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Grandes yates; Elegir la transmisión

 

Una lujosa Mangusta 165 con 3 transmisiones Jets. Se aprecian perfectamente los 3 chorros en la popa.

 

En yates de más de 12 metros de eslora encontramos 4 tipos de transmisiones totalmente diferentes y con características y rendimientos distintos. Ejes tradicionales, hélices de superficie, turbinas jets y pods azimutales. Conozca sus diferencias.

Cualquier yate necesita transformar la energía mecánica del motor en empuje. La salida de potencia del motor tiene que ser acoplada a un conjunto de elementos que permiten preparar esa potencia para conseguir una propulsión óptima. En muchos

casos es necesario intercalar un elemento conocido como reductora que reduce las revoluciones del giro del motor en una relación determinada y acorde con el tipo de hélice que estemos utilizando. Esta reductora es la que se encarga casi siempre, de invertir el sentido de giro para poder maniobrar en marcha atrás. Pero la línea de transmisión tiene otros elementos muy importantes de los que no toca ahora hablar, como es el rodamiento de empuje, el cual se encarga de transferir la fuerza de empuje generada en las hélices al casco.

 

La salida del eje del motor queda conectada a la reductora mediante un acoplamiento, en algunos casos elástico. Una vez reducida la velocidad de giro del motor gracias a la reductora, la potencia saldrá por los ejes de transmisión que suelen ser, en casi todo los casos, de acero inoxidable, y que salen del barco a través de la bocina, que es el elemento que asegura la estanqueidad a modo de retén. En el otro extremo del eje de transmisión se encuentra la hélice, que es el elemento clave que mueve el agua y por tanto genera propulsión, por reacción de la masa de agua desplazada hacia atrás. Hasta aquí es lo que ocurre con las transmisiones más clásicas, y también con las llamadas "hélices de superficie".

 

¿ Qué es el "V Drive" ?

En algunos casos la salida del eje de la reductora se produce con un ángulo de unos 20 ó 30 grados y por el mismo lado de la reductora, creando un estrecho ángulo entre estos dos ejes. Por esta razón este tipo de reductoras son conocidas como “V” drive, y tienen la ventaja de poder encontrar un sitio para los motores muy a popa y situado sobre el mismo eje de transmisión. Así podemos mejorar la habitabilidad interior y lograr diseños que aprovechen mejor los volúmenes interiores del yate.

El montaje de este "V-Drive" se ha realizado sobre dos perfiles angulares de aluminio los cuales a su vez están atornillados mediante 4 amortiguadores de goma (Silent-Blocks) a la bancada realizada en el casco del barco.

 

Los más avispados habrán observado la anterior fotografía que los diámetros del eje superior que proviene del motor y del eje inferior que sale hacia la hélice son de tamaños muy diferentes. Sin embargo la potencia que transmiten ambos ejes (excluyendo las perdidas del dispositivo V-Drive) son iguales. La capacidad de un eje de transmitir potencia es proporcional al número de revoluciones a las que gira dicho eje. Osea que cualquier eje será capaz de transmitir más potencia (osea capacidad de trasladar trabajo y energía) cuanto más rápido gire. Y por esta misma razón, como la reductora ha reducido la velocidad de giro en la proporción prefijada, conservando la misma potencia, es necesario aumentar la sección del eje de la hélice que gira más lentamente para mejorar el rendimiento de este último elemento. 

 

Hélices de superficie y Jets

Las transmisiones de hélices de superficie permiten obtener rendimientos más elevados respecto a los sistema de propulsión de ejes tradicionales a altas velocidades y reciben este nombre porque están diseñadas para trabajar con medio cuerpo de la hélice fuera del agua, para aprovechar la tensión superficial de la superficie del agua que es "mas dura" y en la que la hélice se “agarra” mejor. El agua justo en la superficie tiene una característica conocida como "tensión superficial" que hace que sea más "resistente" que la de la masa de agua inmediatamente por debajo y por este motivo la hélice trabaja algo más, según el principio de “avance de un tornillo” que frente al principio de acción y reacción. 

En este triple montaje de hélices de superfcie, esta Pershing muestra el importante diámetro de las helices y su posición alta en el espejo de popa.

Otro sistema cada vez más utilizado en barcos de esloras importantes, a partir de los 70-80 pies, es la turbina jet que funciona como lo hacen las motos de agua, proyectando un potente chorro de agua a alta velocidad a través de una estrecha boquilla. Este sistema de propulsión tiene muchas ventajas, como veremos más adelante, y está basado totalmente en el principio de reacción como hacen los jets de los aviones.

 

Esta elegante motora Wally muestra un sistema de dos turbinas de propulsión KAMIWA

de Rolls-Royce con su curiosa sección rectangular, trabajando a máxima potencia.

 

Los “Pods” cada vez más utilizados en nuevos diseños consiste en una transmisión capaz de poder ser orientada en un enorme margen angular, lo cual permite una maniobrabilidad extrema además de altos rendimientos. El motor que “mueve” estos “Pods” puede ser de tipo convencional de combustión interna, o eléctrico para conseguir sistemas de propulsión muy flexibles como los conocidos electro-diesel. En el mercado, al menos tres fabricantes ofrecen soluciones de este tipo para embarcaciones de recreo como son los famosos IPS de Volvo, los Zeus, o los equipos eléctricos de ABB Marine.

Dependiendo de ángulo en que estén configurados los dos "Pods" se consigue una propulsión de alto rendimiento, movimientos de giro o incluso traslación del yate.

 

Transmisiones de ejes

Son las más conocidas y deben su popularidad a su simplicidad y pocas necesidades de mantenimiento. Por ello existen muchos fabricantes para este tipo de sistemas de transmisión con una gran oferta de posibilidades adaptadas a distintas potencias.

La hélice es solidaria con el eje de transmisión de inox que está sujeto al casco por un rodamiento encajado en el “codaste” para pasar al interior del casco a través de la bocina. Este eje en el interior llega a la reductora que puede ser de tipo lineal o en “V” drive como ya hemos comentado, a la cual se une mediante un juego de bridas.

Para un buen funcionamiento del conjunto es necesario un perfecto alineamiento de la línea del eje, lo cual a veces lleva un buen trabajo y dista de ser una tarea sencilla. Sin embargo los “V - Drives" son más fáciles de alinear además de permitir una configuración y montaje del motor que aproveche más los espacios en el interior del barco.

El timón del barco queda montado normalmente a popa de la hélice para poder recibir todo el flujo de agua y tener un buen control y maniobrabilidad incluso sin arrancada. Sin embargo en barcos con dos motores de ejes es normal encontrar un único timón en el plano de crujía, lo cual podría en un principio sorprender al no poder desviar la masa de agua propulsada y por tanto carecer de maniobrabilidad sin arrancada. En la práctica los barcos con dos ejes maniobran en parado mediante la maniobra de ciaboga sin necesidad de timón, aprovechando la marcha avante y marcha atrás de forma independiente de cada eje.

El único mantenimiento necesario en este tipo de transmisiones es el cambio de la estopada en la bocina para conseguir una perfecta estanqueidad del eje en su salida hacia fuera del casco, para lo cual tendremos que desconectar el eje de la salida de la reductora, lo cual no es excesivamente comprometido. Naturalmente debemos mantener unos ánodos en buen estado para evitar la oxidación del eje y sus diversos elementos metálicos.

Lo peor de este sistema de transmisión clásico son sus limitadas prestaciones. En muy pocas ocasiones este tipo de transmisiones permiten superar los 40 nudos y en cualquier caso, bajo grandes pérdidas de rendimiento. Por ello los ejes siguen siendo muy utilizados en yates de desplazamiento en los cuales se busca un buen rendimiento pero a medias y bajas velocidades. Nunca en planeo o semiplaneo para los cuales tiene mucho más sentido los jets o las hélices de superficie, sobre todo a partir de los 20 metros de eslora.

En este esquema ("cocris" a la atención de Ignacio :-) ) la fuerza de empuje es absorbida por la reductora, lo cual es aceptable únicamente en montajes con motores de poca potencia (generalmente veleros de hasta 15 metros de eslora). En grandes yates es imperativo la utilización de un rodamiento de empuje situado entre la bocina y la reductora, que suele ser cónico y transfiere toda la fuerza de empuje generada por la hélice al casco, liberando esta fuerte presión al cojinete de salida de la reductora.

En bastantes ocasiones el arquitecto naval ha diseñado en la carena unos semi-túneles que actúan como embudos en cuyo extremo se sitúa la salida del eje que pasa por el codaste y encajan las hélices en sus extremos. Este tipo de diseño de semitúneles permite disminuir el ángulo del eje respeto a la horizontal lo cual mejora el rendimiento del conjunto, además de lograr alcanzar el planeo más rápidamente. El túnel tiene también la misión de encauzar el agua hacia la hélice generando un vórtice que mejora el rendimiento y de proteger muy bien toda la mitad superior de la hélice frente al impacto contra maderas, ramas u otros desperdicios flotantes.

 

Ventajas

Desventajas

Bajo coste de Mantenimiento.

Muchos fabricante.

Sencillez de funcionamiento

Vida ilimitada bien mantenido.

Buen rendimiento a bajas velocidades

Alineaciones complejas.

Más ruidosos incluso con equipos actuales.

Posibles impactos en la hélice.

Grandes pérdidas a altas velocidades.

 

Transmisión turbina Jet

Es cada vez más utilizada, especialmente en yate de más de 30 metros de eslora. Algunos fabricantes como AB Yachts los utilizan en todos sus modelos, mientras que otros fabricantes como Azimut, Overmarine, etc ofrecen esta opción en sus modelos de más de 80 pies en los que poder elegir entre turbinas jet o hélices de superficie.

El fabricante de jets más utilizado es el neozelandés “Hamilton”, que desde 1957 provee a astilleros tan reconocidos como Peshing, Azimut, Mangusta, etc… El sistema “Jet” es muy eficaz y admite altas potencias por lo que es muy utilizado también en grandes ferries o barcos de pasajeros, combinados con turbinas de gas capaces de producir potencias de más de 30.000 caballos.

Su mecánica es sencilla aunque no tan evidente como la de un sencillo eje de transmisión. El motor mueve una turbina que absorbe agua a través de una rejilla situada en la parte inferior de la obra viva. El agua es bombeada a alta presión hacia una boquilla situada en la línea de flotación del espejo de popa que tiene la capacidad de poder ser orientada hacia ambos lados para conseguir la maniobrabilidad del barco. Para ello se utilizan unos potentes pistones hidráulicos que giran a ambos lados la tobera de salida.

 

Al desviar el flujo de salida se consigue la propulsión en marcha atrás con mucha más eficacia que las transmisiones por ejes cuyas hélices están optimizadas solo para marcha avante.

Los barcos equipados con jets carecen de timones, y por tanto tienen menos resistencia hidrodinámica por apéndices mojados, además de gozar de una alta maniobrabilidad incluso sin arrancada. En la parte superior de la tobera, encontraremos una cúpula que al descender sobre el chorro desvía casi de forma total el sentido de chorro, logrando una eficaz propulsión en marcha atrás que puede ser utilizada sin miedo, incluso a altas velocidades de desplazamiento, incluso como eficaz freno capaz de detener el barco en muy poco tiempo. Por ejemplo, la Mangusta 165 lanzada a 38 nudos de velocidad es capaz de frenar y detenerse en sólo 80 metros, para lo cual todos los tripulantes deben estar bien atentos so pena de ser lanzados al vacío o despedidos por la borda!

 

Un montaje cuádruplo en esta motora de control policial, capaz de sobrepasar los 60 nudos de velocidad.

La Pershing 115 equipa también turbinas Hamilton capaces de propulsar el barco a 50 nudos, pero otros barcos llegan a alcanzar con este sistema de propulsión cerca de los 70 nudos. Otra ventaja muy apreciada en estos sistemas de propulsión es la capacidad de poder navegar en aguas muy someras sin miedo a estropear la hélice por impactos con rocas o con el fondo. Los jets son utilizados en grandes barcos deportivos en los que las hélices de superficie han alcanzado el límite de rendimiento y velocidad.

 

Esta Pershing 115 lleva montados 3 jets que dejan una estela perfecta lo cual indica el alto rendimiento de estos sistemas de propulsión.

Otros fabricantes como Rolls-Royce  tienen disponibles su gama Kamewa de Jets fabricados en aluminio con 3 series que ofrecen: Serie FF para potencias entre 300 y 1.800 Hp. La serie A para potencias de hasta 4.000 hp, y la serie S para grandes potencias en barcos de pasaje de hasta 30.000 Hp.

Hamilton ya ha instalado sus transmisiones jets en más de 30.000 yates y ofrece dos series. La HJ con 8 modelos distintos para potencias de 350 a 1.200 HP. La serie HM con 6 modelos distintos que está pensada para motores de hasta 4.500 HP y yates de hasta 60 metros de eslora.

 

Ventajas

Desventajas

Apenas sin vibraciones.                        

Bajo ruido.                                  

Excelente maniobrabilidad.

Sin timones y resistencias de apéndices.

Capacidad de altísimas potencias.

Muy seguras y sin riesgos para bañistas.

 

Precio más elevados que las transmisiones por ejes de cualquier tipo.

Mantenimientos un poco más costosos que las transmisiones de ejes.

 

Hélices de superficie

El concepto de hélice de superficie tiene ya más de 100 años de antigüedad, pero ha sido en años recientes cuando el fabricante californiano Howard Arneson ha logrado su aplicación en barcos de alto rendimiento y en lanchas de carreras. Astilleros como Overmarine, Baia, Peshing, Magnum o Azimut entre otros ofrecen en sus lanchas más rápidas estos sistemas de propulsión que es movida por motorizaciones entre los 300 y los 2.400 HP. Son adecuadas para barcos de hasta 90 pies y de no más de 3.000 HP por eje.

 

Pershing equipada con hélices de superficie.

 

Las hélices de superficie tienen un diseño muy diferente a las hélices más tradicionales, con un corte anguloso de sus palas y un borde de ataque muy afilado para cortar y penetrar con facilidad la dura superficie del agua. Existen hélices incluso de solo 4 palas diseñadas para girar a mucha velocidad.

 

Las hélices de superficie quedan montadas muy a popa del espejo de popa, lo cual las permiten funcionar en aguas menos perturbadas por la carena y de flujo más laminar y por tanto mejorar la eficacia. Pero durante las maniobras son muy peligrosas frente a un posible bañista que pase cerca del barco además de estar muy desprotegidas contra posibles golpes en caso de encontrar objetos flotantes. En la foto se aprecia un arco en inox que protege las hélices frente a las maniobras en puerto.

La gama completa de Arneson ofrece 13 modelos diferentes desde la ASD6 hasta la ASD16, casi siempre propulsados por motores de pistones y en raras ocasiones mediante turbinas de gas. El eje se prolonga fuera de la popa lo que permite sacar un 20% más de rendimiento respecto a los ejes tradicionales (pero no respecto a los jets). Casi siempre encontraremos un sistema articulado en el eje que permite ajustar el ángulo vertical de trim y el angulo horizontal para lograr el gobierno del barco. Para un perfecto ajuste, la hélice debe quedar con la mitad de su cuerpo fuera del agua, lo cual reduce de forma importante la resistencia de este apéndice giratorio. La hélice de superficie es más grande que una hélice normal, lo cual las hace mejorar en su eficiencia a altas velocidades. Un barco equipado con este sistema de propulsión es fácilmente identificable por el llamativo chorro de agua vertical que deja en su estela.

 

La estela alta y exagerada de esta motora no deja lugar a dudas sobre el montaje de hélices de superficie como sistema de transmisión.

Existen diferentes fabricantes, como el ya comentado Arneson, o el árbol de altas prestaciones de Fabio Buzzi que equipa algunas Sunseeker XS que tienen el aspecto de un Flexidrive con un timón situado justo tras la hélice, y en el que se ha diseñado un ingenioso sistema de escapes por el que salen los gases debajo de la hélice. Otro fabricante “Helice France” especializado en la producción de hélices, ofrece también cinco sistemas de transmisión de hélices de superficie fabricado en inox y bronce. El fabricante italiano Victory Design ofrece tres sistemas de propulsión con hélices de superficie, con un timón en composite que puede subir y bajar para ajustar su superficie mojada en función de la velocidad de navegación y con potencias máximas de hasta 2.800 Hps.

 

Son especialmente eficaces a altas velocidades de desplazamiento, pero mas perezosas en las salidas si las comparamos especialmente con las transmisiones tipo jets.

 

 

Las hélices de superficie obligan a un complejo sistema de pistones hidráulicos tanto para orientar la dirección como para conseguir que los ejes puedan ajustarse al ángulo de ataque y trimar su altura para que trabajen con medio cuerpo fuera del agua. Por ello también necesitan de un primer elemento en la transmisión cardán para poder transmitir la potencia al eje palier en cualquier ángulo tanto horizontal como vertical. El alineamiento es casi innecesario pues el cardan se encarga del acoplamiento mecánico.

 

Ventajas

Desventajas

Funcionamiento optimo a altas velocidades de desplazamiento. 

Muy adecuadas para barcos de competición y altas velocidas.                  

Más eficientes que los ejes tradicionales a altas velocidades.

Escaso calado.

Escasa maniobrabilidad.

Más costosas que los ejes.

Peligrosas en caso en hombre al agua.

Peligrosas en maniobras en la cala.

Mucha complejidad y por tanto caros mantenimientos y reparaciones.

 

POD con IPS o motores eléctricos.

Cada vez hay más barcos que van montados de fabricas con este sistema dadas las grandes ventajas que ofrecen en rendimientos, consumos y maniobrabilidad. En los POD de Volvo IPS, las hélices van orientadas hacia delante recibiendo en todo momento un flujo de agua laminar y sin los remolinos causados por los ejes, codastes y otras piezas de los sistemas tradicionales de transmisión.

 

Inmejorable maniobrabilidad de los sistema de transmisión PODs. Cualquier movimiento está permitido incluso las translaciones. Para ello un Joystick se encarga de manejar mediante un controlador digital los movimientos y potencia de cada uno de los dos dos PODs.

 

La hélice va montada en un pod carenado hidrodinámicamente y capaz de girar para orientarse en cualquier posición angular y alterar la dirección del flujo de propulsión. Al montarse siempre un mínimo de dos pods simétricos confiere al barco de una maniobrabilidad extraordinaria, pues cada uno de ellos puede ser orientado y ajustado de forma independiente. En caso de ser alimentados por motores eléctricos estos reciben la energía de un potente banco de baterías que es recargado por un grupo generador diesel que puede estar montado en cualquier zona del barco, lo cual permite a los diseñadores navales optimizar los espacios interiores. El consumo es optimizado y desaparecen prácticamente los ruidos así como las vibraciones indeseadas.

Los grandes megayates, normalmente de más de 130 pies de eslora tienden a utilizar estos sistema de propulsión avanzados, con los que se reducen los consumos, los costes operativos y por tanto aumentan las autonomías y la eficiencia.

Empresas como Volvo Penta y Cummins, Mercruiser también han desarrollado versiones con motores diesel tradicionales apropiados para yates de entre los 30 y los 80 pies de eslora que no ofrecen los niveles de bajos consumos propios de los sistemas diesel/eléctrico. En contrapartida las hélices orientadas hacia adelante (no todos los PODs)  están más expuestas a recibir el impacto de cualquier cosa que anduviera flotando, y para evitar el peligro de un desgarro y posterior vía de agua en caso de impacto, los sistemas IPS de Volvo están diseñados de tal manera que en caso de un fortísimo impacto, el pod entero se libera sin producir ninguna vía de agua en el casco, pero si una costosa avería!

 

Las transmisiones Zeus de Mercruiser equipan hélices contrarrotantes y a diferencia de las IPS de volvo llevan las hélices más protegidas por el cuerpo en bronce e inox.

 

Una posible desventaja se produce en los montajes inclinados, obligado por la sección en “V” de las carenas. El sistema de propulsión tiende a producir una sobre-escora del barco en los virajes, lo cual ha sido totalmente solucionado al diseñarse los cascos de forma específica para los sistemas IPS de Volvo. Para ello la “V” en la sección de popa en donde va montada la transmisión no debe sobrepasar los 20º.

La rotación independiente de cada unos de los dos Pods en cualquier ángulo permite una variedad de empujes y por tanto una maniobrabilidad impresionante con la que conseguir movimientos laterales del casco, imposibles con otros sistemas de propulsión. Mediante un “joystick” es posible mover el barco a nuestro antojo y sin el menor esfuerzo o pericia marinera.

A igualdad de potencia y comparado con un sistema de propulsión de ejes tradicional, se consigue un incremento en la eficiencia de un 15 a 20%, y por lo tanto será necesario menos potencia para conseguir las mismas prestaciones. Los IPS de Volvo además pesan menos si lo comparamos con otros motores de misma potencia, lo que se traduce en mayores velocidades y un menor consumo de combustible. Volvo ofrece actualmente instalaciones con IPS de 250CVs, hasta potencias de 900 cv en cada Pod.

 

El ángulo de montaje no debe exceder los 20 grados. Estos IPS admiten montajes múltiples incluso con 4 PODs trabajando en paralelo. La disposición de las hélices hacia adelante las hacen más vulnerables frente a posibles encuentros con objetos inesperados pero trabajan con flujos más limpios que mejoran el rendimiento.

 

El montaje de una transmisión Pod es mucho más compacto que el de una transmisión por ejes, lo cual es sumamente apreciado por los diseñadores navales para conseguir mejorar la habitabilidad interior y aumentar los volúmenes interiores del barco.

 

Ventajas

Desventajas

Seguras.                        

Más eficientes.

Escaso calado.

Fantástica maniobrabilidad

Más costosas.

Peligrosas en caso en hombre al agua.

Peligrosas en maniobras en la cala.

 

 

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