Las hélices marinas, dicho de forma menos técnica, equivalen a los neumáticos de un automóvil. Además de convertir la potencia del motor en fuerza motriz de la embarcación, son también el dispositivo de propulsión más utilizado.
La historia de las hélices
En 1776, el británico James Watt inventó la máquina de vapor, que no solo impulsó enormemente la primera revolución industrial de la historia, sino que también sentó un precedente para el uso de la energía mecánica como fuerza motriz en el mar. Asimismo, estableció las bases técnicas para que Gran Bretaña se convirtiera en una potencia marítima. Como las hélices aún no existían, los ingenieros, limitados por su imaginación, inventaron la rueda de paletas siguiendo el principio de la hélice. Consistía en una embarcación con ruedas de paletas instaladas a ambos lados. Como parte de la rueda quedaba expuesta al agua, se la llamaba barco de vapor de paletas. Sin embargo, estos barcos también tenían muchos inconvenientes, como una maniobrabilidad muy deficiente y una baja eficiencia de transmisión, especialmente al atracar.
En 1836, el británico «Archimedes» utilizó una hélice de tornillo, es decir, una pieza larga de madera con forma de tornillo. Al comienzo de las pruebas, la embarcación avanzó a 4 nudos. Más tarde, al chocar con un obstáculo bajo el agua, el tornillo se rompió y quedó solo un pequeño fragmento, pero la velocidad de la embarcación aumentó a 13 nudos. Este pequeño accidente inspiró a los ingenieros a acortar el tornillo y, después, a darle forma de pala. Así, mediante sucesivos experimentos, se inventó la hélice. Por supuesto, hubo muchos otros desafíos, como el sello del eje de la hélice submarina y las vibraciones bajo el agua. Con el avance gradual de la tecnología, las grandes ventajas de la hélice hicieron que los astilleros de todo el mundo la adoptaran ampliamente.
Conozca los principales parámetros de la hélice
1. Paso P:
Es la distancia que recorre la hélice en sentido axial durante una revolución. Equivale a la distancia que avanza un tornillo al girar una vez en la madera. Sin embargo, esto es teórico: en la práctica, las palas de la hélice resbalan en el agua, lo que reduce la eficiencia. Este fenómeno se conoce como deslizamiento.
Cuanto mayor sea el paso de la pala, mayor será su ángulo de paso con respecto al plano de la hélice. Sin embargo, para una velocidad determinada, existe un ángulo de paso óptimo. Las palas de una hélice de paso fijo no pueden girar, por lo que esta alcanza su máxima eficiencia solo a la velocidad para la que fue diseñada. Las hélices de paso controlable son diferentes: sus palas pueden girar y, por tanto, el paso se puede ajustar. Así, en embarcaciones que necesitan variar la velocidad, el uso de hélices de paso variable puede mejorar considerablemente la eficiencia y ahorrar combustible.
2. Diámetro de la hélice D:
Es el diámetro del círculo exterior que forman las palas. Al diseñar una hélice, siempre se busca utilizar el mayor diámetro posible para mejorar la fuerza de transmisión. Sin embargo, en los yates, las limitaciones del calado y del espacio de instalación impiden usar una hélice demasiado grande: el casco no puede protegerla y podría golpear objetos. Por eso, el diámetro debe ser adecuado.
3. Relación de área expandida EAR:
Primero, hay que tener en cuenta que el área del disco es el área del círculo cuyo diámetro es el de la hélice; es decir, S=π(D/2)². Si la suma del área que ocupan todas las palas de la hélice en ese plano es S2, entonces EAR=S2/S. Por tanto, cuanto mayor sea la relación de área expandida, más anchas serán las palas y menor será la carga por unidad de área, lo que ayuda a evitar la cavitación. Sin embargo, aumentar la relación de área expandida reduce la eficiencia de la hélice. Por ello, para compensar la cavitación, se debe mantener esta relación lo más baja posible a fin de mejorar la eficiencia. La mayoría de las hélices tienen una relación de área expandida inferior a 1, aunque algunas hélices de embarcaciones de alta velocidad superan ese valor.
Tipos de hélices de uso habitual en yates
Hélice de paso fijo:
Es una hélice de paso fijo. Gracias a su diseño sencillo, es la más utilizada en yates pequeños y medianos. Tiene entre tres y cuatro palas. Ventajas: estructura sencilla, durabilidad y mantenimiento fácil. Desventajas: el paso no se puede variar, por lo que la hélice solo alcanza su máxima eficiencia a una velocidad determinada. Por ello, sus palas suelen tener un diámetro grande y girar a bajas revoluciones para mejorar la eficiencia. Las hélices plegables utilizadas en veleros también son de paso fijo.
Hélice de paso controlable:
Es una hélice cuyo paso se puede ajustar. Puede adaptarse a la velocidad y mantener una alta eficiencia de transmisión, con el máximo ahorro de combustible. Sin embargo, sus inconvenientes también son evidentes: su estructura es compleja, su costo elevado y su mantenimiento poco práctico. Por lo general, se utiliza en yates grandes.
Hélices contrarrotativas:
Se instalan dos hélices que giran en sentidos opuestos sobre el mismo eje, como los sistemas de hélices de VOLVO y ZF. La hélice contrarrotativa aprovecha el flujo de agua giratorio generado por la hélice delantera y, al mismo tiempo, recupera parte de su energía de rotación, lo que mejora aún más la eficiencia de propulsión. Entre sus desventajas están la complejidad de la estructura y las limitaciones de los materiales frente al empuje, por lo que se utilizan menos en grandes embarcaciones.
Por supuesto, existen otros tipos de hélices, pero su uso es menos común.
