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El empuje lateral de las hélices

 

Muchos sabrán que si con el barco casi parado, metemos un golpe de gas al motor, el barco tiende a caer a una banda. Este efecto es mucho más notable en marcha atrás ya que la forma del casco (su carena) no está diseñada para navegar en marcha atrás

El efecto es importante y se deja notar de forma notable en muchos barcos. El efecto del empuje lateral al ser de la misma magnitud tanto en marcha adelante como marcha atrás, tendrán una mayor relevancia al dar atrás pues el barco suele tener poca arrancada al ir en marcha atrás.

Muchos habrán oído también que este efecto se debe a la diferencia de presiones que encontramos en el agua en la parte alta de la hélice y la que está a más profundidad. ¡Y así es! Todos sabemos que cuanto más profundo buceamos, más presión hay en el agua, a razón de 1 atmósfera (1.013 milibares) por cada 10 metros de profundidad. Es decir que en unos 30 centímetros que mide por ejemplo el diámetro de una hélice en un barco de 8 ó 10 metros de eslora, podremos medir una diferencia de presión de unos 30 milibares. Y esto no es nada despreciable…

 

Cuanto más densa y sometida a presión esté el agua, más "agarrará" la pala de la hélice en esta agua. Las palas al viajar en la parte inferior del recorrido son más eficaces y por tanto el efecto de fuerza de reacción (que se manifiesta en sentido contrario al sentido de avance de la pala) será mayor en la parte baja que en la alta. El resultado es un empuje lateral que tenderá a girar la popa del barco.

Se puede entender mucho mejor si nos imaginamos que la hélice empieza a rozar un fondo arenoso. Este fondo arenoso de poco calado puede ser comparado a aguas muy, pero que muy densas. Todos nos daremos cuenta que como consecuencia de este despiste, además de cargarnos la hélice, esta empezará a ‘andar’ sobre el fondo como si se tratara de una rueda sobre una carretera o un engranaje sobre una corredera de piñones. La popa avanzaría en sentido contrario al de la mayor presión lateral.

Si la hélice girando (en rojo) toca el fondo (simulado en naranja) esta empieza a 'andar' (en verde) como si fuera una rueda sobre un camino.

A mayor diámetro de hélice, mayor diferencia de presiones en el agua y por tanto mayor empuje lateral.

Pero existe otro factor muy importante que contribuye a generar empuje lateral. Cuanto más inclinado esté el árbol de la hélice más empuje lateral se generará como consecuencia de un efecto que nada tiene que ver con el anterior. Al inclinar el eje, cada pala va modificando el ángulo de paso respecto a la proyección horizontal. La pala de un lado puede llegar a disminuir mucho su empuje, mientras que al actuar en el lado contrario su empuje puede aumentar significativamente.

En la foto de esta maqueta que hemos construido en Fondear,  vemos un árbol de hélice, inclinado unos 20º sobre una hoja de papel,  en la que se proyecta la sombra del eje, mostrando así el ángulo de inclinación.

 

Vemos como la pala superior de la imagen proyecta sobre la hoja de papel una superficie muy inferior a la de la pala inferior. A mayor ángulo de inclinación, mayor efecto, hasta llegar al máximo cuando el ángulo de inclinación del árbol se hace igual al ángulo de palas de la hélice.

El efecto será máximo si llegáramos a inclinar el árbol tanto como el ángulo de paso de la hélice. Los motores con colas "Z-Drive" y los fuera-bordas no sufren de este efecto negativo, al trabajar el eje de giro de la hélice de forma horizontal.

Puede costar un poco entender este efecto, y para verlo podemos imaginarnos una hélice de dos palas detenida, una de ellas mirando a estribor y la otra a babor, y con un árbol con salida horizontal. No se manifiesta este efecto. Ahora vamos dando más caída al árbol de la hélice mientras miramos desde arriba sus palas. Observamos como mientras una de ellas va desapareciendo, la contraria se ve cada vez mayor. Estas son las proyecciones horizontales que trabajarán generando distintos empujes en las aspas que bajan frente a las que suben.

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