Con la llegada de la revolución industrial y la utilización de la máquina de vapor como fuente de energía, se abrieron numerosas posibilidades de aplicación en el ámbito del transporte marítimo que permitieron acabar con su tradicional supeditación al viento. Pese a la problemática –tanto técnica como práctica– que inicialmente suponía la incorporación de hélices frente a las tradicionales paletas, la realización de diversas pruebas realizadas a mediados del siglo XIX por la Royal Navy británica consolidó definitivamente a la hélice como el elemento propulsor más ventajoso para los buques.
La hélice es un dispositivo constituido por álabes o palas curvas, unidas concéntricamente a un eje en su parte central, que giran a su alrededor en un mismo plano. El movimiento de estas palas con forma alabeada produce una diferencia de velocidades entre el agua que fluye por la cara de mayor recorrido y la que bordea la cara opuesta de la pala, que lo hace más lentamente y con menor presión, lo que se conoce como principio de Bernoulli. Esta diferencia de presión produce como resultado una fuerza perpendicular al plano de giro de las palas –denominada fuerza de empuje–, desde la cara donde el agua tiene mayor presión –fluido con menor velocidad– hacia la cara donde hay menor presión –fluido con mayor velocidad–.
Numerosos parámetros de diseño de la hélice influyen de forma determinante a la hora de transformar la energía de rotación ejercida por el motor en el máximo empuje ejercido por la hélice, tales como el diámetro –que ha de ser el adecuado para la capacidad del motor que producirá su giro–, la forma y número de las palas, el material, la velocidad angular, el paso –distancia lineal de avance en un giro completo– o el ángulo de ataque del flujo del agua incidente. En la propulsión naval, la hélice comenzó a utilizarse en el año 1827, cuando el austrohúngaro Josef Ressel diseñó el primer prototipo funcional que permitió la navegación fluvial. En 1843, el ingeniero sueco John Ericcson mejoró este diseño original, permitiendo al buque Great Britain realizar el primer viaje trasatlántico utilizando este sistema de propulsión.
Hoy en día el desarrollo de la hélice continúa evolucionando, realizándose nuevos diseños mediante complejos modelos matemáticos que consiguen mejorar su rendimiento propulsivo, a la vez que se minoran los efectos negativos de la cavitación y se reducen las vibraciones, los ruidos y la erosión de las palas. De este modo, aparte de las hélices convencionales comentadas, han surgido otros tipos de hélices como las que se destacan a continuación.
Hélices de paso controlable
Disponen de un accionamiento mecánico que permite cambiar el ángulo de ataque con el que incide el flujo en la pala. Actuando sobre dicho ángulo, aumenta o disminuye el empuje resultante, e incluso se puede cambiar el sentido de la fuerza manteniendo constantes las revoluciones de giro del motor. De esta manera, el motor siempre funciona en su punto óptimo de rendimiento. Variando el paso de las palas se obtienen las distintas velocidades.
Hélices con tobera
En este sistema el agua es dirigida hacia la hélice a mayor velocidad, gracias a la depresión que produce la tobera en la boca de la misma –principio de Bernoulli–. Esto permite un aumento del empuje para la misma potencia del motor propulsor, la posibilidad de utilizar el sistema a modo de timón y una reducción sustancial del ruido. Es utilizado frecuentemente en pesqueros de arrastre y submarinos, por la necesidad de pasar lo más desapercibidos posibles, aunque también se encuentran en remolcadores o dragas, que requieren un gran empuje a bajas velocidades.
Hélices contrarrotativas
Es un sistema de mayor efectividad, compuesto por dos hélices montadas en el mismo eje, una detrás de otra, que giran en sentido opuesto. Debido a su complejidad, tienen riesgo de sufrir cavitación, por lo que sólo suelen utilizarse en embarcaciones rápidas con hélices de pequeño tamaño, siendo la más conocida la patente de doble hélice de Duoprop.
Hélices azimutales
Este sistema se compone de una o dos hélices enfrentadas, conectadas mediante un eje vertical que permite 360° de giro, consiguiendo una excelente maniobrabilidad en el gobierno del buque.
Hélices CLT
Se trata de un diseño español presentado en 1976. Gracias al cierre en los extremos de las palas con una placa, genera un aumento del empuje cerca del extremo de la pala que consigue una reducción de entre el 8% y el 12% en el consumo de combustible para una misma velocidad, además de una disminución de las vibraciones y de la distancia necesaria para detener el buque. Asimismo, la reducción del radio de giro provoca una mejora de la respuesta ante la acción producida por el timón. Todo ello les permite ser instaladas en cualquier tipo de buque de mediano y gran tamaño.
