Comprendiendo las Fuerzas y Efectos de las Hélices Marinas
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La fuerza generada por una hélice (denominada r) se descompone en dos componentes principales: una fuerza longitudinal (e) que proporciona el empuje, y una fuerza transversal (l) que ejerce presión lateral.
La pala inferior de la hélice (A') produce efectos similares con una fuerza normal (r') y las fuerzas resultantes (l') y (e'). La suma de todas las fuerzas normales, generadas por cada partícula de agua impulsada por las palas de la hélice, determinará la fuerza total (R). (Ver Imagen 4).
Resultante de la Presión Lateral en Cada Pala
La resultante de la guiñada, provocada por la presión lateral de las palas, presenta un valor variable que depende de las condiciones de carga (calado) y de si la embarcación se encuentra en situación de reposo o en movimiento.
Análisis de una Hélice de Giro a la Derecha (Cuatro Palas)
Consideremos una hélice de giro a la derecha con cuatro palas. La condición de trabajo de cada pala se describe a continuación:
Condición de Reposo:
El empuje y la presión lateral no son elevados. La tendencia de guiñada es escasa hacia babor.
Condición de Movimiento:
El ángulo de ataque de la pala aumenta, incrementando también el valor del empuje y la presión lateral. Esto genera una tendencia de guiñada de intensidad media hacia babor.
Movimiento Hacia Abajo (Contra el Flujo):
Tanto en reposo como en movimiento, la pala se desplaza hacia abajo, oponiéndose al flujo. Todos los valores de fuerza aumentan, resultando en una tendencia de guiñada de intensidad media hacia estribor.
Resistencia al Giro y Corriente de Estela:
En reposo, la resistencia al giro provoca una tendencia de llevar la popa a estribor con alta intensidad. Al arrancar, la corriente de estela es menor, lo que reduce la fuerza lateral al encontrarse la pala en una zona de menor influencia. La tendencia de guiñada se mantiene hacia estribor con intensidad media.
Movimiento Hacia Arriba:
Similar a la condición 1, la pala se mueve hacia arriba. La tendencia de guiñada es hacia babor con baja intensidad, aunque creciente. (Ver Imagen 5).
Resultante del Efecto de las Cuatro Palas
En Reposo:
Se observa una tendencia de caída de la popa hacia la banda de giro de la hélice.
Con Arrancada:
La influencia de la corriente de agua sobre la hélice, especialmente en sus palas superiores, tiende a equilibrar las presiones de trabajo en relación con las palas inferiores. Esto puede generar una tendencia a llevar la popa ligeramente hacia la banda contraria al giro.
El empuje lateral es particularmente importante desde que la embarcación parte del reposo hasta que se establece el flujo de la estela. Este flujo equilibra las diferencias de trabajo entre las palas superiores e inferiores durante el giro de la hélice, resultando en un efecto de guiñada en la dirección del giro. Específicamente, se produce una caída de la popa hacia estribor en hélices dextrógiras y hacia babor en hélices levógiras. Estas tendencias se ven reducidas al incrementarse la velocidad de la embarcación.
Este tipo de movimiento puede ser beneficioso durante ciertas maniobras de ataque.
Otros Efectos Generados por las Hélices
Corriente de Estela:
Está constituida por el avance del buque y su intensidad es variable, dependiendo de la resistencia que ofrece el casco.
Corriente de Aspiración:
Se produce al mover el agua en el sentido de la marcha hacia el lado contrario.
Corriente de Expulsión:
Influye sobre la pala del timón cuando la embarcación avanza. El agua expulsada por las palas representa una fuerza aplicada superior, especialmente para las palas que tienden a ocupar posiciones altas, al ser recibidas íntegramente por la pala del timón.
Hélices de Paso Variable
Las hélices de paso variable ofrecen significativas ventajas para la maniobra. Sus características principales incluyen:
Al reducir la velocidad del buque, el flujo de agua sobre el timón puede verse apreciablemente alterado. Por seguridad, la hélice no debe operarse con paso cero para reducir la velocidad mientras se requiere la acción del timón.
En marcha atrás, son menos efectivas que las hélices convencionales, ya que requieren un mayor espacio de parada (cero de máquinas atrás más dilatado).
Su eficacia disminuye a bajas velocidades.
Al estar girando constantemente, pueden presentar problemas con cabos enredados.
Requieren datos precisos de las velocidades desarrolladas en cada orden de máquinas.