En
principio podríamos entender el funcionamiento de las hélices por
dos caminos distintos que no son más que las dos caras de una misma
moneda.
Algunos lo
explican con la comparación de un ‘saca corchos’ que al girar avanza
penetrando en el corcho (que sería el agua). Esta comparación es una
aproximación muy simplista y adecuada sólo para hélices de palas muy
anchas con las que la velocidad del agua desplazada es muy lenta.
Pero el agua
no es como la madera o el corcho del ejemplo anterior. Al ‘penetrar’
la hélice, el agua es empujada hacia atrás, pues no es un sólido
rígido, actuando una ley de la física, conocido como el principio de
acción-reacción.
Tanta agua
empujemos hacia atrás, tanto barco es empujado hacia adelante. Si
por ejemplo, la hélice empuja 100 kilos (masa) de agua a 50
kilómetros por hora, y si nuestro barco pesara solo 100 kilos, este
se movería a también 50 kilómetros por hora (descontando las
perdidas de potencia y rozamientos). Pero si nuestro barco pesase
200 kilos, entonces se movería a la mitad de velocidad, 25
kilómetros por hora. Se conserva la cantidad de movimiento (masa de
agua x velocidad de agua = masa de barco x velocidad de barco)
Puesto que el
agua es un fluido, para que se produzca un empuje, tiene que haber
una masa de agua desplazándose hacia atrás. Si la hélice avanzase en
el agua como un saca-corchos, no habría ningún empuje. Es el caso de
la hélice de un velero en punto muerto y arrastrada por el
movimiento del barco. El eje del motor se mueve, la hélice gira sin
producir ningún empuje.
Pero para que
se produzca empuje necesariamente la hélice tiene que trasladar agua
hacia atrás. Y trasladará más agua, cuanto menos avance la hélice
respecto a su paso de avance teórico. Si por ejemplo una hélice
tiene que avanzar 30 centímetros en cada vuelta (su paso de avance)
eso es justamente lo que hará en el caso anterior del velero con el
motor parado y el eje en punto muerto. Podríamos medir las
revoluciones del eje para utilizarlo como corredera y medir la
velocidad del barco. En el ejemplo anterior, si midiéramos 500
revoluciones por minuto, sabríamos que en ese minuto el barco habría
avanzado 500 x 30 centímetros, es decir 150 metros/minuto que es más
o menos 5 nudos.
Pero cuando el
motor funciona, por cada vuelta de hélice, en vez de avanzar los 30
centímetros del ejemplo anterior, solo avanzará por ejemplo unos 25
centímetros. Es como si ‘resbalara’ esos 5 importantes centímetros.
Decimos ‘Importantes’ porque son justamente esos centímetros los que
trasladan agua hacia atrás y por tanto los que producen ‘empuje’.
Entender en
detalle el funcionamiento de las hélices tiene mucha ‘tela’ pues el
agua tiene distinta presión cuanto más profunda sea, y la pequeña
diferencia de presión entre la parte superior del agua y la que toca
a la parte inferior de la hélice es muy apreciable. De hecho esta diferencia de presión es la
que provoca el empuje lateral que hace que el barco tenga tendencia
a ‘irse’ a babor o estribor dependiendo del sentido de giro de la
hélice.
Y el tema se complica mucho más si seguimos profundizando, ya que
cada aspa de una hélice en realidad se comporta como el ala de un
avión y por tanto hay que analizar su funcionamiento como tal.
Podemos ‘trasladar’ el movimiento circular del aspa de la hélice
imaginando que no es el aspa el que se mueve sino el fluido (da
igual que sea agua o aire). Por tanto transportamos el estudio
totalmente al campo hidrodinámico, en donde aplicaremos la mecánica
de fluidos en todas sus consecuencias. Debemos estudiar el empuje
como consecuencia de la presión dinámica producido por la cara
posterior, a la cual se suma (sobretodo) la succión producida por la
cara anterior (la que está más a proa)
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