Reductora: distintas relaciones avante y atrás

[Kane]

También se observa que el punto ese que dice Propeller Power Curve & Engine Power Curve meet at maximum RPM debe estar mal calculado, porque eso no pasa en la realidad. Siempre es a un número de revoluciones inferior, y así desplazando la curva podemos superar la Engine Max Power.

Originalmente publicado por caribdis

Otro diagrama:

[Kane]

La verdad es que jamás se me hubiera ocurrido un método tan bueno para tunear el motor.

¡Gracias!

[caribdis]

Originalmente publicado por Kane

También se observa que el punto ese que dice Propeller Power Curve & Engine Power Curve meet at maximum RPM debe estar mal calculado, porque eso no pasa en la realidad. Siempre es a un número de revoluciones inferior, y así desplazando la curva podemos superar la Engine Max Power.

Si te fijas pone curva IDEAL de potencia de la hélice, va a ser muy difícil que encontremos una hélice que tenga esa curva, y además, para la misma hélice habrá una curva de mar en calma y otra de mar formada.

Hay que escoger la hélice que más se aproxime, conscientes de que en unas condiciones no llegaremos a las revoluciones máximas y la potencia quedará ligeramente por debajo del máximo, y en otras llegaremos a las revoluciones máximas, pero quedándonos bastante por debajo de la potencia máxima disponible.

Con las hélices de paso variable, en barcos ya de cierto porte, es posible obtener rendimientos óptimos, pero, en la práctica, resultan complejas de ajustar, y creo que poco interesantes para una navegación de crucero normal.

[Kane]

Vaya, por fin te vas centrando.

[Kane]

Voy a aprovechar el evento.

Esa curva, la de la hélice ideal, que es la hélice que tiene el paso ideal, óptimo, y sí se puede encontrar, pues basta con que sea una hélice con ese paso, y si no la venden, pides que te la hagan. No es una entelequia. Hay que reconocer que una hélice de paso -digamos- 16 1/8" es un poco rara. Pero estamos teorizando. En la práctica te valdrá con una que se aproxime. Por ejemplo, 16" que está algo más disponible.
Ese paso ideal se puede determinar bien por medio de ensayos o calculando. Se trata de que cuando apliques el motor a la hélice vas recorriendo la curva potencia/rpm del motor desde 0,0 hasta P max, rpm max. Y esa hélice, con ese paso, y solo ella, hará que el motor pueda alcanzar ese segundo punto.
Y no me vengas con divagaciones que en ese gráfico las dos únicas variables son la potencia y las rpm. El paso es un parámetro que una vez elegido no podemos variar. Las hélices de paso variable están prohibidas en este análisis concreto que has propuesto tú mismo.
Te agradecería que me dijeras dónde está la variable mar plana/mar formada en ese gráfico. Mejor que la olvides. Ya la consideraremos más adelante. Hay que ir pasito a pasito, que si no se lía.

Si ahora montas una hélice de menor paso, tendrás otra curva que estará representada por debajo de la ideal, y si el paso es mayor, por encima (ya lo indica el propio gráfico muy claramente). Supongamos la curva B.

De entrada no te puedes salir de los límites del rectángulo. No puedes rebasar ni las rpm max ni la P max del motor.
Así que en el mejor de los casospuedes poner el motor(y la hélice) a las rpm máx pero no llegas ni a la mitad de la P máx. (Estamos suponiendo un acoplamiento directo del motor a la hélice, en aras de mayor simplicidad). Supongo que hasta aquí ahora llegas bien.

Si suponemos la curva A, -nos hemos pasado con el paso- no podremos jamás alcanzar la P max (estaríamos sobrepasando la curva de potencia del motor, lo que no es posible) ni las rpm max (por la misma razón. El motor no puede ni con su alma..

Mañana seguiré, si me quedan ganas. Queda lo de la marcha atrás y hay que cambiar la relación de transmisión.

Bien, seguimos. Pongo abajo el gráfico para que esté más cerca.

Cambiar la relación de transmisión supone, en primera instancia, empezar de nuevo. Con una hélice nueva, diferente, que va a suponer también un gráfico nuevo pero con los mismos ejes de rpm y P. Lo que cambia son las curvas de las hélices. La ideal, la B, y la A, que serán diferentes. Los datos del motor, no, ya que el motor es el mismo, y sus parámetros de funcionamiento exactamente los mismos. Lo único que pasa es que entre el motor y la hélice hay una "caja negra" que disminuye la velocidad de entrada y aumenta el par de salida. Suponiendo un rendimiento 100% y una relación de transmisión (gear reduction ratio) de 1:2. Esto quiere decir que el punto ideal es exactamente el mismo, pero la hélice nueva está recibiendo un par que duplica el de la anterior y va a la mitad de revoluciones.

P = Par x rpm

Hago un inciso para decir que la nueva hélice sería más adecuada para "mal tiempo" que la vieja, porque su eficacia es mayor. Deberá "apoyarse" más en el agua para transmitir ese par doble. Lo que implica mayor diámetro, más paso y seguramente, más palas y más superficie. El único problema es que hay que cambiarla.

Continuamos.

Entonces es fácil comprender que podremos seguir utilizando el mismo gráfico para seguir con el análisis. Con un poco de suerte, hasta las formas de las curvas podrían ser las mismas. Y si no, muy semejantes.

Vale. Ahora metemos reversa, que también lleva la "caja negra". Invierte el sentido de rotación de la salida. También el rendimiento es unitario. Cuando esté comprendido el funcionamiento podremos enguarrarlo con un rendimiento menor.

Hechos: La hélice trabaja peor. Disminuye su eficacia. Baja su rendimiento. Empuja (tira) menos. Encima, el barco no es tan eficiente desplazándose por el agua hacia atrás. Tendremos que aumentar la potencia para tener el mismo empuje que en marcha avante - si es que lo necesitamos- y aún más si lo que queremos es la misma velocidad del barco. Pero bueno, para algunos creer esto puede resultar un acto de fe. Vamos a trasladar los datos que tenemos como evidentes al gráfico. Lo hacemos y lo que nos sale es una curva que está algo (bastante) por debajo de la de marcha avante, pero es nuy parecida a ella. Si estábamos con la curva ideal ¿por qué no?, podríamos suponer que la nueva curva es la B.
Intentaré dibujar sobre la gráfica. De momento, si queremos mantener la potencia en un punto cualquiera de trabajo, eso se representaría como una línea horizontal a la altura de la potencia correspondiente de la "scale of HP" que corta a ambas curvas. El corte can la curva B nos dice que corresponde a una potencia igual que la de la hélice ideal pero a unas rpm mayores. La hélice, en reversa, necesita más rpm para entregar la misma potencia (perogrullo dixit).

¿Está claro?

Continuaremos... ¿O no?

Originalmente publicado por caribdis

Si te fijas pone curva IDEAL de potencia de la hélice, va a ser muy difícil que encontremos una hélice que tenga esa curva, y además, para la misma hélice habrá una curva de mar en calma y otra de mar formada.

Hay que escoger la hélice que más se aproxime, conscientes de que en unas condiciones no llegaremos a las revoluciones máximas y la potencia quedará ligeramente por debajo del máximo, y en otras llegaremos a las revoluciones máximas, pero quedándonos bastante por debajo de la potencia máxima disponible.

Con las hélices de paso variable, en barcos ya de cierto porte, es posible obtener rendimientos óptimos, pero, en la práctica, resultan complejas de ajustar, y creo que poco interesantes para una navegación de crucero normal.

[TARABUSI]

Creo que estamos olvidando algo muy importante:

La pala tiene una forma cóncava por donde impulsa el agua, si la hacemos girar al revés impulsa por la cara convexa y pierde rendimiento, no velocidad, rendimiento, velocidad de giro necesaria para conseguir una velocidad de avance determinada.

Saludos

[Kane]

Me autocito:

"Ahora metemos reversa,
Hechos: La hélice trabaja peor. Disminuye su eficacia. Baja su rendimiento. Empuja (tira) menos."

Originalmente publicado por TARABUSI

Creo que estamos olvidando algo muy importante:

La pala tiene una forma cóncava por donde impulsa el agua, si la hacemos girar al revés impulsa por la cara convexa y pierde rendimiento, no velocidad, rendimiento, velocidad de giro necesaria para conseguir una velocidad de avance determinada.

Saludos

[Kane]

Lo siento. con los medios que tengo no puedo poner nada mejor. Pero es casi igual que el anterior, así que con buena voluntad...

El gráfico con lo de la marcha atrás.

Se supone que la curva de la hélice en avante es la ideal, y al poner reversa, con la hélice girando al revés, por tanto, el flujo de agua invertido atacando por el lado convexo y por el borde de salida, la curva se transforma en la B, que expresa un rendimiento menor.

Si queremos una potencia en hélice representada por la línea roja, en avante tendremos que meter la palanca hasta conseguir la rpm1 (punto 1), y en reversa habrá que meter un poco más hasta las rpm2 (punto 2).

Rpm 2 > rpm 1.
Cqd.

Pero esas rpm se refieren al motor. Estábamos suponiendo un acoplamiento motor/helice directo. Si ahora la transmisión reduce las rpm de la hélice a la mitad, tendremos que subir al doble las rpm del motor. Y puede que no lleguemos, quedándose limitadas a las rpm max. En estas condiciones no podemos alcanzar la P max del motor. En otras palabras, estamos limitando la potencia del motor.

[caribdis]

Bueno, al que le interese el tema, lo mejor es que se lea aquí de la página 164 a la 182. Viene detallado el proceso de elección de hélice para un barco concreto y cómo se obtienen los diagramas citados en este hilo.


Siento no poder poner nada similar en español, lo hay, por supuesto, pero no lo encuentro en la web, y el libro citado tiene la ventaja de que los ejemplos son de un velero de 41 pies con propulsión auxiliar.


Las curvas de la hélice parten de curvas de resistencia del barco en su conjunto, resistencia al avance, por olas y resistencia al viento de obra muerta y aparejo. Esto crea una curva en la que la resistencia va aumentando a medida que aumenta la velocidad del barco.


Para el mismo barco esa curva no es la misma si el mar está en calma que hay un mar formado y mucho viento. O si el casco está limpio o parece una batea de la ría de Arosa. Para la misma velocidad, la resistencia será mayor si hace mar o si el casco está sucio. Estas curvas estarán por encima de la de mar en calma.


Para vencer una resistencia determinada nos hace falta una potencia determinada. Y viceversa, para una potencia determinada podremos vencer una resistencia determinada y por tanto alcanzar una velocidad determinada, que será más alta con mar en calma y más baja con mar formada.


Para esas velocidades máximas, digamos 9 nudos con mar en calma y 6 con mar gruesa, podemos calcular un diámetro ideal y un paso ideal (utilizando normalmente series sistemáticas de comportamiento de hélices). Tendremos que escoger pues una hélice que se ajuste lo más posible a esos parámetros (que no van a ser exactamente iguales para un caso que para otro). Podríamos construir la hélice ex profeso, pero tampoco nos aseguraría tener el máximo rendimiento en las dos condiciones.


Con la hélice escogida podremos ver qué prestaciones nos permitirá. Aquí es donde se dibuja un diagrama del tipo del que aparece en el post #12, con la curva de potencia y revoluciones del motor que tenemos y las curvas de resistencia de la hélice que hemos escogido según sus revoluciones y la velocidad del barco (la diferencia entre velocidad del barco y de la hélice se desprecia, no todos los autores lo hacen, pero aquí si). Estas curvas van referidas a revoluciones reales de la hélice, y reflejan por tanto la relación de revoluciones que salen de la reductora, en la escala inferior vemos las revoluciones por segundo de la hélice y las revoluciones por minuto del motor.


Podemos perfectamente dibujar varias curvas para la misma hélice, y eso me parece bastante importante, pues no solamente nos interesa la hélice que nos haga ir más rápido con mar calmo, sino que también nos interesa saber qué hélice nos permitirá obtener del motor la máxima potencia con mar formado.


En el gráfico reseñado:




vemos que con el mar en calma esa hélice va demasiado poco cargada (pediría un paso o diámetro mayor) y que alcanzamos las revoluciones máximas del motor sin aprovechar toda su potencia. Pero con mar formada casi alcanzamos el punto ideal de máximas revoluciones y máxima potencia y podremos sacarle el máximo partido al motor en esas condiciones que probablemente son las más importantes.


En principio, es más seguro que esa curva pase por debajo del punto ideal, porque, en el caso de que la resistencia aumentara (imaginemos el casco sucio o un mar superior al calculado), la curva se movería hacia arriba (mayor resistencia para la misma velocidad), y todavía habría potencia disponible.


Vamos al caso de marcha atrás. Desconozco si hay series sistemáticas de rendimiento de hélices marcha atrás. En principio, entiendo que los parámetros principales que van a afectar a su rendimiento son los mismos: diámetro y paso.


Y las curvas de resistencia del casco van a ser más parecidas a las de mar formado que a las de mar en calma, porque para la misma velocidad, la resistencia del casco va a ser mayor que yendo avante. La curva estaría claramente por encima de la de mar en calma.
Teniendo eso en cuenta, y como utilizamos la misma hélice del mismo diámetro y del mismo paso, si la curva avante con mar en calma fuera ideal (que pasara por el punto de máximas revoluciones y potencia), la de marcha atrás sobrepasaría ese punto y no conseguiríamos llegar a las revoluciones máximas ni a la potencia máxima.


Si el cálculo está hecho para la hélice con mar formado puede que si, pero realmente no tengo datos para saber si las resistencias atrás son similares a las de mar formado, son superiores o se hallan entre las de mar formado y mar en calma.


¿Que pasa si la relación de la reductora no es la misma que avante?, igual que si fuera avante, si la relación es mayor, a máximas revoluciones del motor, la hélice gira más despacio, es como si desplazaramos la curva entera de la hélice a la izquierda. La del motor sigue en el mismo sitio, y si la curva de la hélice con mar en calma fuera ideal, nos encontraríamos con que no podríamos alcanzar ni las revoluciones ni la potencia máxima.


En cambio, si la curva de mar en calma es como la de la figura, desplazarla a la izquierda nos acercaría al punto ideal, que tal vez sea la intención de los fabricantes de las reductoras.


Si analizamos el comportamiento con respecto al diagrama del post #7




suponiendo que la figura refleja el ángulo de ataque óptimo (que proporciona mayor sustentación y por tanto mayor empuje y par); el que una curva de hélice de la primera figura esté por debajo de la ideal, significa que el flujo entra en la pala con un ángulo demasiado pequeño, la hélice estaría infracargada y deberíamos aumentar paso para llegar al ángulo óptimo. Como el paso es el mismo y si no cambiamos de hélice no lo podemos variar, ese ángulo óptimo también lo conseguiríamos disminuyendo las revoluciones, que es lo que pasa al tener una relación mayor de reductora en la marcha atrás. Puede que no podamos mover el piñón pequeño de una bici si nos encontramos con una cuesta arriba, pero si aumentamos la relación, pasamos a un piñón más grande y giramos menos veces la rueda para la misma potencia aplicada, sí que podremos.


Creo que habría que cuantificar todo, para un barco concreto para saber si la modificación de la relación es la correcta o nos pasamos por el otro extremo, pero sabiendo que la relaciones son esas, se puede escoger perfectamente una hélice de parámetros adecuados y que cumpla honorablemente con las condiciones más importantes a las que nos tenemos que enfrentar. Y me extrañaría que si no fuese positivo, uno de los fabricantes más importantes del mundo de motores marinos utilizara esas relaciones en sus reductoras.


Perdón por el ladrillo, un saludo

[Kane]

Cuando alguien se empeña en complicar lo que es fácil no tiene sentido seguir discutiendo. Es perder el tiempo.

Me apeo del hilo.

Buenas hélices.

[doctaton]

Originalmente publicado por Kane

Cuando alguien se empeña en complicar lo que es fácil no tiene sentido seguir discutiendo. Es perder el tiempo.

Me apeo del hilo.

Buenas hélices.

Esto me suena de haberlo leído antes.
Si te apeas de todos los hilos en los que no se coincide con tu opinión, no te quedarán hilos para participar!
El mundo está contra ti, cofrade!

[Kane]

Hay que ser selectivo.

Edito: A Tropelio le ha pasado lo mismo.

[caribdis]

Quien cree que todo es fácil
encuentra muchas dificultades. Por lo tanto:
el hombre sabio considera todo como difícil
y jamás encuentra dificultades.

Tao Te King- Lao Tse

Nadie se pone a construir una hélice de cuatro metros para un petrolero, de la que dependerá además tener un consumo óptimo o no sin estudiar el problema de la manera más profunda posible.

A una escala inmensamente menor, si me tengo que gastar casi 900 € en una hélice para un motor determinado, me gustaría estar convencido de que he hecho todo lo posible para encontrar la más adecuada.

Un saludo

[caribdis]

Encuentro en la página de Kiwiprops lo que parece una explicación de las distintas relaciones avante y atras:

"All Kiwiprops go to maximum pitch of ~ 24º in reverse to accommodate the higher redn ratios typical of Yanmar and some Volvo gearboxes fitted to shaft installations. This will introduce additional loadings in reverse and target the real world manouvering requirement where reverse is not generally used at other than lower engine rpm."

"Todas las hélices de Kiwiprops van a un paso máximo de ~ 24º yendo atrás para acomodarse a las relaciones más altas atrás típicas de Yanmar y algunas reductoras de Volvo en instalaciones con eje. Esto introducirá cargas adicionales yendo atrás y apunta a los requerimientos de maniobra reales en los que la marcha atrás no se usa normalmente más que a bajas revoluciones de motor."

Si sólo utilizamos el motor a pocas vueltas, digamos que a menos de 2.000 rpm, parece como si reduciendo también las vueltas de la hélice, pudieramos aprovechar más la potencia disponible del motor sin tener que revolucionarlo mucho. En el gráfico de potencia de motor y resistencia de hélice, sería desplazar la curva de la hélice a la izquierda, y de esa manera aumentar la resistencia para las velocidades bajas y por tanto poder utilizar más potencia de motor a esas vueltas...

Un saludo

[Bluemast]

Tan sólo un apunte:

CREO que el origen de la diferencia de (reducción) avante y atrás se debe a que en un caso trabajan AMBOS ejes / piñones de la reducción, mientras que atrás sólo trabaja uno de ellos.

Sabes cual es el reductor ? Es raro que atrás tenga una reducción TAN alta.
Y sí, hay reductores que trabajan habitualmente en posición "atrás" para llevar el barco avante (cuando el motor gira a dchas, en contra de lo habitual, a izqdas, sentido para el que se diseñan la mayoría de los reductores)

En cualquier caso, la hélice, reducción y geometría del casco se han diseñado para marcha avante.
Extrapolar rendimientos de esas geometrías en atrás, parece bastante arriesgado... sin un canal de experiencias, jjjj

[caribdis]

Originalmente publicado por Bluemast

Tan sólo un apunte:

CREO que el origen de la diferencia de paso avante y atrás se debe a que en un caso trabajan AMBOS ejes / piñones de la reducción, mientras que atrás sólo trabaja uno de ellos.

Sabes cual es el reductor ? Es raro que atrás tenga una reducción TAN alta.
Y sí, hay reductores que trabajan habitualmente en posición "atrás" para llevar el barco avante (cuando el motor gira a dchas, en contra de lo habitual, a izqdas, sentido para el que se diseñan la mayoría de los reductores)

En cualquier caso, la hélice, reducción y geometría del casco se han diseñado para marcha avante.
Extrapolar rendimientos de esas geometrías en atrás, parece bastante arriesgado... sin un canal de experiencias, jjjj

El motor sería un Yanmar 29 CV y su reductora de serie, la KM2P-1. Avante hay dos relaciones, 2,21:1 o 2,62:1, un fabricante de hélices me recomienda esta última; y atrás la relación es siempre 3,06:1.

El esquema de la reductora me imagino que sería algo así:



Con este esquema, dependiendo de los engranajes que se monten, imagino que no hay problema en conseguir la relación que se desee, tanto avante como atrás...

La elección de distintas relaciones avante y atrás parece totalmente deliberada y la explicación CREO que es que al girar más despacio el eje atrás que avante, con el mismo paso en vez de mayor como le correspondería, el motor va más ligero y se puede (debe) subir más de vueltas y obtener más potencia, aparte de que al tener más revoluciones, el efecto centrífugo es mayor y se evita que la hélice se cierre por el empuje que ejerce hacia proa.

Gracias por la ayuda..