PROPULSIÓN II

por Ing. Roberto R. Alonso

El viejo concepto : “El pez grande se come al chico”, es hoy reemplazado por: “El pez mas rápido se come al mas lento”. Al siglo lo distingue la impronta de la velocidad y  trae también   nueva tecnología para la  propulsión de barcos. Estamos en la era de la velocidad, del avión o  jet  en el aire, el tren bala sobre ruedas o el Maglev (de levitación sobre imanes). Por extensión  también en el agua, el water jet  o turbina de agua es sinónimo de aceleración, velocidad y gran capacidad de maniobras seguras a muy altas velocidades.

WATER JET

Los sistemas convencionales con  hélices que sobresalen por debajo del casco, propulsan al barco con el empuje que el disco impulsor con su característico  perfil de palas,  le imprime a la masa de agua.. La hélice está montada sobre la punta de un eje fijado a su vez  en el extremo proel, en la caja reductora. Esta (la caja reductora e inversora del sentido de marcha) se encuentra  firmemente unida al basamento del motor propulsor y recibe la fuerza axial de empuje que le imprime la hélice por medio del eje. Sobre el otro extremo y sobre saliente del fondo del casco se halla el pié de gallo que es el soporte y fijación del  buje antifricción, donde este árbol o eje  transmisor de potencia, gira.  Los mecanismos descritos   vinculan mecánicamente este conjunto propulsor con el casco y el  motor. Es la  unidad motriz  que el yate tiene como unidad principal o como auxiliar (en el caso de los veleros) para su  propulsión. 

En los yates veloces que planean la hélice en funcionamiento es un punto de apoyo del casco. Los otros dos puntos  necesarios para darle un mínimo apoyo (la mesa necesita de tres patas como mínimo para estar equilibrada) se los disponen las formas o líneas de agua que tiene el mismo casco a proa del propulsor. El equilibrio en velocidad del yate que  planea sobre el agua se encuentra en  un fino ajuste entre sus líneas hidrodinámicas, el espectro de olas reinante en la cancha donde se navega y, de mucha sagacidad y pericia conductiva por parte del timonel.

MANIOBRABILIDAD CON HÉLICE Y TIMÓN EN CASCOS DE PLANEO

 Hemos visto una y mil veces a una lancha surcar las aguas en un cabalgar frenético de salto y caída, salto y caída, salto y caída  que va  acompañado del característico rugir del escape del motor que sube o baja su frecuencia y tono cada vez que la hélice vuelve a hacer un notable empuje transmitiendo la potencia motor al agua o;  dispararse girando libremente en el aire entre los cabeceos del casco inducidos por las olas.

 Si en medio de ese galopar se le ocurriese al conductor introducir la variable de uso del timón bruscamente para cambiar el rumbo, solo su pericia de conductor acelerando o desacelerando e intentando curvas evolutivas  largas o mas suaves, evitará el desequilibrio peligroso y vuelco de esta “mesa” con solo tres patas de apoyo.

Aunque este estereotipo con el  ejemplo descriptivo es solo un indicio de  in conducta marinera;  por su similitud de uso de pura fuerza bruta mecánica con los mismos  defectos  de los conductores de automóviles imprudentes; la ficción  náutica adjetiva  en su jerga a estos intrépidos con sus máquinas flotadoras de, “lancheros”. No son pocos los accidentes en los que hay que lamentar victimas. En algunos casos la falta de maniobrabilidad puede ser la causa.

Decíamos en nuestro artículo anterior que para determinados tipos de barcos la turbina de agua o water jet  presentan mejor rendimiento que las hélices convencionales por arriba de los 20 a 22 nudos de velocidad. Esto  indica que, con respecto a los sistemas de propulsión convencionales los jets de agua son eficientes a medida que la velocidad aumenta .

Pero esto también tiene un límite y es que,  cuando se superan los 60 nudos, la eficiencia en propulsión para cascos muy veloces vuelve a ser dominada por las hélices, pero esta vez por los sistemas de hélice de superficie del tipo Arneson / Trimax  / SDS.

Para ser mas gráfico, estas  marcas indicadas son de  aquellos  sistemas donde las hélices con su eje y pequeños timones incluidos sobresalen mas allá del espejo de popa de la embarcación . Normalmente los observamos instalados en las  poderosas lanchas off-shore  del tipo de las que conducía nuestro actual vicepresidente en otros tiempos y; que se caracterizan  por batir el agua con sus hélices super cavitantes (así llamadas porque trabajan con agua y aire) como enormes licuadoras, allí un metro o mas  atrás de donde termina el casco en la popa. Debo agregar sobre la necesaria resistencia y perfecta  metalurgia de los materiales que constituyen la raíz de estas hélices, su perfecto balanceo dinámico y las  finas y muy resistentes  estructuras de sustentación y unión del sistema con el  casco. A guisa de chanza y por contraposición a la venerada  tecnología de punta,  podrían ser llamada en este caso ,sin que ello signifique demérito, ni referencia sexual, “tecnología de cola”  

EFICIENCIA PROPULSIVA – CONCEPTOS PREVIOS

Cuando se analizan las posibilidades existentes para motorizar o refitar (de refitting) un yate estamos hablando directamente de “eficiencia propulsiva”.  En buen romance esto es, poder  definir con que tipo de equipo motor de menor potencia  conseguiremos la máxima velocidad. Con que hélice o tipo de propulsión  conseguiremos una buena velocidad de crucero a un régimen económico de RPM y marcha continua del motor, con menor consumo de combustible

En consideración a que siempre  ;  Potencia = Consumo de Combustible = $ $ $ $ $

Cuando vemos engendros flotantes que arrastran el río en su ola de popa, mientras  nos detallan satisfechos sus propietarios que, con sus  tantos cientos de caballos de potencia  son capaces de alcanzar 20 o 30 nudos;  la prudencia me impide compararle al barco con las máquinas tragamonedas del casino ya que; simplemente a fuerza de potencia y combustible consumido  a destajo, los diseñadores somos capaces de hacer planear a un piano de cola si el cliente es afecto a la música  aunque, precisamente eso no es ser un buen  hidrodinámico.

Sin pretender sintonizar con este comentario el canal de cable“Volver”, nos  resulta un verdadero placer ver pasar raudo y veloz a algún viejo crucero fruto del tablero de Juan  Baader dejando planchada el agua en su popa y; también nos acordamos de Greenpace y su lucha permanente por la conservación del medio ambiente, cuando un mastodonte flotante viene talando las riveras de los canales del Delta con la “ola de sunami” que lo acompaña sobre su popa.

 Igual concepto puede ser extrapolado para cuando la eficiencia en propulsión  se debe conseguir con el velamen  impuesto al yate de vela. Allí el propietario enamorado de su “racer” nos deleita en su corcel flotante con  40° de incómoda escora con solo 15 nudos de viento y sus “impresionantes” 6 nudos de velocidad ; en tanto los “tripulantes contrapeso” intentan sustentarse ateridos en aquel tobogán gigante; ruegan porque se adelante la ETA de arribo a puerto o; le piden a Eolo que sea mas benevolente con la brisa que tanto los escora. La eficiencia aquí es mucho  mas sutil de poder interpretarse.

En síntesis ocurre que además de flotar y navegar hay que vivir abordo y, en esto como en tantas otras cosas hay que tener eficiencia. Ella se medirá entonces entre otros parámetros  a través de indicadores indirectos como los detallados mas arriba y no siempre sobre instrumentos.

MAS DIÁMETRO DE HELICE = MAS   EFICIENCIA

 La eficiencia propulsiva incorpora para su análisis también a la mayor hélice posible de montar en el vano disponible: Normalmente  la mayor eficiencia propulsiva se alcanzará con la hélice de mayor diámetro posible de instalar en el casco y; esto siempre depende de los límites que se  han impuesto para el diseño del barco, tales como: Limitaciones en el  calado (zona a navegar), limitación de eslora del yate, relación entre la eslora y la manga del barco; formas de la carena  (si es plana , en V profunda o con menores  ángulos de incidencia del fondo); desplazamiento etc.

Estas imposiciones le ajustan el campo al diseñador y  van determinando algunas de las características que finalmente tendrá el barco.  Pero para obtener mayores velocidades la tecnología de las  turbinas permiten ajustarse o mejorar algunas de las limitantes sin perder por ello condiciones de maniobrabilidad ni eficiencia, debido a las características propias  de su diseño.

Repasemos pues: No sobresalen por debajo de las líneas del casco. No tienen apéndices expuestos que puedan dañarse en bajos fondos. Son muy resistentes y su excelente  performance en empuje  se obtiene por poseer un mejor rendimiento mecánico de la transmisión ( potencia absorbida) entre el motor y el impulsor entubado que produce el “chorro de empuje”.(ver fotografía)

VEAMOS EN QUE TIPO DE CASCO PUEDEN INSTALARSE

Los fabricantes de motores y turbinas de agua  o water jets -para asegurar buenos resultados mecánicos, durabilidad y garantizar los equipos que venden-obligan a hacer un análisis o estudio previo de las particularidades de diseño que presente el casco en cuestión y  dividen entonces  los tipos de carenas  en:

1°) CASCOS de PLANEO de alta velocidad  (por arriba de 30 nudos). ;

2°) CASCOS de MEDIA VELOCIDAD o SEMIDESPLAZAMIENTO (desde 10 a 30 nudos pero incrementándose en función de la eslora);

3°) CASCOS de DESPLAZAMIENTO o de BAJA VELOCIDAD (desde 0 a 10 nudos, pero también incrementándose  la velocidad con la eslora).

En los dibujos que acompaño se describen las características de diferenciación entre ellos, que servirán de guía práctica para poder clasificarlos hidrodinamicamente con bastante exactitud sin entrar en mayores disquisiciones académicas .

A continuación podemos observar un grafico típico de Velocidad Aproximada Vs. Eslora en Flotación,  donde están dibujadas las dos curva característica  de velocidad esperada para los cascos de Desplazamiento  de Alta Resistencia y los de Desplazamiento de Baja Resistencia de Formas típicas anteriormente indicadas en el punto 3°)

Podemos agregar sin equivocarnos que este es el campo de aplicación óptimo para los sistemas convencionales de propulsión con hélices y donde la turbina de chorro de agua no es muy  eficiente.

Finalmente adjuntamos un gráfico o tabla guía de Velocidad  Vs. Eslora en Flotación característico para seleccionar la propulsión con unidades de turbinas  Hamilton Jet . Las curvas trazadas corresponden a  las relaciones de potencia entregada / tonelada de desplazamiento (peso) del casco y, están directamente relacionadas con los  distintos modelos de water jet disponibles por el fabricante de turbinas americano Hamilton. Podemos ver en este grafico las altas velocidades dables de obtener cuando se conjugan analíticamente todos los factores detallados anteriormente, el modelo de turbina seleccionado y la planta motriz mas  ajustada en potencia y rendimiento  para su accionamiento. Salvo en el caso de las unidades de turbina  Kamewa ensambladas sobre motores Volvo Penta, las Hamilton dejan abierto al diseñador la elección de la unidad motriz de accionamiento preferida o disponible, previo estudio de su curva de potencia.

Siempre será bueno realizar un análisis profesional previo para optimizar esta aplicación en su nuevo barco o cuando se plantea el cambio de propulsores en el refitting de embarcaciones ya construidas. En Blue Water Boats podemos ayudarlo a resolver estas incógnitas previo a su toma de decisión y acompañarlo hasta la instalación y pruebas de esta nueva tecnología.