Sistema avanzado de timón y hélice integrado tipo azimutal con toberas de velocidad.

Los buques modernos a nivel mundial, están ahora equipados con una variedad de maquinarias y sistemas ecológicos al aprovechar su eficiencia energética,  este sistema es ya ampliamente usado en buques de transporte de pasajeros y carga rodada dejando atrás el sistema convencional de pala de timón, hélice, eje propulsor y caja de reducción/inversión.

Dentro de las tecnologías para los buques verdes del futuro que hemos analizado hasta ahora nos encontramos al Sistema avanzado de timón y hélice integrado tipo azimutal con toberas de velocidad, mejor conocidas como hélice timón o vulgarmente como azimutal. 

Un propulsor azimutal bien diseñado y un sistema de timón aerodinámico pueden reducir el consumo de combustible hasta un 5%, lo que produce menos emisiones. Se han desarrollado diseños avanzados de sistemas de hélices y timones no solo para reducir el consumo de combustible, sino también para mejorar la velocidad del buque usando las toberas en aplicaciones para remolcadores buques de servicio y ferrys.  Permiten una operación a 360 grados que proporciona al buque excelente maniobrabilidad y ademas permiten segura en bajos calados.

Las Ventajas de la unidad  Z-Drive en comparación con un sistema convencional son:

• 360 grados de empuje total, por lo tanto una maniobrabilidad óptima
• 5% más de eficiencia que con una hélice convencional
• Posibilidad de suspensión flexible (mejor aislamiento del ruido y vibraciones).
• Posibilidad de cambiar la hélice sin poner al buque en seco lo que facilita la mantenibilidad del sistema.
• Fácil de instalar en una variedad de formas del casco en popa y proa
• Más espacio para pasajeros / carga debido a la construcción compacta y sencillez de la sala de maquinas, que pueden estar separadas en cada esquina del buque si usan 4 propulsores.
• No se necesita caja de reducción / inversión y que se acopla directo al motor que puede ser Diésel, eléctrico o hidráulico. 
• Ideal para posicionamiento dinámico del buque (DP) y maniobras mas rápidas y precisas.
• Más seguro, a través de una distancia de parada de emergencia más corta y mejor maniobrabilidad.

En las hélices de timón con tobera, la velocidad del flujo de agua aumenta y la presión se reduce. Como resultado, el empuje y el torque de la hélice disminuyen ligeramente, mientras que tiene lugar una circulación con fuerza dirigida hacia el interior. Esta fuerza proporciona un elemento de acción hacia adelante, lo que le da a la boquilla un empuje positivo que generalmente es más grande que el empuje reducido de la hélice. Debido a la pequeña separación entre la boquilla y la punta de la pala de la hélice, los vórtices de la punta se reducen, lo que aumenta la eficiencia. Sin embargo, la resistencia de fricción de la boquilla aumenta a medida que aumenta la velocidad y, eventualmente, será mayor que el empuje adicional. Por lo tanto, la boquilla es ideal para proporcionar una mayor potencia de tracción para cargas pesadas, pero menos adecuada para buques de alta velocidad.

Las ventajas resumidas de una tobera en comparación con una hélice abierta:

• 20 a 25% más de empuje a bajas velocidades.
• La boquilla proporciona  protección a la hélice contra golpes.
• Mayor "Bollard Pull"

La entrada de aire a corrientes superficiales se puede evitar colocando una placa anti-vórtice sobre la hélice.

Como podemos apreciar en la tabla la gama de potencia de esta aplicación en la marca Veth inicia desde 61 Kw y 450 mm de diámetro de hélice hasta 2350 Kw y 2600 mm de diámetro de hélice en sus modelos VZ o VL 1800.  El modelo mas usados en buques de carga y transporte rodado de los que hemos analizados hasta ahora es el VZ-550 usando dos propulsores en popa a babor y estribor,  o uno en proa y otro en popa en la crujía, o cuatro en cada esquina del buque.  Existe una configuración ya probada en la que se inclina este humilde servidor que es totalmente asimétrica, en la cual se coloca una en proa a babor y otra en popa a estribor.

fuentes consultadas:  

https://www.marineinsight.com/green-shipping/13-technologies-to-make-the-ultimate-green-ship/

https://www.vethpropulsion.com/products/rudder-propellers/general-zdrive/