Desde el 4 de agosto de 1829, cuando la Civettà zarpo para hacer una prueba oficial, hasta hoy, el concepto de la hélice como propulsión de los buques, no tuvo una variación drástica en la geometría de la hélice.
En la Civettà, Josef Ressel, había montado una hélice movida por una máquina de vapor. El barco, llevando 40 personas a bordo, llegó a alcanzar 6 nudos. La prueba no pudo continuar al romperse la máquina de vapor.
A partir de 1875 se empiezan a publicar los primeros fundamentos teóricos de los procedimientos para el proyecto de hélices. Dichos métodos fueron evolucionando progresivamente e incorporando los desarrollos realizados en el campo aeronáutico. En los últimos años se incorporan los ordenadores en las tareas de diseño, lo que permite utilizar modelos matemáticos cada vez más complejos para realizar el diseño de las hélices.
Ya, a mediados del siglo pasado, se realizan amplios trabajos de investigación con la finalidad de poder explicar de forma más precisa los fenómenos de interacción entre la hélice y el flujo que se desarrolla en la popa del buque. Este conocimiento ha permitido conseguir mejoras significativas en el comportamiento de la hélice en cavitación y en consecuencia en la reducción de los niveles de ruidos y vibraciones a bordo.
En los últimos años se han desarrollado diversos dispositivos, así como diseños de hélices no convencionales encaminados a mejorar el rendimiento propulsivo del buque.
En este post quería comentar sobre un tipo especial de hélice denominada CLT (Contracted Loaded Tip), diseñada por la empresa española SISTEMAR que ha demostrado ahorros de consumo de combustible superiores al 10%.
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 entre las presiones que ejerce el agua sobre las caras de presión a popa y de succión a proa de la hélice, en las proximidades de los extremos de las palas.
En la Civettà, Josef Ressel, había montado una hélice movida por una máquina de vapor. El barco, llevando 40 personas a bordo, llegó a alcanzar 6 nudos. La prueba no pudo continuar al romperse la máquina de vapor.
A partir de 1875 se empiezan a publicar los primeros fundamentos teóricos de los procedimientos para el proyecto de hélices. Dichos métodos fueron evolucionando progresivamente e incorporando los desarrollos realizados en el campo aeronáutico. En los últimos años se incorporan los ordenadores en las tareas de diseño, lo que permite utilizar modelos matemáticos cada vez más complejos para realizar el diseño de las hélices.
Ya, a mediados del siglo pasado, se realizan amplios trabajos de investigación con la finalidad de poder explicar de forma más precisa los fenómenos de interacción entre la hélice y el flujo que se desarrolla en la popa del buque. Este conocimiento ha permitido conseguir mejoras significativas en el comportamiento de la hélice en cavitación y en consecuencia en la reducción de los niveles de ruidos y vibraciones a bordo.
En los últimos años se han desarrollado diversos dispositivos, así como diseños de hélices no convencionales encaminados a mejorar el rendimiento propulsivo del buque.
En este post quería comentar sobre un tipo especial de hélice denominada CLT (Contracted Loaded Tip), diseñada por la empresa española SISTEMAR que ha demostrado ahorros de consumo de combustible superiores al 10%.
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 entre las presiones que ejerce el agua sobre las caras de presión a popa y de succión a proa de la hélice, en las proximidades de los extremos de las palas.
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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.
Se demuestra teóricamente que, cuanto mayor es la diferencia de presiones en ambas caras, mayor es el rendimiento de la hélice.
Las numerosas pruebas de mar realizadas con buques que tenían instaladas hélices convencionales y posteriormente hélices CLT, arrojan las siguientes ventajas comparativas de éstas últimas respecto de las primeras:
Tienen un mayor rendimiento propulsivo, lo que permite reducir la potencia propulsora necesaria para alcanzar una determinada velocidad. Esto se traduce en un importante ahorro de combustible, entre un 7 y un 12% menos de consumo a igualdad de velocidad. Alternativamente, a igualdad de potencia propulsora, las hélices CLT permiten aumentar la velocidad del buque entre 0,3 y 0,6 nudos.
Los niveles de vibraciones excitadas sobre el casco por las hélices CLT son considerablemente inferiores a los correspondientes de las hélices convencionales, debido a la menor depresión en la cara pasiva de las palas, con una extensión de cavitación mucho menor y menores fluctuaciones de presión.
A igualdad de potencia propulsora, se obtiene una mejor respuesta del buque a la acción del timón, y por consiguiente, mejores características de maniobrabilidad, con círculos de evolución de menor radio y menor distancia de frenado requerida.
Las hélices o palas CLT se han instalado en buques de todo tipo:
Quimiqueros, Bulkcarriers, Pesqueros de arrastre y de cerco, Ro-Ros, Crucero, Yates, etc. accionadas por máquinas propulsoras que oscilan entre los 36.000 bhp a 90 rpm y los 300 bhp a 2.400 rpm.
Sistemar ha desarrollado una segunda generación que aporta las siguientes mejoras:
Se reduce la depresión en la cara de succión de la hélice, por lo que se minimiza la extensión de cavitación tipo lámina y por tanto los niveles de las fluctuaciones de presión.
Se aumenta la sobrepresión en la cara de presión de la hélice, aumentando de esta forma el rendimiento de propulsor aislado.
Como casi siempre, ante los nuevos avances tecnológicos, nos preguntamos sobre el retorno de la inversión al tomar la decisión de colocarla en una nueva construcción o cambiarla en un buque en servicio.
En el caso de buques de nueva construcción, el mismo se debe únicamente a la diferencia de coste de diseño y fabricación con respecto a la hélice convencional alternativa.
Cuando se trata de buques en servicio, al coste de diseño y fabricación hay que añadir el de desmontaje de la hélice existente y el de transporte e instalación de la nueva.
La reducción de la factura anual de combustible conseguida mediante la hélice CLT se estima en función del tipo de buque (horas de navegación al año, consumo específico de combustible, porcentaje de ahorro estimado) y del precio del combustible.
En función de estos parámetros, se tiene que en el caso de buques de nueva construcción, el retorno de la inversión se produce en aproximadamente 3 a 6 meses, mientras que en el caso de buques en servicio suele oscilar entre 2 y 3 años.
Las últimas noticias nos informan que AP Möller Maersk ha encargado a Sistemar el diseño de una hélice CLT para el petrolero “Roy Maersk” (35.000 tpm), con el objetivo de reducir el consumo de combustible (y, en consecuencia, las emisiones de CO2) y mejorar la maniobrabilidad del buque.
Por su parte, el grupo naviero noruego Wilhelmsen ya ha instalado una hélice CLT en su bulkcarrier “Bernardo Quintana” (76.000 tpm) y ha encargado otras dos para los bulkcarriers “Sklenar” y “W.H. Blount”, que se instalarán en las varadas previstas para este año.
El director general de Wilhelmsen Ship Management, Aditya Saxena, ha afirmado que “para reducir los costes operativos de nuestros buques, hemos estudiado varias formas de reducir el consumo de combustible y hemos llegado a la conclusión de que una hélice CLT es la mejor manera de lograr una reducción significativa y apreciable”.
Las hélices CLT de ambos grupos navieros han sido construidas por Wärtsilä en Drunen (Holanda).
Se demuestra teóricamente que, cuanto mayor es la diferencia de presiones en ambas caras, mayor es el rendimiento de la hélice.
Las numerosas pruebas de mar realizadas con buques que tenían instaladas hélices convencionales y posteriormente hélices CLT, arrojan las siguientes ventajas comparativas de éstas últimas respecto de las primeras:
Tienen un mayor rendimiento propulsivo, lo que permite reducir la potencia propulsora necesaria para alcanzar una determinada velocidad. Esto se traduce en un importante ahorro de combustible, entre un 7 y un 12% menos de consumo a igualdad de velocidad. Alternativamente, a igualdad de potencia propulsora, las hélices CLT permiten aumentar la velocidad del buque entre 0,3 y 0,6 nudos.
Los niveles de vibraciones excitadas sobre el casco por las hélices CLT son considerablemente inferiores a los correspondientes de las hélices convencionales, debido a la menor depresión en la cara pasiva de las palas, con una extensión de cavitación mucho menor y menores fluctuaciones de presión.
A igualdad de potencia propulsora, se obtiene una mejor respuesta del buque a la acción del timón, y por consiguiente, mejores características de maniobrabilidad, con círculos de evolución de menor radio y menor distancia de frenado requerida.
Las hélices o palas CLT se han instalado en buques de todo tipo:
Quimiqueros, Bulkcarriers, Pesqueros de arrastre y de cerco, Ro-Ros, Crucero, Yates, etc. accionadas por máquinas propulsoras que oscilan entre los 36.000 bhp a 90 rpm y los 300 bhp a 2.400 rpm.
Sistemar ha desarrollado una segunda generación que aporta las siguientes mejoras:
Se reduce la depresión en la cara de succión de la hélice, por lo que se minimiza la extensión de cavitación tipo lámina y por tanto los niveles de las fluctuaciones de presión.
Se aumenta la sobrepresión en la cara de presión de la hélice, aumentando de esta forma el rendimiento de propulsor aislado.
Como casi siempre, ante los nuevos avances tecnológicos, nos preguntamos sobre el retorno de la inversión al tomar la decisión de colocarla en una nueva construcción o cambiarla en un buque en servicio.
En el caso de buques de nueva construcción, el mismo se debe únicamente a la diferencia de coste de diseño y fabricación con respecto a la hélice convencional alternativa.
Cuando se trata de buques en servicio, al coste de diseño y fabricación hay que añadir el de desmontaje de la hélice existente y el de transporte e instalación de la nueva.
La reducción de la factura anual de combustible conseguida mediante la hélice CLT se estima en función del tipo de buque (horas de navegación al año, consumo específico de combustible, porcentaje de ahorro estimado) y del precio del combustible.
En función de estos parámetros, se tiene que en el caso de buques de nueva construcción, el retorno de la inversión se produce en aproximadamente 3 a 6 meses, mientras que en el caso de buques en servicio suele oscilar entre 2 y 3 años.
Las últimas noticias nos informan que AP Möller Maersk ha encargado a Sistemar el diseño de una hélice CLT para el petrolero “Roy Maersk” (35.000 tpm), con el objetivo de reducir el consumo de combustible (y, en consecuencia, las emisiones de CO2) y mejorar la maniobrabilidad del buque.
Por su parte, el grupo naviero noruego Wilhelmsen ya ha instalado una hélice CLT en su bulkcarrier “Bernardo Quintana” (76.000 tpm) y ha encargado otras dos para los bulkcarriers “Sklenar” y “W.H. Blount”, que se instalarán en las varadas previstas para este año.
El director general de Wilhelmsen Ship Management, Aditya Saxena, ha afirmado que “para reducir los costes operativos de nuestros buques, hemos estudiado varias formas de reducir el consumo de combustible y hemos llegado a la conclusión de que una hélice CLT es la mejor manera de lograr una reducción significativa y apreciable”.
Las hélices CLT de ambos grupos navieros han sido construidas por Wärtsilä en Drunen (Holanda).
Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas
Debo aclararles que tanto los desarrollos teoricos de las helices CLT como su concepto ,son mios. Les recomiendo la lectura de " De las helices TVF a la ultima generacion de helice CLT" publicado por mi en Ingenieria Naval en Nov. de 2009.
ResponderEliminarGonzalo Perez Gomez.