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)
