Documentação Técnica

Documentação Técnica
* Engenharia de Dragagem, Sinalização Náutica, Batimetria, Projetos de Canais Navegáveis, Meio Ambiente, Cartas Náuticas, Software de Navegação, Topografia Básica e outros assuntos técnicos.

* Os leitores poderão ter acesso e fazer download do material na parte inferior desta página.

sexta-feira, 6 de abril de 2012

HÉLICES - Os Conceitos Básicos (Parte 1) *

* Jorge Nasseh

Esta matéria introduz as principais definições de hélices. Na próxima edição, aprenda como selecionar o hélice "correto" para seu barco.


Cada hélice é um compromisso: algumas pessoas querem a máxima velocidade, outras uma velocidade econômica de cruzeiro, outras, a maior aceleração possível. E bem capaz que hoje você tenha o hélice "incorreto" para o uso que você faz do seu barco, mas talvez este seja o hélice certo segundo o critério de outra pessoa. A seleção de um hélice influencia dramaticamente nas características de manobra, aceleração, velocidade máxima, economia de combustível e segurança. Com a combinação certa de casco, motor e hélice, um barco tem excelente performance. Mas se não estiver correta, consumo excessivo de combustível, despesas com reparos e baixa performance serão companheiras a bordo.

Quando se fala sobre hélices surge uma quantidade enorme de nomes e definições que deixam as pessoas confusas quando tentam conhecê-los pela primeira vez. Se este é o seu caso, não desista. A parte básica da tecnologia que envolve a seleção de um hélice não é difícil de compreender. As informações a seguir irão ajudar a entender o que se passa embaixo da popa, onde pitch (passo), rake e diâmetro são importantes.


Antes de conhecer as partes de um hélice vamos ver como este funciona. Para entender o conceito de um hélice imagine uma fotografia deste em movimento, exatamente no momento em que uma das pás está projetada direto para você (fig. 1). Este hélice está girando de cima para baixo e da esquerda para a direita. Neste caso a pá empurra a água do mesmo modo como você faz com a mão quando está nadando. Se você tentar fazer isto e prestar atenção, verá que este movimento faz com que a água na palma da sua mão corre para ocupar o espaço criado na parte de cima. Pois é exatamente isto que também acontece com o movimento da pá de um hélice. Este movimento cria uma diferença de pressão entre os dois lados da pá: uma pressão positiva empurrando a pá no lado de baixo e uma pressão negativa puxando a pá no lado de cima. Este efeito ocorre em todas as pás ao mesmo tempo, com cada pá puxando e empurrando água ao mesmo tempo, através de um tubulão imaginário um pouco mais largo que o diâmetro do hélice.

Agora que você já sabe como um hélice funciona, podemos ver suas partes componentes (fig.2). Além disso, você deve manter em mente alguns temos. Quando se fala em dimensões de um hélice, estas são expressas em duas medidas: diâmetro e passo (a não ser no caso de hélices duplos ou – dual props --, que possuem um código específico). Se seu hélice é um 14 x 21, isto quer dizer que ele possui um diâmetro de 14 polegadas e um passo de 21. Quanto ao diâmetro não há dúvida, é o diâmetro do círculo descrito quando o hélice gira. Já quanto ao passo, este é a distância teórica que o hélice percorre para vante quando completa uma volta, do mesmo modo como acontece com um parafuso quando entra na madeira. Teórica !? Sim, teórica porque todo hélice escorrega, o que chamamos de slip, o que não está relacionado com ineficiência.


Para dar uma idéia de como isto acontece, quando você engrena o motor de seu barco, o slip é de 100% - o hélice está girando rapidamente, mas o barco não sai do lugar. Enquanto você acelera, o slip diminui, mas sempre existirá. Para barcos de lazer este valor é da ordem de 10 a 15%. Em barcos de alta performance, 10% é um bom valor. Mas se o barco é pesado e lento, o slip ideal deverá ser da ordem de 20 a 25%. De forma geral, barcos mais lentos utilizam hélices de grande diâmetro e passo pequeno, o que fornece melhores resultados em velocidades baixas, enquanto barcos de planeio usam hélices pequenos de grande passo, para alcançar altas velocidades finais.

Existem dois tipos de passo: o constante, também chamado de flat ou true, e o progressivo ou camber (fig. 3). Passo constante significa que este é igual ao longo da pá, desde o bordo de ataque até o de fuga. Já o passo progressivo começa pequeno no bordo de ataque e aumenta progressivamente até o bordo de fuga. Neste caso o passo nominal do seu hélice é a média dos passos da pá. O passo progressivo aumenta a performance quando a velocidade de avanço e o giro são altos ou o hélice está operando em uma pequena profundidade fazendo com que parte saia de dentro d’água.

O passo de hélice poderia ser comparado com a caixa de marchas do motor de seu carro. Para um determinado motor, com um certo RPM, quanto mais rápido for o barco maior deverá ser o passo do hélice. Se usarmos um passo pequeno o giro ultrapassará o limite recomendado, o que não será nada bom para a vida útil do seu motor. Você terá uma ótima aceleração, mas a velocidade final será tão ruim quanto a eficiência de seu hélice. Caso tenhamos selecionado um hélice com passo muito grande, quando o giro for baixo estaremos forçando o motor, criando um torque acima do previsto, o que também não será nada bom para a vida útil do motor. Neste caso, a velocidade final pode não ser prejudicada, mas a aceleração será seriamente reduzida.

Existem ainda alguns nomes para serem definidos: rake, cup e skew. O rake é a inclinação para vante ou para ré que algumas pás possuem. O rake é medido em ângulos. Se a pá é perpendicular ao eixo, esta tem 0o de rake. No caso de motores de popa e rabeta, as pás normalmente possuem 15o de rake, mas podem variar de 20o a 5o negativos. Hélices de alta performance possuem rake progressivo que podem chegar até 30o na extremidade da pá (fig. 4). Quanto maior o ângulo de rake, melhor é a habilidade do hélice trabalhar próximo à superfície, evitando efeitos de cavitação e ventilação que serão discutidos mais adiante. Em barcos leves e rápidos com um motor de popa instalado bem acima da sua posição original, um acentuado ângulo de rake melhora a performance, pois mantém a proa do barco sempre para cima, o que diminui o arraste do casco na água.


Cup é a concavidade que se vê no bordo de fuga da pá de um propulsor (fig. 5). Esta concavidade é feita para obter as mesmas vantagens conseguidas com o passo rake. Utilizando o cup , ou fazendo o cupping, consegue-se um giro na ordem de 150 a 300 RPM menor que o mesmo motor equipado com um hélice sem cup na mesma velocidade. Para ser realmente côncavo o cupping das pás deverá ser completamente côncavo com terminação em quina viva. Qualquer coisa em contrário irá reduzir o efeito cupping. Apesar disso, o cup é de pouco valor em hélices muito carregados que se encontram totalmente submersos. No caso do skew o objetivo é outro. Uma pá com maior skew, ou mais inclinada radialmente (fig. 6), reduz a vibração da pá quando entra na água.

Depois de tantos nomes, definições e resultados, você deve estar pensando quanta coisa está envolvida simplesmente na rotação do hélice. Ainda existem algumas situações que devem ser esclarecidas, mas por enquanto eu continuo a fazer as perguntas. Você sabe para que lado gira o hélice de seu barco ? Não !? Então vejamos. Fique atrás do seu barco e observe como o hélice gira quando engrenado à vante. Se este rodar no sentido horário, o seu hélice roda no sentido da mão direita ou possui uma right-hand rotation. Caso gire no sentido anti-horário, o giro é no sentido da mão esquerda ou left-hand rotation. Aproveite que você deu uma olhada no hélice e me diga agora quantas pás ele possui. Três ? Pode ser. Esta é a melhor combinação entre vibração, tamanho, eficiência e custo. Não se desaponte se o barco do seu vizinho tem quatro ou cinco pás. Existe um hélice para cada objetivo, então não se sinta mau equipado se o seu possuir três pás.


Teoricamente, o hélice mais eficiente seria aquele que possuísse uma única pá. Você já viu algum !? Se por acaso tivesse visto, veria também como o casco vibraria. Então um hélice com duas pás uma balançando a outra, seria mais eficiente. Mas ainda assim iria provocar muita vibração. Quanto mais pás, menos eficiência, mas também menos vibração. A diferença entre a eficiência de um hélice com duas e um com três pás é bem menor do que a diferença entre a vibração causada por eles.

Bem agora que você já sabe o básico, vamos esclarecer algumas dúvidas. Como já havia sido mencionado, existem dois fenômenos distintos que ocorrem nos hélices que são: a cavitação e a ventilação. Muitas pessoas pensam que elas são a mesma coisa.

Qualquer um sabe que a água se transforma em vapor a 100o C com pressão ao nível do mar. Mas a água também passa ao estado de vapor em uma temperatura bem menor se a pressão atmosférica for baixa. Lembre-se do movimento das pás, onde uma face está com pressão reduzida. Pois bem, quanto maior a velocidade da água passando pelas pás, menor será a pressão na face posterior da pá, e dependendo da temperatura, a água poderá se transformar em vapor. Isto se chama cavitação. Uma vez geradas as bolhas de vapor d’água, estas viajam pela pá até o bordo de fuga onde a pressão é maior. Nesta região as bolhas são comprimidas e implodem, voltando ao estado líquido. A energia liberada pela implosão das bolhas causa a erosão das pás. A causa da cavitação pode ser alguma irregularidade no bordo de ataque da pá, porosidade na superfície da pá, cup em excesso, ou até uma pá mau projetada.

Já a ventilação ocorre quando ar ou gases de descarga são sugados pelo hélice. Quando isto ocorre, não há nada substancial para as pás impulsionarem. Assim perde-se a tração e o giro sobe. Com o aumento do giro então aparece a cavitação. A ventilação pode ocorrer quando o ângulo de inclinação do motor está excessivamente alto ou quando se faz uma manobra muito rápida.


Motores de popa e rabeta são projetados com uma placa de antiventilação logo acima do hélice muitas vezes chamada erroneamente de placa de cavitação ou placa de anticavitação. O objetivo desta placa é reduzir a possibilidade do ar ser sugado da superfície para as faces de baixa pressão das pás do hélice. Alguns hélices também possuem um anel difusor na extremidade do eixo para evitar que os gases de descarga sejam sugados pelas pás.

...

Fonte: Revista Náutica, Suporte Técnico.

Nenhum comentário:

Postar um comentário