Em termos menos técnicos, as hélices marítimas equivalem aos pneus de um carro. Elas convertem a potência do motor na força que impulsiona a embarcação e são também o dispositivo de propulsão mais utilizado em barcos.
A história das hélices
Em 1776, o britânico James Watt inventou a máquina a vapor, que não só impulsionou bastante a primeira Revolução Industrial da história da humanidade, como também deu início ao uso da força mecânica como propulsão marítima. Além disso, lançou as bases técnicas para que a Grã-Bretanha se tornasse uma potência naval. Como a hélice ainda não havia sido inventada, engenheiros, limitados pela imaginação, criaram a roda de pás com base no princípio da hélice. Trata-se de uma embarcação com rodas de pás instaladas nas laterais. Como parte da roda fica exposta à água, essas embarcações são chamadas de barcos a vapor com rodas de pás. No entanto, elas também apresentam muitas desvantagens, como manobrabilidade extremamente limitada e baixa eficiência de transmissão, especialmente ao atracar no cais.
Em 1836, o britânico “Archimedes” utilizou uma hélice de parafuso, isto é, uma longa peça de madeira com formato de parafuso. No início dos testes, o barco avançou a uma velocidade de 4 nós. Mais tarde, ao encontrar um obstáculo na água, o parafuso se quebrou, restando apenas um pequeno trecho, mas a velocidade do barco aumentou para 13 nós. Esse pequeno acidente inspirou os engenheiros a transformar o parafuso longo em um curto e, depois, a dar ao parafuso curto o formato de uma pá. Assim, por meio de experimentos, a hélice foi inventada passo a passo. É claro que houve muitos desafios ao longo do caminho, como a vedação do eixo da hélice submersa e as vibrações debaixo d’água. Com o avanço gradual da tecnologia, as grandes vantagens da hélice fizeram com que ela fosse amplamente adotada por estaleiros de todo o mundo.
Conheça os principais parâmetros da hélice
1. Passo P:
É a distância que a hélice percorre no sentido axial em uma rotação completa. Equivale à distância que um parafuso avançaria na madeira ao girar uma vez. Mas isso é teórico: na prática, as pás da hélice escorregam na água, o que reduz a eficiência. A questão do escorregamento também está relacionada a esse fenômeno.
Quanto maior o passo da pá, maior o seu ângulo de passo em relação ao plano da hélice. No entanto, para determinada velocidade, existe um ângulo de passo ideal. As pás de uma hélice de passo fixo não podem girar. Por isso, ela é mais eficiente na velocidade para a qual foi projetada. As hélices de passo controlável são diferentes: suas pás podem girar e, portanto, o passo pode ser ajustado. Assim, em embarcações que precisam operar em velocidades variáveis, o uso de hélices de passo variável pode aumentar bastante a eficiência e economizar combustível.
2. Diâmetro da hélice D:
É o diâmetro do círculo externo formado pelas pás. Ao projetar uma hélice, busca-se usar o maior diâmetro possível para aumentar a força de propulsão. No entanto, em iates, o calado e o espaço de instalação limitam o tamanho da hélice. Uma hélice grande demais não fica protegida pelo casco e pode bater em obstáculos, por isso é importante escolher um tamanho adequado.
3. Razão de área expandida (EAR):
Primeiro, precisamos saber que a área do disco é a área do círculo definido pelo diâmetro da hélice, ou seja, S=π(D/2)². Se a soma das áreas ocupadas por todas as pás da hélice nesse plano for S2, então EAR=S2/S. Portanto, quanto maior a razão de área expandida, mais largas são as pás e menor é a carga por unidade de área sobre elas, o que ajuda a evitar a cavitação. No entanto, aumentar essa razão reduz a eficiência da hélice. Por isso, para compensar a ocorrência de cavitação, a razão de área expandida deve ser mantida tão baixa quanto possível, a fim de melhorar a eficiência da hélice. A maioria das hélices tem razão de área expandida inferior a 1, mas algumas hélices de embarcações de alta velocidade têm valor superior a 1.
Tipos de hélice comumente usados em iates
Hélice de passo fixo:
Hélice de passo fixo. De estrutura simples, é a mais usada em iates de pequeno e médio porte. Tem de três a quatro pás. Vantagens: estrutura simples, durabilidade e manutenção fácil. Desvantagens: como o passo não é variável, a eficiência máxima só é alcançada em determinada velocidade. Por isso, as pás geralmente têm grande diâmetro e baixa rotação, para melhorar a eficiência. As hélices dobráveis usadas em veleiros também são de passo fixo.
Hélice de passo controlável:
Hélice com passo ajustável, que pode ser alterado conforme a velocidade para manter uma alta eficiência de transmissão e economizar o máximo de combustível. Mas as desvantagens também são evidentes: a estrutura é complexa, o custo é alto e a manutenção é difícil. Geralmente é usada em iates grandes.
Hélices contrarrotativas:
Duas hélices que giram em sentidos opostos são instaladas no mesmo eixo, como os sistemas de hélice da VOLVO e da ZF. Com hélices contrarrotativas, o fluxo de água giratório gerado pela hélice dianteira é aproveitado pela traseira, que também recupera parte da energia rotacional, aumentando ainda mais a eficiência da propulsão. Desvantagens: a estrutura é complexa e, devido às limitações dos materiais quanto à resistência, esse tipo é menos usado em embarcações grandes.
Há, é claro, outros tipos de hélice, mas eles são menos comuns.
