Por Redacción PortalPortuario.cl
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Un estudio financiado por Canada Transport sobre el impacto de las tolerancias de fabricación en el rendimiento de la hélice, realizado por la Memorial University of Newfoundland, el DRDC Atlantic Research Centre y el fabricante de hélices Dominis Engineering, descubrió que el más mínimo cambio en la geometría de la hélice producía una cavitación “significativa”, y mucho antes de lo que se pensaba.
Bajo este contexto, desde Dominis se comunicó que “la más mínima desviación en el mecanizado, pulido y acabado de las palas de las hélices de los barcos podría provocar cavitación y ruido radiado bajo el agua, incluso si los defectos se encuentran dentro de la tolerancia máxima permitida por las sociedades de clasificación y la norma ISO 484-1”.
El comportamiento de una sección de la pala de la hélice con defectos en el borde de ataque de 94 µm, 250 µm y 500 µm se estudió utilizando Computational Fluid Dynamics (CFD) en el DRDC-Atlantic Research Centre y la Memorial University of Newfoundland, en un proyecto de tres años que concluyó en 2022.
El líder del proyecto, el presidente de ingeniería de Dominis, Bodo Gospodnetic, señaló que “los resultados experimentales muestran que las tolerancias de fabricación de hélices actuales ampliamente aceptadas como se establece en el estándar ISO deben evaluarse e investigarse más a fondo”.
La tolerancia actual para un defecto en el borde de ataque de una pala de hélice es de 500 µm (0,5 mm). Las hélices de los barcos se fabrican de acuerdo con la norma ISO 484-1, con la mayoría de las hélices hechas de piezas fundidas mecanizadas en bruto en molinos CNC (controlado numéricamente por computadora) y luego se terminan usando rectificado robótico y manual.
Sin embargo, el pulido robótico y manual de las superficies de la hélice introduce imprecisiones y desviaciones del diseño aprobado, lo que puede provocar cavitación, erosión, ruido, vibración y pérdida de eficiencia de la hélice.
“El borde de ataque es un área muy desafiante para fabricar con precisión, pero tiene una fuerte influencia en la cavitación de láminas, rayas y vórtices”, comentó Gospodnetic.
Los investigadores descubrieron que un barco con una hélice “defectuosa” debe viajar a un porcentaje determinado más lento que un barco con una hélice “correcta” para operar por debajo de la velocidad de inicio de la cavitación y permanecer en silencio.
“Por ejemplo, un barco con un defecto de hélice de 0,5 mm tendría que navegar al 45 % de la velocidad de una hélice sin defectos para evitar el ruido de cavitación. Cuanto menor sea el defecto, menor será la reducción de velocidad necesaria para permanecer en silencio”, apuntó el comunicado de la privada.
“El defecto de 0,5 mm probado es una de las tolerancias de fabricación de hélices ISO 484-1 más estrictas, pero se ha demostrado que afecta el inicio de la cavitación de manera significativa y perjudicial. Las reglas deben endurecerse”, complementó Gospodnetic.
El ISO 484-1:2015 ha sido un estándar para hélices desde 1982 y, aunque el estándar se revisó en 2015 y 2022, la tolerancia y la geometría permitidas permanecen sin cambios.
“Sabemos que el 80 % del ruido radiado bajo el agua proviene de la hélice, pero si se legisla que los barcos permanezcan en silencio en hábitats sensibles como el estrecho de Juan de Fuca, entonces tendrán que limitar su velocidad por debajo de la velocidad de inicio de la cavitación”, indicó el titular de Dominis.
Si bien los estudios iniciales de CFD muestran cómo los defectos muy pequeños pueden influir en el inicio de la cavitación, los socios de investigación están buscando financiamiento para continuar su investigación en pruebas de modelos de segunda fase en un túnel de cavitación.
