Guías de abulonamiento y centrado estándar

En la entrada anterior (datos requeridos) hacía referencia a los patrones de abulonamiento estándar en la construcción de hélices para paramotores. Hoy les acerco los esquemas que ayudarán a comprender mejor las palabras. El diagrama (A), es el que consta de seis bulones de 8 mm. de diámetro con sus centros alrededor de una circunferencia de 75 mm. de diámetro y un orificio de centrado de 1" (25,4 mm.) de diámetro. Este patrón se utiliza, generalmente, en los paramotores cuya potencia es mayor a los 18 H.P. También es estándard para los aviones ultralivianos con motores Rotax y sus reductoras "B" y "C" El diagrama (B), es el que tiene seis bulones de 6 mm. de diámetro con sus centros alrededor de una circunferencia de 50 mm. de diámetro, también con un orificio de centrado de 1” (25,4 mm.) de diámetro. Si bien existen otros patrones de abulonamiento y centrado, es recomendable mantenerse entre estos dos para posibilitar el intercambio de hélices en el campo, en caso de rotura.

Datos requeridos al encargar una hélice

1) Diámetro 2) Paso 3) Espesor de cubo 4) Diámetro del orificio central. 5) Diámetro de la circunferencia de centros de bulones 6) Diámetro de los bulones de fijación 7) Número de bulones de fijación 8) Sentido de giro (horario o anti-horario) 9) Configuración (propulsora o tractora) 1) DIÁMETRO. Se refiere a la distancia máxima tomada de un extremo distal (punta de pala) al otro de una hélice. Se establece en pulgadas, aúnque se está volviendo norma para los paramotores, medir el diámetro en centímetros. Una pulgada equivale a 2,54 cm. 2) PASO. Es la distancia que avanza una hélice en una revolución, si se considerara el medio en que se mueve como sólido. El paso medido es el geométrico que, en una hélice, es la línea imaginaria que se apoya en el intradós del perfil en la sección de pala correspondiente al 75% del radio. Se establece en pulgadas. 3) ESPESOR DE CUBO. Indicativo del espesor del taco de tallado necesario para lograr todo el rango angular de paso de la hélice, desde la punta de pala hasta la estación del 20% del radio, sin tronchar el perfil. En los paramotores, habitualmente es de 50 mm. y, en algunos casos, luego se reduce a 30 mm. en el sector de la brida. 4) DIÁMETRO DEL ORIFICIO CENTRAL. Este orificio es extremadamente necesario hacerlo, ya que es el que establece el centrado correcto de la hélice. Tiene que coincidir con el diámetro del tetón de centrado que sobresale de la brida que fija la hélice al cigüeñal o a la reductora. En los paramotores, el diámetro del orificio central es habitualmente 1” (25,4 mm.) o directamente 25 mm. 5) DIÁMETRO DE LA CIRCUNFERENCIA DE CENTROS DE BULONES. Se refiere al diámetro que tiene la circunferencia que pasa por los centros de los bulones de fijación de la hélice a la brida. En los paramotores hay dos medidas estándar, según la potencia: 75 mm. y 50 mm. Puede variar si las bridas son de manufactura casera o antiguas. 6) DIÁMETRO DE LOS BULONES DE FIJACIÓN. Es la medida de los bulones utilizados para su fijación y de la cual se extrae la medida de los orificios a practicar en el cubo de la hélice. En los paramotores que siguen las medidas estándar, son los siguientes: bulones de 8 mm. de diámetro distribuidos en la circunferencia de 75 mm. de diámetro y bulones de 6 mm. de diámetro para los que están distribuidos en la circunferencia de 50 mm. de diámetro. 7) NÚMERO DE BULONES DE FIJACIÓN. Es la cantidad de bulones que fijarán la hélice a la brida. En los paramotores que siguen las medidas estándar, el número es de seis bulones. Pueden ser cuatro en algunas fabricaciones caseras o antiguas. 8) SENTIDO DE GIRO (horario o anti-horario). Con el observador ubicado en un punto alejado detrás de la hélice, mirando hacia el sentido de vuelo, es el sentido de rotación de la misma con el motor funcionando. Si rota en el sentido de las agujas del reloj, se denomina “giro horario” (en caso opuesto, “giro anti-horario”). También se conoce como de giro a derecha o a izquierda, cuando la pala que se encuentra en el sector superior gira a la derecha (horario) o a la izquierda (anti-horario), respectivamente. Los paramotores, con reductoras a correas, habitualmente son de giro a izquierda (anti-horario). 9) CONFIGURACION (propulsora o tractora). Se define de configuración tractora, cuando la hélice "tira" del motor desde adelante y, propulsora, cuando la hélice "empuja" al motor, desde atrás. Adquiere importancia por cuanto determinará cuál será la base de apoyo a la brida y de despeje a partes fijas. También es origen de todas las mediciones. Todos los paramotores son de configuración propulsora.

Conservación de la hélice

Ya les había comentado que los mayores enemigos de una hélice de madera son los rayos U.V. y la humedad. Ambos son muy lentos en su accionar; pero inexorables en sus resultados. Las maderas estacionadas ideales, conservan entre un 10% y 12% de humedad. En zonas con altas concentraciones de humedad ambiental, como ocurre en el Centro y Nordeste argentino, es muy común que se encuentren entre el 15% y el 18%. Lo que nos lleva a ser más cuidadosos en su mantenimiento. La fuerza centrífuga que se genera en una hélice en funcionamiento, tenderá a acumular esta humedad hacia las puntas de las palas; pero si la hélice estuvo “descansando” apropiadamente, la distribución será pareja o con una muy poco apreciable disparidad. Si la hélice no fue conservada adecuadamente, la acumulación desigual de humedad producirá desbalanceo. A continuación, les doy unas sugerencias de cómo mantenerlas cuando no están en uso. Esto también se aplica a hélices en compuestos, que si bien, no las afecta la humedad, sí lo hacen los rayos U.V. y el calor. Si la hélice no está puesta en el motor: Mantenerla siempre horizontal (“acostada”), apoyada en la parte plana del cubo. La humedad relativa es mayor en las zonas más frías del ambiente. Alejar la hélice del suelo. Jamás apoyarla sobre una de sus puntas de pala. Guardarla en su funda o, en su defecto, envueltas en una tela obscura que respire. Evitar los rayos solares y la cercanía a estufas o fuentes de calor. No apoyar nada encima de ella. Si la hélice está puesta en el motor: Mientras el motor y caño de escape están calientes, alejar las palas de toda fuente de radiación de calor cercana, hasta que se enfríe. No importa si queda vertical, esta posición será momentánea. Una vez enfriado el motor y caño de escape, girar la hélice hasta que se encuentre en posición horizontal. Si no se usa durante un prolongado lapso de tiempo, girar 180º periódicamente, manteniéndola siempre horizontal. Por ejemplo, una vez por semana. Y para terminar… La mayor absorción de humedad se producirá por el orificio central del cubo o por los orificios de abulonamiento si es que éstos no fueron debidamente sellados. Un método provisorio de paliar este problema, es derretir parafina en los orificios y distribuirlos cuidadosamente insertando el bulón en forma inmediata para que barra el exceso de la misma. En el orificio central del cubo, se podrá distribuir con la mano.

Blindaje y recubrimiento con PRFV

Una hélice de madera, protegida contra la humedad y los rayos U.V. (Ultra Violetas), tiene vida prácticamente ilimitada. La laca poliuretánica con el agregado de filtros UV, hasta determinado punto, cumple satisfactoriamente esta función pues es lo suficientemente flexible y resistente. Pero en determinados terrenos y situaciones ambientales, esta protección se degrada rápidamente.
Una hélice en funcionamiento se encuentra expuesta a todo lo que encuentre en su camino. Cuanto mayor sea su velocidad de giro y mayor la masa del objeto impactado, mayor será el daño puntual. Sin embargo, los pequeños objetos también adquieren importancia. Desde los minúsculos sólidos –como los granos de arena– a los líquidos –como las gotas de agua–, aunque parezcan inofensivos, son destructivos. Generan miles de micro impactos que erosionan gradualmente el borde de ataque y con bastante rapidez.
En los despegues con los paramotores, es habitual levantar tierra, arena o pequeños objetos al correr, que irremediablemente van a impactar con la hélice, pues ésta se encuentra por detrás del piloto. Del mismo modo, si se opera desde el agua (como los hidroaviones, los airboats o los hovercraft) o si nos sorprende una lluvia, las gotas de agua producirán el mismo efecto.
El blindaje y recubrimiento con PRFV (Plástico Reforzado con Fibra de Vidrio), no la hace inmune; pero retrasa notablemente el deterioro causado por estos micro impactos.
El blindaje consiste en reemplazar una parte de la madera del borde de ataque de la hélice, con una mezcla formada con resina estructural epoxi y carga de sílice, la que se cementa con epoxi estructural (húmedo sobre húmedo) a la madera con la ayuda de un molde de soporte. Una vez fraguado se desbasta hasta tomar la forma del perfil. Si la pala de la hélice no va a ir recubierta con PRFV, se aplica una cinta de PRFV (con resina epoxi para laminar) en la zona del blindaje, como protección extra. Es muy importante el uso de resinas epoxi estructurales de buena calidad de fraguado lento (Araldite de Ciba Geigy, Safe-T-Poxy, T-88, etc.). Si el proceso está bien hecho, no existirán riesgos de desprendimiento de fragmentos que puedan lastimar a alguna persona o desbalancear peligrosamente la hélice.
El recubrimiento de las palas de hélice con P.R.F.V., se realiza con tela de fibra de vidrio bidireccional y resina epoxi para laminar. Se envuelve la pala con las líneas de trama y urdimbre dispuestas a 45º de la línea longitudinal de la hélice para que, además de proteger, ayude a resistir los esfuerzos de torsión generados por la aerodinámica del perfil. En las hélices hechas en maderas como el Cedro y similares, se recomienda recubrir desde el cuello hasta el extremo distal de la pala. En las hélices de madera fabricadas con Pino Brasil, es suficiente con recubrir la zona que marca el blindaje y su fin es específicamente el de protección.

El peso de una hélice no afecta a las rpm.

Tengo que corregir un concepto equivocado que se tiene al comparar una hélice pesada con una hélice liviana. Existe la creencia de que una hélice pesada no alcanza a levantar las mismas vueltas que se logra con una hélice liviana. No es así, no se debe al peso. El que no se alcancen las mismas rpm, puede deberse a cualquier otro factor influyente (disparidad en el paso, el diámetro, superficie de pala, perfil utilizado, terminación, etc.); pero no a la diferencia de peso entre una y otra hélice. Con una hélice pesada, al motor sólo le tomará más tiempo (unas décimas de segundo) llegar a las mismas revoluciones que con una hélice liviana, pues tiene más masa a la cual modificar su inercia. Por lo tanto, será más lenta a las reacciones del acelerador; pero llegará a las mismas revoluciones que con otra hélice de menor peso e iguales características geométricas. El peso mayor sí influye en otros aspectos; algunos en contra, como el aumento del efecto giroscópico, y otros a favor, la regularidad en la marcha del motor, por mencionar algunos de ambos casos.

Relación de la reductora

En la búsqueda de mayor eficiencia, los motores fueron aumentando las revoluciones por tiempo y disminuyendo la cilindrada (y peso), para obtener una determinada potencia. El aumento de las vueltas del cigüeñal, hizo necesaria la utilización de las reductoras de revoluciones para que las puntas de pala de una hélice –apropiada a la potencia– mantuvieran su velocidad tangencial dentro del régimen subsónico, en donde son más efectivas al evitar los efectos de compresibilidad del aire.
Al momento de diseñar una hélice (u optimizar un diseño existente), es muy importante conocer la velocidad de giro máxima de la misma. Por ello, uno de los datos que pregunto es si la hélice es “directa” (la brida conectada directamente al cigüeñal) o si tiene reductora. Si la respuesta es que posee reductora, la pregunta siguiente es acerca de cuál es la relación de reducción de la misma. La mayoría no lo sabe.
Si tengo el motor con su reductora a mano, no hay problema; pero cuando ése dato me lo tienen que pasar por teléfono o por correo electrónico, la cosa se complica.
A continuación detallo una manera muy sencilla de obtenerla.
Se mide el diámetro de la polea a la que irá fijada la hélice (la polea más grande) y el de la polea fija al cigüeñal (la polea más chica). Se divide el valor del diámetro de la polea de la hélice entre el valor del diámetro de la polea del cigüeñal.
El resultado de esta simple operación es la cantidad de vueltas que dará el cigüeñal del motor por cada vuelta completa de la hélice.
Hice un gráfico que facilitará la comprensión de lo que acabo de explicar.

Detalles de terminación de mis hélices

Esta es una hélice "directa" fabricada para el paramotor de Marcelo Arrúa (Corrientes), que está equipado con un motor Zanella 200 c.c. Hecha en multilaminado de cedro, con blindaje de 5 mm. en el borde de ataque y recubierta con tela de fibra de vidrio bidireccional (dispuesta a 45º del eje longitudinal) y resina epoxi. La protección final se realizó con filtros U.V. y laca poliuretánica.