A pesar de encontrarse escondida en el rincón más oscuro y
profundo de la sentina, no debe permanecer
ignorada. La transmisión de un barco tiene muy poco que ver con
la de un coche ya que no tiene diferentes marchas o velocidades.
La inversora es la pieza que permite ajustar el régimen de giro
del motor con el del eje de la hélice de tal modo, que a
velocidad de crucero, el motor
vaya a las “rmps” en la que funciona mejor o sea su par máximo. La
segunda función fundamental de la inversora es la de poder
invertir el sentido de giro de la hélice y así disponer de
marcha atrás, una posición neutral y marcha avante.
En esta inversora
el embrague
central situado en la parte inferior, es el que permite decidir
por el engranaje helicoidal de la izquierda, o bien por la unión
mediante un tercer eje de piñones entre los dos ejes de la parte
derecha.
Al meter avante o atrás, la función del embrague no es tan crítica
como en un vehículo, pues la hélice trabaja en el agua y por
tanto puede “patinar” en el "medio", a diferencia de las ruedas de un
vehículo en la carretera en la si soltamos el embrague bruscamente
calaremos el motor.
Existen diferentes soluciones adaptadas a diferentes barcos y
potencias de motorización. Desde la reductora totalmente mecánica, a
las que son operadas de forma hidráulica, y hasta con sistemas de
transmisión totalmente hidráulicos en donde la potencia es
transmitida por el flujo de un aceite movido por una bomba conectada
a la salida del motor que es enviado por unos latiguillos de alta
presión, hasta una turbina conectada en el eje de
transmisión en cuyo extremo se encuentra la hélice.
Conocido como "V"
drive por permitir un ángulo parecido al de la letra "V", entre la
entrada y la salida de potencia. Es ideal para conseguir invertir el
sentido de la transmisión de potencia.
A la salida
del motor
En la transmisión de potencia podemos encontrar diferentes
elementos, cada uno con una función importante;
Inversoras, reductoras, acoplamientos del eje, transmisión, cojinete de
empuje, Dampers, o cardanes y juntas homocinéticas.…
Desde que el motor produce potencia a la salida del cigüeñal, hasta
que esta energía es aprovechada en la hélice, distintos elementos se encargan
de transmitir esta potencia y soportar las fuerzas que se producen
como consecuencia de la utilización de esta potencia.
Cada uno de estos elementos tiene un cometido bien definido y a
veces varios de ellos están integrados en un mismo dispositivo, y por
esta razón a veces se habla indistintamente de transmisión, de
inversora, o de reductora. Pero cada uno de ellos tiene un cometido
distinto.
Diferentes sistemas con diferentes tecnologías y de diferentes
fabricantes. Por ejemplo, la transmisión de potencia puede efectuarse
de forma lineal o con un ángulo. Existen barcos en los que la disposición de
la bancada del motor y la salida de la hélice requieren que la
potencia transmitida necesite un cambio de sentido, es lo que se conoce como “V
Drive”. Estas transmisiones en “V” hacen también las veces de
reducción en el régimen de giro, y también ofrecen la función de
inversión de giro para la marcha atrás.
“V”Drive:
El diámetro de los engranajes y sus piñones da una idea de la gran
fuerza que han de soportar como consecuencia de la reducción en el
régimen de giro y por tanto del aumento del momento angular (fuerza
de giro). El
hecho de utilizar piñones helicoidales permite aumentar la
superficie de contacto entre piñón y piñón y por tanto aumentar la
potencia transmitida. La fabricación de este tipo de engranajes es
cara y de allí el alto precio de las transmisiones, inversoras y
reductoras.
El cuidado de la inversora
La verdad es que soportan lo indecible sin rechistar, lo cual no
quiere decir que nos debamos olvidar de ellas. Incluso en el primer
barco que tuve, ni siquiera sabía que existía tal mecanismo y por
tanto nunca verifiqué su nivel de aceite. Al final me enteré de su
existencia y entonces comprobé como prácticamente estaba sin
aceite en la caja, a pesar de lo cual nunca falló.
Lo cierto es que el mantenimiento de una inversora requiere
simplemente comprobar una vez al año el nivel del aceite de la caja,
que permite que todos los piñones funcionen con su correcta
lubricación. Para ello, el tapón de plástico por el que
rellenar si fuera necesario un poco de aceite, tiene una pequeña
varilla con dos marcas de nivel para dejar la caja en su nivel
adecuado.
Nunca debemos sobrepasar el nivel superior pues el esfuerzo de mover
el aceite en el interior de la caja produciría enormes pérdidas de
potencia por fricción del aceite y un gran calentamiento en la
inversora. Si nos pasamos de líquido, sin duda debemos aspirarlo
para dejar el nivel en su justa medida.
Las inversoras más
utilizadas, a diferencia de la "V"Drive, tienen la salida al lado de
contrario de la entrada, quedando interpuesta entre el eje de la
hélice y el motor del barco. Existen muchos modelos, alguno de los
cuales ofrecen un ligero ángulo de salida respecto al eje de
entrada (la primera de la izquierda), y dependiendo de su tamaño y potencia tendrán asistencia
hidráulica para su manejo.
Adaptar el régimen de giro
Para reducir el régimen de giro que sale del cigüeñal del motor,
bastaría con pensar en un par de engranajes con un número de piñones
adecuado. Y esto es realmente lo que hace una reductora/inversora.
¿Si son tan sencillas, entonces por qué son tan sorprendentemente
caras? Dejando aparte políticas comerciales y de mercado, aunque en teoría se trata de un elemento sencillo, la
realidad es que al reducir la velocidad del giro aumenta la
“fuerza” o el momento del par que ha de soportar este sistema
mecánico. En definitiva, los piñones utilizados son de mucho tamaño
y con diseños adecuados para poder soportar mucho esfuerzo mecánico.
Al final las inversoras tienen un montón de mecánica interior y no
son tan triviales, pues necesitan apoyo hidráulico para activar el
cambio de engranaje.
Lo mismo ocurre con un simple eje que transmita una misma cantidad
de potencia o trabajo. Si gira muy rápido, lo cual es muy inadecuado
en los barcos, su diámetro puede disminuir de forma sustancial, pero
cuando esa misma potencia es transmitida a poca velocidad de giro,
es necesario aumentar el diámetro del eje para que éste pueda
soportar la transmisión de esa misma cantidad de potencia.
De forma “equivalente” ocurre con la electricidad, con la que para
transmitir una misma cantidad de potencia eléctrica, tendremos que
aumentar la sección del cable (equivalente a la sección del eje de
transmisión del motor en este ejemplo) en la medida en que disminuye
el voltaje (equivalente a la velocidad de giro del eje) al que se
transmite esa misma potencia. Por esta misma razón, hay barcos en los que
la tensión del parque de baterías es de 24 voltios, sólo para que
los cables por los que circula la potencia (eléctrica) puedan ser de menor
sección y de menor coste.
A partir de los 50 ó 70 CVs, las reductoras o inversoras suelen
tener bombas de aceite interna para generar presión con la que
controlar sus mecanismos, y este aceite se calienta por lo cual
necesitan un sistema de refrigeración, que sumado con los mecanismos
de inversión de giro, acaban por complicar la ingeniería de estos
elementos.
Un típico motor diesel gira a la salida del cigüeñal a unos 2.000
rpms y una hélice girando a esta velocidad tendría que ser pequeña y
por tanto ineficaz. La relación de piñones entre la entrada y la
salida es lo que se llama relación de reducción. Si por ejemplo
fuera 2:1, significaría que por cada dos vueltas a la salida del
cigüeñal, la hélice giraría solo una vuelta.
Como se trata de una reducción mecánica, esta viene fijada por sus
engranajes y por tanto no es posible modificar, a no ser que
cambiemos toda la reductora. Y es por esta razón, por la que si
tenemos que “afinar” el rendimiento de nuestro barco, tengamos que
cambiar de tamaño o paso de hélice, más sencillo que tener que
cambiar toda la reductora, lo cual sin duda sería otra opción pero
mucho más cara.
Un fabricante de reductoras ofrecerá un mismo modelo en diferentes
relaciones de reducción por ejemplo 1,5:1 o bien 2,2:1, o incluso
con reducciones más elevadas como por ejemplo 2,6:1. Pero existen
muchas soluciones mecánicas de muchos fabricantes, por ejemplo para
barcos de grandes potencias y con hélices de paso variable existen
transmisiones que ofrecen diferentes “marchas” o factores de
reducción que permiten ajustar el régimen de giro de la hélice y por
tanto el rendimiento del barco al tipo de trabajo que vaya a
realizar.
Muchas transmisiones tiene la posibilidad de retirar una tapa que
cubre un engranaje desde el cual poder extraer potencia para por
ejemplo mover un grupo hidráulico auxiliar necesitado en el barco. En caso de ser utilizado, es en este punto donde se conecta un
engranaje que toma potencia para algún sistema auxiliar.
¿Cómo funciona la inversora?
La inversión en la dirección de giro se logra mediante un mecanismo
de doble embrague (en la mayoría de los modelos) que permiten elegir entre dos ejes que giran en
sentidos contrarios. Diferentes fabricantes ofrecen diferentes
soluciones, pero el esquema propuesto en la figura explica el
funcionamiento de la gran mayoría de ellos.
En el acoplamiento a la salida del motor
(1),
la conexión se establece a través de un disco con acoples de goma
que favorece la suavidad entre la salida del motor y la entrada a la
inversora. Los engranajes
(1)
y
(5)
de la izquierda de la imagen,
giran siempre en sentidos opuestos y por tanto así lo hacen también
los ejes internos
(2)
y
(6)
que transmiten la potencia por el eje interior hasta los dos embragues de Avante
(en gris) y Atrás (en rojo).
En el sentido de “Avante”, la transmisión se establece (en flechas
azules) a través del embrague de avante
(2). En Avante es el embrague
(2)
el que trabaja transmitiendo la potencia a través de la parte
exterior del embrague a la corona
(3)
que mueve el engranaje
(4),
que a su vez hace girar el engranaje de salida
(5)
(en gris)
en dirección de
Avante al eje de la hélice
(8).
En esta situación, aunque la parte interna del embrague de "Atrás"
gira movido por el eje interno de marcha atrás no transmite el
movimiento a la parte exterior de este embrague. Cuando hay que
meter la marcha atrás, simplemente bastará con cambiar el estado de
estos dos embragues, pasando la potencia de
(1)
a
(5)
y por tanto
hasta el embrague de Atrás
(6)
que trasmitirá el movimiento a
(7)
por su corona exterior y este a su vez al engranaje de salida
(5)
pero que esta vez girará en sentido contrario.
El cojinete de empuje
No perdamos el norte. Al final de lo que se trata es de lograr que
el barco “ande”. Es decir el fin último del motor es generar fuerza
para que el barco se mueva. Y esta fuerza se crea en las palas de la
hélice debido al movimiento y reacción de la masa de agua
trasladada.
La hélice es por tanto el primer elemento que “empuja” el barco
hacia delante y como está firmemente unida al eje de transmisión, la
fuerza de empuje que puede llegar a ser de muchas toneladas en los
grandes barcos, es transmitida al eje que gira.
El eje de transmisión además de hacer girar la hélice es por tanto
el que “empuja” el barco hacia delante. Y esa fuerza de empuje tiene
que ser “descargada” al barco en algún elemento mecánico pues en
caso contrario el eje acabaría destrozando la inversora o el motor
de tanto hacer presión y fuerza.
Es el cojinete de empuje el que transmite el “empuje” de la hélice
al barco. Para ello existen diferentes modelos en el mercado,
algunos de los cuales además permiten acoplar el eje con el motor y
absorber pequeños desalineamientos entre el eje del motor y el eje
de la hélice. Todo cojinete de empuje está formado por un conjunto
de rodillos y no bolas, para que la fuerza sea transmitida desde el
eje de giro a la parte exterior del cojinete que a su vez está fijo
a través de una bancada al casco del barco.
Este pequeño motor y
su transmisión carecen "aparentemente" de rodamiento de empuje. La
realidad es que tal rodamiento está "incluido" dentro de la
inversora, y por tanto es la inversora la que empuja el barco hacia
delante, transmitiéndose el empuje a través de los "silent blocks" a
la bancada y esta al casco.
En motorizaciones pequeñas en donde la fuerza de empuje generada es
pequeña, a veces la reductora actúa como “transmisor” de esta fuerza
de empuje y el barco carece de cojinete de empuje, pues este está
metido directamente en la misma inversora/reductora.
Artículos relacionados:
-
Hélices marinas
-
Hélices; 3 ó 4 palas
¿Cuál es la mejor opción?
-
Vibraciones debidas a
las hélices
-
La limpieza de la hélice
-
Lección 8: La
propulsión del buque
-
Instalar una hélice de
proa
-
Reparar una hélice dañada