La salida del
eje del motor queda conectada a la reductora mediante un
acoplamiento, en algunos casos elástico. Una
vez reducida la velocidad de giro del motor gracias a la reductora, la potencia
saldrá por los ejes de transmisión que suelen ser,
en casi todo los casos, de acero inoxidable,
y que salen del barco a través de la bocina,
que es el elemento que asegura la estanqueidad a modo de retén. En
el otro extremo del eje de transmisión se encuentra la hélice,
que es el elemento clave que mueve el agua y por tanto genera
propulsión, por reacción de la masa de agua desplazada hacia atrás.
Hasta aquí es lo que ocurre con las transmisiones más clásicas, y
también con las llamadas "hélices de superficie".
¿
Qué es el "V Drive" ?
En algunos
casos la salida del eje de la reductora se produce con un ángulo de
unos 20 ó 30 grados y por el mismo lado de la
reductora, creando un estrecho ángulo entre estos dos ejes. Por esta razón
este tipo de reductoras son conocidas como “V” drive, y tienen la
ventaja de poder encontrar un sitio para los motores muy a popa y
situado sobre el
mismo eje de transmisión. Así podemos mejorar la habitabilidad
interior y lograr diseños que aprovechen mejor los volúmenes
interiores del yate.
El montaje de este
"V-Drive" se ha realizado sobre dos perfiles angulares de aluminio los
cuales a su vez están atornillados mediante 4 amortiguadores de goma
(Silent-Blocks) a la bancada realizada en el casco del barco.
Los más avispados
habrán observado la anterior fotografía que los diámetros del eje
superior que proviene del motor y del eje inferior que sale hacia la
hélice son de diámetro muy distinto. Sin embargo la potencia que
transmiten ambos ejes (excluyendo las perdidas del dispositivo
V-Drive) son iguales. La capacidad de un eje de transmitir potencia
es proporcional al número de revoluciones a las que gira dicho eje.
Cualquier eje será capaz de transmitir más potencia (osea capacidad
de trasladar trabajo y energía) cuanto más rápido gire. Y por esta
misma razón, como la reductora ha reducido la velocidad de giro en
la proporción prefijada, conservando la misma potencia, es necesario
aumentar la sección del eje de la hélice que gira más lentamente.
Hélices de superficie y Jets
Las
transmisiones de hélices de superficie permiten obtener rendimientos
más elevados respecto a los sistema de propulsión de ejes
tradicionales a altas velocidades y reciben este nombre porque están
diseñadas para trabajar con medio cuerpo de la hélice fuera del
agua, para aprovechar la tensión superficial de la superficie del
agua que es "mas dura" y en la que la hélice se “agarra” mejor.
El
agua justo en la superficie tiene una característica conocida como
"tensión superficial" que hace que sea más "resistente" que la de la
masa de agua inmediatamente por debajo y por este motivo la hélice
trabaja algo más, según el principio de “avance de un tornillo” que
frente al principio de acción y reacción.
En este triple
montaje de hélices de superfcie, esta Pershing muestra el importante
diámetro de las helices y su posición alta en el espejo de popa.
Otro sistema
cada vez más utilizado en barcos de esloras importantes,
a partir de los 70-80 pies, es la turbina jet
que funciona como lo hacen las motos de agua, proyectando un potente
chorro de agua a alta velocidad a través de una estrecha boquilla. Este
sistema de propulsión tiene muchas ventajas,
como veremos más adelante, y está basado totalmente
en el principio de reacción como hacen los jets de los
aviones.
Esta Wally muestra un sistema de dos turbinas de propulsión KAMIWA
de Rolls-Royce
con su curiosa sección rectangular, trabajando a máxima potencia.
Los “Pods”
cada vez más utilizados en nuevos diseños consiste en una
transmisión capaz de poder ser orientada en un enorme margen angular, lo cual permite una maniobrabilidad extrema además de altos
rendimientos. El motor que “mueve” estos “Pods” puede ser de tipo
convencional de combustión interna, o eléctrico para conseguir sistemas de propulsión muy
flexibles como los conocidos electro-diesel. En el mercado, al menos
tres fabricantes ofrecen soluciones de este tipo para embarcaciones
de recreo como son los famosos IPS de Volvo, los Zeus, o los equipos
eléctricos de ABB Marine.
Dependiendo de
ángulo en que estén configurados los dos "Pods" se consigue una
propulsión de alto rendimiento, movimientos de giro o incluso
traslación del yate.
Transmisiones de ejes
Son las más
conocidas y deben su popularidad a su simplicidad y pocas
necesidades de mantenimiento. Por ello existen muchos fabricantes
para este tipo de sistemas de transmisión con una gran oferta de
posibilidades adaptadas a distintas potencias.
La hélice es
solidaria con el eje de transmisión de inox que está sujeto al casco
por un rodamiento encajado en el “codaste” para pasar al
interior del casco a través de la bocina. Este eje en el interior
llega a la reductora que puede ser de tipo lineal o en “V” drive
como ya hemos comentado, a la cual se une mediante un juego de
bridas.
Para un buen
funcionamiento del conjunto es necesario un perfecto alineamiento de
la línea del eje, lo cual a veces lleva un buen trabajo y dista de
ser una tarea sencilla. Sin embargo los “V - Drives" son más fáciles
de alinear además de permitir una configuración y montaje del motor
que aproveche más los espacios en el interior del barco.
El timón del
barco queda montado normalmente a popa de la hélice para poder
recibir todo el flujo de agua y tener
un buen control y maniobrabilidad incluso sin arrancada. Sin embargo
en barcos con dos motores de ejes es normal encontrar un único timón
en el plano de crujía, lo cual podría en un principio sorprender al no
poder desviar la masa de agua propulsada y por tanto carecer de
maniobrabilidad sin arrancada. En la práctica los barcos con
dos ejes maniobran en parado mediante la maniobra de ciaboga sin
necesidad de timón, aprovechando la marcha avante y marcha atrás de forma independiente de
cada eje.
El único
mantenimiento necesario en este tipo de transmisiones es el cambio
de la estopada en la bocina para conseguir una perfecta estanqueidad
del eje en su salida hacia fuera del casco, para lo cual tendremos que
desconectar el eje de la salida de la reductora, lo cual no es
excesivamente comprometido. Naturalmente debemos mantener unos
ánodos en buen estado para evitar la oxidación del eje y sus
diversos elementos metálicos.
Lo peor de
este sistema de transmisión clásico son sus limitadas prestaciones.
En muy pocas ocasiones este tipo de transmisiones permiten superar
los 40 nudos y en cualquier caso, bajo grandes pérdidas de
rendimiento. Por ello los ejes siguen siendo muy utilizados en yates
de desplazamiento en los cuales se busca un buen rendimiento pero a
medias y bajas velocidades. Nunca en planeo o semiplaneo
para los cuales tiene mucho más sentido los jets o las hélices de
superficie, sobre todo a partir de los 20 metros de eslora.
La fuerza de empuje
es absorbida por la reductora, lo cual es aceptable únicamente en
montajes con motores de poca potencia (generalmente veleros de hasta
15 metros de eslora). En grandes yates es imperativo la utilización
de un rodamiento de empuje situado entre la bocina y la reductora,
que suele ser cónico y transfiere toda la fuerza de empuje generada
por la hélice al casco, liberando esta fuerte presión al cojinete de
salida de la reductora.
En bastantes
ocasiones el arquitecto naval ha diseñado en la carena unos
semi-túneles que actúan como embudos en cuyo extremo se
sitúa la
salida del eje que pasa por el codaste y encajan las hélices en sus
extremos. Este tipo
de diseño de semi-túneles permite disminuir el ángulo del eje respeto
a la horizontal lo cual mejora el rendimiento del conjunto, además
de lograr alcanzar el planeo más rápidamente. El túnel tiene también
la misión de encauzar el agua hacia la hélice generando un vórtice
que mejora el rendimiento y de proteger muy bien toda la mitad
superior de la hélice frente al impacto contra maderas, ramas u otros
desperdicios flotantes.
Ventajas |
Desventajas |
Bajo
coste de Mantenimiento.
Muchos
fabricante.
Sencillez de
funcionamiento
Vida
ilimitada bien mantenido.
Buen rendimiento a
bajas velocidades |
Alineaciones
complejas.
Más ruidosos
incluso con equipos actuales.
Posibles
impactos en la hélice.
Grandes
pérdidas a altas velocidades. |
Transmisión turbina Jet
Es cada vez
más utilizada, especialmente en yate de más de 30 metros de eslora.
Algunos fabricantes como AB Yachts los utilizan en todos sus
modelos, mientras que otros fabricantes como Azimut, Overmarine, etc
ofrecen esta opción en sus modelos de más de 80 pies en los que poder elegir entre turbinas jet o hélices de superficie.
El fabricante
de jets más utilizado es el neozelandés “Hamilton”, que desde 1957
provee a astilleros tan reconocidos como Peshing, Azimut, Mangusta,
etc… El sistema “Jet” es muy eficaz y admite altas potencias por lo
que es muy utilizado también en grandes ferries o barcos de
pasajeros, combinados con turbinas de gas capaces de producir
potencias de más de 30.000 caballos.
Su mecánica es
sencilla aunque no tan evidente como la de un sencillo eje de transmisión.
El motor mueve una turbina que absorbe agua a través de una rejilla
situada en la parte inferior de la obra viva. El agua es bombeada a alta
presión hacia una boquilla situada en la línea de flotación del
espejo de popa que tiene la capacidad de poder ser orientada hacia
ambos lados para conseguir la maniobrabilidad del barco. Para ello
se utilizan unos potentes pistones hidráulicos que giran a ambos
lados la tobera de salida.
Al desviar el flujo
de salida se consigue la propulsión en marcha atrás con mucha más
eficacia que las transmisiones por ejes cuyas hélices están
optimizadas solo para marcha avante.
Los barcos
equipados con jets carecen de timones, y por
tanto tienen menos resistencia hidrodinámica por apéndices mojados,
además de gozar de una alta maniobrabilidad incluso sin arrancada.
En la parte superior de la tobera, encontraremos una cúpula que al
descender sobre el chorro desvía casi de forma total el sentido de
chorro, logrando una eficaz propulsión en marcha atrás que puede ser
utilizada sin miedo, incluso a altas velocidades de desplazamiento,
incluso
como eficaz freno capaz de detener el barco en muy poco tiempo. Por
ejemplo, la Mangusta 165 lanzada a 38 nudos de velocidad es capaz de
frenar y detenerse en sólo 80 metros, para lo cual todos los
tripulantes deben estar bien atentos so pena de ser lanzados al
vacío o despedidos por la borda!
Un montaje
cuádruplo en esta motora de control policial, capaz de sobrepasar
los 60 nudos de velocidad.
La Pershing
115 equipa también turbinas Hamilton capaces de propulsar el barco a
50 nudos, pero otros barcos llegan a alcanzar con este sistema de
propulsión cerca de los 70 nudos. Otra ventaja muy apreciada en
estos sistemas de propulsión es la capacidad de poder navegar en
aguas muy someras sin miedo a estropear la hélice por impactos con
rocas o con el fondo. Los jets son utilizados en grandes barcos
deportivos en los que las hélices de superficie han alcanzado el
límite de rendimiento y velocidad.
Esta Pershing 115
lleva montados 3 jets que dejan una estela perfecta lo cual indica
el alto rendimiento de estos sistemas de propulsión.
Otros
fabricantes como Rolls-Royce tienen disponibles su gama Kamewa de
Jets fabricados en aluminio con 3 series que ofrecen: Serie FF para
potencias entre 300 y 1.800 Hp. La serie A para potencias de hasta
4.000 hp, y la serie S para grandes potencias en barcos de pasaje
de hasta 30.000 Hp.
Hamilton ya ha
instalado sus transmisiones jets en más de 30.000 yates y ofrece dos series. La HJ
con 8 modelos distintos para potencias de 350 a 1.200 HP. La serie HM con 6 modelos distintos
que está pensada para motores de hasta 4.500 HP y yates de hasta 60 metros de eslora.
Ventajas |
Desventajas |
Apenas sin
vibraciones.
Bajo
ruido.
Excelente
maniobrabilidad.
Sin timones y
resistencias de apéndices.
Capacidad de
altísimas potencias.
Muy seguras y sin
riesgos para bañistas.
|
Precio más elevados que las transmisiones por ejes de
cualquier tipo.
Mantenimientos
más costosos que las transmisiones de ejes.
|
Hélices de superficie
El concepto de
hélice de superficie tiene ya más de 100 años de antigüedad, pero ha
sido en años recientes cuando el fabricante californiano Howard
Arneson ha logrado su aplicación en barcos de alto
rendimiento y en lanchas de carreras. Astilleros como Overmarine, Baia, Peshing, Magnum
o Azimut entre otros ofrecen en sus lanchas
más rápidas estos sistemas de propulsión que es movida por
motorizaciones entre los 300 y los 2.400 HP. Son adecuadas para barcos de hasta 90 pies y de no más de 3.000 HP por eje.
Pershing equipada
con hélices de superficie.
Las hélices de
superficie tienen un diseño muy diferente a las hélices más
tradicionales, con un corte anguloso de sus palas y un borde de ataque muy afilado para cortar y penetrar con facilidad la dura superficie
del agua. Existen hélices incluso de solo 4 palas diseñadas para
girar a mucha velocidad.
Las hélices de
superficie quedan montadas muy a popa del espejo de popa, lo cual
las permiten funcionar en aguas menos perturbadas por la carena y de
flujo más laminar y por tanto mejorar la eficacia. Pero durante las
maniobras son muy peligrosas frente a un posible bañista que pase
cerca del barco además de estar muy desprotegidas contra posibles
golpes en caso de encontrar objetos flotantes. En la foto se aprecia
un arco en inox que protege las hélices frente a las maniobras
en puerto.
La gama
completa de Arneson ofrece 13 modelos diferentes desde la ASD6 hasta
la ASD16, casi siempre propulsados por motores de pistones y en raras
ocasiones mediante turbinas de gas. El eje se prolonga fuera de la
popa lo que permite sacar un 20% más de rendimiento respecto a los
ejes tradicionales (pero no respecto a los jets). Casi siempre
encontraremos un sistema articulado en el eje que permite ajustar el
ángulo vertical de trim y el angulo horizontal para lograr el gobierno del barco. Para un perfecto ajuste, la
hélice debe quedar con la mitad de su cuerpo fuera del agua, lo
cual reduce de forma importante la resistencia de este apéndice
giratorio. La hélice de superficie es más grande que una hélice
normal, lo cual las hace mejorar en su eficiencia
a altas velocidades. Un barco
equipado
con este sistema de propulsión es fácilmente identificable por el
llamativo chorro de agua vertical que deja en su estela.
La estela alta y
exagerada de esta motora no deja lugar a dudas sobre el montaje de
hélices de superficie como sistema de transmisión.
Existen
diferentes fabricantes, como el ya comentado Arneson, o el árbol de
altas prestaciones de Fabio Buzzi que equipa algunas Sunseeker XS
que tienen el aspecto de un Flexidrive con un timón situado justo
tras la hélice, y en el que se ha diseñado un ingenioso sistema de
escapes por el que salen los gases debajo de la hélice. Otro
fabricante “Helice France” especializado en la producción de hélices,
ofrece también cinco sistemas de transmisión de hélices de
superficie fabricado en inox y bronce. El fabricante italiano
Victory Design ofrece tres sistemas de propulsión con hélices de
superficie, con un timón en composite que puede subir y bajar para
ajustar su superficie mojada en función de la velocidad de
navegación y con potencias máximas de hasta 2.800 Hps.
Son
especialmente eficaces a altas velocidades de desplazamiento, pero
mas perezosas en las salidas si las comparamos especialmente con las
transmisiones tipo jets.
Las hélices de superficie obligan a un
complejo sistema de pistones hidráulicos tanto para orientar la
dirección como para conseguir que los ejes puedan ajustarse al
ángulo de ataque y trimar su altura para que trabajen con medio
cuerpo fuera del agua. Por ello también necesitan de un primer
elemento en la transmisión cardán para poder transmitir la potencia
al eje palier en cualquier ángulo tanto horizontal como vertical. El
alineamiento es casi innecesario pues el cardan se encarga del
acoplamiento mecánico.
Ventajas |
Desventajas |
Funcionamiento optimo a altas
velocidades de desplazamiento.
Muy adecuadas para
barcos de competición y altas velocidades.
Más eficientes
que los ejes tradicionales a altas velocidades.
Escaso calado. |
Escasa
maniobrabilidad.
Más costosas
que los ejes.
Peligrosas en
caso en hombre al agua.
Peligrosas en maniobras en la cala.
Mucha complejidad
y por tanto caros mantenimientos y reparaciones. |
POD con IPS o motores eléctricos.
Cada vez hay
más barcos que van montados de fabricas con este
sistema dadas las grandes
ventajas que ofrecen en rendimientos, consumos y maniobrabilidad.
En los POD de Volvo IPS, las hélices van orientadas hacia delante recibiendo en todo momento
un flujo de agua laminar y sin los remolinos causados por los ejes,
codastes y otras piezas de los sistemas tradicionales de
transmisión.
Inmejorable
maniobrabilidad de los sistema de transmisión PODs. Cualquier
movimiento está permitido incluso las translaciones. Para ello un
Joystick se encarga de manejar mediante un controlador digital los
movimientos y potencia de cada uno de los dos dos PODs.
La hélice va
montada en un pod carenado hidrodinámicamente y capaz de girar para orientarse en cualquier posición angular y alterar la dirección del flujo de propulsión. Al montarse siempre un
mínimo de dos pods simétricos confiere al barco de una
maniobrabilidad extraordinaria, pues cada uno de ellos puede ser
orientado y ajustado de forma independiente. En caso de ser alimentados por motores eléctricos estos reciben la energía de un
potente banco de baterías que es recargado por un grupo generador
diesel que puede estar montado en cualquier zona del barco, lo cual
permite a los diseñadores navales optimizar los espacios
interiores. El consumo es optimizado y desaparecen prácticamente
los ruidos así como las vibraciones indeseadas.
Los grandes
megayates, normalmente de más de 130 pies de eslora tienden a
utilizar estos sistema de propulsión avanzados, con los que se reducen los consumos, los costes operativos y por tanto aumentan las
autonomías y la eficiencia.
Empresas como
Volvo Penta y Cummins, Mercruiser también han desarrollado versiones
con motores diesel tradicionales apropiados para yates de entre los
30 y los 80 pies de eslora que no ofrecen los niveles de bajos
consumos propios de los sistemas diesel/eléctrico. En contrapartida
las hélices orientadas hacia adelante (no todos los PODs) están más expuestas a recibir el impacto de cualquier
cosa que anduviera flotando, y para evitar el peligro de un desgarro y
posterior vía de agua en caso de impacto, los sistemas IPS de Volvo
están diseñados de tal manera que en caso de un fortísimo impacto,
el pod entero se libera sin producir ninguna vía de agua en el
casco, pero si una costosa avería!
Las transmisiones
Zeus de Mercruiser equipan hélices contrarrotantes y a diferencia de
las IPS de volvo llevan las hélices más protegidas por el cuerpo en
bronce e inox.
Una
posible desventaja se produce en los montajes inclinados, obligado
por la sección en “V” de las carenas. El sistema de propulsión
tiende a producir una sobre-escora del barco en los virajes, lo cual
ha sido totalmente solucionado al diseñarse los cascos de forma
específica para los sistemas IPS de Volvo. Para ello la “V” en la
sección de popa en donde va montada la transmisión no debe
sobrepasar los 20º.
La rotación
independiente de cada unos de los dos Pods en cualquier ángulo
permite una variedad de empujes y por tanto una maniobrabilidad
impresionante con la que conseguir movimientos laterales del casco,
imposibles con otros sistemas de propulsión. Mediante un “joystick”
es posible mover el barco a nuestro antojo y sin el menor esfuerzo o
pericia marinera.
A igualdad de
potencia y comparado con un sistema de propulsión de ejes
tradicional, se consigue un incremento en la eficiencia de un 15 a
20%, y por lo tanto será necesario menos potencia para conseguir las
mismas prestaciones. Los IPS de Volvo además pesan menos si lo
comparamos con otros motores de misma potencia, lo que se traduce en
mayores velocidades y un menor consumo de combustible. Volvo ofrece
actualmente instalaciones con IPS de 250CVs, hasta potencias de 900 cv
en cada Pod.
El ángulo de
montaje no debe exceder los 20 grados. Estos IPS admiten montajes
múltiples incluso con 4 PODs trabajando en paralelo. La disposición
de las hélices hacia adelante las hacen más vulnerables frente a
posibles encuentros con objetos inesperados pero trabajan con flujos
más limpios que mejoran el rendimiento.
El montaje de
una transmisión Pod es mucho más compacto que el de una transmisión
por ejes, lo cual es sumamente apreciado por los diseñadores navales
para conseguir mejorar la habitabilidad interior y aumentar los
volúmenes interiores del barco.
Ventajas |
Desventajas |
Seguras.
Más eficientes.
Escaso calado.
Fantástica
maniobrabilidad |
Más costosas.
Peligrosas en
caso en hombre al agua.
Peligrosas en maniobras en la cala.
|
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