Diez sistemas de propulsión usados en el mundo naval10/05/2013 | top10 

La propulsión del buque es uno de los elementos más importantes a tener en cuenta a la hora de

diseñar un buque en función de su operación y el servicio que va a realizar. Desde los primeros

remos hasta los modernos PODs, los sistemas propulsores han sido los encargados de conseguir el

movimiento de los buques a partir del empuje generado.

Aprovechando que el número de este mes de nuestra revista está dedicado al gobierno y maniobra,

os traemos un top ten centrado en los tipos de propulsores que se han ido usando a lo largo de los

años. Mucha de esta información se ha obtenido a partir del libro “Evolución de la Propulsión Naval

Mecánica” de Luis de Mazarredo editado por FEIN. Como cada semana, esperamos vuestros

comentarios y sugerencias.

1. Remos

Como todos sabemos, el remo es un instrumento que sirve para impulsar las embarcaciones

haciendo fuerza con él en el agua. Fue el primer invento ideado por el hombre y consta de una caña

y un extremo en forma de pala.

Tradicionalmente eran fabricados de madera, y aunque ahora parece algo increíble, no hay que

olvidar que hubo una época en la que este instrumento era el sistema de propulsión principal de

todos los buques. Y es que durante miles de años, los humanos navegaron en barcos de remos y

durante siglos, la guerra en el mar se hizo a remo también.

Originalmente eran fabricados con madera de haya y poco a poco se fueron reforzando con zunchos

de bronce. Con el tiempo se fue utilizando plomo para equilibrar el peso de los dos tercios que

asomaban fuera de la embarcación y actualmente, los materiales de construcción varían

notablemente en función del deporte que se quiera practicar.

2. Rueda de paletas

El uso de la rueda de paletas puede atribuirse a Fulton, que la acreditó con su Clermont, barco de

vapor botado en 1807.

Las primeras ruedas de paletas eran de madera. Estas ruedas estaban constituidas por tablas de

madera que formaban radios a partir de un núcleo central. Con el paso del tiempo, estas ruedas

fueron fabricándose en hierro aunque las paletas siguieron fabricándose en madera. Ejemplos de

este tipo de embarcación son los famosos vapores de ruedas que circularon por el Misisipi. 

Muchos de los buques que utilizaban la rueda de paletas para propulsarse, llevaban mástiles con

velas al mismo tiempo. Este tipo de barco de vapor tendría mucho éxito en la navegación fluvial, ya

que requerían poco calado aunque como inconveniente la manga aumentaba de manera

considerable.

Cuando se navegaba a vela, era necesario desmontar las ruedas ya que ofrecían una gran

resistencia al avance y daban lugar a momentos de arribada, que había que corregir de manera

constante con el timón. Sin embargo, estas operaciones de desmontaje en cubierta eran peligrosas

por lo que se desarrollaron diseños de paletas articuladas o con posibilidad para desacoplar las

bielas y así dejar “locas” las ruedas.

Con respecto al número, generalmente se instalaban dos ruedas, situadas a la altura de la maestra,

aunque también se desarrollaron buques con una rueda en la popa o con la rueda alojada en un

hueco a crujía.

3. Hélices convencionales

L hélice es un dispositivo mecánico formado por un conjunto de elementos denominados palas o

álabes, montados de forma concéntrica y solidarias de un eje que, al girar, las palas trazan un

movimiento rotativo en un plano. 

El inventor de la primera hélice operativa para propulsar un buque fue el checo-germano Josef

Ressel, quien solicitó la patente austriaca el 28 de noviembre de 1826. Los primeros diseños tenían

entre 3 y 6 palas, aunque con el paso del tiempo se determinaría que los mejores rendimientos se

darían para buques con hélices de 3 ó 4 palas.

Cuando se proyectaron las primeras hélices, se hicieron muy parecidas a las hélices actuales

aunque sin acabar de entender bien su funcionamiento. En un principio, al igual que pasó con las

ruedas de paletas, se pretendía que las hélices pudiesen acoplarse y desacoplarse de un buque a

otro. Sin embargo se dedujo que no era así y fue el comienzo de las primeras teorías y

formulaciones.

4. Hélices de paso variable

Las hélices de paso variable / palas controlables / palas orientables son un tipo de propulsores

cuyas palas pueden girar alrededor de su eje para cambiar su ángulo de ataque. Muchas veces,

estas hélices se utilizan para invertir el movimiento, es decir, que pueden crear una inversión de

empuje si el ángulo de ataque se sitúa en valores negativos, lo cual permite el frenado o la marcha

atrás sin necesidad de cambiar la dirección de rotación.

Ya en los tiempos en que los primeros buques navegaban, se pensó en la conveniencia de poder

variar el paso u orientación de estas palas. En principio se barajaron diferentes hipótesis para llevar

a cabo los giros de las palas mediante mecanismos externos operados desde cubierta o un

mecanismo localizado en el interior del núcleo y enviado a través de una barra situada en el interior

del eje hueco del propulsor, que es el que perduró.

La tecnología para el cambio del paso ha ido perfeccionándose hasta la actualidad ya que las

fuerzas necesarias para girar las palas son excesivas ya que son del orden del empuje que

proporcionan.

5. Hélices con tobera

Los primeros ensayos que se realizaron con hélices en toberas fueron un fracaso pero la idea

estaba en la cabeza de los inventores y científicos. Poco a poco y a medida que se fueron

corrigiendo errores se consiguió lo que se pretendía desde un principio, aumentar el empuje de la

hélice para una potencia dada.

Esto se consigue gracias a que la tobera dirige agua hacia el propulsor con un incremento de

velocidad que origina una depresión en la entrada de la misma, lo que da lugar a que la propia

tobera también empuje

Para 1933 ya se diseñaban buques propulsados mediante estas hélices, sobre todo remolcadores,

buques con poca velocidad y mucha carga en los que se montaban toberas de gran tamaño.

Otra utilidad que tienen estas toberas es que, si giran alrededor de un eje vertical sobre la hélice y

se orientan, se puede desviar el chorro haciendo que la tobera participe también de timón.

6. Propulsores de eje vertical Voith-Schneider

El sistema de propulsión Voith Schneider recibe su nombre del ingeniero austriaco Ernst Schneider,

que lo inventó en 1926, y el de la firma alemana J.M. Voith, que lo fabrica.

Consta de una rueda de paletas articuladas que contiene un conjunto de álabes verticales de perfil

hidrodinámico mediante los cuales, durante todo el giro de la rueda, se consigue que el empuje sea

positivo. Cada uno de estos álabes puede cambiar de orientación girando individualmente sobre su

propio eje vertical haciendo que el conjunto provea empuje en cualquier dirección que se desee. 

Los barcos que montan este propulsor suelen tener poco calado y necesitar una gran

maniobrabilidad.

 

7. Propulsores a chorro o hodrojet

Estos propulsores tienen un procedimiento de funcionamiento por el que se impulsa hacia adelante

un objeto como reacción a la expulsión hacia atrás de una corriente de líquido o gas a gran

velocidad. Funcionan de acuerdo con la Tercera Ley de Newton: cada acción tiene una reacción

igual y opuesta. 

Un hidrojet o chorro de agua, es un sistema de propulsión que, en náutica, se realiza mediante un

chorro de agua. El agua entra en el hidrojet por la brida de entrada situado en la parte inferior del

casco, a la velocidad del barco, y se acelera a través de la unidad de bomba. La presión de agua

dentro de la entrada se incrementa por la bomba y es forzada hacia atrás a través de una tobera.

Finalmente se descarga a gran velocidad a través del espejo.

 

 

8. Hélices CLT

 Las hélices CLT (Contracted Loaded Tip) fueron diseñadas por la empresa española SISTEMAR y

con el uso de las mismas se han demostrado ahorros de consumo de combustible superiores al 10

%. Los primeros desarrollos teóricos y los resultados de ensayos de modelo en este tipo de hélices

fueron publicados en 1976, desarrollando el concepto de las llamadas hélices TVF (Tip Vortex Free).

El concepto CLT fue desarrollado en 1986 como un paso adelante.

La diferencia de las hélices convencionales con las CLT es que en éstas últimas, en los extremos de

las palas se sitúan unas placas de cierre que permiten que exista una diferencia apreciable de

presión en las proximidades de los extremos de las palas. Estas placas de cierre están situadas en

la cara de presión de las palas para poder conseguir una mayor sobre presión aguas abajo. La

depresión en la cara de succión originada por una hélice CLT es mucho menor que para una hélice

convencional equivalente mientras que la sobre presión aguas abajo es mucho mayor. Se

demuestra teóricamente que, cuanto mayor es la diferencia de presiones en ambas caras, mayor es

el rendimiento de la hélice.

Estas placas de cierre impiden que se generen torbellinos de extremo de pala, lo que supone que

las fuerzas fluctuantes de presión son menores en las hélices CLT y en consecuencia también son

menores los niveles de ruidos y vibraciones a bordo.

9. Populsor acimutal

Consiste en una hélice con eje vertical sobre el que puede darse un giro 360º. De esa manera, el

propulsor puede orientar su impulso mejorando la maniobrabilidad y en casos, que sea innecesario

el uso del timón.

La primera propulsión acimutal fue concebida en 1955 y desde entonces, se ha instalado en

remolcadores, buques offshore, buques de crucero, ferries y especialmente los que necesitan

maniobrar mucho. Este tipo de propulsores viene aplicándose cada vez en mayor medida, tanto en

embarcaciones deportivas como en grandes buques, ya que les confiere una maniobrabilidad

absoluta y muy diferente a los sistemas de propulsión convencionales además de otras muchas

ventajas.

Estos sistemas pueden disponer de hélices de paso fijo o variable, siendo las de paso fijo las más

utilizadas para remolcadores, transbordadores y barcos de abastecimiento. Por otro lado también

pueden disponer de propulsores retráctiles, que se utilizan como propulsión auxiliar para

posicionamiento dinámico en los buques.

Estos propulsores pueden girar sin necesidad de una línea de ejes rígida, sino con un motor

eléctrico acoplado perpendicularmente al propulsor en un contenedor, denominado Pod.

10. Hélices contrarrotativas

Las hélices contrarrotativas (CRP) se conocen desde 1836. Son usadas normalmente en torpedos y

botes rápidos. Aunque sus buenas propiedades hidrodinámicas eran muy conocidas, no

consiguieron mucha popularidad como propulsores de los buques debido a la complejidad mecánica

asociada con ejes largos, sus rodamientos y sellado.

Sin embargo, el concepto CRP fue usado con éxito en algunos buques mercantes, principalmente

en Japón. Se tiene conocimiento de haber conseguido un ahorro de potencia de hasta un 16 % en

un buque al que se le cambió una hélice convencional por una CRP.

En el número de mayo de 2004 de la revista, podéis leer un artículo mucho más extenso sobre esta

modalidad de hélices.