Manual del Curso de Timonel de Yate de Vela y Motor

San Isidro, Argentina   CVPB - Jorge Messano   18-Oct-2025   22 minutos

Capítulo 01: El Barco

Mecánica: Las Hélices

Introducción

En un barco, el sistema de propulsión es el encargado de transformar la energía —ya sea producida por el viento o por un motor— en movimiento. Es, en otras palabras, el "mecanismo" que permite que una embarcación avance o se detenga. En una embarcación que navega a vela, la fuerza de propulsión es, claramente, el resultado de la acción del viento sobre las velas, mientras que en una embarcación de propulsión mecánica es el producto de la fuerza generada por un motor llevada a algún tipo de hélice que convierte esa energía en desplazamiento efectivo sobre el agua.

La hélice es, básicamente, una pieza con forma helicoidal —de tornillo— que, al girar, impulsa el agua hacia atrás y genera el empuje que hace avanzar el casco.

Existen otros sistemas de propulsión menos comunes pero muy eficientes, como los jets de agua, las hélices de paso variable, que al fin del día son evoluciones del mismo concepto básico de una hélice.

En el caso de los veleros, aunque el viento es la fuerza primaria, la propulsión mecánica cumple un papel importante, sobre todo en maniobras dentro de puerto o en condiciones de calma, o como recurso de apoyo en condiciones de tormenta cuando las velas ya no rinden. En estas embarcaciones, el diseño y tipo de hélice adquieren características especiales ya que deben ofrecer suficiente empuje sin generar resistencia.

Así entonces, entender cómo funcionan las hélices y los distintos tipos de sistemas de propulsión no solo permite apreciar mejor la ingeniería detrás de cada embarcación, sino también comprender cómo se combinan la eficiencia, la maniobrabilidad y la seguridad durante la navegación.

Usted ya sabe que nos gusta recorrer la historia alrededor de lo que explicamos, así que aquí vamos con la de la hélice.
El primer antecedente histórico en el que se describe el funcionamiento de un artefacto donde se utiliza la fuerza de algo parecido a una hélice, data del siglo III a.c., y refiere al llamado tornillo de Arquímedes que, si bien no era una hélice, era un helicoide que se usaba para mover agua.
En este caso la hélice estaba fija, y la que se movía era el agua... solo faltaba que a alguien le hiciera el "click" en la cabeza para darse cuenta de que podía ser al revés... es decir que podía usarse sobre agua "fija" como la del mar, para mover un objeto agarrado a la hélice... un barco, por ejemplo.
Seguimos con la historia en un rato...

Características de una Hélice

La hélice es una pieza mecánica compuesta por dos o más palas helicoidales que, al girar, proyectan cierta cantidad de agua cuya reacción es transmitida al casco de la embarcación, la cual se desplazará en consecuencia de ello.

La hélice está formada por un núcleo o nuez, que es la masa donde se montan las palas de la hélice y donde a su vez encastra en el eje porta hélice.

Aunque a primera vista todas las hélices parecen similares, su rendimiento depende de cuatro factores fundamentales: el diámetro, cantidad de palas, paso y velocidad máxima de rotación. Cada uno de ellos se define en función del tipo de embarcación, la potencia del motor, el peso del casco y el uso previsto.

Seguimos con la historia.
Créase o no, ese click del que le hablaba antes tardó bastante en ocurrir.
A pesar de la potencialidad de este invento, el desarrollo de las hélices no tuvo mayores avances durante casi 2000 años, hasta que allá por el 1680, el Dr. Robert Hooke —uno de los más importantes científicos empíricos de Inglaterra— propone usar este tipo de dispositivos en pequeñas embarcaciones, como sustituto funcional de los remos.

Contemporáneamente, en Francia, otros científicos e investigadores trabajaban con el mismo principio pero chocaban con el problema de la falta de energía para activar ese tornillo... seguía siendo menos penoso remar que mover un tornillo... hasta que en el año 1746 —mientras las máquinas de vapor empezaban a evolucionar y querer meterse arriba de un barco—, Pierre Bouguer, un matemático, astrónomo y geofísico de esa nacionalidad publica su “Traité du Navire” —que se traduce como “Tratado del Buque”— en el que, además de otros conceptos, menciona al tornillo helicoidal como un método de propulsión factible de ser utilizado para mover embarcaciones.
Pierre Bouguer es uno de los personajes más importantes en la historia de la náutica. Tal es así que se lo conoce como el “padre de la arquitectura naval” por la importancia e influencia que sus trabajos tuvieron tanto sobre las técnicas de construcción de buques como en su navegación.
De hecho, en su “Traité du Navire” es donde se explican por primera vez los conceptos de centro de carena, centro de gravedad y metacentro de una embarcación como herramientas para medir su estabilidad.
Completamos la historia dentro de unas líneas.

Fuerzas Laterales y Resbalamiento

El agua es un líquido incompresible, es decir que su volumen no varía al ser sometido a presión y es también un elemento continuo.

La presión hidráulica de la masa de agua se incrementa en la medida que aumenta la profundidad; en consecuencia, la resistencia que encontrarán las palas de la hélice variará según sea la posición en la que se encuentra cada pala en un instante dado.

Y si bien cuando se aplica presión hidráulica —la presión del agua— sobre la superficie de un cuerpo sumergido, el agua fluye libremente hacia las zonas inmediatas de menor presión buscando reestablecer el equilibrio, en el caso de la hélice, al girar produce una diferencia de presión entre la cara frontal y dorsal de cada pala, impulsando el agua hacia la popa. Luego, por el principio de acción y reacción, el agua empuja la cara activa de las palas de la hélice, iniciando la cadena cinemática que impulsa al barco hacia adelante.

Puesto que el impulso que empuja el casco no sucede en un volumen ideal confinado, las presiones generadas por las palas de la hélice tienden a equilibrarse libremente, generando turbulencias en el entorno que producen a su vez una fuerza de desplazamiento lateral hacia un lado u otro, dependiendo del sentido de giro de la hélice.

Las hélices que giran en sentido horario —vistas desde atrás— se las llama entonces dextrógiras, y las que giran en el sentido contrario se las llamada levógiras.

Las palas inferiores de cada una de ellas —señaladas con las letras “a” y “c” en la hélice levógira y las “d” y “f” en la dextrógira— se encuentran a mayor profundidad que las palas superiores —las “a” y “e” de cada hélice—.

Al comenzar a girar, ambas hélices reciben un momento de fuerza sobre las palas inferiores mayor que el que reciben las superiores, causado por la diferencia de presión hidráulica que sucede a distintos niveles de profundidad —por mínimo que sea— tal como hemos explicado anteriormente. Y si bien ambos momentos de fuerza tienden a compensarse, la resultante es que la ejercida a mayor profundidad predomina sobre la que se obtiene en niveles más altos, traccionando lateralmente hacia el sentido contrario del giro de la pala.

Así entones, con una hélice dextrógira, al mismo tiempo que la embarcación avanza hacia adelante, la fuerza lateral traccionará levemente la popa hacia estribor —hacia la derecha— haciendo consecuentemente que la proa caiga, también lentamente, en el sentido opuesto, hacia babor —el eje del giro del barco estará siempre sobre su centro de carena—. Con una hélice levógira ocurrirá el mismo efecto, pero en sentido contrario.

En marcha atrás el efecto se invierte y se hace más notable. Una hélice dextrógira en marcha atrás invierte su giro, por lo tanto, se convierte en levógira, llevando la popa hacia babor —en un movimiento más notable que en marcha adelante, pues la figura hidrodinámica del casco no opone resistencia en este caso— mientras que la proa acompaña el movimiento, siendo arrastrada en la misma dirección.

La fuerza lateral producirá efectos de diferente magnitud según sea en marcha sostenida hacia adelante o hacia atrás, e irá aumentando a medida que aumente la velocidad de giro de la hélice.

La fuerza lateral no se siente tanto en los veleros, pues en términos generales sus motores giran a pocas revoluciones y poseen hélices pequeñas. Este efecto se nota mucho más en lanchas y cruceros con motores poderosos. Y, obviamente, en ellos la forma más simple de compensarla es utilizando dos hélices, una dextrógira y la otra levógira sobre el mismo eje, o en dos ejes paralelos.

En marcha atrás, el flujo enviado por la hélice impacta directamente en el codaste o en el espejo del casco, generando fuerzas que se agregan a la fuerza lateral, produciendo efectos que afectan el gobierno de la embarcación. La perturbación máxima se da cuando la embarcación se mueve en una dirección y el propulsor gira con máxima potencia en la opuesta.

Finalmente, la velocidad que puede producir una hélice está sujeta a rozamientos y a la disipación del flujo de agua desplazada por fuera del cilindro ideal en el que debería correr. Además, el agua cede a la acción del propulsor, generando un resbalamiento que, en definitiva, se traduce en una pérdida de rendimiento de la hélice o, lo que es lo mismo, en una diferencia entre la velocidad real y la velocidad teórica.

La fuerza lateral y el resbalamiento disminuye el rendimiento de la hélice, haciendo que ésta entregue entre el 60% y el 70% de la potencia que efectivamente se le suministra por medio del eje.

Aquí estamos de vuelta para completar la historia de la hélice.
Treinta años después de lo que dejamos atrás, en 1776, durante la Guerra de Independencia de los Estados Unidos de América, David Bushnell —un inventor norteamericano— aplicó por primera vez el modelo conceptual del tornillo helicoidal para propulsar su Tortuga, el primer vehículo sumergible efectivamente utilizado durante un evento bélico.
Bushnell equipó la Tortuga con dos hélices de tipo tornillo, que debían ser accionadas manualmente por su único tripulante; con una de ellas se manejaba la propulsión en el plano horizontal ayudándose con un pequeño timón, y con la otra se controlaba el ascenso y descenso, combinando la maniobra con el bombeo de agua para lastrar la nave a fin de lograr flotabilidad neutra.
La Tortuga era un sumergible —no un submarino— de 2,30 metros de eslora por 1,80 de manga, que flotaba dejando expuestos unos 12 centímetros sobre la superficie. Su único tripulante debía navegar sigilosamente hasta su objetivo y atornillarle una carga explosiva que detonaría luego mediante un mecanismo de relojería.

En la noche del 7 de septiembre de 1776, en un evento épico de la Guerra de la Independencia de los Estados Unidos de América, el sargento Ezra Lee —un voluntario de la armada rebelde— condujo la Tortuga en un ataque contra el “HMS Eagle” —buque insignia británico— que estaba fondeado en la bahía de Nueva York, frente a la que hoy conocemos como Governors Island.
Pero pasaron cosas... el taladro con el que debía sujetar la bomba al casco no pudo penetrar las placas de cobre que lo protegían. El sargento Lee intentó entonces mover la Tortuga a otra posición bajo el buque, pero la corriente de marea lo sacó de curso viéndose forzado a abandonar la bomba, que detonó una hora después.
El resultado fue una espectacular explosión que, si bien no produjo daños, hizo recapacitar a los británicos que movieron sus buques aguas afuera de la bahía.
La tecnológica continuó avanzando hasta llegar a principios del siglo pasado —es decir, el siglo XX— cuando comienzan a lograrse progresos importantes, apareciendo las hélices de paso variable y rebatibles, junto con la mejora de los materiales y los procesos de fabricación.

Cavitación

Otra de las características del agua es la continuidad, pues se mantiene sin aberturas o cavidades, excepto cuando se producen fuerzas extraordinarias, como es el caso de un volumen de agua obligado a desplazarse a gran velocidad por la acción de una hélice girando a excesiva cantidad de revoluciones. En esta situación la diferencia de presión entre la masa de agua que se encuentra delante de la hélice y la expulsada detrás de ella es tal que resulta insuficiente para lograr la aceleración del barco a la misma velocidad que la masa de agua movida por la hélice.

Si las revoluciones de la hélice continuasen aumentando, se incrementaría también la diferencia de presión hasta llegar al punto en el que se produciría un vacío sobre el dorso de las palas de la hélice, haciendo que el agua comience a separarse de su superficie, lo cual causará que la hélice comience a girar más rápido al no encontrar la resistencia de la presión del agua.

Esto produce una emulsión de agua que entraría en ebullición despidiendo pequeñas gotas de vapor de agua que fluirían a muy alta velocidad hacia la zona de vacío, intentando compensar la diferencia de presión, e impactando sobre el dorso de las palas de la hélice, erosionando el material al punto de llegar a dañarlo seriamente.

Este efecto es el que se llama cavitación, y el síntoma más palpable para el navegante es que la embarcación no avanza conforme a la aceleración impuesta al motor. Notará que éste se acelera, pero sin que aumente la velocidad percibiéndose al mismo tiempo una importante vibración en el eje del motor y la hélice.

La cavitación sucede, en general, durante aceleraciones violentas. En ese caso deberá desacelerarse el motor hasta que desaparezcan los síntomas de cavitación, y una vez logrado esto, comenzar a aumentar la velocidad a un ritmo adecuado.

El proceso físico de cavitación es en realidad muy parecido al de la ebullición del agua.
La diferencia es que la cavitación es causada por una caída de la presión local por debajo de la del vapor mientras que la ebullición lo hace por encima de la presión ambiente local.

Tipos de Hélices más Usuales

Aunque a simple vista todas las hélices parecen similares, existen distintos diseños pensados para responder a necesidades muy diferentes: empuje, velocidad, maniobrabilidad, bajo arrastre o capacidad de trabajo continuo.

Sistemas de Transmisión

Una vez que el motor genera energía mecánica, es necesario transmitirla hacia la hélice —o el sistema de propulsión elegido—. Ese es el rol de la transmisión: adaptar el régimen de giro, la orientación del eje y la relación de velocidad, asegurando que el empuje se aplique correctamente bajo la línea de flotación.

Los sistemas más comunes en la navegación deportiva y recreativa son:

Sistemas de Propulsión por Chorro de Agua

A diferencia de las hélices convencionales, que empujan el agua, los sistemas de propulsión por chorro de agua o waterjets funcionan como una turbina carenada dentro del casco o la cola. El sistema aspira agua por la parte inferior de la embarcación y la expulsa a gran velocidad por una tobera orientable, generando empuje por reacción. No hay palas expuestas bajo la línea de flotación, lo que los convierte en una opción muy segura y maniobrable.

Los waterjets se destacan especialmente a alta velocidad, donde su eficiencia aumenta y la respuesta es inmediata. Por eso se utilizan en lanchas rápidas, embarcaciones militares, motos de agua, barcos de rescate y yates de altas prestaciones.

En la próxima nota comenzaremos a hablar de las diferentes maniobras que pueden realizar los barcos, comenzando por la más elemental, que es la de "virar".
Mientras tanto, si se anima, puede utilizar el siguiente ejercicio de autoevaluación de conocimientos, para chequear lo aprendido hasta el momento.

Ejercicio 03.

Cabuyería: Tipos de cabos y su aplicación.

Técnicas de trimado de cada tipo de vela.

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Fuentes

Este texto forma parte del Manual de Instrucción del Curso de Timonel de Yate de Vela y Motor de la Escuela de Náutica del Club de Veleros Piedrabuena.

ISBN 978-987-88-2752-0

Reproducido con autorización del autor.