El paso de pala o simplemente paso se refiere al ángulo de una pala en un fluido. [1] El término tiene aplicaciones en aeronáutica, transporte marítimo y otros campos.
En aeronáutica, el paso de pala se refiere al ángulo de las palas de una hélice de avión o rotor de helicóptero . El paso de pala se mide en relación con el cuerpo de la aeronave. Por lo general, se describe como "fino" o "bajo" para un ángulo de pala más vertical, y "grueso" o "alto" para un ángulo de pala más horizontal.
El paso de la pala normalmente se describe como una relación de la distancia hacia adelante por rotación, suponiendo que no hay deslizamiento.
El paso de las palas actúa de forma muy similar al engranaje de la transmisión final de un automóvil. Un paso bajo produce una buena aceleración a baja velocidad (y una buena velocidad de ascenso en un avión), mientras que un paso alto optimiza el rendimiento a alta velocidad y el ahorro de combustible.
Es bastante común que un avión esté diseñado con una hélice de paso variable , para proporcionar el máximo empuje en un rango de velocidad más amplio. Se utilizaría un paso fino durante el despegue y el aterrizaje, mientras que un paso más grueso se utiliza para el vuelo de crucero a 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 aerodinámica. Para mantener el ángulo de ataque efectivo óptimo, se debe aumentar el paso. 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, se aumenta el paso de la pala para mantener constante el ángulo de ataque de la pala.
La "sustentación" de una pala de hélice, o su empuje, depende del ángulo de ataque combinado con su velocidad. Debido a que la velocidad de una pala de hélice varía desde el centro hasta la punta, tiene una forma retorcida para que el empuje se mantenga aproximadamente constante a lo largo de la pala; esto se llama "torsión de la pala". Esto es típico de todas las hélices, excepto las más rudimentarias.
En los helicópteros, el control de paso modifica 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 tanto con el mando colectivo como con el cíclico, mientras que el paso del rotor de cola se modifica mediante pedales.
Poner las palas de una hélice en posición de bandera significa aumentar su ángulo de inclinación girándolas para que queden paralelas al flujo de aire. Esto minimiza la resistencia que produce una hélice parada tras 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 genere empuje en la dirección inversa. Esto se denomina inversión de empuje y la posición de la hélice se denomina posición beta. [2]
El control del paso de las palas es una característica de casi todas las turbinas eólicas de eje horizontal modernas de gran tamaño . Se utiliza para ajustar la velocidad de rotación y la potencia generada. Durante el 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. La orientación de las palas detiene el rotor durante paradas de emergencia o siempre que la velocidad del viento supere la velocidad nominal máxima. 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.
El control del paso de las palas es preferible a los frenos del rotor, ya que los frenos están sujetos a fallas o sobrecargas por la fuerza del viento sobre la turbina. Esto puede provocar que las turbinas se descontrolen. Por el contrario, el control del paso permite que las palas estén en bandera, de modo que la velocidad del viento no afecte la tensión en el mecanismo de control. [3]
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 que requiere menos mantenimiento. Sin embargo, los sistemas hidráulicos tienden a requerir más energía para mantener el sistema a alta presión y pueden tener fugas. Los sistemas eléctricos consumen y desperdician menos energía y no tienen fugas. Sin embargo, requieren baterías y condensadores costosos a prueba de fallas en caso de falla de energía. [3]
El control del paso no necesita ser activo (dependiente de actuadores). Las turbinas eólicas pasivas (controladas por pérdida de sustentación) dependen del hecho de que el ángulo de ataque aumenta con la velocidad del viento. Las palas pueden diseñarse para que dejen de funcionar después de una determinada velocidad. Este es otro uso de las palas torcidas: la torsión permite una pérdida de sustentación gradual, ya que cada porción de la pala tiene un ángulo de ataque diferente y se detendrá en un momento diferente. [4]
El control del paso de las palas generalmente representa menos del 3% del gasto de una turbina eólica, mientras que los fallos en el paso de las palas representan el 23% de todo el tiempo de inactividad de la producción de turbinas eólicas y representan el 21% de todos los fallos de componentes. [5]
En el transporte marítimo, el paso de las palas se mide en pulgadas de propulsión hacia adelante a través del agua para una revolución completa de la hélice. Por ejemplo, una hélice con un paso de 12" impulsará el buque 12" hacia adelante cuando se la gira 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. [6]
Algunas hélices compuestas tienen palas intercambiables, lo que permite cambiar el paso de las palas cuando la hélice está detenida. [7] Se utilizaría un paso más bajo para transportar cargas pesadas a baja velocidad, mientras que se utilizaría un paso más alto para viajar a alta velocidad.
En remo, el paso de pala es la inclinación de la pala hacia la popa de la embarcación durante la fase de impulso de la palada. Sin un paso de pala correcto, la pala tendería a hundirse demasiado, a salirse del agua y/o a causar dificultades para mantener el equilibrio en la fase de recuperación de la palada.