Como elegir una hélice
Empecemos primero por ver las unidades de medida quizás desconocidas por los menos veteranos, que definen nuestras hélices. Las hélices tal y como se venden en el comercio especializado se distinguen esencialmente por dos números que son el diámetro y el paso. Ejemplo: una hélice 25 X 15 tiene un diámetro de 25 cm. y un paso de 15 cm. Estos valores están grabados o impresos generalmente en todas las hélices. Además de estos valores en centímetros están también indicados los valores en “inches” (pulgadas de los ingleses). La conversión de pulgada/centímetros es de 2,54, ya que 1 pulgada inglesa vale 2,54 cm. Redondeando un poco, basta con calcular que una pulgada vale 2,5 cm.
La cilindrada de los motores puede estar indicada en medidas métricas o en medidas inglesas, a saber en centímetros cúbicos o en pulgadas cúbicas (cubic inch). El factor de conversión es igual a 2,54 elevado al cubo, es decir 2,54 X 2,54 X 2,54 = 16,387. Así que una pulgada vale 16,387 cm3, y a la inversa 1 cm3 vale 0,061 pulgadas cúbicas. Las cilindradas mas frecuentes en aeromodelismo son:
Cuando oímos hablar de un « 25 » o de un « 40 » no es otra cosa que la abreviatura en términos coloquiales de las medidas 0,25 pulgadas cúbicas o 0,40 pulgadas cúbicas, esto viene del hecho que los ingleses utilizan el punto en el lugar de la coma para escribir decimales. Por ejemplo un ingles escribe .25 y nosotros escribimos 0,25
El diámetro y el paso
El diámetro de una hélice es algo que fácilmente se puede comprobar y medir, no lo es tanto el paso que es algo bastante relativo, para explicarlo sin demasiadas formulas complicadas lo podríamos comparar a un tornillo , así seria el paso la distancia que recorre la hélice a cada vuelta enroscándose en el aire, sin embargo no es del todo exacto pues el aire no es un material sólido, sino un fluido, un ejemplo para entenderlo; una hélice con un paso de 15 cm. y girando a 12.000 vueltas, avanzaría 15 cm. a cada vuelta desplazándose a la velocidad teórica de: 15/100.000 X 12.000 X 60 = 108 kmh.
Así la elección de una hélice debería ser sencillo, con la ayuda de un tacómetro bastaría con medir las vueltas de diferentes hélices para determinar la que mas nos conviene, pero la realidad no es tan sencilla. La relación paso x régimen = velocidad de vuelo solamente es válida en la medida que la tracción ejercida por la hélice a la velocidad teóricamente posible sea igual a la resistencia aerodinámica de nuestro avión a la misma velocidad. Cuando la resistencia que tiende a frenar el avance del avión se hace igual a la tracción del la hélice, la velocidad de vuelo (es decir la velocidad relativa del avión) deja de aumentar. Y aún a igualdad de relaciones, la resistencia del avión crecería con su velocidad de desplazamiento, siendo proporcional al cuadrado de su velocidad. Cuando la velocidad se multiplica por 2, 3, 4 etc., la resistencia se multiplica por 4, 9, 16, etc.
La elección en función del avión
Como hemos visto, la elección del diámetro y del paso no se resuelve solamente con la potencia del motor. Un ejemplo más claro:
Pongamos un motor de 3,5 cm3 un avión entrenador y un avión de carreras de pilón. El entrenador de una envergadura de 1,50 m, una superficie alar de 35 dm2 y un peso de aproximadamente 2 Kg.
Un avión de pilón de una envergadura de 1m. una superficie alar de 20 dm2, un peso de 1,2 Kg. y una aerodinámica bastante mas fina que la del entrenador, perfil con un bajo coeficiente de resistencia, fuselaje estrecho, sin tren de aterrizaje……….su resistencia será infinitamente mas baja que la del entrenador.
Con el mismo motor de 3,5 cm3 no obtendremos que 80 o 100 kmh de velocidad máxima con nuestro entrenador, mientras que el de pilón llegará a los 180 kmh o más. Pero a condición de optar por las hélices adaptadas a cada avión ; para el entrenador una 25 X 10 ( 10 X 4 ) o una 23 X 12 ( 9 X 5 ) convendría, mientras que para el de pilón la mas adecuada sería la 18 X 15 ( 7 X 6 )
Normalmente un buen 3,5 cm3 movería en vuelo una 25 X 10 ( 10 X 4 ) o una 23 X 12 ( 9 X 5 ) a unas 12.000 vueltas, así la velocidad teórica posible con un 23 X 12 ( 9 X 5 ) es de 12/100.000 X 12.000 X 60= 86,4 kmh. El mismo 3,5 cm3 moviendo una 18 X 15 (7 X 6) a unas 20.000 vueltas alcanzaría una velocidad posible de: 15/100.000 X 20.000 X 60= 180 kmh.
Pero solo el de pilón puede alcanzar esta velocidad gracias a su baja resistencia aerodinámica. Sin embargo si le ponemos una 23 X 12 (9 X 5) volará a 86,4 kmh. ya que el avión no puede adelantar a su hélice. Si por otro lado, al entrenador le ponemos la 18 X 15 (7 X 6) correrá aún menos porque siendo menor su diámetro, su tracción no será suficiente a causa de la mayor resistencia aerodinámica del entrenador, que hará que la hélice patine en el aire.
Más parámetros a tener en cuenta
De hecho como hemos visto, la relación “paso X vueltas” no nos da mas que una idea de la velocidad máxima que teóricamente podemos alcanzar, sabiendo que solo nos acercaremos si el rendimiento de la hélice se adapta a las características del avión. La elección se hará en base a otros parámetros.
1.- El rendimiento de una hélice varía con su velocidad de desplazamiento en el aire. Dicho de otra manera, el rendimiento que suministra en el suelo con el avión parado, es diferente al que daría en velocidad de crucero del avión, Así, no es la hélice que da mas tracción en el suelo la que mejor se adapte al vuelo.
2.- Un paso pequeño, sobretodo combinado con un gran diámetro, favoriza la aceleración en el despegue, pero la velocidad de vuelo será limitada. Esta opción será así inadecuada para un avión que queremos que vuele rápido. Sin embargo conviene muy bien a un avión de baja carga alar tipo “ trapanela” que puede volar muy lento, y aún siempre y cuando la velocidad máxima impuesta por la hélice no sea inferior a la velocidad de pérdida del avión.
3.- Inversamente, una hélice con un gran paso nos dará una aceleración mediocre al despegue ya que su rendimiento no es óptimo que a altas velocidades, lo que explica que los aviones reales estén equipados de hélices a paso variable: el piloto despega con paso pequeño y pasa al grande para optimizar el rendimiento en vuelo de crucero.
4.-En vuelo, el régimen de una hélice aumenta en relación a su valor en el suelo, avión parado. Se puede estimar a 10% de mejora de régimen. Dicho de otra manera, una hélice que gira a 12.000 vueltas en el suelo, sube hasta 13.000 vueltas en vuelo, y más aún cuando el avión baja en picado. Ahí también la importancia de este aumento de régimen esta influenciado por la fineza aerodinámica del avión.
5.- A la relación paso/diámetro se le llama “paso relativo”. Se constata que cuanto mas alto es el relativo, mejor es el rendimiento de la hélice, lo que explica en parte los pasos muy elevados que se usan en los aviones de acrobacia de competición .
Atención a la velocidad en la punta de la hélice
El rendimiento de una hélice, es decir, la relación potencia suministrada por la hélice/ potencia usada por la hélice, mejora con el aumento del régimen (el número de Reynolds aumenta) pero aún así hace falta que la velocidad de desplazamiento de las extremidades de las palas no supere 0,7 veces la velocidad del sonido. En efecto, a partir de ahí surgen fenómenos aerodinámicos que degradan notablemente el rendimiento de la hélice. Con los motores y hélices que habitualmente usamos en aeromodelismo, los regímenes que se alcanzan son inferiores a estos límites. Solo las hélices de los modelos de record de velocidad o de carreras de pilón especialmente potentes son susceptibles de alcanzarlos. No debemos temer que nuestras hélices giren demasiado rápido si solo nos ocupamos de su rendimiento. Sin embargo, desconfiemos de los riesgos de desprendimiento de las palas sobre todo de las de nylon mas o menos reforzadas de fibra de vidrio.
No fuerces tu motor
La potencia que suministra un motor térmico depende del régimen al que gira. Así en nuestros aviones la potencia que el motor puede desarrollar esta condicionada por la carga (el freno que genera el paso) que la hélice le impone. Cada motor tiene una curva característica de su potencia respecto a su régimen. La mayoría de los motores de 2 tiempos actuales usados en los entrenadores llegan a su curva máxima entre 10 y 13.000 vueltas. Fuera de estas cifras su rendimiento empeora. Salvo rara excepción, estos motores soportan mal girar a menos de 9.000 vueltas, incluso a 11.000 o 12.000 en las pequeñas cilindradas inferiores a 3,5 cm3 y la carburación se hace problemática. Sin embargo los motores de 4 tiempos o los 2 tiempos llamados de larga carrera utilizados por los pilotos de acrobacia funcionan muy bien por debajo de las 10.000 vueltas dando unos rendimientos más que aceptables.
Por consiguiente habría que procurar no sobrecargar los motores con hélices demasiado grandes o con demasiado paso. Un tacómetro es muy útil para evitar este tipo de errores.
La potencia que necesita una hélice varia en función de su diámetro elevado a 5. Lo que significa que unas pequeñas variaciones en las dimensiones de una hélice modifican notablemente el rendimiento del motor. Recortar las palas 5 mm puede hacernos ganar hasta 1.000 vueltas o más. Las diferencias de una hélice o de un paso inadaptado y la hélice óptima son muy pequeñas (inadaptadas al motor o al avión).
Si medimos sistemáticamente con el tacómetro las vueltas de nuestras hélices, constataremos que hélices de dimensiones idénticas pero de fabricantes diferentes giran con el mismo motor a regímenes notablemente diferentes. Diferencias de más de 500 vueltas son corrientes. Algunos fabricantes anuncian pasos muy optimistas, mientras que otros mas serios, como por ejemplo Graupner o APC indican pasos mas realistas. En fin, mismo si el diámetro y el paso son realmente idénticos, habrá diferencias debidas al diseño aerodinámico de las palas: anchura, perfil, evolución del paso, afilado, etc. etc.
Encontrar la hélice óptima necesita ensayos sistemáticos de varias hélices, no solamente en el suelo, con un tacómetro, sino también y sobre todo en vuelo. La hélice que gira mas rápido en el suelo no es siempre la que mejores resultados da en vuelo.
La clasificación de los motores por su cilindrada es muy relativa ya que, a igual cilindrada la potencia puede variar de más de 20% según la marca del motor y además del tipo de escape que utilicemos.
Importante:
Aunque sean nuevas las hélices deben siempre estar equilibradas (más aún si se han recortado), sino vibrarán harán mas ruido del normal y sobretodo afectaran al cuarzo-receptor sin hablar de posibles averías en los contactos del circuito de alimentación eléctrica (soldaduras, conectores, etc. etc.)
Extraido y traducido de MODELE MAGAZINE N° 564