Helices

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Helices

  1. 1. UTN – FRBA Serafini Claudio Daniel HELICES 141.887-7 Introducción a la Ingeniería Naval U1091 INTRODUCCION A LA INGENIERIA NAVAL TRABAJO: “HÉLICES” INTEGRANTES: CLAUDIO DANIEL SERAFINI 1
  2. 2. UTN – FRBA Serafini Claudio Daniel HELICES 141.887-7 Introducción a la Ingeniería Naval U1091 INDICE INTRODUCCIÓN................................................................................................ 3 DEFINICIÓN DE HÉLICE………………………………………………………..…. 4 EVOLUCIÓN EN LA PROPULSIÓN DE LOS NAVIOS…………………..…….. 5 EDAD DE LA VELA……………………………………………………..…. 5 CREACIÓN DE LA HÉLICE………………………………………………………... 7 JOSEF RESSEL, SU CREADOR……………………………………….... 7 JOHN ERICSSON, QUIEN LA PERFECCIONÓ…………………………8 FUNCIONAMIENTO………………………………………………………………… 10 CARACTERISTICAS PRINCIPALES…………………………………………….. 11 TIPOS DE HÉLICES…………………………………………………….... 11 TAMAÑO………………………………………………………………....... 12 MATERIALES…………………………………………………………....... 12 CAVITACIÓN………………………………………………………………………... 13 CLT (Contracted Loaded Tip)……………………………………………………. 14 ARREGLO GENERAL DE LA LINEA DE EJE………………………………….. 15 BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………… 16 2
  3. 3. UTN – FRBA Serafini Claudio Daniel HELICES 141.887-7 Introducción a la Ingeniería Naval U1091 INTRODUCCIÓN Este tema lo he elegido porque las hélices son una de “las piezas” más importantes en el buque, submarino, etc.; gracias a ellas el buque puede impulsarse y trasladarse por las aguas y navegara mas fehacientemente dependiendo del material con las que fueron hechas, la cantidad de palas y tamaño. También esto es uno de los motivos para que el navío se mueva con mayor o menor velocidad. El objetivo de este trabajo es explicar qué son en sí las hélices, su funcionamiento, los tipos que existen, etc. También habrá una pequeña introducción de la propulsión de los barcos a lo largo de la historia. El trabajo que estoy presentando esta compuesto por la pequeña reseña histórica que mencione anteriormente, una breve explicación de su funcionamiento, características de las hélices de 3 y 4 palas, etc. Podrán encontrar fotos que aportarán un idea de lo que es explicado, tablas comparativas, y un diagrama de la ubicación de la hélice y su conexión con el motor principal que es quien le da la potencia necesaria para que la hélice rote en torno de la línea de eje. 3
  4. 4. UTN – FRBA Serafini Claudio Daniel HELICES 141.887-7 Introducción a la Ingeniería Naval U1091 DEFINICIÓN DE HÉLICE El mar siempre ha causado fascinación en el ser humano desde el comienzo de los tiempos. Siendo el medio por el cual se podía trasladar a nuevas tierras, obtener alimento, comerciar con lugares lejanos, etc. Primero la recolección de mariscos y moluscos en las costas, luego la pesca y finalmente las antiguas civilizaciones se aventuraron a adentrarse en ese mar que generosamente le proveía de alimento. La tecnología fue progresando y el hombre construyó elementos para flotar en el agua; por este motivo, seguramente usó troncos de árboles u otros materiales abundantes en su entorno que tenían flotabilidad. Para impulsarse y no quedar a la deriva, echó mano del remo hasta que descubrió que la fuerza eólica podía impulsarlo con menor esfuerzo y mayor efectividad. Luego, descubrió la manera de llevar la embarcación hacia donde quería e inventó el timón. Es a partir de acá que el hombre a través del tiempo fue introduciendo mejoras a sus naves, dándoles cada vez mejor impulsión y gobierno, hasta llegar a las modernas naves que surcan hoy día los océanos del mundo. Una de estas mejoras, fue la hélice, que determinó un cambio radical en la propulsión de los navíos, que ya no debían depender únicamente del poder del aire para poder trasladarse por los mares. La hélice es un dispositivo formado por un conjunto de elementos denominados palas o alabes, montados de forma concéntrica alrededor de un eje, girando alrededor de éste en un mismo plano. Su función es transmitir a través de las palas su propia energía cinética (que adquiere al girar) a un fluido, creando una fuerza de tracción; o viceversa, "tomar" la energía cinética de un fluido para transmitirla mediante su eje de giro a otro dispositivo. La primeras aplicaciones de las hélices, hace miles de años, fueron los molinos de viento y agua. Hoy en día, también bajo los nombres de "rotor", "turbina" y "ventilador", las hélices y los dispositivos derivados de ellas se emplean para multitud de propósitos: refrigeración, compresión de fluidos, generación de electricidad, propulsión de vehículos e incluso para la generación de efectos visuales (estroboscopio). El inventor de la hélice para barcos fue el checo Josef Ressel, quien solicitó la patente austriaca el 28 de noviembre de 1826. Como evidencia la variedad de denominaciones y campos de aplicación, existe una gran variedad de hélices, variedad que se manifiesta sobre todo en las palas, que generalmente tienen perfiles semejantes a los de un ala, pero cuya forma varía según su propósito. Además, hay hélices, principalmente en la aviación, en las que la inclinación de las palas es variable, variación que a su vez puede ser respecto al plano de giro de la hélice ("paso") o respecto al eje de giro de la hélice ("paso cíclico" o simplemente "cíclico"). Para conseguir esto se requieren mecanismos bastante complejos. 4
  5. 5. UTN – FRBA Serafini Claudio Daniel HELICES 141.887-7 Introducción a la Ingeniería Naval U1091 EVOLUCION EN LA PROPULSIÓN DE LOS NAVIOS En la edad antigua y hasta principios de la edad media, los navíos eran impulsados por la fuerza del hombre. El empleo de los remos condicionó la vida a bordo hasta el siglo XVII; uno de los peores castigos que podía recibir una persona era ser condenado a servir en una galera, «para que la vida le sea un suplicio y la muerte un alivio», como sentenció un juez romano en el siglo XVI. No todos los marineros que estaban en los remos eran condenados. También había hombres libres que se embarcaban por necesidad; eran llamados «de buena gana». Su única diferencia con los condenados consistía en que podían llevar bigote y cabello, que los condenados no tenían, pues eran rasurados y pelados al rape. Además, durante el día, los hombres libres que no estaban remando podían pasear y hablar libremente, pero al caer la noche eran encadenados igual que los condenados. La disciplina era muy estricta para Fig 1.1 Dromon bizantino todos, la comida escasa y mala. El aspecto higiénico resulta inconcebible y difícil de imaginar. Los hombres de mar, oficiales y marineros, no se lavaban, ya que todos sólo llevaban la ropa que tenían puesta, sin embargo los galeotes estaban obligados a mantenerse limpios, debían a primera hora del día asomarse por sobre la borda, de acuerdo a lo que les permitía el largo de la cadena, para despiojarse y limpiar los harapos que llevaban. Debían hacer sus necesidades en su lugar pues nunca eran liberados de su cadena. Los marineros que los vigilaban, cada cierto tiempo les arrojaban un balde de agua para que las inmundicias corrieran hasta la sentina. Edad de la vela Las carracas eran navíos grandes y robustos, redondos, de alto bordo, de velas, especializados en el transporte de grandes cargas en travesías largas, aptos para el comercio entre Flandes y el Mediterráneo, y posteriormente para atravesar el Atlántico. Hubo carracas desde el siglo XII hasta el siglo XVI. Fueron los mayores buques de su época. Provenían de modificar la coca nórdica. Más pequeña que la carraca, pero de excelentes condiciones marineras fue la carabela, embarcación a vela, ligera, alta y larga hasta 30 m, estrecha que contaba con tres mástiles sobre una sola cubierta y un castillo elevado en la proa y otro en la popa. Llevaba velas cuadras en los palos trinquete y mayor, y aparejo latino en el mesana. Gracias a estas características pudo afrontar con éxito los viajes a través del océano. Navegaba a diez kilómetros por hora, y fue utilizada por españoles y portugueses en los viajes de exploración durante el 5
  6. 6. UTN – FRBA Serafini Claudio Daniel HELICES 141.887-7 Introducción a la Ingeniería Naval U1091 siglo XV. La carabela copió de la escuela mediterránea el casco, el uso de varios mástiles y la vela triangular, mal llamada latina porque proviene del mundo árabe. De la escuela del mar del Norte y Báltico, de los vikingos y de las ciudades Hanseáticas, tomó el ejemplo de la “coca” y de esta última dos elementos: el timón de codaste y la vela cuadra en el palo mayor. El timón de codaste, gruesa pieza de madera colocada en la popa le permitía a la nave mantener una dirección o rumbo. El galeón fue una embarcación a vela utilizada desde mediados del siglo XV. Consistía en un bajel grande, de alto bordo que se movía por la acción del viento. Fue una derivación de la carraca pero combinada con la velocidad de la carabela. Los galeones eran barcos de gran tamaño y poseían gran capacidad de fuego. En el siglo XVI, el comercio marítimo trasatlántico aumentó considerablemente, lo que incentivó la investigación y la creación de nuevos tipos de naves más apropiadas para largas travesías y para soportar los rigores de la mar en forma continuada. En la marina militar, la fragata, nave que tenía dos puentes y la corbeta con sólo uno. En la marina comercial apareció el bergantín-goleta y la goleta. El último tipo importante de nave a vela fue el clíper Fig 1.2 Galeón que apareció en 1840 construido en los Estados Unidos de América, destinado inicialmente al tráfico entre Norteamérica y Europa y que luego se extendió a Oceanía y Asia. Era de casco de madera, fino y ligero. Alcanzaba gran velocidad en sus travesías compitiendo con las naves a vapor que ya estaban apareciendo. En el siglo XIX la construcción naval comenzó a utilizar el hierro para el casco y el vapor para la propulsión, lo que constituyó una revolución en el ámbito marítimo. Esto trajo aparejado la introducción de la hélice como forma de propulsión. El Clermont, pequeña nave de madera construida en los Estados Unidos por Robert Fulton, fue el primer barco propulsado por ruedas movidas mediante maquinaria a vapor. A las naves se les colocaron mástiles y velas además de ruedas en sus costados para darles más velocidad en sus travesías oceánicas. En 1821 se construyó en Inglaterra el primer buque a vapor con casco de hierro el Aaron Manby que en 1822 efectuó su primera navegación desde Londres al Havre. En 1836 Smith y Ericsson llevaron a la práctica el primer barco con hélice, que vinieron a sustituir a las ruedas de paleta, en 1897, Josef Ressel dio con el diseño definitivo y eficaz de hélice, que será utilizado hasta nuestros días, lo que permite un aprovechamiento más eficiente de la energía proporcionada por el motor de vapor. Muy pronto los buques de vapor fueron equipados con hélices sumergidas y los vapores de ruedas fueron desarmados y dados de baja. 6
  7. 7. UTN – FRBA Serafini Claudio Daniel HELICES 141.887-7 Introducción a la Ingeniería Naval U1091 CREACION DE LA HÉLICE JOSEF RESSEL, SU CREADOR Josef Ludwig Franz Ressel (29 de junio de 1793 - 9 de octubre de 1857) fue un guardabosques e inventor checo-germano responsable del primer prototipo funcional de hélice para propulsar barcos. Ressel nació en Chrudim, Bohemia (entonces parte del Imperio Austrohúngaro). Su padre era un germano parlante mientras que su madre era de origen checo. Tras estudiar en Linz y Viena, la muerte de su padre le hizo dejar el mundo académico para proveer sustento a su familia. Trabajó para el gobierno imperial como guarda forestal en Motovun, Istria, donde había una importante producción maderera para abastecer a los astilleros del puerto de Trieste. Trabajó también en Landstrass (Kostanjevica, en el curso del río Krka en Carniola), donde probó por primera vez una hélice como medio de propulsión (Fig Fig 2.1 Josef Ressel 2.2). Tras su traslado definitivo en 1821 a Trieste, donde trató de introducir su invento en la ruta que comunicaba el puerto con Venecia, servido por un vapor de ruedas, última tecnología de la época, que vio ineficiente. Recibió una patente en 1827 y dos años después, tras pruebas en un bote fluvial, había modificado un barco a vapor llamado Civetta (Fig 2.3), el cual zarpó el 4 de agosto de 1829 del puerto de Trieste y en donde Ressel había montado una hélice movida por una máquina de vapor. El barco, llevando 40 personas a bordo, llegó a alcanzar 6 nudos. La prueba no pudo continuar al romperse la máquina de vapor. El fracaso hizo que las autoridades prohibieran próximos experimentos. Tras Fig 2.2 Hélice creada por Josef Ressel, aplicada al Civetta confiar algunos de sus diseños a un hombre de negocios francés, sufrió un plagio que le condujo a varios años de reclamaciones jurídicas. Ya en 1804 el estadounidense John Fitch había realizado una hélice propulsora sin éxito. En 1836, era el inglés Francis Pettit Smith quien probaba un prototipo similar. En 1839 se realizó la primera travesía transatlántica basándose en la hélice de Ressel mejorada por el sueco John Ericsson. Para 1880 los avances en hélices se habían estabilizado. 7
  8. 8. UTN – FRBA Serafini Claudio Daniel HELICES 141.887-7 Introducción a la Ingeniería Naval U1091 Ressel fue también inventor de sistemas neumáticos y de impresión, recibiendo varias patentes más a lo largo de su vida. Murió en Liubliana, siendo enterrado en el Cementerio de San Cristóbal, en el distrito de Bežigrad. Fig 2.3 Civetta JOHN ERICSSON, QUIEN LA PERFECCIONÓ (31 de julio de 1803 - † 8 de marzo de 1889) Fue un ingeniero e inventor sueco, nacido en la ciudad de Långbanshyttan, en la provincia de Värmland. Comenzó a desarrollar un sistema de propulsión para barcos impulsados a vapor y reemplazar la rueda de paletas por el que sería su invento más conocido, la hélice naval, la cual patentó en 1836. La hélice naval llamó la atención del cónsul de Estados Unidos en Liverpool, Francis B. Ogden, que decidió invertir en este proyecto, financiando la construcción de una pequeña embarcación impulsada por la hélice naval. En 1837 la embarcación realizó una exitosa prueba en el Támesis, llamando mucho la atención del público, pero despertando nulo interés entre autoridades e inversionistas. John mejoró el diseño de la nave con dos hélices que se movían en diversas direcciones. Sin embargo, el Almirantazgo Británico rechazó el invento. Este rechazo lo condujo a un contacto con el capitán de la Armada de los Estados Unidos Robert F. Stockton, que conocía el propulsor vapor diseñado por Ericsson y le sugirió que llevara su invención a los Estados Unidos de América, donde sería bien recibido. Ericsson se mudó a Nueva York en 1839. El plan de Stockton consistía en que Ericsson supervisara el desarrollo de una nueva clase de fragata, mientras Stockton usaba sus conexiones políticas para conseguir recursos económicos. Finalmente, tras la elección del presidente John Tyler, los fondos fueron asignados para desarrollar un nuevo diseño. Desafortunadamente, recibieron solamente el financiamiento para un velero de 700 toneladas en lugar de una fragata. El velero de guerra se convirtió en el USS Princeton (Fig 2.4), nombrado así por la ciudad natal de Stockton. 8
  9. 9. UTN – FRBA Serafini Claudio Daniel HELICES 141.887-7 Introducción a la Ingeniería Naval U1091 Hicieron falta casi tres años para terminar la nave, probablemente el buque de guerra más avanzado de su época. Además de las hélices, fue diseñada originalmente con un cañón de 12 pulgadas con un sistema mejorado de carga, en una torreta giratoria. Otra innovación en el diseño de la nave incluyó una chimenea plegable. La nave tuvo un enorme éxito desde su presentación. El 20 de octubre el USS Princeton ganó una competición de velocidad contra el barco de ruedas de paleta británico SS Great Western, considerado hasta entonces como el más rápido barco a vapor. Fig 2.4 USS Princeton. A partir de 1875 se empiezan a publicar los primeros fundamentos teóricos de los procedimientos para el proyecto de hélices. Dichos métodos fueron evolucionando progresivamente e incorporando los desarrollos realizados en el campo aeronáutico. En los últimos años se incorporan los ordenadores en las tareas de diseño, lo que permite utilizar modelos matemáticos cada vez más complejos para realizar el diseño de las hélices. Ya, a mediados del siglo pasado, se realizan amplios trabajos de investigación con la finalidad de poder explicar de forma más precisa los fenómenos de interacción entre la hélice y el flujo que se desarrolla en la popa del buque. Este conocimiento ha permitido conseguir mejoras significativas en el comportamiento de la hélice en cavitación y en consecuencia en la reducción de los niveles de ruidos y vibraciones a bordo. En los últimos años se han desarrollado diversos dispositivos, así como diseños de hélices no convencionales encaminados a mejorar el rendimiento propulsivo del buque. 9
  10. 10. UTN – FRBA Serafini Claudio Daniel HELICES 141.887-7 Introducción a la Ingeniería Naval U1091 FUNCIONAMIENTO El funcionamiento de la hélice se basa principalmente en la tercera ley de Newton, el principio de acción y reacción. El cual enuncia lo siguiente: “Si un cuerpo actúa sobre otro con una fuerza (acción), éste reacciona contra aquél con otra fuerza de igual valor y dirección, pero de sentido contrario (reacción)”. Entonces, ¿cómo esta ley publicada en 1687 por Isaac Newton en su obra “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica”, puede ser el “soporte” por el cual se rigen las hélices? La hélice cuando rota en el extremo de la línea de eje, produce una fuerza que provoca un empuje hacia atrás del agua, y éste provoca una fuerza en misma dirección pero en distinto sentido (hacia delante) que en consecuencia, provoca el movimiento del navío. Fig 3.2 Hélice en funcionamiento Las hélices convierten la energía rotacional generada por el motor en el empuje necesario para el desplazamiento de un barco. Descontando el diseño de esta, cuanto más grande sea más Fig 3.1 Hélice en eficientemente trabajará. El problema radica en funcionamiento conseguir un equilibrio entre este tamaño y la capacidad del motor para hacerla rotar a su régimen de trabajo idóneo. CARACTERISTICAS PRINCIPALES 10
  11. 11. UTN – FRBA Serafini Claudio Daniel HELICES 141.887-7 Introducción a la Ingeniería Naval U1091 TIPOS DE HELICES Aunque existen muchos tipos de hélices los 2 más importantes son los que tienen entre 2 y 4 palas y son principalmente utilizados por motores intraborda con ejes. Las utilizadas por los motores fueraborda suelen llevar un número de palas de entre 3 y 6. 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. Sin embargo, 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 el barco. Generalmente, en náutica de recreo y pequeños motores de hasta pocos Fig 4.1 Hélice de 4 palas cientos de caballos de fuerza se utilizan hélices de 3 palas. 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. 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 trabaje mas eficientemente con más palas, estas tendrán que tener un menor ángulo Fig 4.2 Hélice de 6 palas 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 al utilizar una hélice de 4 palas darán 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. 11
  12. 12. UTN – FRBA Serafini Claudio Daniel HELICES 141.887-7 Introducción a la Ingeniería Naval U1091 TAMAÑO Su tamaño queda definido por dos datos: el diámetro total de la hélice y el paso de sus palas, es decir lo inclinado que están y por tanto la capacidad de impulsar agua. Estos dos datos son los más importantes para diferenciar una hélice de otra. Generalmente un diámetro pequeño se corresponde con un motor de pequeña potencia, o con un barco diseñado para desplazarse a mucha velocidad. En cualquier hélice es importante tener suficiente superficie de palas, capaz de distribuir la potencia del motor entre las distintas palas y por tanto tener una superficie suficiente para desplazar todo el volumen de agua que la potencia del motor permita. Palas demasiado pequeñas causan ‘cargas’ muy altas, lo que significa que la hélice no es capaz de absorber toda la potencia transferida por el motor. El resultado es lo que conocemos como cavitación, vibraciones y en algunos casos extremos ‘picaduras’ en las palas. MATERIALES Pueden ser de muchos tipos, entre ellos de aluminio, acero inoxidable, bronce, o materiales compuestos. Las hélices en “composites” (son materiales sintéticos que están mezclados heterogéneamente y que forman un compuesto) trabajan bien y no son muy caras. Las de aluminio son las más utilizadas debido a la gran cantidad de medidas con que pueden ser fabricadas y las diversas condiciones y revoluciones con que pueden ser utilizadas. Las de bronce y acero inoxidable son las que ofrecen las mejores prestaciones y duración frente al paso del tiempo, y son muy adecuadas para barcos que se desplacen a mucha velocidad. Una hélice perfecta debería pesar lo mínimo, ser lo más rígida posible, no verse alterada por el entorno marino y poderse reparar con facilidad. Por todo ello un material muy indicado si no fuera por su elevado precio y dificultad para trabajarlo y repararlo sería el Titanio que es totalmente inmune a la oxidación, liviano y muy tenaz. Existen distintas aleaciones muy adecuadas para la fabricación de hélices pero las investigaciones en materiales compuestos son más que prometedoras. Además de ser totalmente inmunes a la oxidación y muy livianas, las hélices en ‘composites’ tienen un comportamiento frente al impacto muy diferente que las de metal. El daño queda localizado solo en la zona del golpe sin comprometer todo el eje o la reductora como a veces ocurre con las hélices de metal. Tabla 1 Comparación de los distintos materiales utilizados en la fabricación de hélices. Costo de Peso Flexibilidad Reparabilidad fabricación Composite Bajo Media No es posible Baja Aluminio Medio Pequeña Fácil Media Acero Inox Alto Baja Difícil Alto Bronce Alto Baja Fácil Alto 12
  13. 13. UTN – FRBA Serafini Claudio Daniel HELICES 141.887-7 Introducción a la Ingeniería Naval U1091 CAVITACIÓN La cavitación o aspiración en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas las cuales viajan a zonas de mayor Fig 5.1 Daño por cavitación de una turbina. presión e implotan (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita). Esto produce una estela de gas (Fig 5.3) y un arranque de metal de la superficie en la que se origina este fenómeno. La implosión causa ondas de presión que viajan en el líquido. Estas pueden disiparse en la corriente del líquido o pueden chocar con una superficie. Si la zona donde chocan las ondas de presión es la misma, el material tiende a debilitarse metalúrgicamente y se inicia una erosión (Fig 5.1 – Fig 5.2) que, además de dañar la superficie, provoca que ésta se convierta en una zona de mayor pérdida de presión y por ende de mayor foco de formación de burbujas de vapor. Si las burbujas de vapor se encuentran cerca o en contacto con una pared sólida cuando implosionan, las fuerzas ejercidas por el líquido al aplastar la cavidad dejada por el vapor dan lugar a presiones localizadas muy altas, ocasionando picaduras sobre la superficie sólida. El fenómeno generalmente va acompañado de ruido y vibraciones. La cavitación es, en la mayoría de los casos, un suceso indeseable. En dispositivos como hélices y bombas, la cavitación puede causar mucho ruido, daño en los componentes y una pérdida de rendimiento. Fig 5.2 Desgaste producido por la cavitación en un 13 rodete de una bomba centrífuga. Fig 5.3 Efecto de cavitación.
  14. 14. UTN – FRBA Serafini Claudio Daniel HELICES 141.887-7 Introducción a la Ingeniería Naval U1091 CLT (Contracted Loaded Tip) Es un tipo especial de hélice diseñada por la empresa española SISTEMAR que ha demostrado ahorros de consumo de combustible superiores al 10% (Fig 6). La diferencia de las hélices convencionales con las CLT es que en éstas últimas, en los extremos de las palas se sitúan unas placas de cierre que permiten que exista una diferencia apreciable entre las presiones que ejerce el agua sobre las caras de presión a popa y de succión a proa de la hélice, en las proximidades de los extremos de las palas. Estas placas de cierre impiden que se generen torbellinos de extremo de pala, lo que supone que las fuerzas fluctuantes de presión son menores en las hélices CLT y en consecuencia también son menores los niveles de ruidos y vibraciones a bordo. Se demuestra teóricamente que, cuanto mayor es la diferencia de presiones en ambas caras, mayor es el rendimiento de la hélice. Las numerosas pruebas de mar realizadas con buques que tenían instaladas hélices convencionales y posteriormente hélices CLT, arrojan las siguientes ventajas comparativas de éstas últimas respecto de las primeras: Tienen un mayor rendimiento propulsivo, lo que permite reducir la potencia propulsora necesaria para alcanzar una determinada velocidad. Esto se traduce en un importante ahorro de combustible, entre un 7 y un 12% menos de consumo a igualdad de velocidad. Alternativamente, a igualdad de potencia propulsora, las hélices CLT permiten aumentar la velocidad del buque entre 0,3 y 0,6 nudos. Los niveles de vibraciones excitadas sobre el casco por las hélices CLT son considerablemente inferiores a los correspondientes de las hélices convencionales, debido a la menor depresión en la cara pasiva de las palas, con una extensión de cavitación mucho menor y menores fluctuaciones de presión. A igualdad de potencia propulsora, se obtiene una mejor respuesta del buque a la acción del timón, y por consiguiente, mejores características de maniobrabilidad, con círculos de evolución de menor radio y menor distancia de frenado requerida. Las hélices o palas CLT se han instalado en buques de todo tipo: Quimiqueros, Bulkcarriers, Pesqueros de arrastre y de cerco, Ro-Ros, Crucero, Yates, etc. accionadas por máquinas propulsoras que oscilan entre los 36.000 bhp a 90 rpm y los 300 bhp a 2.400 rpm. 14
  15. 15. UTN – FRBA Serafini Claudio Daniel HELICES 141.887-7 Introducción a la Ingeniería Naval U1091 Fig 6 Hélice tipo CLT. ARREGLO GENERAL DE LA LINEA DE EJE CAJA REDUCTORA (EL COJINETE DE EMPUJE SE ENCUENTRA INCORPORADO EN SU INTERIOR) MOTOR PRINCIPAL EJE INTERMEDIO HÉLICE EJE DE COLA BIBLIOGRAFIA • http://es.wikipedia.org/wiki/, 29/06/2010 • http://es.wikipedia.org/wiki/Barco, 29/06/2010 • http://es.wikipedia.org/wiki/Josef_Ressel , 01/07/2010 • http://maquinasdebarcos.blogspot.com/2009/03/la-helice-del-barco- progresos.html, 01/07/2010 • http://es.wikipedia.org/wiki/John_Ericsson, 01/07/2010 • http://maquinasdebarcos.blogspot.com/2009/03/la-helice-del-barco- progresos.html , 01/07/2010 • http://es.wikipedia.org/wiki/Cavitaci%C3%B3n , 04/07/2010 • Apuntes de la cátedra 15

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