medidor de paso de helices

Manual básico
Medidor de paso de hélices
MEDIDOR DE PASO DE HELICES
by G.A.Cismondi (Rosario - Argentina)
A. INTRODUCCION AL TEMA
El MEDIDOR DE PASO es un instrumento sencillo de construir. Solamente se requiere
un poco de paciencia y unos pocos materiales. ¿Para que sirve un aparatito de este
tipo?. La mayoría de nosotros está acostumbrado a balancear "estáticamente" una
hélice, para reducir al mínimo las vibraciones, pero ¿quien nos asegura que el paso de
las palas es el correcto?. Pues bien, la experiencia me demuestra que las hélices que
adquirimos en el comercio no están en las mejores condiciones para ser colocadas en el
motor de nuestro modelo.
Los dos usos más comunes que le podemos dar a un medidor de paso son:
1.- Determinar si ambas palas tienen el mismo ángulo (o
paso)
2.- Medir una hélice desconocida para conocer su paso.
El primer punto es el de aplicación mas frecuente. Aunque parezca raro he tenido que
corregir hélices de marca (Rev Up, Top Flite, APC,etc.). Para empezar, debemos medir
en un Radio determinado el ángulo en cada pala. Estas deben ser iguales. No importa
en este caso si no coincide con el paso esperado. Si encontramos diferencias en los
ángulos tendremos una hélice desbalanceada dinámicamente. Seguramente nuestro
motor vibrará cuando esté en marcha. Tampoco dispondremos de toda la "tracción" en
la hélice, notándose este efecto como que "se agarra menos" en el aire. La solución a
este problema es sencillo, hay que tocar el cubo de la hélice (donde apoya en la
arandela de arrastre) hasta igualar ambos ángulos.
Obviamente que hay un montón de cosas mas que podemos verificar y corregir en una
hélice pero lo dejaremos para otro artículo, que todavía está en el horno.
En cuanto a la construcción del aparatito diremos que la base se podrá hacer de
terciado fenólico de 12 mm u otro material rígido y derecho. Los agujeros se harán de
3,2 ó 3,5 mm de diámetro como para que pase un tornillo de 1/8". La distancia entre
ellos ( en el sentido perpendicular al frente) de 12,7 mm corresponde a ½ pulgada.
Esto se hizo así porque nosotros comúnmente nos manejamos con las hélices en
pulgadas.
El frente del instrumento (al que le pegaremos la escala) se puede construir en terciado
de 3 ó 4 mm. Igualmente al cursor al que prefiero hacerlo de acrílico ó aluminio si no
disponemos de terciado. El eje "X" de la escala debe coincidir con el plano superior de
la base. El cursor se hará pivotar con un tornillo de 1/8" donde se marca en la escala.
El apoyo de la hélice sirve para separar el cubo de la base y poder medir con mayor
comodidad el ángulo.
Lo podemos hacer con forma circular (como indica el dibujo) ó rectangular, importando
solamente que ambas caras de la pieza estén paralelas. Puede ser de aluminio, madera,
acrílico, etc. Se le hará u agujero roscado de 1/8" para pasar un tornillo de la misma
medida y así poder sujetar la hélice. Como arandela, buscaremos algún elemento con
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forma cónica que nos permitirá centrar la hélice respecto del tornillo. Idealmente
podremos hacer dicha pieza con la ayuda de un tornero.
Para usarlo debemos sujetar la hélice con el tornillo de 1/8’ sobre el apoyo. El tornillo
debe sobresalir unos 3 o 4 mm por debajo para poder "calzarlo" en alguna de las
posiciones (radios) a medir. Buscar la fila de agujeros (de las 3 disponibles) donde la
hélice quede perpendicular al plano del cursor. Luego hay que medir el ángulo
correspondiente en una de las palas. Conviene hacer una pequeña tablita donde
anotaremos los radios y pasos obtenidos. Luego convertiremos dichos ángulos en pasos
(en pulgadas) utilizando la tabla ANGULO-PASO.
Se ingresa en la columna del lado izquierdo con el RADIO. Luego buscamos la columna
correspondiente al ÁNGULO medido. Donde se cruzan fila y columna, obtendremos el
PASO en pulgadas.
Para los que le interese saber de donde sale el cálculo ó fórmula con la cual se realizó la
tabla, daremos una pequeña explicación. Tenemos que decir que hay que aplicar algo
de trigonometría así que al que no le interese, puede dejarlo totalmente de lado.
El paso de cualquier hélice hace referencia a la distancia que avanzaría la misma hacia
adelante (perpendicular al plano de rotación) si no resbalara o "patinara" al girar, Es
decir que un paso 6 avanzaría 6 pulgadas (152 mm.) por cada revolución Gráficamente
se vería así:
En este caso el radio del cilindro es igual al máximo de la hélice. Obviamente que
podemos crear tantos cilindros como radios queramos visualizar. En todos los casos el
alto será siempre el mismo (igual al paso) porque suponemos que la hélice tiene paso
constante en todo su desarrollo.
Para poder determinar el ángulo (alfa) correspondiente procedamos con el Método
gráfico. Dibujemos en un papel un rectángulo cuyo alto sea igual al paso y cuyo largo
sea igual al perímetro del circulo descripto por la hélice en el radio donde mediremos el
paso( fig. 2). Para una hélice de 10 pulgadas ( 25,4mm.) de Ø máximo,
El perímetro máximo es: Pmax= 2 x 3,1416 x 127mm = 797mm Paso=6 pg. x 25,4
mm = 152 mm.
Luego trazamos la diagonal para obtener el ángulo alfa. En este caso mediríamos un
ángulo igual a 10,7º
Es decir que nuestra hélice en la punta de la pala debería tener ese ángulo. De la
misma manera procedemos con otras estaciones (radios) . Todos los rectángulos
tendrán el mismo alto (paso) y distinto perímetro (según el radio de medición). Para los
que no están al tanto de la trigonometría diremos que podemos hacer el gráfico en
escala reducida (2, 5 , 10 , etc. veces mas chico) e igual obtener el mismo ángulo.
Para determinar los ángulos mediante ecuaciones trigonométricas (se necesita una
calculadora científica) , solo basta mirar la fig. 2 y deducirla.
El ángulo alfa en grado arc tg = arc tg (Paso/Perímetro) = arc tg {Paso / 2 Radio }
donde: = 3,1416 , Paso y Radio : en las mismas unidades pulgadas ó milímetros
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Si partiendo del ángulo queremos conocer el paso podemos utilizar el Método gráfico ,
la tabla Angulo-Paso ó la siguiente ecuación :
Paso = tg Perímetro = tg 2 Radio
para este caso las consideraciones son las mismas
Veremos un ejemplo de tabla de ángulos para una hélice 10 x 6
RADIO
ANGULO
PASO
2
18º
4
2,5
16º
4,5
3
15º
5
3,5
15º
6
4
13,5º
6
4,5
12º
6
5
10.8º
6
5,5
9,8º
6
6
9º
6
Podemos ver que se tiene tener el paso real a partir del 30-35% del radio en adelante.
Casi todas las hélices comerciales tienen esta distribución. Para determinar que paso
puede considerar que tiene la hélice medida, podemos aplicar cualquiera de los
siguientes criterios`:
1- Tomar el paso medido en el radio equivalente al 80% del máximo (en el ejemplo el
radio medido a 5 pg.)
2- Realizar un promedio con los valores a partir de40-45% en adelante (a partir del
radio 3)
3- Realizar un promedio pero teniendo en cuenta el radio de medición.
Este último método tiene en cuenta el "peso" de cada paso según su distancia al centro
y se realiza de la siguiente manera:
a) Multiplique el radio y el paso por cada medición hecha, luego sume los resultados
(2x4+2,5x4,5+3x5+3,5x6+4x6+4,5x6+5x6+5,5x6). El último radio no es tenido en
cuenta porque no es posible medir al estar en el extremo de la hélice. En el ejemplo
figura solo a título informativo.
b) Sume todas las distancias (radios) entre sí (2+2,5+3+3,5+4+4,5+5+5,5)
c) Luego obtenga el paso dividiendo el resultado del paso A sobre el B
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Para el caso anterior el resultado es 5,64
Para los que no se quieren poner a calcular el perímetro para cada radio utilicen la tabla
siguiente:
RADIO(pulgadas)
PERÍMETRO(milímetros)
2
319
2,5
398
3
478
3,5
558
4
638
4,5
718
5
797
5,5
877
6
957
6,5
1037
7
1117
Para completar este trabajo, se expone a continuación otro referido a la "Preparación de
hélices".
B. LA PREPARACIÓN DE LAS HÉLICES
Extraído y traducido del artículo "Propeller Care"
Autor Jim Woodside - revista Aeromodeller - mayo 1981
(Compaginación: Gabriel Cismondi - Lucas Marelli)
Es común en todo aeromodelista que a medida que va ganando experiencia con los
años , desee que sus modelos puedan desarrollar mejores perfomances. Hay muchas
formas para lograrlo, por ejemplo:
- habilidad para mejorar la construcción.
- aumentar el conocimiento de los motores y su operación.
En otras palabras, la habilidad y experiencia que podemos adquirir nos recompensarán
en términos de perfomance.
El propósito de este artículo es mostrar que los beneficios que podríamos obtener en
perfomance sobre nuestros modelos no se deben solamente al incremento en nuestra
habilidad constructiva ,experiencia o conocimiento en la operación de motores , sino
también de otro elemento aparentemente secundario como es la hélice. Si le prestamos
atención , podremos obtener importantes beneficios tales como suavizar la marcha y
aumentar las R.P.M.
Yo voy a dar mi propia experiencia en este área, pero debo aclarar‚ que esto no es para
niveles competitivos solamente, sino que contiene principios básicos interesantes,
aplicables a cualquier disciplina aunque sea de tipo sport. La vibración al poder ser
reducida, permite aumentar la vida del modelo , el porcentaje de fallas estructurales se
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ve significantemente reducido y de esta manera mejora la marcha del motor.Si todo
esto le parece interesante? Puede seguir leyendo...
Si está dispuesto a competir, puede estar seguro de que algunas de las personas que
suelen ganar o están en niveles altos de competición, siguen la mayoría, de los
consejos aquí descriptos.
Para sintetizar, los pasos para mejorar la perfomance de una hélice son:
1) elección de la hélice en un material rígido.
2) balanceo.
3) medición del paso de las palas.
4) tallado preciso del perfil de las palas.
Por lo tanto podemos obtener:
1) suavidad y una mayor perfomance.
2) conseguir resultados repetitivos.
3) ser capaz de reproducir buenas hélices.
4) experimentar lógicamente.
5) reducir el nivel de ruido en algunos casos.
La elección de la hélice
Como primera elección muchos modelistas optan por las hélices de plástico, porque son
baratas, fáciles de conseguir y resisten todo tipo de golpes. Con la excepción de las
hélices reforzadas con fibra de vidrio, todas son flexibles. Esto significa que se
distorsionan fácilmente cuando giran en el eje de un motor (mire las palas de una
hélice plástica como se mueven alternativamente adelante y atrás), consecuentemente
pierden eficiencia (tracción). Todas las hélices de nylon deben ser hervidas en agua
alrededor de 15 minutos para reducir la tendencia natural del material a quebrarse.
Nunca nos debemos colocar en el mismo plano de rotación por si acaso se desprendiera
una pala de la misma. Por consiguiente, la rigidez es un requerimiento importante si
queremos tener un mejor rendimiento.
Si la hélice va a ser balanceada o modificada, ésta deber ser:
1) de un material que se pueda trabajar con herramientas adecuadas.
2) tener suficiente espesor de pala para permitir el proceso (1) y mantener rigidez en
su estructura.
Por consiguiente la elección se limita a
1) Hélices de madera.
2) Hélices moldeadas en fibra de vidrio - epoxy.
3) Hélices moldeadas en fibra de carbono - epoxy.
Las hélices de madera tienen aproximadamente el mismo precio que las de nylon. Las
moldeadas en epoxy son mucho más caras pero, roturas aparte, estables y muy
duraderas.
El equipo necesario
Mucho del equipo que se necesita lo podemos tener en nuestro taller.
Obviamente Ud. puede comenzar con mucho menos como un simple balanceador de
hélice.
Un equipo completo consiste en:
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1)
2)
3)
4)
5)
6)
un medidor de paso.
un balanceador de hélice.
un calibre - uno simple y barato sirve.
una regla de acero (20 - 30 cm.)
una lima de 15 cm. de grano medio.
una lima media caña de 15 cm. para redondear ángulos.
7) una lija al agua 280.
8) una micro fibra.
9) bastante paciencia
Nota: El polvo de vidrio o carbono de las hélices puede producir irritación en la piel. El
colocarse crema del tipo de limpieza, puede ser de ayuda. Lave sus manos con
abundante agua. Si sus manos son muy sensibles deber usar guantes, tipo
descartables.
Suponiendo que Ud. tenga todo el equipo descrito anteriormente, yo describiré el
proceso de preparación de una hélice de Team racing pero igualmente se aplica a
cualquier tamaño y tipo . Las hélices de madera y muchas utilizadas en R/C de distinto
tamaño suelen venir terminadas para usarlas inmediatamente.
Usando el medidor de incidencia
Podemos utilizar el Medidor de Paso cuyo modelo se adjunta en archivo gráfico.
Preparando una hélice para medir su paso
Muchas hélices de fibra de vidrio están hechas en simples moldes en dos partes,
algunos en acero con resistencia calefactora incluida dentro de los mismos. Estas
vienen con una pequeña rebaba alrededor de la pala y cubo. Las hélices de madera,
usadas en acrobacia, también son hechas con muy buena calidad.
Paso 1: Usando la lima plana, remueva toda la revava alrededor de la hélice. Sea
cuidadoso de no limar dentro del área de la pala. Normalmente se ve claramente el
borde alrededor de la de la misma. Si es dificultoso, puede marcarlo con microfibra.
Elimine también las del cubo.
Pase la lima (con cuidado) sobre la cara inferior del cubo para sacarle cualquier tipo de
revava que tuviera.
Asegúrese de que el cubo apoye sobre el soporte perfectamente, es decir que parte de
la pala no moleste. Este fenómeno se puede dar con las hélices para T/R donde la cara
inferior del cubo no est al mismo nivel que la pala, donde ésta se inserta con el cubo.
Paso 2: Monte la hélice en el soporte a 90º respecto de la base. La tuerca-cono centra
automáticamente la hélice. Estudie la Fig. 1.
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El propósito es verificar que la hélice esté paralela a todo lo largo, respecto de la base.
Mida en 2 o 3 lugares en cada pala con la hélice colocada en la ranura central de la
base. Lime muy cuidadosamente el cubo, si se encuentra alguna diferencia.
Paso 3: Asegúrese de que la parte inferior de la pala esté razonablemente plana, lime
suavemente si no es así, pero no altere el paso por ahora. Marque con fibra, pala (A) y
(B). Tome 3 lecturas de paso en la (A). Anote las lecturas. Gire la hélice y tome otras 3
lecturas de paso en la pala (B) al mismo radio que las lecturas anteriores. Tome nota
de las mismas. Yo sugiero que mida cerca del cubo, en la mitad y cerca de la punta .
Paso 4: Compare las lecturas de la pala A con la B. Si no están muy aproximadas (ej.:
1º o 2º de diferencia) se deber corregir limando el cubo a 90º respecto del largo.
Estudie la Fig. 2. La pala A tiene más paso que la B.
Remueva material de la parte derecha del cubo. Se debe mantener la cara en forma
plana a lo largo del cubo.
Trabaje cuidadosamente y despacio hasta igualar el paso en ambas palas. Lime e iguale
la cara superior del cubo hasta hacerla paralela con la inferior. Mida con el calibre para
asegurarse de la operación anterior.
Esto completa el trabajo básico.
Fig. 1
y Fig. 2
Medición del paso y forma de igualar las palas
Para llevar a cabo este procedimiento se debe:
1) Medir con el medidor de paso ángulos iguales a igual distancia del centro y opuestos.
2) Lograr que el ancho de la pala sea igual en radios opuestos.
3) Obtener secciones de pala (perfiles) iguales a radios opuestos.
4) Igualar el largo de las palas.
5) Realizar el balanceo estático.
A) Corrección del paso
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Monte la hélice en el soporte. Asegúrese de que esté derecho y perpendicular a las
ranuras de la base. Asegure firmemente. (No retire la hélice del apoyo hasta que la
corrección del paso no esté completa).
Estudie la Fotografía anterior
Coloque
el apoyo en el 1er. radio. Mida el paso. Dibuje una línea a través de la pala en la cara
inferior. Tome nota de la lectura.
Repita el procedimiento hasta la punta en la pala A. Limando la pala en cada radio,
ajuste el paso a la medida deseada si las lecturas tomadas anteriormente no coinciden.
Disminuya el paso limando hacia el borde de fuga. Incremente el paso removiendo
material hacia el borde de ataque. Realice lecturas toda las veces que sea necesario.
La foto 2 muestra la forma correcta de tomar la pala.
Repita el proceso para la pala B.
B) Igualando el ancho de las palas
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Redibuje las líneas de los diferentes radios en la cara inferior de la hélice. Mida el ancho
de la pala en cada estación (radio) con un calibre. Haga que el ancho en cada radio
opuesto sea el mismo.
C) Igualando la sección del perfil
Estudie la Figura que acompaña a la foto anterior.
Si la hélice fuese de fibra de vidrio, retire el material desmoldante (que seguramente
tendrá ) de la pala con lija al agua tipo 280 o 320. Dibuje una línea curva siguiendo el
borde de ataque a aproximadamente 30% de la cuerda. Usando el calibre mida la altura
del perfil en la intersección de las líneas en cada radio. Nuevamente iguale si es
necesario o ajuste a su preferencia. Redibuje las líneas guía.
Cuidadosamente lleve el perfil a una forma tipo Clark-Y donde sea necesario.
D) Igualando la longitud de las palas
Coloque el calibre en un largo igual a la mitad del diámetro deseado de la hélice menos
la mitad del diámetro del agujero del cubo. Coloque una de las "patas" del calibre
dentro del agujero y dibuje una línea por donde pasa la otra, en la punta de la hélice.
Ajuste el largo hasta hacerlo igual en ambos. Selle la punta de la pala con algunas
gotas de ciano.
E) Balanceo de la hélice
Monte la hélice en un buen balanceador. Seguramente deber tener algún pequeño
desbalanceo. Usando
lija al agua, saque material de la pala pesada hasta que ambas se equilibren.
Nota: Remueva material a todo lo largo de la pala, pero en el lado superior (extrádos)
solamente.
El tiempo para realizar por primera vez todos estos procesos puede llevarle hasta 4
horas. Con un poco de práctica podrá reducirlo a 1 hora aproximadamente.
Debe tener cuidado con todo este trabajo, (particularmente en la cara inferior del
cubo), que cuando tenga la hélice lista y balanceada, esté paralela a la cara superior
para que cuando sea apretada en el motor ésta siga paralela y en posición correcta.
Con hélices rígidas es probable que cuando sea apretada fuertemente y no
encontrándose las caras del cubo paralelas y planas, puedan deformarse y quebrarse.
Con herramientas de mano es prácticamente imposible lograr un cubo paralelo y plano.
Por eso es conveniente colocar una arandela plástica entre la cara superior o frontal del
cubo y la arandela de agarre. Delrin o Nylon de 2 o 3 mm. funcionan muy bien.
Se ha mencionado paso, ancho de pala y alto "deseado". Cuál es el valor deseado?
Anotaciones sistemáticas es la clave. Puede hacer un cuaderno con las siguientes
anotaciones.
TIPO DE HÉLICE: material y modelo, fabricante.
DIÁMETRO Y PASO NOMINAL: ej.: 6 3/4 x 7 1/2.
USO: ej. velocidad, rango, carburador, etc.
RADIO PASO ANCHO PALA ALTO PALA
1 5 1/2 21 mm 2,3 mm
2 6 1/4 20 mm 2,1 mm
Teniendo medida diferentes hélices
1) Tome una hélice básica y límpiela cuidadosamente y acomódela (paso, ancho, etc.)
Realice varios vuelos y anote los resultados, especialmente la marcha del motor
(R.P.M.) si Ud. vuela carreras o velocidad.
Varíe el paso o diámetro según su experiencia.
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2) Tome una hélice que le haya dado buenos resultados, mídala y anote, pero recuerde
que puede dar diferentes
Resultados para diferentes combinaciones de hélice - motor - modelo.
Toda experimentación debe ser tomada de una manera lógica, recuerde que se tienen
las siguientes variables:
1. Diámetro - generalmente es muy importante en términos de eficiencia, ya que la
parte central de la hélice es la menos eficiente por la interferencia con el
fuselaje. Largos diámetros pueden desarrollar mayor tracción y velocidad pero,
obviamente, dependen de la potencia del motor.
2. Paso - el grado de "resbalamiento" es la diferencia entre el paso ideal y la
distancia real que avanza la hélice, puede jugar un papel importante.
Incrementar el paso levemente, puede no ser suficiente para compensar el
resbalamiento. Un resbalamiento del 30% puede tener una eficiencia tan
altacomo el 85% (el resbalamiento es una relación de distancias mientras que la
eficiencia o rendimiento es una relación entre la potencia o trabajo realizado por
la hélice y la potencia o trabajo entregado por el motor).
3. Perfil - el espesor del perfil afecta las R.P.M. (perfiles finos pueden desarrollar
mayores revoluciones) pero la hélice puede distorsionarse por perder rigidez) y
la ganancia teórica se pierde.
Para comenzar es mejor hacerlo con diámetros grandes ya que se pueden reducir
progresivamente al igual que el espesor. Cuando no se cuenta con un efectivo sistema
de medición además de un simple cronómetro, el método de "cambiar y observar" es a
menudo el mejor.
La hélice es el único elemento que hay que "hacer a medida" para tener un buen
modelo. Esto es importante para obtener la mayor eficiencia del motor, suavizar la
marcha y reduciendo las vibraciones.
No escatime esfuerzo ni tiempo en mejorar una hélice, tal vez esa puede ser la que le
dé los mejores resultados.
Nota: Para construir el medidor de paso e imprimir las tablas de conversión, se deben
"bajar" los archivos adjuntos.
Espero que este medidor les sea útil. Por cualquier duda u omisión pueden escribirme
a:
Gabriel Cismondi, Avellaneda 1869-C-13 (2000) - Rosario, Santa Fé - Teléfono
(041)326386.
gcismondi@ciudad.com.ar
A.P.U.C.A. - Asociación de Pilotos U-Control Argentinos
Curso Básico de Aeromodelismo
http://www.apuca.com.ar
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