PROPIEDADES DEL BRONCE ALUMÍNICO CONTRA EL BRONCE MANGANESO EN HÉLICES MARINAS


DATOS DE COMPARACIÓN. La superioridad de un bronce al aluminio ha sido demostrada por pruebas en servicio.

Se instalo una hélice de bronce lumínico y una de bronce manganeso en una embarcación de 6,000 tons. con doble hélice, que transporta mineral, estas hélices estuvieron sujetas a servicio más severo de lo usual, trabajando en el río Orinoco de Venezuela.

Las barras de arena y la arena en suspensión en este río, son responsables de la mayoría de los daños a las hélices, haciendo que se reparen o remplacen de forma continua.


Desde el escritorio de

Alejandro Aguilar


L
as hélices que se probaron, se estuvieron revisando en dique seco por intervalos de seis meses durante tres años.

La hélice de bronce alumínico  sufrió pequeños daños mecánicos por erosión, sin embargo la hélice de bronce manganeso fue severamente dañada, y por lo tanto requirió reparaciones frecuentes.

Este programa de comparación de dos diferentes materiales en  hélices bajo condiciones de servicio normal se presenta a continuación.

Dos líneas navieras de cruceros de lujo, tienen instaladas en un barco, hélices de bronce alumínico, y en otro de idénticas características tiene hélices de bronce manganeso.

Se contó con un notable ahorro de combustible en la embarcación con hélice de bronce alumínico.

La marina de los Estados Unidos esta utilizando hélices de bronce alumínico en sus embarcaciones rompehielos, y después de una completa temporada de operación, los resultados que se notaron de servicio, fueron excelentes.

Con el seguimiento que se le dio a otras embarcaciones con hélices de bronce alumínico, ya sin la base de una comparación directa, se dieron excelentes características de trabajo en los equipos.

Estos fueron reportados sin fallas durante el servicio desde que estas hélices fueron puestas por primera vez en funcionamiento, en 1954.

EFICIENCIA DE LA HÉLICE. Menos obvio que los datos presentados en la Tabla 1.- no podría ser, pero más importante para un punto de vista de servicio, es la eficiencia de la hélice.

Los ingenieros de diseño, de las compañías están mas impresionados por la habilidad del bronce alumínico a conservar su superficie suavemente pulida por un largo periodo de tiempo, por ello mantiene su alto factor de eficiencia.

Numéricamente el aumento en eficiencia podría andar en el orden de 1.5 – 3.0 %, con resultados en ahorro de combustible.

El incremento exacto de eficiencia podría depender del tamaño de la hélice, factores de diseño y tiempo de servicio.

Bondades del  diseño. Como el bronce alumínico  es aproximadamente un 10% más ligero que el bronce manganeso, y pueden diseñarse hélices con secciones más delgadas por su alta resistencia, y otras ventajas que resaltan a la vista.

Por ejemplo, la carga y el esfuerzo en la flecha y en los bujes se reducen, lo que nos permite instalar flechas de menor diámetro.

RESISTENCIA A LA ROTURA O AL AGRIETAMIENTO.

La habilidad del bronce alumínico a resistir fallas bajo impactos de corte, son valores que contribuyen grandemente para que el bronce alumínico sea un material para hélices.

Una serie de hélices de bronce alumínico, fueron sometidas a pruebas en laboratorios independientes con pruebas de corte y de impacto.

El resultado general de dichas pruebas, se resume como sigue:

Una unión soldada fue usada para propósitos de determinar una marca de rompimiento en las pruebas de las muestras.

A pesar de la presencia de grietas, el material utilizado, para  pruebas, rompió a temperaturas que están debajo de -170 °F (-112°C).

MANTENIMIENTO. El mantenimiento de hélices de bronce alumínico, es reducido comparado con hélices de bronce manganeso, esto es por su mayor resistencia a la flexión, al rompimiento y a la fatiga, incluyendo cavitación, estas pruebas están directamente asociadas con las propiedades del material.

REPARABILIDAD: El bronce alumínico es fácilmente reparable por el proceso de  soldadura MIG.

Además puede requerir o no de pequeños precalentamientos para soldar, a diferencia de una latón  cobre-zinc, este no es sujeto a fracturas por resistencia a la corrosión  y por consiguiente no necesariamente requiere un tratamiento de relevado de esfuerzos.

COSTO DE LA PROPELA. La reducción de peso del bronce alumínico en conjunción con el aumento en resistencia del material, permite diseñar hélices aproximadamente un 9% más ligeras que una hélice  de bronce manganeso.

Aunque o a pesar de que la primera es más costosa en precio por kilogramo, la reducción de costo por un largo periodo de tiempo es apreciable.

 TABLA 1 - RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE COMPARACIÓN DEL BRONCE ALUMÍNICO Y BRONCE MANGANESO

Concepto

Bronce Alumínico

Bronce Manganeso

Composición Química %

Cobre

78 - 81

55 – 60

Zinc

Trazas

Remanente

Niquel

4.5 - 5.5

-

Fierro

3.5 –5.5

0.9 – 2.0

Manganeso

0.5 – 1.0

0.3 – 0.9

Aluminio

9.0 – 10.3

0.7 – 1.0

Plomo

0.01 max

0.4 max

Estaño

Trazas 

1.5 max

Otros

0.5 max

-

Propiedades Mecanicas (Rango Normal)

Cedencia

35 – 43,000 psi

27 – 33,000 psi

Tracción 80 - 95,000 psi 60 - 72,000 psi

% Elong in 2 in

15 – 30

20 – 35

Prueba de Tensión

28,000 psi

14 – 16,000 psi

Dureza Brinell

152 – 190

112 – 130

Fatiga – aire

21 – 25,000 psi

9 – 14,000 psi

Fatiga – agua salada

18 – 22,000 psi

9 – 12,500 psi

Densidad – lb/cu in

0.273

0.297

 Prueba de giro

Peso perdido – gramos

2.48

9.21

Perdida –  Mg/in2/                 

99.0

376.0

Pulgadas en penetración al año

0.019

0.063

En la punta - pulgadas perdidas

0.005

0.012

Datos de la prueba de giro

Velocidad nominal en la punta – 27 ft/sec.

   

Área Expuesta – 6.5 pulgadas cuadradas.

   

Temperatura promedio del agua de mar

Primeros 18 días

14.7°C (58.5°F) Rango

9.0 – 19.5°C  (50 – 66°F)

Últimos 24 días

27.5°C (81.5°F) Rango

18.0 – 31.5°C (64 – 88 °F)

 

 


Propelas de bronce alumínico

Propelas de bronce manganeso

 

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