Del escritorio de

Johnny Dominguez

Para analizar el comportamiento de la variación del ángulo de entrada en la línea de flotación, se ha considerado una embarcación prototipo, con formas hidrocónicas, de 27.18 m de eslora de flotación y un desplazamiento ligero de 218.50 toneladas.

La nave actualmente tiene 37.6º de ángulo de entrada en la línea de flotación.

Para establecer un cuadro comparativo de la potencia al freno del motor que seria necesaria al variar el ángulo de entrada, se ha estudiado el efecto a diferentes velocidades que van de 4 hasta 13 nudos.

Para generalizar el análisis, se ha considerado los siguientes parámetros de estudio:

1.- Relación de Froude definida por: velocidad / raíz (gravedad x eslora de flotación), relación adimensional.

2.- Relación BHP/ Desplazamiento, para cada ángulo de entrada en consideración.

De los resultados indicados abajo, se puede concluir:

1.- El efecto de la variación en el ángulo de entrada es imperceptible hasta velocidades de 8 nudos, que para el caso de estudio corresponden a una relación de Froude de 0.252.

2.- A partir de la velocidad de 8 nudos, comienza a notarse el efecto de la variación del ángulo de entrada.

3.- Para velocidades menores a 12 nudos , correspondientes a relaciones de Froude de 0.38 , el efecto de la variación del ángulo de entrada es significativo, observándose en este caso de que si se disminuiría el ángulo de entrada en -15º, la disminución de la potencia al freno (BHP) y el consumo de combustible sería de 12%, no obstante si al contrario se aumentaría el ángulo de entrada en +15º a los 37.6º existentes, se requiere un +23% de potencia y consumo de combustible.

4.- Para velocidades mayores a 12 nudos, la curva de potencia se incrementa verticalmente, razón por la que no viene al caso mencionar su efecto.

CUADRO COMPARATIVO DE VARIACIÓN DE POTENCIAS
CON RELACIÓN A LOS ÁNGULOS DE ENTRADA

La opción de disminuir el ángulo de entrada de una embarcación, especialmente en la zona de la línea de flotación , desde la condición de máxima carga hasta el calado en condición ligera, es un recurso tecnológico sumamente interesante para economizar combustible, especialmente en el rango de Froude entre 0.25 a 0.38.

A partir de estos valores de Froude, se recomienda el uso de bulbos de proa.

Del escritorio de

Leonardo Montoya

Un eje con ángulo de cero grados (paralelo a la línea de agua) es el mas eficiente en teoría ya que el empuje es directo hacia atrás y el agua fluye hacia la hélice directamente de proa. En la practica, es muy difícil instalarlo de esa forma y dejar suficiente espacio para la maquina y la reducción dentro del casco.

El performance o eficiencia entre un eje con ángulo de 0° y otro con 5° es muy pequeña, igualmente entre 5° y 10°, sin embargo, los ejes con ángulos mayores a 15° empiezan a presentar una significante diferencia en la carga de las aspas de la hélice, esto es porque el aspa superior, mientras rota hacia arriba esta actualmente retirándose de la oleada de agua, mientras que el aspa inferior, mientras rota hacia abajo, avanza directo hacia la estela, el resultado es una carga dispareja a las aspas que pueden causar vibración y/o cavitación.

En adición al tamaño de la apertura, el ángulo del eje afecta al diámetro máximo de la hélice. Entre mas grande sea el ángulo del eje para una posición dada de la maquina, mas abajo emergerá el eje de su buje. Así de esta manera, el diámetro de la hélice puede ser mayor. Esto es particularmente importante en las embarcaciones bi-motores

En un diseño nuevo o en cualquier repotenciación o modificación mayor debe razonarse muy bien la posibilidad de poder incrementar el diámetro al incrementar el ángulo de eje dentro de los limites razonables.

Un ejemplo de perdida de eficiencia respecto a los ángulos de inclinación del eje:

En base a una solicitud de un cliente en Ecuador elaboramos en una forma sencilla un procedimiento manual para medir el paso de una hélice.

Equipo necesario para realizar la medición:

Transportador (regla de medir ángulos), Nivel, Plomada con su cuerda (no necesario en hélices pequeñas), Escala o regla graduada (en mm, pies o plg), Compás.

Procedimiento:

En una superficie nivelada, se traza: un centro, un circulo con un diámetro igual al diámetro mayor de la maza, y otro circulo con un diámetro aproximado que pase por la parte mas ancha del aspa a medir el paso.

Se coloca la hélice con el lado del paso hacia arriba y se centra con el diámetro mayor de la maza ya trazado.

Desde el diámetro mayor trazado que pasa por la parte ancha del aspa, se miden las alturas perpendiculares, desde la superficie hacia los puntos que se encuentran a ambos lados del aspa situados sobre el lado del paso, que nos servirán para encontrar la diferencia de alturas entre los dos puntos.

En esta operación, se dejan marcados en la superficie y sobre el diámetro trazado, los dos puntos que nos definirán el ángulo proyectado sobre la superficie, que se medirá con el transportador como lo muestra la figura.

Por lo general existe confusión entre la corrosión electrolítica y la galvanica. La diferencia es simple: Mientras que la corrosión galvanica es causada por una corriente eléctrica generada por dos diferentes materiales en un medio conductor tal como el agua salada, la corrosión electrolítica es causada por una corriente producida por una fuente externa; Por lo general la batería de la embarcación o alguna otra fuente eléctrica. En un sentido técnico, el termino electrólisis se refiere a la descomposición de una sustancia química producida por el flujo de corriente eléctrica a través de esta. Esto significa que inclusive dos materiales similares se pueden convertir tanto en el cátodo como en el ánodo de una celda, en el cual el ánodo seria el corroído.

La corriente que provoca la acción electrolítica usualmente se genera de una mala instalación eléctrica, un corto circuito o de una tierra mal aterrizada de alguna herramienta o equipó como la radio por ejemplo, o bien por derrames de corriente bajo condiciones de humedad. Prevenir la corrosión electrolítica es cuestión de una buena instalación eléctrica. El sistema de cableado deberá estar siempre aislado en el circuito de regreso (dos cables) en lugar de aterrizado a tierra. El casco de metal jamás deberá ser usado como tierra de regreso. Un switch maestro debe de conectarse a la terminal positiva de la batería y apagarse cuando la embarcación este en reposo. La toma de tierra (conexión a tierra) es requerida por seguridad cuando existen voltajes altos, por ejemplo con la instalación un generador de 240 volts o la colocación de un puntal abastecedor. En este caso la toma de tierra no deberá de confundirse con la tierra de regreso. La tierra de regreso siempre lleva corriente mientras que la toma de tierra involucra a un tercer cable que no lleva corriente. Esta toma a tierra se lleva a cabo conectado un cable aislado a una placa de sacrificio colocada en la parte inferior del casco lo mas alejado posible de las hélices.

Ejemplos de una buena y una mala conexión a tierra:

El fenómeno de cavitación se presenta cuando una hélice gira sus aspas y expulsa el agua hacia atrás, dejando un vacío que es inmediatamente ocupado por nuevas moléculas líquidas.

Las aspas crean tal depresión (disminución de presión o vacío) en su cara anterior que el agua hierve a temperatura ambiente; las burbujas que salen entonces de la hélice no son de aire, sino estrictamente de vapor de agua.

Estas burbujas se desplazan rápidamente hacia atrás, hasta encontrar una zona de mayor presión donde volverán a convertirse en agua implotando (lo contrario de explotar) contra las propias aspas de la hélice y arrancando (erosionando) en cada choque una microscópica partícula de metal. (Fig. 1)

CAVITACIÓN POR EXCESO DE RPMS

Si la velocidad de giro (tangencial) en la punta de las aspas sobrepasa los 150 pies por segundo (pps) en hélices de 5 Aspas y 175 pps en 2-4 Aspas, y 100 pps en hélices en tobera; el agua expulsada lleva tal fuerza que impide que el vacío formado no pueda ser ocupado por otras moléculas de agua. (Fig. 2) y se produce la cavitación por velocidad tangencial o exceso de RPMs. Esta erosión siempre se presenta en la punta de las Aspas.

CAVITACIÓN POR FALTA DE AREA EN ASPAS

Si la presión en el aspa es arriba de 7 psi en hélices libres y 8.5 psi en hélices con toberas se produce la cavitación por falta de área (DAR). El origen de las burbujas está en el borde de ataque de las aspas de la hélice, pero el daño se manifiesta en la parte posterior con el aspecto de una corrosión y/o erosión que puede ir retrocediendo en su proceso destructivo hasta el centro del aspa.

La erosión producida por cualquier tipo de cavitación se manifestara con mayor intensidad cuando la protección catódica no es la adecuada. Y en casos extremos la hélice se llega a consumir por completo en días o semanas.

Cuando se diseña una hélice es muy importante observar la relación diámetro contra RPMs para no alcanzar las velocidades tangenciales arriba descritas donde se producirá la cavitación por exceso de RPMs, y asimismo la relación Diámetro-Área de Aspas (DAR) para evitar la cavitación por falta de área. Que finalmente cualquier tipo de cavitación reducirá la eficiciencia de la embarcación incrementando los costos de combustible y reparación o reemplazo de la hélice erosionada.