Hélice entubada

Una hélice con conducto , también conocida como tobera Kort , es una hélice marina recubierta con una tobera fija . Se utiliza para mejorar la eficiencia de la hélice y es especialmente útil en hélices sometidas a cargas elevadas o con diámetro limitado. Fue desarrollada inicialmente por Luigi Stipa (1931) y posteriormente por Ludwig Kort (1934). La sección transversal del conducto tiene forma de perfil aerodinámico y, bajo ciertas condiciones, puede ofrecer ventajas hidrodinámicas sobre las hélices sin conducto.

Las ventajas son una mayor eficiencia a bajas velocidades (<10 nudos), mejor estabilidad de rumbo y menor vulnerabilidad a los escombros. Las desventajas son una menor eficiencia a velocidades más altas (>10 nudos), menor estabilidad de rumbo al navegar marcha atrás y mayor cavitación . Las hélices entubadas también se utilizan para reemplazar los timones .

Luigi Stipa ^{[ 1 ]} en 1931 y posteriormente Ludwig Kort (1934) ^{[ 2 ]} demostraron que se podía lograr un aumento en la eficiencia propulsora rodeando la hélice con una cubierta en forma de perfil aerodinámico en el caso de hélices con cargas elevadas. Una "tobera Kort" se denomina tobera aceleradora y generalmente tiene un perfil MARIN 19A ^{[ 3 ] [ 4 ]} o un perfil MARIN 37. ^{[ 3 ] [ 5 ]}

Las toberas Kort o las hélices con conducto pueden ser significativamente más eficientes que las hélices sin conducto a bajas velocidades, generando mayor empuje en un tamaño más compacto. Los remolcadores y los arrastreros son las aplicaciones más comunes para las toberas Kort, ya que las hélices sometidas a altas cargas en embarcaciones de movimiento lento son las que más se benefician. Las toberas ofrecen además la ventaja de reducir el efecto de rueda de paletas (por ejemplo, la tendencia de una hélice de giro a la derecha a girar hacia la izquierda) y disminuyen la succión del fondo marino al operar en aguas poco profundas.

Sin embargo, el recubrimiento adicional aumenta la resistencia aerodinámica, y las toberas Kort pierden su ventaja sobre las hélices a unos diez nudos (18,5  km/h).

Las toberas Kort pueden ser fijas, con control direccional mediante un timón instalado en el flujo de agua, o pivotantes, en cuyo caso su flujo controla la dirección de la embarcación.

Este tipo de protección también resulta beneficiosa para la navegación en campos de hielo, ya que protege las puntas de las hélices hasta cierto punto. Sin embargo, el hielo u otro objeto flotante puede atascarse entre la hélice y la tobera, bloqueando la hélice. Las hélices atascadas en las toberas Kort son mucho más difíciles de limpiar que una hélice sin obstrucciones.

Un estudio de Bexton et al. (2012) ^{[ 6 ]} concluyó que las hélices con conductos eran la causa probable de las lesiones mortales sufridas por las focas en el Atlántico nororiental. Los autores plantearon la hipótesis de que las focas eran arrastradas a través de la boquilla y pasaban junto a las palas giratorias de la hélice, sufriendo laceraciones curvilíneas en la piel y el tejido muscular. Este tipo de lesión se conoce como lesión en "sacacorchos". Los autores también señalan que se han observado lesiones similares en otros animales, como las marsopas comunes.

Existen dos tipos de conductos: aceleradores y deceleradores. En los conductos aceleradores, el perfil del conducto es similar al de un perfil aerodinámico , curvado hacia el interior, lo que aumenta la velocidad de entrada del flujo y la eficiencia de la hélice. Este efecto se manifiesta a bajas velocidades y se ve contrarrestado progresivamente a velocidades más altas por la resistencia adicional del conducto, lo que tiende a disminuir la eficiencia de la propulsión. El tipo acelerador se utiliza en hélices con cargas pesadas o de diámetro limitado. Debido a la extensa investigación realizada por Ludwig Kort sobre este tipo de conducto, también se le conoce como "tobera Kort". ^{[ 7 ]}

Con el segundo tipo, la superficie recta del perfil del conducto en el interior y la curva en el exterior reducen la velocidad de entrada, lo que aumenta la presión y disminuye la cavitación. Esto se denomina chorro de bomba , especialmente en combinación con álabes fijos o estatores variables .

MARIN ha realizado una extensa investigación sobre hélices entubadas. Muchos de los perfiles utilizados se basan en los perfiles aerodinámicos NACA , de los cuales el NACA 4415 presenta muy buenas características. Las toberas más utilizadas son la 19A y la 37 de la serie MARIN. ^{[ 3 ]} Estas tienen un borde de salida redondeado para facilitar la fabricación y aumentar la eficiencia en la navegación en reversa. Inicialmente, se utilizaron las hélices de la serie B de Wageningen, y posteriormente las de tipo Kaplan con una punta de pala más ancha.

En una tobera Kort, la velocidad del flujo de entrada aumenta, reduciendo la presión. Esto disminuye el empuje y el par de la hélice. Al mismo tiempo, se produce una circulación que genera una fuerza dirigida hacia adentro, con un componente hacia adelante. Por lo tanto, el conducto genera un empuje positivo, que normalmente es mayor que la reducción de empuje de la hélice. La pequeña holgura entre la hélice y el conducto reduce el vórtice de la punta, aumentando la eficiencia.

A medida que la resistencia aumenta con la velocidad, eventualmente superará el empuje adicional. Por lo tanto, los buques que normalmente operan por encima de esta velocidad no suelen estar equipados con conductos. Al remolcar, los remolcadores navegan a baja velocidad y con hélices cargadas al máximo, y a menudo están equipados con conductos. La fuerza de tracción puede aumentar hasta un 30 % con los conductos.

En los conductos de desaceleración, la circulación es opuesta a la de la tobera Kort, lo que genera un empuje negativo en el conducto. Este tipo se utiliza en embarcaciones de alta velocidad con mayor riesgo de cavitación y en embarcaciones que buscan reducir los niveles de ruido, como los buques de guerra.

• Azipod – Propulsor azimutal de accionamiento eléctrico 
• Diseño de ventilador axial : ventilador que induce un flujo de gas mayormente paralelo al eje. 
• Timón de cocina : tipo de sistema de propulsión direccional para embarcaciones. 
• Timón Pleuger – Timón de barco asistido por propulsores 

• Carlton, J. (2007): Hélices y propulsión marinas , Butterworth-Heinemann
• Ghose, JP, Gokarn RP (2004): Propulsión básica de buques , Allied Publishers
• Oosterveld, MWC (1970): Hélices con conductos adaptadas a la estela , Cuenca modelo Nederlands Schip, Wageningen

• Carlton, JS (2019). «Métodos teóricos y analíticos relacionados con la acción de las hélices». Hélices marinas y propulsión . págs. 177–216 . doi : 10.1016/B978-0-08-100366-4.00008-0 . ISBN  978-0-08-100366-4.
• Boquilla y hélice Rice Speed
• Glosario de remolcadores. Archivado el 17 de mayo de 2016 en Wayback Machine.
• Artículos de L. Stipa, traducidos por la NACA.
• Damen Marine Components Países Bajos