El paso de la pala o simplemente el paso se refiere al ángulo de una pala en un fluido. El término tiene aplicaciones en la aeronáutica, el transporte marítimo y otros campos.
En aeronáutica, el paso de las palas se refiere al ángulo de las palas de la hélice de un avión o del rotor de un helicóptero . El paso de las palas se mide en relación con la carrocería del avión. Generalmente se describe como "fino" o "bajo" para un ángulo de hoja más vertical, y "grueso" o "alto" para un ángulo de hoja más horizontal.
El paso de la pala normalmente se describe como una relación entre la distancia hacia adelante por rotación, suponiendo que no haya deslizamiento.
El paso de las palas actúa de forma muy parecida al engranaje del mando final de un coche. El paso bajo produce una buena aceleración a baja velocidad (y velocidad de ascenso en un avión), mientras que el paso alto optimiza el rendimiento a alta velocidad y la economía de combustible.
Es bastante común que un avión esté diseñado con una hélice de paso variable , para dar el máximo empuje en un rango de velocidades mayor. Se utilizaría un paso fino durante el despegue y el aterrizaje, mientras que se utiliza un paso más grueso para vuelos de crucero de alta velocidad. Esto se debe a que el ángulo de ataque efectivo de la pala de la hélice disminuye a medida que aumenta la velocidad del aire. Para mantener el ángulo de ataque efectivo óptimo, se debe aumentar el tono. El ángulo de paso de la pala no es lo mismo que el ángulo de ataque de la pala. A medida que aumenta la velocidad, el paso de la pala aumenta para mantener constante el ángulo de ataque de la pala.
La "elevación" de una pala de hélice, o su empuje, depende del ángulo de ataque combinado con su velocidad. Debido a que la velocidad de la pala de una hélice varía desde el cubo hasta la punta, tiene una forma torcida para que el empuje permanezca aproximadamente constante a lo largo de la pala; esto se llama "torsión de la hoja". Esto es típico de todas las hélices, excepto de las más toscas.
En los helicópteros, el control de paso cambia el ángulo de incidencia de las palas del rotor, lo que a su vez afecta el ángulo de ataque de las palas. El paso del rotor principal se controla mediante colectivos y cíclicos, mientras que el paso del rotor de cola se modifica mediante pedales.
Alejar las palas de una hélice significa aumentar su ángulo de paso girándolas para que queden paralelas al flujo de aire. Esto minimiza la resistencia de una hélice detenida después de una falla del motor en vuelo.
Algunas aeronaves propulsadas por hélice permiten reducir el paso más allá de la posición fina hasta que la hélice genera empuje en la dirección inversa. Esto se llama inversión de empuje y la posición de la hélice se llama posición beta. [1]
El control del paso de las palas es una característica de casi todas las grandes turbinas eólicas modernas de eje horizontal . Se utiliza para ajustar la velocidad de rotación y la potencia generada. Mientras está en funcionamiento, el sistema de control de una turbina eólica ajusta el paso de las palas para mantener la velocidad del rotor dentro de los límites operativos a medida que cambia la velocidad del viento. Al aplanar las palas se detiene el rotor durante paradas de emergencia o cuando la velocidad del viento excede la velocidad máxima nominal. Durante la construcción y el mantenimiento de las turbinas eólicas, las palas suelen estar en bandera para reducir el par de rotación no deseado en caso de ráfagas de viento.
Se prefiere el control del paso de las palas a los frenos del rotor, ya que los frenos están sujetos a fallas o sobrecargas debido a la fuerza del viento en la turbina. Esto puede provocar que las turbinas se desboquen. Por el contrario, el control de paso permite que las palas estén en bandera, de modo que la velocidad del viento no afecte la tensión sobre el mecanismo de control. [2]
El control de paso se puede implementar mediante mecanismos hidráulicos o eléctricos. Los mecanismos hidráulicos tienen una vida útil más larga, un tiempo de respuesta más rápido debido a una mayor fuerza motriz y un resorte de respaldo de menor mantenimiento. Sin embargo, el sistema hidráulico tiende a requerir más potencia para mantener el sistema a alta presión y puede tener fugas. Los sistemas eléctricos consumen y desperdician menos energía y no tienen fugas. Sin embargo, requieren costosas baterías y condensadores a prueba de fallos en caso de un corte de energía. [2]
No es necesario que el control de paso esté activo (depende de actuadores). Las turbinas eólicas pasivas (controladas por pérdida) se basan en el hecho de que el ángulo de ataque aumenta con la velocidad del viento. Las cuchillas pueden diseñarse para que dejen de funcionar después de cierta velocidad. Este es otro uso de las hojas torcidas: el giro permite una pérdida gradual ya que cada parte de la hoja tiene un ángulo de ataque diferente y se detendrá en un momento diferente. [3]
El control del paso de las palas normalmente representa menos del 3% del gasto de una turbina eólica, mientras que el mal funcionamiento del paso de las palas representa el 23% de todo el tiempo de inactividad de la producción de turbinas eólicas y el 21% de todas las fallas de los componentes. [4]
En el transporte marítimo, el paso de las palas se mide en el número de pulgadas de propulsión hacia adelante a través del agua durante una revolución completa de la hélice. Por ejemplo, una hélice con un paso de 12" impulsará la embarcación 12" hacia adelante cuando se gire una vez. Tenga en cuenta que esta es la distancia máxima teórica; en realidad, debido al "deslizamiento" entre la hélice y el agua, la distancia real impulsada será invariablemente menor. [5]
Algunas hélices compuestas tienen palas intercambiables, lo que permite cambiar el paso de las palas cuando la hélice está parada. [6] Se utilizaría un paso más bajo para transportar cargas pesadas a baja velocidad, mientras que un paso más alto se utilizaría para viajes a alta velocidad.
En remo, el paso de la pala es la inclinación de la pala hacia la popa de la embarcación durante la fase de impulso de la brazada de remo. Sin el paso correcto de la pala, una pala tendería a sumergirse demasiado profundo, a salirse del agua y/o causar dificultades con el equilibrio en la fase de recuperación de la brazada.