuntado ese supuesto es imposible por cuanto existe un retroceso debido a la condición elástica del agua y por tanto el avance siempre será inferior y dependerá del propio Paso P de la hélice que depende de la superficie helicoidal de las caras activas, del Número de revoluciones N y de la Velocidad del buque V en metros por segundo.
La relación entre paso y diámetro oscila entre el 0,5 y 2 y las relaciones más bajas se aplican a buques que soportan cargas elevadas como puede ser el caso de los remolcadores.
Para calcular los pasos de una hélice, trabajo complicado por cuanto depende de los casos particulares de cada buque, se utilizan gráficos como los de Keith, de Crouch o el gráfico de resbalamiento o retroceso
Las palas, formas, inclinación y superficie
La forma de las palas e inclinación de las mismas así como el área o superficie de las mismas dependen de las condiciones de trabajo a desarrollar por la hélice y se tendrá en cuenta para ello la forma del casco, situación de la hélice, agua que la alimenta, formación de la estela…
Funcionamiento de una hélice según su posición y para marcha avante
La hélice al girar impulsa una cantidad de agua hacia atrás que equivale a una acción que a su vez provoca una reacción sobre la propia hélice y a través del eje de cola a la chumacera de empuje donde se aplica y transmite esa fuerza reactiva a todo el buque que es la que impulsa a dicho buque en sentido contrario al de la corriente de agua desplazada por la hélice por la acción de dicha hélice.
Debemos no obstante, y recordando lo ya comentado sobre paso y retroceso, considerar que dicho desplazamiento y por tanto el avance del buque es menor que el paso de la hélice por el retroceso de la masa líquida. La consecuencia de esta consideración es que se debe dotar a las hélices de pasos y diámetros grandes siempre que las circunstancias lo permitan.
El funcionamiento de las hélices produce otros efectos relacionados con su movimiento dichos efectos son causados por la influencia de la estela del buque y se trata de las corrientes de agua provocadas por el giro y la reacción ejercida por las palas. Para ver que ocurre tomemos como ejemplo una hélice de giro a la derecha situada a la profundidad indicada p con el timón a la vía y el casco con las formas apropiadas, teniendo en cuenta de que el buque navega con la mar en calma y sin apenas viento; en este caso la hélice cuando gira provoca dos corrientes de agua, una de aspiración sin efectos de evolución dado que su dirección es paralela al timón y al casco, es decir está en línea con ambos y otra corriente de expulsión que tiene efectos evolutivos elevados por tener una dirección inclinada y sentido variable según se considera la acción de las palas altas o bajas.
Durante la marcha avante, la hélice gira a la derecha y las palas que están altas al girar, impulsan el agua contra la parte superior de babor del timón y las bajas lo hacen sobre la parte inferior de estribor, ambos efectos son de sentido contrario, siendo la preponderancia dependiente de la intensidad de la corriente de expulsión y del área de la superficie sobre la cual actúa, ocurriendo por lo general que el efecto predominante se ejerza por las palas bajas sobre la parte inferior del timón. Dicho efecto hace que el buque tenga tendencia a caer a estribor; durante la marcha atrás las palas bajas impulsan el agua hacia el codaste de proa mientras las altas lo hacen contra la bovedilla, el efecto hace que en este caso la caída sea a babor. Los efectos descritos son más acusados en las palas bajas pues la presión en ellas es superior a la de las palas altas.
Arbotantes y sus bocinas
Las bocinas instaladas en los arbotantes de los buques de doble hélice modifican la estela cuando dichas bocinas tienen nervios horizontales solamente; la estela aumenta cuando el sentido de giro de las hélices es hacia fuera por tanto el empuje es mayor, efecto idéntico tienen las bocinas con nervios verticales y giro hacia dentro. Junto a estos efectos aparecen otros entre ellos la falta de uniformidad en la intensidad de la estela que dan lugar a un empuje también no uniforme en los diferentes puntos de las palas, efecto que produce vibraciones.
Otros efectos
Mencionar que la reacción de las palas al trabajar en un distinto plano al centro de gravedad provocan un par de escora que depende del giro de la hélice y en buques grandes no tiene mayor importancia, pero sí en buques más pequeños cuyas hélices trabajan a un elevado número de revoluciones (como en su día los torpederos). En ellos y en los torpedos se colocan dos hélices sobre un mismo eje que giran en sentido contrario para contrarrestar entre ellas dicho efecto.
Cavitación
Añadir que existe un efecto llamado cavitación que se define como:
"Fenómeno consistente en la formación de cavidades, con mezclas de vapor y gotas, dentro de un líquido en movimiento. Por ejemplo por obra de una hélice, es debido a la disminución de la presión en un líquido llegando a tomar valores inferiores o iguales a la tensión de vapor (gases disueltos en el agua) del mismo.
Este fenómeno fue descubierto en 1894 cuando el torpedero Daring aumentó las revoluciones de la hélice sin conseguir aumentar su velocidad. Viene explicado por el principio de Bernoulli, cuando en un punto o en una zona de corriente en torno a la hélice, aumenta la velocidad local V frente a la del flujo F, la presión P disminuye según la fórmula P = p/2 (V al cuadrado-F al cuadrado) por lo que debido a la incapacidad del agua de soportar tensiones
negativas deja de mantenerse en contacto con la pala, llenándose el espacio entre ésta y la pala de vapor y por pequeñas cantidades de gases disueltos en el agua.
Todo esto origina un aumento de revoluciones y una disminución del empuje y el rendimiento de la hélice."
El efecto citado para sumergibles y submarinos y a partir de determinadas profundidades queda anulado por la presión que el agua ejerce sobre la superficie de las palas
