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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 a baja velocidad. 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
conseguidas al utilizar una hélice de 4
palas dará 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 es 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 más 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 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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del buque
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