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Propulsión Cicloidal
Existen barcos que se mueven sin hélices y parecen llevar un
montón de timones! ¿Cómo pueden moverse? Imagine un grupo de remos accionados
inteligentemente por un mecanismo movido por un motor. Se trata de
la propulsión cicloidal, capaz de producir mucho empuje con
grandes ventajas. La dirección del chorro propulsor puede ser
modificada al instante lo que permite una maniobrabilidad sin
precedentes
El profesor
Frederick Kirsten emigró desde su Alemania natal a la Universidad
de Washington
y tuvo la genial idea hace ya cerca de 100 años.
Ésta fue una de sus muchas invenciones. En total cerca de un
centenar de patentes de entre las cuales destaca también la del
tubo fluorescente. En 1.921 registró una patente sobre un invento
que consistía en un mecanismo para conseguir propulsión sin hélice
alguna. El prototipo demostró que el barco podía cambiar su rumbo
o detenerse de forma casi inmediata gracias a la facilidad con la
que podía invertirse y cambiar el chorro de propulsión.
Se
trataba de la propulsión cicloidal que tuvo mala
prensa por parte de los fabricantes de hélices y motores
convencionales de entonces al ver éstos amenazados sus negocios.
Kirsten vendió la patente en Alemania a una empresa llamada
Voith-Schneider que mejoró el diseño inicial hasta conseguir el
actual motor Voith Cycloidal que se viene utilizando desde hace
décadas en motorizaciones con muchos miles de caballos para barcos
de gran tonelaje y con muchas ventajas frente a las propulsiones
tradicionales, especialmente cuando se trata de conseguir una
maniobrabilidad excepcional y respuestas instantáneas en la
dirección del empuje.
Por este motivo la propulsión cicloidal es muy
indicada en buques contra-incendios o remolcadores que necesitan
realizar cambios en las maniobras de forma instantánea. La
propulsión cicloidal es muy eficiente pero mucho más cara que una
hélice convencional y más delicada, especialmente al trabajar en
aguas someras.
El empuje
producido por un sistema cicloidal se genera desde
cualquier ángulo, y se puede cambiar de forma instantánea gracias
a su diseño “cicloidal” que hace referencia a la curva matemática
que describe un objeto que rota siguiendo un arco de
circunferencia.
El resultado es como si tuviésemos una hélice de
paso variable y orientable en dirección de forma
instantánea sin mover para nada el eje del motor como ocurre por ejemplo en
los motores fueraborda o Z-Drive.
La forma
en que trabaja cada pala puede ser comparada a como
lo hace el remo de una canoa. Esto es muy importante, ya que al
poder utilizarse grandes palas trabajando a velocidades lentas, se
consiguen muy altos rendimientos y pocas pérdidas o problemas de cavitación.
En la primera figura, el disco
gira con las palas sin incidencia. No hay chorro desviado ni
propulsión. En la segunda figura la cruceta roja se desplaza en
cualquiera de los dos ejes vertical y horizontal y luego permanece
fija en una posición descentrada. (Ojo la crucera roja si puede girar sobre su eje vertical
para permitir el giro del disco principal).
Ahora al girar el disco con las
palas, estas se ven obligadas a cambiar su ángulo de incidencia a
medida que gira el disco principal. Se produce un chorro
perfectamente dirigido y por tanto propulsión.
Las instalaciones
son dobles y como podemos elegir la dirección y la intensidad del
chorro de propulsión en cada uno de los dos rotores, el control es
total. Conseguiremos movimientos de traslación lateral del barco,
giros impresionantes sobre el mismo eje del barco. Una direccionalidad
desconocida que permite maniobras imposibles de realizar con
sistemas de propulsión tradicionales.
 ¿Cómo funciona?
Imaginemos
un disco capaz de girar gracias a la potencia de un
motor en el cual van montadas perpendicularmente varias palas con
perfil de ala. Todas las palas giran por tanto gracias al
movimiento del disco.
Si estas alas giran sin incidencia no se produce
ninguna desviación de agua y la propulsión es nula. Cada una de
las palas puede oscilar sobre su eje para lograr modificar su
ángulo de ataque y por tanto lograr desviar un flujo de agua. Si
conseguimos que todas ellas vayan modificando ordenadamente su
ángulo de ataque lograremos dirigir el flujo de agua desviado
hacia la dirección deseada y por tanto producir empuje por el
simple principio de acción y reacción, como de hecho hacen todas
las hélices.
Al
otro lado del disco, en la parte seca que no va en
contacto con el agua, y a cada eje de cada pala, va unido un codo
desde el que poder modificar la incidencia de la pala.
Ahora
viene lo bueno. Se trata de unir cada codo
finalizado en una cabeza, como la de las bielas, mediante una
cruceta de tantos brazos como palas tenga el dispositivo. La
cruceta actúa de una forma muy parecida a como lo hace el
colectivo de las aspas de un rotor de helicóptero.
La cruceta no
gira y cuando su punto central coincide con el eje de giro del
disco principal todas las palas giran sin modificar durante la
revolución del disco, los ángulos de incidencia. Si desplazamos
esta cruceta colectiva en el eje horizontal lograremos empujar o
tirar de los codos que cambian el ángulo de incidencia de una
forma continuada y sincronizada para que las palas trabajen
conjuntamente sumando sus efectos propulsivos. Si movemos la
cruceta en el otro eje el empuje se producirá también en una
dirección
perpendicular a la anterior.
El centro
de la cruceta actúa por tanto como un “joystick” y
podremos moverla en el eje vertical y horizontal simultáneamente
para lograr dirigir el sentido del choro en el ángulo que
queramos. Para ello se utiliza un mecanismo hidráulico pues para
mover la cruceta hace falta una fuerza considerable al soportar
ésta la fuerza de reacción del conjunto. Dos actuadores
en ambos ejes se encargan de ajustar la posición de ésta gracias a
las órdenes que damos nosotros desde el joystick de control.
Cambiando la posición de la cruceta cambia instantáneamente la
dirección del chorro de agua y por tanto del empuje.
Cuánto
más se
separa el centro de la cruceta del eje de giro del disco,
más crece el ángulo de incidencia de las palas, o lo que es lo
mismo, mayor será el chorro de propulsión con independencia de la
dirección por donde salga expedido. Este ajuste permite que el
motor pueda trabajar justo en su par máximo y por tanto aprovechar
el mejor rendimiento del motor, como si se tratara de una hélice
de paso variable.
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