Como se produce el movimiento de los barcos?

En principio podríamos entender el funcionamiento de las hélices por dos

caminos distintos que no son más que las dos caras de una misma moneda.

Algunos lo explican con la comparación de un ‘saca

corchos’ que al girar avanza penetrando en el corcho (que sería el agua).

Esta

comparación es una aproximación muy simplista y adecuada sólo para hélices de

palas muy anchas con las que la velocidad del agua desplazada es muy lenta.

Pero el agua no es como la madera o el corcho del

ejemplo anterior.

Al ‘penetrar’ la hélice, el agua es empujada hacia atrás,

pues no es un sólido rígido, actuando una ley de la física, conocido como el

principio de acción - reacción.

Tanta agua empujemos hacia atrás, tanto barco es

empujado hacia adelante.

Si por ejemplo, la hélice empuja 100 kilos (masa) de

agua a 50 kilómetros por hora, y si nuestro barco pesara solo 100 kilos, este

se movería a también 50 kilómetros por hora (descontando las perdidas de

potencia y rozamientos).

Pero si nuestro barco pesase 200 kilos, entonces se

movería a la mitad de velocidad, 25 kilómetros por hora.

Se conserva la

cantidad de movimiento (masa de agua x velocidad de agua = masa de barco x

velocidad de barco)

Puesto que

el agua es un fluido, para que se produzca un empuje, tiene que haber una masa

de agua desplazándose hacia atrás.

Si la hélice avanzase en el agua como un

saca - corchos, no habría ningún empuje.

Es el caso de la hélice de un velero en punto muerto y arrastrada por el

movimiento del barco.

El eje del motor se mueve, la hélice gira sin producir

ningún empuje.

Pero para que se produzca empuje necesariamente la hélice tiene que

trasladar agua hacia atrás.

Y trasladará más agua, cuanto menos avance la

hélice respecto a su paso de avance teórico.

Si por ejemplo una hélice tiene

que avanzar 30 centímetros en cada vuelta (su paso de avance) eso es justamente

lo que hará en el caso anterior del velero con el motor parado y el eje en

punto muerto.

Podríamos medir las revoluciones del eje para utilizarlo como

corredera y medir la velocidad del barco.

En el ejemplo anterior, si midiéramos

500 revoluciones por minuto, sabríamos que en ese minuto el barco habría

avanzado 500 x 30 centímetros, es decir 150 metros / minuto que es más o menos 5

nudos.

Pero cuando el motor funciona, por cada vuelta de hélice, en vez de

avanzar los 30 centímetros del ejemplo anterior, solo avanzará por ejemplo unos

25 centímetros.

Es como si ‘resbalara’ esos 5 importantes centímetros.

Decimos

‘Importantes’ porque son justamente esos centímetros los que trasladan agua

hacia atrás y por tanto los que producen ‘empuje’.

Entender en detalle el funcionamiento de las

hélices tiene mucha ‘tela’ pues el agua tiene distinta presión cuanto más

profunda sea, y la pequeña diferencia de presión entre la parte superior del

agua y la que toca a la parte inferior de la hélice es muy apreciable.

De hecho

esta diferencia de presión es la que provoca el empuje lateral que hace que el

barco tenga tendencia a ‘irse’ a babor o estribor dependiendo del sentido de

giro de la hélice.

Y el tema se complica mucho más si seguimos

profundizando, ya que cada aspa de una hélice en realidad se comporta como el

ala de un avión y por tanto hay que analizar su funcionamiento como tal.

Podemos ‘trasladar’ el movimiento circular del aspa

de la hélice imaginando que no es el aspa el que se mueve sino el fluido (da

igual que sea agua o aire).

Por tanto transportamos el estudio totalmente al

campo hidrodinámico, en donde aplicaremos la mecánica de fluidos en todas sus

consecuencias.

Debemos estudiar el empuje como consecuencia de la presión

dinámica producido por la cara posterior, a la cual se suma (sobretodo) la

succión producida por la cara anterior (la que está más a proa).