Hélice, Tipos de Hélices y Construcción de Hélices

Una hélice es una estructura en forma de abanico giratorio que se utiliza para propulsar el buque utilizando la potencia generada y transmitida por el motor principal del buque.

La potencia transmitida se convierte a partir del movimiento de rotación para generar un empuje que imparte impulso al agua, lo que resulta en una fuerza que actúa sobre el barco y lo empuja hacia adelante.

Un barco propulsa sobre la base del principio de Bernoulli y la tercera ley de Newton. Se crea una diferencia de presión en el lado delantero y trasero de la cuchilla y el agua se acelera detrás de las cuchillas.

El empuje de la hélice se transmite para mover el barco a través de un sistema de transmisión que consiste en un movimiento de rotación generado por el cigüeñal del motor principal, el eje intermedio y sus cojinetes, el eje del tubo de popa y su cojinete y, finalmente, por la propia hélice.

Un buque puede estar equipado con una, dos y raramente tres hélices, dependiendo de la velocidad y las necesidades de maniobra del buque.

Material y construcción de la hélice

Las hélices marinas están hechas de materiales resistentes a la corrosión, ya que se hacen operativas directamente en agua de mar, que es un acelerador de corrosión. Los materiales utilizados para la fabricación de hélices marinas son una aleación de aluminio y acero inoxidable.

Otros materiales populares utilizados son aleaciones de níquel, aluminio y bronce que son 10~15% más livianos que otros materiales y tienen una mayor resistencia.

El proceso de construcción de la hélice incluye la fijación de una serie de palas al cubo o al jefe mediante soldadura o forjado en una sola pieza. Las cuchillas forjadas son altamente confiables y tienen mayor resistencia, pero son caras en comparación con las soldadas.

Una hélice marina está construida por secciones de superficies helicoidales que actúan juntas para girar a través del agua con un efecto de tornillo.

Los tipos de hélices

Las hélices se clasifican en función de varios factores. La clasificación de los diferentes tipos de hélices se muestra a continuación:

A) Clasificación por Número de palas conectadas:

Las palas de la hélice pueden variar de una hélice de 3 palas a una hélice de 4 palas y, a veces, incluso una hélice de 5 palas. Sin embargo, las hélices más utilizadas son de 3 palas y 4 palas.

Sin embargo, las hélices más utilizadas son de 4 palas y 5 palas.

La eficiencia de la hélice será mayor para hélices con un número mínimo de palas, es decir, hélices de 2 palas. Pero para lograr el factor de resistencia y teniendo en cuenta las cargas pesadas sometidas por el barco, las hélices de dos palas para el mar y el clima no se utilizan para los buques mercantes.

Hélice de 3 palas

Una hélice de 3 palas tiene las siguientes características:

• El costo de fabricación es más bajo que otros tipos.
• Se componen normalmente de aleación de aluminio.
• Proporciona un buen rendimiento a alta velocidad.
• La aceleración es mejor que otros tipos.
• El manejo a baja velocidad no es muy eficiente.

4 Hélice de palas

Una hélice de 4 palas tiene las siguientes características:

• El coste de fabricación es superior al de las hélices de 3 palas.
• las hélices de 4 palas se componen normalmente de aleaciones de acero inoxidable.
• Tienen mejor resistencia y durabilidad.
• Proporciona un buen manejo y rendimiento a baja velocidad.
• Tiene un mejor poder de retención en mares agitados.
• la hélice de 4 palas proporciona una mejor economía de combustible que todos los otros tipos.

5 hélice de palas

Una hélice de 5 palas tiene las siguientes características:

• El costo de fabricación es más alto de todos.
• La vibración es mínima de todos los demás tipos.
• las hélices de 5 palas tienen una mejor potencia de retención en mares agitados.

6 hélice de palas

• El costo de fabricación es alto
• La vibración es mínima de todos los demás tipos.
• las hélices de 6 palas tienen una mejor potencia de retención en mares agitados.
• Con hélice de seis palas, el campo de presión inducida sobre la hélice disminuye

Los grandes buques portacontenedores están equipados principalmente con hélices de 5 o 6 palas.

B) Clasificación por paso de la pala:

El paso de una hélice se puede definir como el desplazamiento que hace una hélice para cada revolución completa de 360 . La clasificación de las hélices sobre la base de la inclinación es la siguiente.

Hélice de paso fijo

Las palas de la hélice de paso fijo están unidas permanentemente al cubo. Las hélices de paso fijo están fundidas y la posición de las palas y, por lo tanto, la posición del paso está fija de forma permanente y no se puede cambiar durante la operación. Normalmente están hechos de aleación de cobre.

Las hélices de paso fijo son robustas y confiables, ya que el sistema no incorpora ninguna conexión mecánica e hidráulica como en la hélice de paso controlado (CPP). Los costos de fabricación, instalación y operación son más bajos que el tipo de hélice de paso controlado (CPP). La maniobrabilidad de la hélice de paso fijo tampoco es tan buena como la CPP.

Este tipo de hélices están instaladas en un buque que no tiene requisitos de buena maniobrabilidad.

Hélice de paso controlable

En la hélice de tipo de paso controlado, es posible alterar el paso girando la hoja sobre su eje vertical por medio de una disposición mecánica e hidráulica. Esto ayuda a conducir la maquinaria de propulsión a carga constante sin necesidad de mecanismo de marcha atrás, ya que el paso se puede alterar para que coincida con la condición de funcionamiento requerida. Por lo tanto, la maniobrabilidad mejora y la eficiencia del motor también aumenta.

Este inconveniente incluye la posibilidad de contaminación por aceite, ya que el aceite hidráulico en el cabezal que se utiliza para controlar el paso puede filtrarse. Es un sistema complejo y costoso, tanto desde el punto de instalación como de operación. Además, el terreno de juego puede atascarse en una posición, lo que dificulta la maniobra del motor.

Leer También: Hélice de paso controlable (CPP) Vs Hélice de Paso fijo (FPP)

Sin embargo, la eficiencia de la hélice para la hélice CP es ligeramente inferior a la hélice FP del mismo tamaño debido al cubo más grande para acomodar el mecanismo de paso de las palas y las tuberías.

Dimensión de la hélice: Como regla general, una hélice de mayor diámetro será más eficiente. Pero la dimensión real de la hélice dependerá del tipo de barco para el que se utilice y de los siguientes factores:

1. Construcción y diseño de la carrocería de popa del buque
2. Requisito de espacio libre entre la punta y el casco del buque
3. Estado general de lastre del buque. Para buques cisterna y graneleros, el tamaño de la hélice será pequeño en comparación con los contenedores
4. El calado de diseño del buque

Dimensión de la hélice Valor aproximado

• Para buques portacontenedores d / D = 0,74
• Para graneleros y petroleros d / D = 0.65

Donde diámetro d de la hélice, calado de diseño D

¿Cómo funciona una hélice de barco?

Para los vehículos que circulan en tierra, el sistema de propulsión que los impulsa es diferente. En estos sistemas, el motor acciona el eje que está unido al neumático del vehículo para que se mueva por delante de la carrocería del vehículo. Sin embargo, para los buques que se desplazan en el agua, no hay neumáticos o superficies de este tipo donde puedan viajar.

El buque se desplaza en el agua y la hélice se utiliza para conducir el buque hacia delante o hacia atrás, dependiendo de la dirección de rotación o inclinación de la hélice. El motor del buque está conectado a la hélice del buque a través de la disposición del eje.

A medida que el motor gira la hélice, las palas radiantes que se fijan en un paso particular forman una espiral helicoidal, similar a un tornillo. Al hacer esto, transforma el poder de rotación en empuje que es de naturaleza lineal.

Este empuje lineal actuará sobre el agua de tal manera que, a medida que las palas de la hélice giran, crea la presión entre la superficie delantera y trasera de la misma. Por lo tanto, una masa de fluido se acelera en una dirección creando una fuerza reactiva que ayuda al cuerpo unido a la hélice (que es la nave) a avanzar.

Para que el barco se mueva en sentido inverso, el motor y, por lo tanto, la hélice giran en sentido contrario a las agujas del reloj. Esto invertirá el empuje y la nave se moverá a popa. Sin embargo, el motor de la hélice FP siempre está diseñado para la rotación en el sentido de las agujas del reloj cuando navega por delante, por lo tanto, prolongar la operación en dirección de popa no es eficiente.

Para los buques equipados con hélice CP, la dirección del motor no se ve afectada, por lo que la eficiencia de popa del buque es mejor que la de una hélice de paso fijo.

Tipos de eje de hélice

El motor del barco está conectado a la hélice a través de diferentes ejes conectados entre sí, que se pueden nombrar como:

1. Eje de empuje
2. Eje intermedio
3. Eje de cola

Eje de empuje:

El cigüeñal del motor se conecta primero al eje de empuje que pasa a través del cojinete de empuje cuya función principal es transferir el empuje a la estructura del barco. La carcasa del cojinete de empuje es similar en construcción a la de la bancada del motor principal y el cojinete está lubricado con aceite del sistema de lubricación del motor principal. El material del eje de empuje es generalmente acero lingote forjado sólido.

Eje intermedio:

A continuación, el eje de empuje se conecta a un eje intermedio largo que se presenta en partes y se une mediante acoplamientos forjados sólidos. La longitud y el número de ejes intermedios unidos entre sí depende de la ubicación del motor principal, ya que un barco más grande tendrá más distancia entre el motor principal y la hélice. El material del eje intermedio suele ser lingote de acero forjado sólido.

Eje de cola:

El eje de cola, como su nombre indica, es la parte final de la disposición de los ejes y transporta la hélice. El eje de cola en sí se lleva sobre un cojinete de tubo de popa lubricado con sellos a medida que se conecta y sobresale de la sala de máquinas del barco hacia el mar abierto, llevando la hélice.

El sistema de lubricación puede ser de tipo a base de aceite o agua. El eje de cola transmite la potencia y el movimiento del motor a la hélice. El material del eje de cola suele ser de aleación de acero inoxidable dúplex de alta resistencia.

Razón para el funcionamiento pesado de la Hélice

Una hélice se suministra con la potencia del motor para girar y propulsar el barco en la dirección deseada. Si la cantidad de potencia proporcionada a la hélice no genera la misma velocidad de revolución, se considera que la hélice está en un estado de funcionamiento pesado, lo que puede deberse a la siguiente razón:

• Daños en las palas de la hélice
• Aumento de la resistencia del casco debido a las incrustaciones del casco, lo que resulta en un cambio en wakefield
• Durante mares agitados / pesados
• El barco navega contra la corriente
• El barco navega en condiciones de lastre ligero
• El barco Navega en aguas poco profundas
• Barco con popa plana

Referencias: Q & A con motor diesel marino de Stanley g. & Arquitectura naval de Reed

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