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Hélices 3 ó 4 palas

¿Cuál es la mejor opción?

 

Durante años los aficionados han postulado sobre la elección de las hélices de 3 ó 4 palas en sus motores. El argumento tradicional propone que las hélices de 4 palas son para barcos más lentos y las de 3 palas son más adecuadas para barcos rápidos. Pero la discusión está lejos de ser tan simplista.  El consumo de carburante, el rendimiento y la aceleración en la arrancada, también son parámetros a tener en cuenta a la hora de elegir la mejor hélice para su barco.

 

De toda la vida nos han contado que las hélices de 4 palas estaban más indicadas para los barcos que necesitan mucha fuerza de arrastre y menor velocidad de crucero. Y esto es cierto, especialmente porque la mayoría de las hélices de 4 palas han sido desde siempre diseñadas para barcos lentos que necesitan generar mucha fuerza de arrastre. Las hélices de 4 palas más comunes han sido optimizadas para evitar problemas de ventilación y ser menos exigentes en el ajuste de la profundidad a la que deben trabajar la hélice. Pero los tiempos cambian y ahora es posible encontrar hélices de 4 palas diseñadas con perfiles y geometrías muy evolucionadas.


Las hélices de 4 palas

Pasar de 3 a 4 palas significa aumentar la superficie de palas en contacto con el agua y por tanto aumentar la capacidad de desplazamiento de agua y el empuje del motor. Pero para que el motor “pueda”  con más palas, estas tendrán que tener un menor ángulo de ataque o lo que también se conoce como el paso de la hélice. Es decir para un mismo motor, una hélice de 4 palas debería tener un paso menor para permitir que el motor pueda trabajar a las mismas revoluciones que con una hélice de 3 palas. Las mejoras al utilizar una hélice de 4 palas darán una mayor aceleración, un mejor tiempo de planeo, mejor control del barco en velocidades bajas y medias, y en bastantes casos ganancia en la eficiencia del combustible. Al aumentar la superficie de las palas o el número de palas, mejora la capacidad de arrastre para grandes cargas, la capacidad para navegar con mala mar y disminuir los fenómenos de ventilación y de cavitación. Y todo ello a pesar de que en teoría, se disminuye el rendimiento al aumentar el número de palas.

Cuantas más palas tenga la hélice, menos vibraciones tendrá el motor. Una hélice de dos palas tendría en principio un gran rendimiento, pero generaría muchas vibraciones y necesitaría girar a muchas rpms o tener un gran paso para poder absorber la potencia entregada por el motor. Y al aumentar el paso se pierde en aceleración, de modo que en el compromiso final influyen muchos parámetros.

 

Hélices para barcos rápidos

Entonces, ¿por qué se suele decir que una hélice de 4 palas puede dar peores velocidades que una de 3 palas? Lo cierto es que no está claro que las hélices de 3 palas sean más rápidas que las de 4 palas. Muchos tests de comparación entre hélices de 3 y 4 palas se realizan entre hélices con perfiles y formas de palas diferentes y diseñadas para propósitos muy distintos.

Si tomáramos dos hélices de diseño idéntico en la forma de sus palas, diámetro de la hélice, paso de la hélice, ángulo de inclinación de de las palas (rake), mismo cambio de paso final (Cupping), mismo arrastre de palas  (Skew), y demás parámetros que definen las hélices, pero una de ellas con una pala más, en principio tendríamos una hélice con más resistencia hidrodinámica debido a la mayor superficie mojada y también mayor capacidad de propulsión y por tanto más necesitada de caballos de potencia por parte del motor. Por esta razón las rpms del motor caerían haciendo trabajar al motor por debajo de su par máximo, que donde se produce el mayor rendimiento energético, lo cual daría una menor velocidad del barco.

Por estos motivos, cuando pasamos a una hélice de una pala y del mismo diámetro, debemos disminuir el paso de la hélice, para que esta siga impulsando el mismo volumen de agua y no haga decaer las revoluciones a las que debe trabajar el motor.

La ganancia de velocidad final suele ser pequeña, de 1 a 3 nudos y en favor de las de 4 palas si el diseño de la hélice es correcto.  A pesar de disminuir el paso y aumentar la resistencia, las 4 palas trabajan globalmente mejor.

 

Pero no todo es la velocidad máxima del barco

Todos queremos ir un poco más rápidos, ganar unas millas más. Pero el precio del combustible no para de crecer y ahora se trata de ir rápido pero al menor gasto posible. En la época actual del GPS, es posible medir la velocidad real del barco con una exactitud de décimas de nudo. Esto nos permite conocer fácilmente la eficacia de la hélice y trabajar en lograr los mejores consumos y no solo lograr la mayor velocidad.

Los barcos se mueven según el principio de acción y reacción. Cuanto más agua salga impulsada hacia atrás y a mayor velocidad, más empuje se generará y por tanto más velocidad alcanzará el barco. Pero cuanto mayor sea la diferencia de velocidades entre la velocidad del agua desplazada y la velocidad del barco, más remolinos y efectos hidrodinámicos indeseables se producirán en la popa de nuestro barco lo cual hará disminuir el rendimiento de la potencia de nuestro motor.

El ejemplo lo podemos entender fácilmente en los remos de una barca. El remo tiene mucha superficie y va a una velocidad muy lenta y parecida a la de la barca. El rendimiento de la energía empleada para movernos a remos es muy alta. La energía se emplea en desplazarnos y no en generar turbulencias y espumas blancas a nuestra popa. Si necesitamos ir a poca velocidad lo mejor será emplear una hélice de mucha superficie y que trabaje más lentamente.

Por esta misma razón los submarinos que tiene que moverse sin hacer ruidos y maximizando el rendimiento de sus motores eléctricos tiene hélices de mucha superficie para lo cual se emplean muchas palas con enormes diámetros y que giran muy lentamente. Por tanto, mejor una de 4 palas a una de 3 palas siempre y cuando las rpms del motor queden en la zona de mayor par motor, para lo cual deberíamos utilizar una reductora si fuera necesario. ¡La cosa se complica!

 

Y sin embargo se utilizan las hélices de 3 palas

En náutica de recreo y pequeños motores de hasta pocos cientos de caballos es cierto, pero fíjese en los grandes mercantes. Los grandes buques y transatlánticos suelen utilizar hélices de 4 palas y viajan a velocidades importantes, con velocidades de crucero entre los 20 y 30 nudos.

Si todas las demás variables permanecen iguales, la eficacia de una hélice aumentará al aumentar la relación paso/diámetro. Es decir al aumentar el paso aumenta la eficiencia, siempre y cuando no alcancemos un paso excesivo.  Lo cierto es que el escenario es muy complicado y existen muchos factores a tener en cuenta, como la profundidad a la que trabaja la hélice, si esta recoge aguas limpias o alteradas por la forma del casco, el deslizamiento del agua, la diferencia de desplazamientos entre un barco y otro de la misma eslora, la geometría del casco, el ángulo de trím de la hélice, etc…

Las grandes marcas tienen que fabricar motores y hélices que sean óptimos para rangos de barcos muy variados. Por ejemplo un motor fueraborda de 100 caballos está diseñado para que funcione muy bien para barcos de muy diferentes características y para ello se equipan con hélices que posiblemente no sean las optimas para su barco concreto, pero si las mejores en términos medios para muchos barcos.

Cambiar una hélice de 3 a 4 palas puede ser beneficioso si gracias a la disminución del paso de la hélice el motor puede seguir trabajando en su par máximo, de lo contrario habremos perdido nuestro tiempo y el dinero.

 

Buscar la hélice apropiada

Supongamos que montamos un mismo motor fueraborda de 350cv en dos barcos de mismo desplazamiento pero con cascos muy diferentes, uno de ellos diseñado para planear a buena velocidad, y el otro pensado en arrastrar a esquiadores o para ser utilizado como barco de buceo y arrastrar grandes cargas. En este segundo caso es bien cierto que posiblemente ganemos rendimiento al aumentar las palas o el diámetro de la hélice bajando el paso.

 

¿Cambiar de paso?

La idea es que debemos lograr que nuestro motor trabaje en la zona de revoluciones en donde se encuentra el par máximo. Consulte el manual de motor para conocerlo. A esas revoluciones el motor "respira" mejor y produce la potencia más económica. El flujo de gases está optimizado y la mecánica trabaja en su mejor régimen. Si abriendo gases a fondo el motor no llega a alcanzar las rpms en las que se alcanza el par máximo, debemos bajar el paso de la hélice. ¿cuanto?

Por cada pulgada de cambio de paso, el motor cambiará unas 200 rpms en su régimen de revoluciones. Normalmente los fabricantes de hélices proponen gamas de hélices el mercado pensadas para alterar entre 300 y 500 rpms de una a la siguiente. Osea, con cambios de paso, de pulgada y media a 2,5 pulgadas de diferencia. Si por ejemplo el motor falta por coger 400 rpms a fondo para alcanzar el par máximo debemos bajar el paso a la siguiente inferior en la gama ofrecida por el fabricante. Si por el contrario observamos como el motor a máximo de palanca de gases sube el cuentarevoluciones a la zona más roja de la escala, estamos faltos de paso y debemos aumentarlo. Aumentar el paso o mantenerlo idéntico pero con una hélice de una pala más, siempre y cuando esta nueva hélice sea del mismo tipo de gama y no altere otros de los muchos parámetros que la definen.

 

Si nota que su barco es perezoso para pasar al planeo, que a poca velocidad se gobierna con cierta falta de control, que el motor parece querer subir de vueltas sin demasiados problemas, o que el consumo es demasiado elevado, es muy posible que deba aumentar la superficie de la hélice y pasar a una de más palas y disminuir el paso. Pero tenga presente que cada barco puede ser optimizado con una hélice diferente y dependiendo del tipo de uso que le vayamos a pedir. Por último recuerde que si bien es posible que al cambiar mejoremos  los rendimientos, si lo hacemos mal podremos empeorar una situación que posiblemente fuera la correcta.

 

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