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Propulsión Cicloidal

 

Existen barcos que se mueven sin hélices… y no son veleros!  ¿Cómo puede ser?  Imagine un grupo de remos accionados inteligentemente por un mecanismo movido por un motor. Se trata de la propulsión cicloidal, capaz de producir mucho empuje con grandes ventajas. La dirección del chorro propulsor puede ser modificada al instante lo que permite una maniobrabilidad sin precedentes

 

El profesor Frederick Kirsten emigró desde su Alemania natal a la Universidad de Washington y tuvo la genial idea hace ya cerca de 100 años. Ésta fue una de sus muchas invenciones. En total cerca de un centenar de patentes de entre las cuales destaca también la del tubo fluorescente. En 1.921 registró una patente sobre un invento que consistía en un mecanismo para conseguir propulsión sin hélice alguna. El prototipo demostró que el barco podía cambiar su rumbo o detenerse de forma casi inmediata gracias a la facilidad con la que podía invertirse y cambiar el chorro de propulsión.

 

 

Se trataba de la propulsión cicloidal que tuvo mala prensa por parte de los fabricantes de hélices y motores convencionales de entonces al ver éstos amenazados sus negocios.

Kirsten vendió la patente en Alemania a una empresa llamada Voith-Schneider que mejoró el diseño inicial hasta conseguir el actual motor Voith cycloidal que se viene utilizando desde hace décadas en motorizaciones con muchos miles de caballos para barcos de gran tonelaje y con muchas ventajas frente a las propulsiones tradicionales, especialmente cuando se trata de conseguir una maniobrabilidad excepcional y respuestas instantáneas en la dirección del empuje.

Por este motivo la propulsión cicloidal es muy indicada en buques contra-incendios o remolcadores que necesitan realizar cambios en las maniobras de forma instantánea. La propulsión cicloidal es muy eficiente pero mucho más cara que una hélice convencional y más delicada, especialmente al trabajar en aguas someras.

 

El empuje producido por un sistema cicloidal se genera desde cualquier ángulo, y se puede cambiar de forma instantánea gracias a su diseño “cicloidal” que hace referencia a la curva matemática que describe un objeto que rota siguiendo un arco de circunferencia.

El resultado es como si tuviésemos una hélice de paso variable y orientable en dirección de forma instantánea sin mover para nada el eje del motor como ocurre por ejemplo en los motores fueraborda o Z-Drive.

La forma en que trabaja cada pala puede ser comparada a como lo hace el remo de una canoa. Esto es muy importante, ya que al poder utilizarse grandes palas trabajando a velocidades lentas, se consiguen muy altos rendimientos y pocas pérdidas o problemas de cavitación.

 

 

En la primera figura, el disco gira con las palas sin incidencia. No hay chorro desviado ni propulsión. En la segunda figura la cruceta roja se desplaza en cualquiera de los dos ejes vertical y horizontal y luego permanece fija. (Ojo la crucera roja si puede girar sobre su eje vertical para permitir el giro del disco principal).

 

Ahora al girar el disco con las palas, estas se ven obligadas a cambiar su ángulo de incidencia a medida que gira el disco principal. Se produce un chorro perfectamente dirigido y por tanto propulsión.

Las instalaciones son dobles y como podemos elegir la dirección y la intensidad del chorro de propulsión en cada uno de los dos rotores, el control es total. Conseguiremos movimientos de traslación lateral del barco, giros impresionantes sobre el mismo eje del barco. Una direccionalidad desconocida que permite maniobras imposibles de realizar con sistemas de propulsión tradicionales.

 

¿Cómo funciona?

 

I

magine un disco capaz de girar gracias a la potencia de un motor en el cual van montadas perpendicularmente varias palas con perfil de ala. Todas las palas giran por tanto gracias al movimiento del disco.

Si estas alas giran sin incidencia no se produce ninguna desviación de agua y la propulsión es nula. Cada una de las palas puede oscilar sobre su eje para lograr modificar su ángulo de ataque y por tanto lograr desviar un flujo de agua. Si conseguimos que todas ellas vayan modificando ordenadamente su ángulo de ataque lograremos dirigir el flujo de agua desviado hacia la dirección deseada y por tanto producir empuje por el simple principio de acción y reacción, como de hecho hacen todas las hélices.

 

 

Al otro lado del disco, en la parte seca que no va en contacto con el agua, y a cada eje de cada pala, va unido un codo desde el que poder modificar la incidencia de la pala.

 

Ahora viene lo bueno. Se trata de unir cada codo finalizado en una cabeza, como la de las bielas, mediante una cruceta de tantos brazos como palas tenga el dispositivo. La cruceta actúa de una forma muy parecida a como lo hace el colectivo de las aspas de un rotor de helicóptero. La cruceta no gira y cuando su punto central coincide con el eje de giro del disco principal todas las palas giran sin modificar durante la revolución del disco los ángulos de incidencia. Si desplazamos esta cruceta colectiva en el eje horizontal lograremos empujar o tirar de los codos que cambian el ángulo de incidencia de una forma continuada y sincronizada para que las palas trabajen conjuntamente sumando sus efectos propulsivos. Si movemos la cruceta en el otro eje el empuje se producirá también en un eje perpendicular al anterior.

 

El centro de la cruceta actúa por tanto como un “joystick” y podremos moverla en el eje vertical y horizontal simultáneamente para lograr dirigir el sentido del choro en el ángulo que queramos. Para ello se utiliza un mecanismo hidráulico pues para mover la cruceta hace falta una fuerza considerable al soportar ésta la fuerza de reacción del conjunto. Dos actuadores en ambos ejes se encargan de ajustar la posición de ésta gracias a las órdenes que damos nosotros desde el joystick de control. Cambiando la posición de la cruceta cambia instantáneamente la dirección del empuje.

Cuánto más se separa el centro de la cruceta del eje de giro del disco, más crece el ángulo de incidencia de las palas, o lo que es lo mismo, mayor será el chorro de propulsión con independencia de la dirección por donde salga expedido. Este ajuste permite que el motor pueda trabajar justo en su par máximo y por tanto aprovechar el mejor rendimiento del motor.

 

 

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