Propulsión Waterjet
Una embarcación con propulsión por turbinas, o «waterjet», avanza gracias a expulsar hacia atrás un chorro de agua que sale por el extremo posterior de la turbina.
La turbina absorbe el agua por una entrada situada en el fondo de la embarcación, la acelera por medio de un impulsor y expulsa el agua por una tobera que reduce la sección de salida del chorro aumentando así la presión (efecto Venturi) y, en consecuencia, la velocidad.
El gobierno se consigue gracias a que la tobera es orientable, dirigiendo el chorro de salida hacia una banda u otra podremos cambiar la dirección de empuje haciendo que la embarcación gire.
Para ir marcha atrás se dispone de un codo tras la tobera que, bajándolo, invierte la dirección del flujo de salida, dirigiéndolo hacia delante.
Hélices convencionales
Una vez hemos visto las características principales de la propulsión waterjet, vamos a compararla con las hélices convencionales.
El funcionamiento de las hélices convencionales es más sencillo e intuitivo. Para ello hay que distinguir dos conceptos en las palas de una hélice: cara pasiva y cara activa. La cara pasiva es la que recibe el flujo de agua cuando el barco está en movimiento y la cara activa es la que lo empuja mediante la rotación de la hélice, creando el movimiento propulsivo que hace avanzar la embarcación.
El sistema de gobierno depende del sistema de propulsión que haya instalado en la embarcación, pero lo más normal es que funcionen mediante un timón situado a una distancia razonable de la hélice que altera la dirección del flujo de agua expulsado por la hélice.
Propulsión Waterjet versus Hélices convencionales
La ventaja principal de la propulsión waterjet frente a las hélices es que cuenta con una gran capacidad de maniobrabilidad debido a la gran eficiencia propulsiva que presenta este sistema, haciendo también que se reduzcan considerablemente las vibraciones al navegar.
Otro punto a favor es que al girar la hélice, ésta impulsa agua que impacta en la popa del barco o en una de las caras del timón, haciendo que el buque se desplace en función del sentido de rotación de la hélice, de forma que la proa o la popa caigan a babor o a estribor. Este efecto no está presente en la propulsión waterjet, por lo que el rumbo será lo mas lineal posible.
Por último, cabe destacar que las turbinas presentan muchos menos problemas de cavitación comparado con las hélices convencionales.
Ventajas específicas de la propulsión por turbinas
SEGURIDAD
Los esquiadores acuáticos, bañistas, buzos profesionales y aficionados, se ven libres de la amenaza que supone una hélice convencional. El riesgo de que el propulsor se dañe por colisión con objetos flotantes se minimiza y no hay una hélice expuesta que pueda coger cabos o líneas que se enrollen a ella. Las embarcaciones propulsadas por turbinas simplemente pasan sobre los cabos y líneas de pesca de artes caladas en la mar. Tiene acceso a aguas más someras, lo que es particularmente importante en zonas mareales, y se disminuye drásticamente el daño potencial al propulsor por varadas accidentales.
MENIOBRABILIDAD
Los barcos con propulsión por turbinas tienen una excelente maniobrabilidad, incluso a velocidad reducida debido al empuje vectorial del chorro de agua, que además se sitúa bien atrás del espejo de popa de la embarcación. El control avante-atrás se puede ajustar de forma muy precisa, variando de forma continua, incluso en condiciones severas de mar y viento.
ECONOMÍA
Las turbinas son ‘amables’ con los motores y las transmisiones. Una turbina bien adaptada a un motor y un casco permite que el motor opere a potencias de crucero óptimas, mejorando así el consumo de combustible y la vida del motor. En condiciones donde sean necesarias muchas maniobras de avante-para-atrás, el motor se fija a sus revoluciones óptimas y se actúa solamente sobre el deflector de salida, permitiendo una respuesta inmediata y perfectamente controlada. El mantenimiento básico consiste en comprobar el nivel de aceite de los cojinetes y comprobar el estado de los ánodos de sacrificio. Si se requiere dar mantenimiento, muchas de las piezas externas se pueden sustituir por el usuario en el agua, sin varar la embarcación, si fuese necesario. Si se opera en aguas relativamente limpias, se pueden esperar muchos años de servicio del impulsor. Todo esto conlleva unos bajos costos de mantenimiento y operación.
CONFORT
Comparadas con los sistemas a base de hélices convencionales, las turbinas reducen de una forma importante el ruido a bordo y las vibraciones. Las turbinas giran a velocidades más altas que las hélices y los impulsores están encapsulados en el conducto de la turbina, lo que reduce notablemente las vibraciones. Ya que el empuje se desarrolla dentro de la propia turbina y se transmite directamente al casco, los motores pueden fijarse siempre sobre apoyos flexibles, lo que disminuye aún más las vibraciones y el sonido.
MEDIO AMBIENTE
Los barcos con propulsión por turbinas tienen una ‘firma sonora’ menor que los que montan hélices. Esto es importante en aplicaciones militares, pero también es muy deseable en entornos donde la vida marina y otras consideraciones medioambientales deban ser cuidados. Y además de ser menos peligrosos para las personas, lo son también para los animales marinos, muy especialmente para los mamíferos, que a veces resultan seriamente dañados por las hélices.
Desventajas de la propulsión hidrojet.
- Eficiencia de baja velocidad.
- Difícil maniobra a velocidades bajas.
- Menor estabilidad.
El comportamiento de las turbinas frente a las hélices convencionales
Los fabricantes de turbinas marinas seleccionan los impulsores para optimizar la potencia nominal y las revoluciones (rpm) que publican los fabricantes de motores en sus especificaciones técnicas y folletos. Para conseguir esto, se suele optimizar el conjunto motor-impulsor para aproximadamente una variación del 1% de las revoluciones del motor a plena potencia. El óptimo suele estar un 0,5% abajo de las revoluciones máximas.
Una turbina marina es básicamente una bomba de agua adecuada al par y la potencia del motor. La curva de absorción de potencia de un impulsor es muy predecible y sigue una regla cúbica en función de las rpm, que es independiente de la velocidad del barco.
El paso de las palas de un impulsor solamente tiene relación con la potencia del motor y tiene poca, si es que tiene alguna, relación con la velocidad del barco. Las prestaciones de los cascos de planeo depende predominantemente de la relación potencia/desplazamiento. La forma del casco, la eslora en flotación, la manga y la posición longitudinal del centro de gravedad de la embarcación también tienen influencia en la velocidad.
Una turbina marina nunca hace que las revoluciones del motor disminuyan por debajo de aquellas para las que han sido fijadas las características del impulsor. Condiciones que pueden ocurrir durante el servicio de la embarcación y que afectan a las revoluciones del motor, pero que no incrementarán la carga sobre él, son:
- Pasajeros o carga adicionales harán que la velocidad disminuya, pero no cambiarán la carga sobre el motor, por lo que no se producirán cambios en las revoluciones de este.
- Cargas extremas del barco podrán hacer que la velocidad disminuya hasta que el impulsor comience a cavitar debido a insuficiente agua en el impulsor, lo que hará que las revoluciones aumenten.
- Navegar contra las olas disminuirá la velocidad del barco, pero no producirá cambio en las revoluciones del motor.
- Si el barco navega en aguas muy aireadas, se producirá ventilación del impulsor y la velocidad
del barco disminuirá, aumentando por el contrario las revoluciones. - El crecimiento de organismos marinos en el casco (fouling), incrementará la resistencia la avance pero no aumentará la carga sobre el motor y sus revoluciones no variarán.
- El crecimiento de organismos marinos en el conducto de entrada de la turbina reducirá el flujo de agua, lo que causará un incremento de las revoluciones del motor.
- El aumento del espacio existente entre los extremos de las palas del impulsor y el conducto, debido al desgaste que se puede producir en aguas muy agresivas (alto contenido de sólidos en suspensión), resultará en una subida paulatina de las revoluciones del motor.
- Una toma parcialmente bloqueada llevará como consecuencia también un aumento en las revoluciones, así como cualquier daño en las palas que disminuya la eficiencia del impulsor.
¿Qué pasa, por el contrario, cuando se usan hélices normales? Pues que como están diseñadas para una cierta velocidad específica, las condiciones adversas hacen variar las revoluciones del motor y lo sobrecargan.
El paso de una hélice se selecciona primariamente en función de la velocidad a alcanzar. Cuanto más rápido debe ir el barco, más paso deberá tener la hélice. Para embarcaciones de planeo este paso se selecciona para alcanzar la velocidad óptima a las revoluciones correspondientes a plena potencia del motor, más unas 50-100 rpm adicionales, o a veces más, a fin de prevenir la disminución de revoluciones que se producen por diversas causas.
fuente: https://www.marinapremia.com/diferencias-entre-helices-y-turbinas-propulsion-waterjet/ https://ingenieromarino.com/sistema-de-propulsion-waterjet/