Una hélice entubada , también conocida como tobera Kort , es una hélice marina equipada con una tobera no giratoria . Se utiliza para mejorar la eficiencia de la hélice y se utiliza especialmente en hélices muy cargadas o hélices con diámetro limitado. Fue desarrollada primero por Luigi Stipa (1931) y luego por Ludwig Kort (1934). La tobera Kort es un conjunto de hélice envuelto para propulsión marina. La sección transversal de la cubierta tiene la forma de una lámina , y la cubierta puede ofrecer ventajas hidrodinámicas sobre las hélices desnudas, en determinadas condiciones.
Las ventajas son una mayor eficiencia a velocidades más bajas (<10 nudos), una mejor estabilidad del rumbo y una menor vulnerabilidad a los escombros. Las desventajas son una menor eficiencia a velocidades más altas (>10 nudos), estabilidad del rumbo al navegar hacia atrás y un aumento de la cavitación . Las hélices con conductos también se utilizan para reemplazar los timones .
En 1931, Luigi Stipa [1] y, posteriormente, Ludwig Kort (1934) [2] demostraron que se podía lograr un aumento de la eficiencia propulsiva rodeando la hélice con una cubierta en forma de lámina en el caso de hélices muy cargadas. Una "tobera Kort" se denomina tobera de aceleración y, por lo general, tiene un perfil MARIN 19A [3] [4] o un perfil MARIN 37. [3] [5]
Las toberas Kort o las hélices con conducto pueden ser significativamente más eficientes que las hélices sin conducto a bajas velocidades, ya que producen un mayor empuje en un paquete más pequeño. Los remolcadores y los barcos pesqueros de arrastre son las aplicaciones más comunes para las toberas Kort, ya que las hélices muy cargadas en los buques de movimiento lento son las que más se benefician. Las toberas tienen los beneficios adicionales de reducir el efecto de rueda de paletas (por ejemplo, la tendencia de una hélice de la derecha a retroceder hacia la izquierda) y reducen la succión del fondo mientras se opera en aguas poco profundas.
Sin embargo, la cubierta adicional añade resistencia y las toberas Kort pierden su ventaja sobre las hélices a unos diez nudos (18,5 km/h).
Las boquillas Kort pueden ser fijas, con control direccional proveniente de un timón colocado en el flujo de agua, o pivotantes, donde su flujo controla la dirección del buque.
Este tipo de protección también resulta beneficiosa para la navegación en campos de hielo, ya que protege hasta cierto punto las puntas de la hélice. Sin embargo, el hielo o cualquier otro objeto flotante puede quedar atrapado entre la hélice y la tobera, bloqueando la hélice. Las hélices sucias en las toberas Kort son mucho más difíciles de limpiar que una hélice "abierta".
Un artículo de investigación de Bexton et al. (2012) [6] concluyó que las hélices con conductos eran la causa probable de las lesiones fatales de las focas en el Atlántico nororiental. Los autores plantearon la hipótesis de que las focas fueron arrastradas a través de la boquilla y más allá de las palas giratorias de la hélice, lo que provocó laceraciones curvilíneas en la piel y el tejido muscular. Este tipo de lesión se conoce como lesión en "sacacorchos". Los autores también comentan que se ha observado que otros animales, incluidas las marsopas comunes, presentan lesiones similares.
Existen dos tipos de conductos: de aceleración y de desaceleración. En los conductos de aceleración, el perfil del conducto es similar al de un perfil aerodinámico , curvado hacia el lado interior, lo que aumenta la velocidad de entrada y la eficiencia de la hélice. Este efecto funciona a velocidades más bajas y se compensa cada vez más a velocidades más altas por la resistencia adicional del conducto, que tiende a disminuir la eficiencia de la propulsión. El tipo de aceleración se utiliza en hélices muy cargadas o hélices con diámetro limitado. Como Ludwig Kort realizó una amplia investigación al respecto, este tipo también se denomina "tobera Kort". [7]
En el segundo tipo, con la superficie recta del perfil del conducto en el interior y curvada en el exterior, se reduce la velocidad de entrada, aumentando la presión y reduciendo la cavitación. Se denomina chorro de bomba , especialmente en combinación con álabes fijos o estatores variables .
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MARIN ha realizado una amplia investigación sobre hélices con conductos. Muchos de los perfiles utilizados se basan en los perfiles aerodinámicos NACA, de los cuales el NACA 4415 tiene muy buenas características. Los más utilizados son las toberas 19A y 37 de la serie MARIN. [3] Estas tienen un borde de salida redondeado para facilitar su fabricación y aumentar la eficiencia navegando hacia atrás. Inicialmente, se utilizaron las hélices de la serie B de Wageningen, y más tarde las de tipo Kaplan con una punta de pala más ancha.
En una tobera Kort, la velocidad de entrada aumenta, lo que reduce la presión. Esto reduce el empuje y el par de la hélice. Al mismo tiempo, se produce una circulación que genera una fuerza dirigida hacia adentro, que tiene un componente hacia adelante. Por lo tanto, el conducto tiene un empuje positivo. Este normalmente es mayor que la reducción de empuje de la hélice. La pequeña holgura entre la hélice y el conducto reduce el vórtice en la punta, lo que aumenta la eficiencia.
A medida que aumenta la velocidad, la resistencia al avance será mayor que el empuje adicional. Por lo tanto, los buques que normalmente operan a una velocidad superior a esta no suelen estar equipados con conductos. Al remolcar, los remolcadores navegan a baja velocidad y con hélices muy cargadas, y suelen estar equipados con conductos. La tracción a punto fijo puede aumentar hasta un 30 % con conductos.
Con conductos desaceleradores, la circulación se hace en sentido contrario a la tobera Kort, lo que produce un empuje negativo del conducto. Este tipo se utiliza para embarcaciones de alta velocidad con mayor exposición a la cavitación y embarcaciones que desean reducir los niveles de ruido, como los buques de guerra.