Tamaño adecuado de hélice para un velero

[allora]

Saludos a todos.

He estado viendo antiguos hilos sobre este tema y sé que acertar con la medida buena es complicado, pero os quiero explicar mi caso a ver si aclaro un par de dudas que tengo.

Le puse un motor de 30 C.V. al velero (31 pies), encontré un tutorial por internet para determinar el diámetro y paso de la hélice con unos gráficos que me gustó y me daba como resultado un diámetro entre 15 y 16 pulgadas, y un paso entre 11 y 12 .

Estaba decidido a poner una 15x11, cuando me hablaron del problema de la cavitación, y que como norma general se aconsejaba dejar un par de pulgadas entre la punta de la pala y el pantoque en popa.
Para cumplir con lo de las 2 pulgadas le puse un diámetro de 14” y “compensé” el menor diámetro con un paso de 13”. En este tiempo con ella tengo la sensación de que al barco le falta un nudo, nudo y medio de velocidad media, para mantener unos 5 – 5,5 nudos tengo que llegar a cerca de 3000 RPM y se supone que con la potencia que tengo tendría que conseguir esa velocidad con menos RPMs.

Como anécdota, él que me habló de la cavitación (el mecánico que instaló el motor), una vez que ya había comprado la hélice, me dijo que en un velero por la forma del casco en popa no era tan importante, que el problema lo tenían los barcos a motor por su pantoque plano y en un velero no era necesario ser tan estricto, si eso es cierto me lo podía haber dicho antes

En resumen, por una parte querría saber si la regla de las 2” es tan obligatoria en un velero, he visto en el varadero veleros que las palas de sus hélices casi rozan el casco. Por otra parte ¿Aumentando el diámetro de la hélice también se consigue aumentar la velocidad?

Gracias por la ayuda.

[ZARKA]

La distancia mínima que recomiendan entre hélice y casco es de un 15-20% de su diámetro. Como dices, se ven muchos barcos que no cumplen esto.

Dicho esto, debo reconocer que lo de los tamaños de hélices tiene un punto de magia. Además, ten en cuenta que hay tres factores a tener en cuenta: diámetro, paso y superficie de las palas (se da en % ocupado del círculo).

Para mi barco (33' y 30HP) me calcularon una hélice de 16x10 y tuve que rebajarla a 16x8,5 ya que el motor no llegaba a máximas rpm. Además, la distancia entre casco y hélice era menor de 5cm (el técnico afirmaba que no tenía importancia) y mi sensación es que aumentaron las vibraciones posiblemente debido a cavitación.

[Luis Martí]

Otro aspecto importante a tener en cuenta es la relación de desmultiplicación de la reductora.

Una calculadora que me parece interesante está disponible en

https://www.vicprop.com/free-propell...ng-calculators

Saludos,

[inhaqui]

Se habló en otro post del tema y mr quedara con este esquema.... por si te ayuda.

[Galatea Nautica]

Buenas

En cualquier barco tienes que tener unos huelgos mínimo de hélice, desde el casco, y desde el codaste proel, y en caso que lo tuviera el popel.

Pero para el correcto funcionamiento de una hélice no solo es necesario tener los huelgos correctos.
Para evitar ruidos y vibraciones como mínimo debes tener un huelgo al casco de no menos de 50 mm para tu velero. Por lo que mides desde el centro del eje o de la tuerca al casco y compruebas la distancia, le quitas 50 mm, y ese es el radio de tu hélice, no la pongas mayor.

Luego tienes que tener en cuenta:

- Calado del barco en popa en condición de servicio.
- Desplazamiento en calado de verano/servicio.
- Numero de revoluciones por minuto de regimen de crucero. Ojo no las nominales, si no las que tengas de servicio, que viene a ser de un 80 % de las nominales.
- Relación de reducción, muy importante
- Si tuvieras las formas del barco pues mejor que mejor, es caso contrario, modelo y marca.

Y creo que no se me queda nada en el tintero.

INPORTANTE. El numero de cilindros de tu motor. Intenta no poner el numero de palas de la hélice que sea múltiplo o divisor del numero de cilindros del motor, tendrás riesgo de resonancia y vibraciones, que si te pillan fuera del regimen de crucero, pues bueno, pero si te coinciden con el regimen de crucero adiós!!!!, estas perdido, y el barco te vibrará.

Una vez que tengas todos los datos, envíalos a una fundidora para que te fabriquen tu hélice, ellos tienen todos los datos para obtener la hélice optima para tu barco y motor instalado.

Todo lo que veas en tutoriales, no te sirve, si luego el que te vende la hélice no dispone de las mismas curvas de propulsor aislados, con todas las series sistemáticas y formas concretas de las palas.

Esto de las hélices es un tema muy critico, ten presente que el propulsor es el encargado de transmitir las potencia BHP, y transfórmalas en EHP, pasando por las THP del propio propulsor, si no tienes los datos correctos del barco el que te salga una hélice bien es una lotería, estarás quemado GO, y arrastrándote por el mar.

El problema de tu hélice según lo que cuentas no es que cavite, es que tiene un alto grado de resbalamiento, con lo que el rendimiento de la misma baja drásticamente.

Suerte,

[caribdis]

La elección de hélice es un tema complejo en el que las simplificaciones son malas consejeras. Lo primero que nos haría falta es una curva de resistencia al avance según aumenta la velocidad.


Seguramente harían falta unos datos reales difíciles de tomar, o una extrapolación de pruebas de canal de experiencia, que es como se hace en buques, o una aproximación teórica.Hay programas actuales, similares a los de rating en las regatas que consiguen muy buenas aproximaciones, pero los datos que es necesario suministrarle para tener buenos resultados son extensos.


Con esa curva de resistencias tenemos la curva ideal de potencia que nos debe suministrar una hélice, pero la curva de potencia del motor con respecto a sus revoluciones no se parece mucho, por lo que debemos concentrarnos en que sí coincidan en la máxima potencia y máximas revoluciones.




En el diagrama se ve como con una hélice de demasiado paso o diámetro llegamos casi a la potencia máxima pero nos quedamos muy lejos de alcanzar las revoluciones y potencia óptima y con una hélice de demasiado poco paso o poco diámetro alcanzamos las revoluciones máximas sin aprovechar la potencia...


Los fabricantes de hélices tienen buenos programas de cálculo de resistencia al avance y experiencia para valorar los múltiples factores que inciden en la curva de la hélice, pero aún así, cuantos más datos se les pueda proporcionar, formas de casco incluídas, más posibilidades tendremos de acercarnos a la hélice que nos permita aplicar la potencia máxima del motor.


Y recordar que las curvas de resistencia con el mar en calma y con mar formada son distintas, así como con el casco limpio o lleno de caracolillo.

[Egis]

Pues... ya muy bien te han contestado Galatea Nautica y Caribdis.

El tema de la elección de hélice es un tema complejo que puede resolverse por nomógrafos, cálculo, experiencia y en donde también hay parte de "magia".

Entre la superficie de la hélice y el casco de bede respetar una holgura o separación de por lo menos el 15% del diámetro de la hélice.

La cavitación es un fenómeno peligroso y muy dañino para las hélices que además puede causar estragos en el casco o en las personas pues no sería la primera vez que una pala salga despedida por causa de una rotura por cavitación, la fuerza centrífuga hace resto. Aparece cuando el paso o diámetro o superficie de pala es inadecuado a la velocidad de giro y del barco. También aparece cuando la hélice está muy cerca del casco.

El numero de palas DEBE estar relacionado con el número de cilindros del motor. En un motor de dos cilindros NO coloques una hélice de dos o cuatro palas. En un motor de tres cilindros NO coloques una hélice de tres. Pues a cierto régimen tendrás un problema de resonancia que te hará vibrar todo el barco y además tendrás el riesgo de dañar a todo el conjunto motor.

Lo mejor para elegir una hélice es recurrir a los servicios de una fundidora especializada en hélices. Te saldrá más barato y te darán una de la medida correcta. Te pedirán datos del barco, motor, reductora y con ellos te calcularán la hélice para tu barquito. NI lo pienses más... andar cambiando una hélice por otra "a ojímetro" sólo te dará gastos y resultados poco satisfactorios.

[caribdis]

Para ilustrar el tema con un ejemplo pongo una discusión de otro hilo sobre distintas potencias a instalar en un velero de 41 pies, sus prestaciones y que pasos y diámetros serían óptimos en cada caso:


La resistencia al avance con calma chicha y mar plano es muy baja, aumenta mucho conforme nos acercamos a la velocidad de casco, pero estamos hablando de resistencias en torno a los 1.000 N, sobre los 100 Kg fuerza.





Es la curva inferior. Con mar y viento las resistencias aumentan mucho, la curva superior es la que corresponde a mar de cuatro metros y viento de 30 nudos.

Estas serían las curvas de potencia necesaria para cada condición y velocidad:





Aqui está representada la potencia del Yanmar 1GM10, que tiene una potencia nominal de 6,6 Kw a 3.600 rpm (9 CV), a la que recortamos un 10% debido a las pérdidas de transmisión, quedan 5,94 Kw efectivos.

Con esta potencia, nos permitiría alcanzar una velocidad de 6,35 nudos, con un consumo de 2,25 litros/hora. Me parecen unas prestaciones bastante decentes.

Es más, yendo a 2.500 vueltas aún se puede llevar una velocidad de 4,5 nudos, con un consumo de 0,8 litros hora.

Para el motor de 29 Cv que pensaba antes, iríamos a 6,35 nudos a 2.200 vueltas con un consumo de 1,5 litros, mejor que con el 9 CV, pero no estoy seguro de cuanto es lo mínimo que consume, al ralentí ya se obtendría más velocidad que los 4,5 nudos del motor pequeño a 2.500 vueltas.

Con los 300 litros de gasóleo previstos, a 0,8 lt/hora se harían 375 horas a 4,5 nudos, ni más ni menos que 1.687 millas...me parece difícil hacer eso con un motor más grande.

En cuanto al diámetro y paso ideales, me salen 0,37 m (entre 14 y 15 pulgadas) y 0,18 (7 pulgadas), habrá que ver que hélices hay que sean similares a esta proporción o encargar una específica.





Se podría utilizar una reductora más desmultiplicada, pero me salen diámetros bastante mayores, 37 cm me parece una medida razonable.

Con el motor pequeño, evidentemente, las prestaciones con mar y viento son discretas. Se podría ir a 4,19 nudos con mar de 1 metro y viento de 15 nudos o a 2,86 nudos con mar de 2 metros y viento de 22 nudos. Aqui hay una diferencia grande con un motor de 29 CV, pero estamos hablande de condiciones en las que hay viento, y lo suyo es ir a vela. No entenderé nunca que el motor sea el elemento último de seguridad en un barco, para mi siempre debe ser la vela, un barco equilibrado puede aguantar 60 nudos con una costa a sotavento, son elementos muy simples los que lo hacen, un mástil, unas velas y un timón, en un motor influyen cientos de factores, suciedad en el gasóleo, algas en la refrigeración, fallos eléctricos o electrónicos, escora, posible agua en sentina...



Por viento solo no hay problema. La mayor parte de la resistencia al avance la aporta la ola y es energía desperdiciada en los movimientos de arfada y cabeceo sobre todo. Es la llamada resistencia residual y en ella influye muchísimo lo centrados o no que estén los pesos.

Con mar plana, la resistencia al viento de casco y jarcia no llega a ser nunca de una enorme magnitud. Por ejemplo, para 40 nudos de viento en los morros, la velocidad del barco con el Yanmar 9 CV sería de 5,95 nudos en vez de los 6,35 nudos de la calma chicha. Es la curva de potencia en rojo:

[jonam52]

yo no sé tanto de helices como los cofrades pero si que tengo experiencia de una vez haber querido mejorar el rendimiento de un motor cambiando de hélice a "ojímetro" y al final si que lo consegui.... pero me salió más caro que haber encargado una helice a medida a un buen profesional.

Los experimentos mejor con gaseosa como dicen y con las hélices hay tantas cosas a tener en cuenta que es mejor ir a un profesional.

[Apagapenol]

Originalmente publicado por allora

Estaba decidido a poner una 15x11, cuando me hablaron del problema de la cavitación, y que como norma general se aconsejaba dejar un par de pulgadas entre la punta de la pala y el pantoque en popa.

[...]

En resumen, por una parte querría saber si la regla de las 2” es tan obligatoria en un velero, he visto en el varadero veleros que las palas de sus hélices casi rozan el casco. Por otra parte ¿Aumentando el diámetro de la hélice también se consigue aumentar la velocidad?

Originalmente publicado por ZARKA

Además, la distancia entre casco y hélice era menor de 5cm (el técnico afirmaba que no tenía importancia) y mi sensación es que aumentaron las vibraciones posiblemente debido a cavitación.

Originalmente publicado por Egis

También aparece cuando la hélice está muy cerca del casco.

Buenas noches, cofrades:

Me permito discrepar con los que pensáis que la cercanía al pantoque es la causa de la cavitación.

La falta de espacio entre la hélice y el resto de las estructuras de popa (no sólo el pantoque, también el codaste y el timón) lo que produce es vibración, debida a que el flujo de impulsión de la hélice queda perturbado.

La cavitación, como dice el cofrade Egis, está causada por una excesiva presión sobre la superficie de las palas, que a su vez está relacionada con la velocidad del agua sobre las palas, la potencia suministrada a la hélice, el rendimiento de ésta, y, por supuesto, con la superficie de las palas.

Si para cumplir con la distancia mínima (aproximadamente 15~20% del diámetro de la hélice) nos vemos obligados a instalar una hélice de menor diámetro, el empuje se repartirá sobre una superficie menor y la presión sobre las palas aumentará, y esto sí provoca la cavitación.

Para evitar la cavitación no tendremos más remedio que ir a una hélice de mayor superficie de pala (aunque esto tiene un efecto limitado) o de mayor número de palas (que también tiene un efecto limitado) o replantear el diseño completo (diámetro y paso) de la hélice.

Por cierto, hay hélices en las que la cavitación se presenta muy pronto; es el caso de las hélices de palas plegables y orientables en las que el propio principio de funcionamiento de la hélice exige que el perfil de la pala presente un alabeo limitado o incluso tenga que eliminarse completamente, lo que provoca que el desprendimiento del flujo sobre la pala tenga lugar antes, y por tanto, aparezca la cavitación.

Saludos y

[Apagapenol]

Aunque es un caso extremo que no tiene nada que ver con las hélices de los barcos de recreo, os dejo una foto de la hélice de un submarino moderno, concretamente del Proyecto 636.3 ruso, que sirve para ilustrar lo que digo en el post anterior.



Los submarinos no pueden permitirse la cavitación en sus hélices, pues esto los delataría a los sistemas de escucha enemigos. Por eso, las palas tienen esa forma recortada, en la que se ha eliminado la zona donde se inicia la cavitación. Pero con esto se disminuye la superficie total de la hélice, lo que haría aumentar la presión sobre las palas, que a su vez haría que la cavitación comenzara antes. La solución, como se ve en la foto, es aumentar el número de palas.

La situación de la hélice también es crítica: todas las estructuras (timones de dirección y profundidad) están situadas a proa de la hélice, al objeto de que el flujo de impulsión no encuentre obstáculos que pudieran provocar vibraciones.

Saludos y

[allora]

Gracias a todos por las respuestas. Para empezar veo que he metido la pata con el número de palas, mi motor es de 3 cilindros y entiendo que tendría que haber sido de 4 palas.



Galatea Nautica, lo del resbalamiento, entiendo que significa que la hélice no empuja lo suficiente, ¿verdad?

[ZARKA]

Yo llevo desde hace años una hélice de tres palas con un motor de tres cilindros y te aseguro que no es ningún drama.

[Apagapenol]

Originalmente publicado por ZARKA

Yo llevo desde hace años una hélice de tres palas con un motor de tres cilindros y te aseguro que no es ningún drama.

A mí me extraña mucho eso de la resonancia de una hélice de n palas en un motor de n cilindros, no lo he visto en mi vida, ni lo comentan las webs de fabricantes de hélices.

Lo que sí está claro es que cualquier sistema tiene unas frecuencias propias de vibración, y lo único que se me ocurre es que ya sería mucha - demasiada - casualidad que la frecuencia propia de la hélice coincidiera con la del motor...

Saludos y

[pepebas]

Originalmente publicado por ZARKA

Yo llevo desde hace años una hélice de tres palas con un motor de tres cilindros y te aseguro que no es ningún drama.

Me ocurre lo mismo que a Zarka: Volvo Penta D1-20 de 3 cilindros y hélice fija de 3 palas. Cero problemas.

[Galatea Nautica]

Originalmente publicado por allora

Gracias a todos por las respuestas. Para empezar veo que he metido la pata con el número de palas, mi motor es de 3 cilindros y entiendo que tendría que haber sido de 4 palas.



Galatea Nautica, lo del resbalamiento, entiendo que significa que la hélice no empuja lo suficiente, ¿verdad?

Buenas

No te preocupes, que como dicen los cofrades, no tiene porque aparecerte la resonancia en tu regimen de funcionamiento. tener el mismo numero de palas que de cilindros no es lo ideal, pero como dije en mi planteamiento primero, tiene el peligro de resonancia, para mi es una linea roja.

El resbalamiento, es lo que debería avanzar la hélice respecto a lo que avanza realmente. Imagínate un tornillo rosca madera, cada vez que das una vuelta el tornillo avanza su paso de rosca en el taco de madera, cierto?, pues en el agua al ser un fluido, la hélice no avanza lo mismo que el paso que tiene la misma. A esa relación se llama resbalamiento de la hélice.

Cavitación:

Es un tema muy complejo, en contra de los que ha dicho algún cofrade, el aumento de presión garantiza la NO aparición de cavitación. Cuanto mas sumergida este la hélice, es decir mas presión hidrostática tengamos, menos riesgo de cavitación tendremos.

No voy a entrar en polémicas con este tema, iros a la teoría de Burill, con su método para evitar la cavitación en hélices.

Si la hélice en su funcionamiento este muy cerca de la superficie, la pala que pasa cerca arrastra burbujas, estas al entrar en zona de mayor presión, (al ser arrastradas por la pala), esa burbuja que en principio estaba relacionada con la presión atmosférica, o muy cercana a ella, disminuye su tamaño, (si hay cavitación) es que la burbuja ha pasado a su presión de vapor, por lo que cuando es arrastrada nuevamente hacia arriba, la burbuja implosiona, y golpea en mayor o menor medida la superficie de la pala.

Burrill estudia el fenómeno desde la vertiente del la profundidad de la pala, en su R/7.

Como digo es muy complejo el tema de las hélices, y si no quiere te pase lo que a Jonam52, encarga la hélice optima a un profesional.

Salud

[caribdis]

No sé si alguien está aquí confundiendo cavitación con ventilación...
https://www.barcosnews.es/noticias/2...-o-ventilacion


La cavitación la produce la velocidad relativa entre pala y agua, que disminuye la presión y hace hervir el agua a temperatura ambiente, creando burbujas gaseosas, cuando esas burbujas encuentran de nuevo la presión normal, implosionan, porque vuelven al estado líquido y el gas ocupa más espacio que el líquido, esa implosión arranca partículas metálicas de la pala, no donde se forman las burbujas, sino en la salida de la pala.






https://www.bksv.com/es/knowledge/bl...-is-cavitation


Para evitar la cavitación es necesario reducir la velocidad sobre las palas y para mantener el mismo empuje, se debe aumentar su superficie.


http://fundicionesrice.com/assets/fr.../TNL101esp.htm

[Apagapenol]

Originalmente publicado por caribdis

No sé si alguien está aquí confundiendo cavitación con ventilación...

Más bien sí...

Saludos y

[allora]

Gracias a todos por la ayuda. Está claro que es un tema complicado y que jugar uno con unos gráficos a ver si acierta no suele salir bien.


Como me habéis dicho, voy a contactar con un profesional para que me hagan una a medida, un par de vosotros me habéis pasado unos contactos muy útiles.


Tardaré unos meses en hacer el cambio y prometo rescatar el hilo para contaros qué hélice me han fabricado y qué tal me va.


Saludos.

[Galatea Nautica]

Recuerda, muy importante, el que te la diseñe que sea el que la fabrica, así la responsabilidad solo es del suministrador.

Muchas suerte y ya nos contaras.

Saludos,

[ZARKA]

Es un tema complejo. Ponte en manos de un profesional pero busca referencias.

Yo encargué una hélice a un fabricante pasándole todos los datos del barco y la tuve que modificar rebajándole el paso ya que el motor no alcanzaba las máximas rpm. No me cobraron la modificación pero tampoco me dieron ninguna explicación, a parte de sugerir que mi barco hacía cosas raras como meter mucho la popa al navegar a motor (!?). También se saltaron la regla de la mínima separación entre hélice y casco, con un aumento de vibraciones considerable.

Lo dicho, busca alguien con referencias.

[Apagapenol]

Originalmente publicado por ZARKA

Es un tema complejo. Ponte en manos de un profesional pero busca referencias.

Yo encargué una hélice a un fabricante pasándole todos los datos del barco y la tuve que modificar rebajándole el paso ya que el motor no alcanzaba las máximas rpm. No me cobraron la modificación pero tampoco me dieron ninguna explicación, a parte de sugerir que mi barco hacía cosas raras como meter mucho la popa al navegar a motor (!?). También se saltaron la regla de la mínima separación entre hélice y casco, con un aumento de vibraciones considerable.

Lo dicho, busca alguien con referencias.

Completamente de acuerdo.

Cuando cambié el motor, pedí un estudio técnico independiente de todo el tren de potencia (motor, inversora, eje y hélice). Las recomendaciones (que seguí al pie de la letra) fueron más acertadas que lo que me decían el fabricante del motor y el fabricante de la hélice.

Saludos y

[rapaz]

Originalmente publicado por allora

Gracias a todos por la ayuda. Está claro que es un tema complicado y que jugar uno con unos gráficos a ver si acierta no suele salir bien.


Como me habéis dicho, voy a contactar con un profesional para que me hagan una a medida, un par de vosotros me habéis pasado unos contactos muy útiles.


Tardaré unos meses en hacer el cambio y prometo rescatar el hilo para contaros qué hélice me han fabricado y qué tal me va.


Saludos.

Hola, si te sirve de algo y puede ser más económico, a mi me pasó algo parecido y envié la hélice al proveedor(fabricante) quién abrió el paso de la misma hélice 1" más y así quedó bien. Hélice de tres palas en motor de tres cilindros y nada de vibración.

Saludos

[Galatea Nautica]

Originalmente publicado por Apagapenol

Completamente de acuerdo.

Cuando cambié el motor, pedí un estudio técnico independiente de todo el tren de potencia (motor, inversora, eje y hélice). Las recomendaciones (que seguí al pie de la letra) fueron más acertadas que lo que me decían el fabricante del motor y el fabricante de la hélice.

Saludos y

Correcto, es que eso es lo que hay que hacer en este tema, el estudio de todo el conjunto, además cuando hablo del suministrador, hablo de suministradores, fabricantes, fundidores de reconocido prestigio. De la infinidad de hélices que he encargado, solo una salió mal, y se hicieron cargo de todo, no la modificaron, desmontaron la primera cuando traen la segunda, los barcos profesionales no pueden parar, no hablamos de deportivos.

Pero claro como bien dices tienes que encargarlo a profesionales, el estudio, y la fabricación.

Salud

[allora]

Originalmente publicado por rapaz

Hola, si te sirve de algo y puede ser más económico, a mi me pasó algo parecido y envié la hélice al proveedor(fabricante) quién abrió el paso de la misma hélice 1" más y así quedó bien. Hélice de tres palas en motor de tres cilindros y nada de vibración.

Saludos

Gracias. En este caso la compré a una náutica que las venden por catálogo, me temo que sólo me dará problemas hacer eso.
Voy a probar con esa opción de diseñador y fabricante.