Línea de Eje y Hélice: Alineación, Vibración y Mantenimiento

La línea de eje es el punto donde la potencia generada por el motor se transmite al agua, y es uno de los sistemas menos comprendidos de una embarcación. El propietario suele darse cuenta por una vibración o por agua acumulada en la sentina, aunque tanto la vibración como el goteo son efectos, no causas. La línea de eje es una cadena: acoplamiento, eje, sello o prensaestopas, cojinete de bocina, hélice y el flujo de agua bajo el casco. Un fallo en un eslabón de la cadena desgasta los demás y termina pasando la factura a los soportes del motor o a la caja de cambios. Este artículo explica cómo interpretar la línea en su conjunto, qué indica cada síntoma y qué comprobaciones hay que hacer, en orden, cuando la embarcación está en seco.

De qué se compone la línea de eje

En una transmisión de eje clásica, la potencia va del acoplamiento de salida de la caja de cambios al eje, y del eje a la hélice. En el punto donde el eje sale del casco hay un elemento que mantiene estanco el paso por el casco: el prensaestopas tradicional (empaquetadura de grafito o de teflón trenzado) o un sello de contacto frontal (dripless). El tramo exterior del eje pasa por un tubo de bocina (stern tube) o un cojinete exterior, donde el eje suele apoyarse en un cojinete de goma ranurada lubricado por agua (cutless). La hélice se asienta cónicamente sobre el eje, gira mediante una chaveta y se fija con una tuerca.

Cada elemento de esta cadena admite una tolerancia distinta, pero todos comparten la misma línea recta. El acoplamiento y el eje deben estar en el mismo eje, el eje debe girar centrado dentro del tubo de bocina y la hélice debe asentarse equilibrada en el extremo del eje. La desviación de esta línea se denomina técnicamente desalineación, y es el problema crónico más común de toda la línea de eje.

En el lado de la caja de cambios, el eje está conectado a un motor que se apoya sobre soportes flexibles. Los soportes del motor se asientan y se ablandan con el tiempo, y el casco es una estructura que vive sobre el agua y se mueve algo bajo carga y con la temperatura. Estos dos hechos juntos indican que la alineación no es un trabajo que se hace una vez y se olvida. La alineación es un ajuste vivo de la embarcación.

En los sistemas sail-drive o de propulsión de popa la geometría es distinta; en lugar de una línea de eje hay una unidad inferior con sus propios sellos, fuelle y aceite. El apartado de alineación que sigue no se aplica directamente, pero los apartados sobre cavitación, daños en la hélice, ánodos y vibración se aplican igualmente.

Alineación: por qué se pierde y cómo se realiza

La alineación significa que el eje de la brida de salida de la caja de cambios y el de la brida del eje coincidan, y que sus caras queden paralelas. Existen dos tipos de fallo: la desalineación paralela (offset) y la desalineación angular. Ambas producen los mismos resultados: en cada revolución recae una carga variable sobre el eje y el cojinete de salida de la caja de cambios, el sello se desgasta de forma desigual, el cojinete de bocina se ovala y la embarcación vibra en determinados regímenes de revoluciones.

La comprobación se realiza retirando los pernos de las bridas de acoplamiento y midiendo la holgura entre las superficies con una galga de espesores en cuatro puntos (a las 12, 3, 6 y 9 horas). La práctica habitual del sector establece que la diferencia entre estas cuatro mediciones no debe superar 0,05 mm por cada 25 mm de diámetro de la brida. El ajuste se realiza mediante la altura y la posición lateral de los tacos del motor; es el lado del motor el que se desplaza, no el lado del eje.

El momento en que se realiza la alineación es tan importante como la forma de hacerla. Lo correcto es alinear el eje con la embarcación a flote y cargada; además, tras la botadura se deja pasar un tiempo para que el casco se asiente, lo que la mayoría de los astilleros aplica como uno o dos días. La alineación realizada en tierra, apoyada sobre puntales, se altera en cuanto la embarcación es botada, porque en tierra el casco se sostiene por los puntos de apoyo de los puntales, mientras que a flote lo sostiene el agua. El nivel de llenado de los tanques de combustible y agua también afecta a la línea de ejes.

Las señales de que la alineación se ha alterado son: vibración que aparece en un rango de revoluciones concreto y desaparece al cambiar el régimen, desgaste unilateral de la empaquetadura del prensaestopas, pernos de acoplamiento que se aflojan repetidamente, un escalón formado en el eje en la zona de contacto con el retén, y grietas en los tacos del motor. La alineación debe rehacerse siempre que la embarcación haya sido varada y vuelta a botar, haya encallado o sufrido un golpe fuerte, o si se ha desmontado el motor o la caja de cambios. Fuera de estos casos, una revisión anual es un ritmo razonable; el período de varada es una oportunidad natural para este trabajo, y al planificar el proceso de varada conviene incluir también en el calendario la comprobación de la alineación.

Cavitación y ventilación: no son lo mismo

Ambas están relacionadas con la pérdida de agarre de la hélice en el agua, pero sus causas y consecuencias son distintas. Confundirlas lleva a sustituir la pieza equivocada.

La cavitación se produce cuando la presión en la cara de succión de la pala de la hélice cae por debajo de la presión de vapor del agua, lo que provoca la formación de burbujas de vapor in situ. Estas burbujas colapsan violentamente en la zona de mayor presión situada justo detrás de la pala, y cada colapso genera un microscópico golpe de martillo sobre la superficie de la pala. Los indicios son pequeños picados en la superficie de la pala, que se profundizan con el tiempo cerca del buje, una textura superficial esponjosa y un zumbido que se acentúa a altas revoluciones. Entre las causas se encuentran: una hélice seleccionada con demasiado paso o con una superficie de pala demasiado pequeña para la embarcación, bordes de pala dañados que han perdido su filo, un obstáculo que altera el flujo de agua por delante de la hélice (una salida de bocina deformada, incrustaciones marinas, una protuberancia mal reparada, una cúpula de sonar inadecuada), o una hélice situada demasiado cerca del casco. Dejar una separación adecuada entre las puntas de las palas y el casco es un principio de diseño consolidado; la regla general es que esta separación no debe ser inferior a aproximadamente el quince por ciento del diámetro de la hélice.

La ventilación, en cambio, ocurre cuando la hélice aspira aire. El aire entra en el disco de la hélice desde la superficie o desde la salida del escape, la hélice pierde carga de golpe, las revoluciones se disparan y el barco deja de propulsarse hacia delante. El síntoma, especialmente al arrancar, en un giro brusco o con oleaje, es una subida repentina de revoluciones y pérdida de empuje. Causas: la hélice demasiado cerca de la línea de flotación, trim excesivo, los remolinos que se forman en maniobras bruscas y la salida del escape situada demasiado cerca de la zona de la hélice. La ventilación es pasajera y no deja daño permanente en la hélice; la cavitación, en cambio, corroe el metal.

La regla para distinguirlas es sencilla: saque la hélice del agua y obsérvela. Si la superficie presenta picaduras y un aspecto fundido, es cavitación, y sustituir la hélice sin resolver la causa es tirar el dinero. Si la superficie está limpia pero hay una subida brusca de revoluciones durante la navegación, es ventilación, y hay que revisar el lado de la instalación y el trim.

Vibración: cómo encontrar el origen

Ante una queja de vibración, lo primero es describirla. Estos tres datos descartan la mayoría de las causas posibles: ¿a qué revoluciones empieza?, ¿hay diferencia entre marcha avante y atrás?, ¿está presente con el motor al ralentí (cambio en punto muerto)?

• Presente en un rango de revoluciones concreto, ausente por debajo y por encima: desequilibrio de un elemento giratorio o fallo de alineación. Es una resonancia típica y suele originarse en la hélice o el eje.
• Aumenta de forma continua con las revoluciones: el principal sospechoso es un desequilibrio de la hélice o un eje doblado.
• Solo en marcha avante, ausente en atrás (o al revés): daño en las palas y una geometría que cambia bajo carga; también el lado del cambio y del acoplamiento.
• También presente con el cambio en punto muerto: el problema, con toda probabilidad, no está en la línea de ejes sino en el motor y sus soportes.
• Cambia al girar el timón: está relacionado con el flujo de agua; holgura del cojinete del timón, daño en la pala del timón o alteración del flujo a la salida de la hélice.

Las causas concretas más habituales de la vibración son: una hélice con una pala doblada, mellada o desequilibrada; un eje doblado; un cojinete de bocina desgastado y con holgura excesiva; una alineación defectuosa; un soporte de motor agrietado; pernos de acoplamiento flojos; y sedal o redes enganchados en la hélice. La causa más simple y la que más se pasa por alto es el fouling biológico sobre la hélice: una hélice con la superficie rugosa pierde eficiencia y, además, genera vibración.

Dejar que la vibración se convierta en algo a lo que "uno se acostumbra" sale caro. La vibración desgasta el retén del eje, el cojinete de bocina, el rodamiento de salida del cambio y, con el tiempo, los soportes del motor. Además, la vibración transmitida al casco puede iniciar una grieta en la unión entre la bocina y el casco. En cuanto aparece la queja, toda la línea de ejes debe revisarse a fondo en la primera oportunidad de varada.

Daños en la hélice, equilibrado y paso

La hélice es la pieza de ajuste más fino que hay en el agua y uno de los componentes del barco que más golpes recibe. Incluso una muesca de un milímetro en el borde de la pala altera el flujo; una punta de pala doblada rompe el equilibrio centrífugo al girar y genera vibración.

Una vez que la hélice sale del agua, se revisa lo siguiente: la integridad de las puntas de las palas y los bordes de ataque, si las palas mantienen el mismo ángulo de paso entre sí, picaduras de cavitación en la superficie, si el buje de goma ha girado en los tipos de cubo equipados con buje de goma, y, en las hélices plegables y de paso variable, si el mecanismo se abre y cierra con libertad. Si una pala presenta una flexión notable, una grieta o una parte faltante, la hélice debe desmontarse y llevarse a un taller especializado para ser medida, reparada y equilibrada. El equilibrado no es algo que se corrija a ojo; se realiza en el taller con instrumentos de medición.

El paso (pitch) es la distancia que la hélice avanza teóricamente en una vuelta y afecta directamente al régimen del motor de la embarcación. Si el motor no alcanza a plena aceleración el régimen máximo indicado por el fabricante, la hélice tiene un paso excesivo; el motor se sobrecarga, el escape emite humo negro, se sobrecalienta y aumenta el consumo de combustible. Si supera el régimen máximo a plena aceleración, el paso es demasiado bajo; en este caso el motor no puede transmitir su potencia al agua. La hélice correcta es la que permite que el motor alcance aproximadamente su régimen máximo nominal a plena aceleración con la carga normal de la embarcación y el casco limpio. No realice la medición con el casco sucio; el resultado será engañoso. La limpieza del casco y el estado del antifouling son un requisito previo para evaluar la hélice.

Desmontar y montar la hélice también es una cuestión de mano de obra. La superficie cónica y el chavetero deben estar limpios, la chaveta debe asentar por completo, la tuerca debe apretarse con el par especificado por el fabricante, y su dispositivo de seguridad (pasador o contratuerca) debe colocarse siempre. Aplicar grasa en la superficie cónica es un error habitual; el cono debe asentar seco y limpio.

Retenes, prensaestopas y cojinete del eje

El punto donde el eje sale del casco es uno de los puntos de estanqueidad más críticos de la embarcación. Existen dos enfoques principales, y su mantenimiento es diferente.

La caja de estopas tradicional logra la estanqueidad comprimiendo la empaquetadura trenzada alrededor del eje. Por diseño, se espera que gotee ligeramente durante el funcionamiento; esta gota mantiene fríos la empaquetadura y el eje. La práctica general es aceptar unas pocas gotas por minuto mientras el eje gira, y que el goteo cese al detener el motor. Una empaquetadura apretada hasta el punto de no gotear en absoluto calienta el eje y abre en él un escalón de desgaste permanente. Una empaquetadura que gotea de forma continua se ha aflojado o bien el material se ha endurecido y ha llegado al final de su vida útil. Renovar la empaquetadura es un trabajo de varada; si el escalón de desgaste en el eje es profundo, también debe atenderse el eje.

Los retenes sin goteo (dripless) funcionan mediante contacto de caras carbono-cerámica o el principio de un retén de labio, y permanecen secos. En estos, el punto crítico es el estado del fuelle y de la manguera de alimentación: el fuelle de goma envejece y se agrieta, y a partir de cierta edad se sustituye aunque a simple vista parezca en buen estado. El intervalo de sustitución recomendado por el fabricante es aquí la única referencia fiable. Además, la mayoría de los retenes sin goteo requieren alimentación de agua entre las caras; si no se purga el aire del fuelle tras la botadura, el retén se sobrecalentará y se quemará en la primera salida. Este es uno de los errores más comunes el día de la botadura.

El cojinete de bocina (cutless bearing) es un cojinete de caucho ranurado, lubricado por agua, que mantiene el eje centrado. Cuando se desgasta, el eje se mueve dentro del cojinete; el síntoma es el juego que se percibe al mover el extremo del eje hacia arriba y hacia abajo con la mano estando el barco en tierra, y un aumento de la vibración durante la navegación. Las ranuras del cojinete no deben obstruirse; el paso del agua a través de ellas lubrica y refrigera a la vez. La arena y las algas colmatan estas ranuras y desgastan el cojinete prematuramente. Alinear el eje sin sustituir antes un cojinete desgastado es esfuerzo perdido; el orden es primero el cojinete, después la alineación.

Inspección de ánodos y corrosión galvánica

Los distintos metales bajo la línea de flotación (hélice de bronce, eje de acero inoxidable, quilla de plomo o hierro, pasacascos de bronce) forman una célula galvánica en el agua de mar, y el metal más activo comienza a corroerse. El ánodo es el metal sacrificado deliberadamente en esta célula: se corroe él mismo para proteger a los demás. En la línea de eje, el ánodo suele adoptar la forma de un collar sobre el eje, un capuchón en el cubo de la hélice o una placa fijada al casco.

La elección del ánodo depende del agua. En agua de mar salada se emplean ánodos de zinc y aluminio; el magnesio es para agua dulce y se corroe demasiado rápido en agua de mar. Los ánodos de aluminio ofrecen un rango de trabajo más amplio tanto en agua salada como salobre. No mezcle distintos tipos de ánodo en el mismo barco.

La norma de mantenimiento es sencilla: el ánodo se sustituye cuando se ha consumido aproximadamente la mitad. Esperar a que se consuma por completo significa que, desde el momento en que se cierra la ventana de protección, las piezas de bronce y acero inoxidable empiezan a corroerse en su lugar. La superficie de contacto del ánodo debe ser metal desnudo; un ánodo atornillado sobre una superficie pintada no sirve de nada. Nunca se debe aplicar antiincrustante ni pintura sobre un ánodo.

Si los ánodos se consumen a una velocidad inusual, esto indica un problema externo al propio barco. La causa más habitual es una conexión galvánica establecida con embarcaciones vecinas a través de la toma de corriente de tierra, que se resuelve con un aislador galvánico o un transformador de aislamiento. Un cambio en el consumo de ánodos al cambiar de puerto cuenta la misma historia. La segunda posibilidad es una corriente parásita dentro del barco, en cuyo caso el sistema eléctrico debe revisarse por completo.

Con el barco fuera del agua: lista de comprobación paso a paso

Toda la línea de eje solo puede inspeccionarse con el barco en tierra. El día de la varada, las siguientes comprobaciones deben realizarse justo después de lavar el casco, antes de que se seque:

1. Gire la hélice con la mano. Debe girar libremente, sin rozamientos ni atascos. En una hélice plegable, las palas deben abrirse y cerrarse con suavidad.
2. Mueva el eje hacia arriba y abajo y de lado a lado. Cualquier juego perceptible indica que el cojinete de bocina se ha desgastado.
3. Inspeccione la superficie de la hélice. Compruebe si hay doblamientos y muescas en las puntas de las palas, picaduras de cavitación en la superficie y señales de que el buje de caucho gira dentro del cubo.
4. Revise el eje. Desgaste escalonado en la zona de contacto del sello, arañazos o picaduras en la superficie, curvatura visible. En caso de duda, el eje debe desmontarse y medirse con un comparador.
5. Mida los ánodos. Sustituya cualquier ánodo que se haya consumido más de la mitad; el asiento del ánodo y los tornillos deben quedar en metal limpio.
6. Revise la caja de estopas o el sello del eje. Antigüedad del fuelle, abrazaderas de manguera (deben ser de acero inoxidable y dobles), estado de la empaquetadura.
7. Limpie la salida del arbotante y el paso de agua. Las ranuras del cojinete deben estar despejadas, y el soporte exterior (P-bracket) no debe presentar grietas ni holguras.
8. Pala del timón y su cojinete. Holgura, grietas, y si ha entrado agua en la pala. La distancia entre el timón y la hélice también forma parte del flujo.
9. Pernos del acoplamiento y soportes del motor. Holgura, caucho agrietado, óxido en las tuercas de ajuste.

Al establecer el orden de los trabajos que resultan de estas revisiones se sigue una lógica clara: primero las piezas que determinan la geometría de la línea, como el cojinete y el arbotante, después el sello y la caja de estopas, luego los trabajos de la hélice y, por último, la alineación. La alineación es siempre el último paso, y se verifica y se cierra definitivamente después de que el barco vuelve al agua y el casco se ha asentado.

Los trabajos de la línea de ejes se realizan dentro de la ventana de tiempo limitada en que el barco permanece fuera del agua, por lo que la lista se elabora de antemano y las piezas se consiguen con anticipación. En nuestras instalaciones de Ören llevamos a cabo los trabajos de eje, hélice, sello y alineación dentro del mismo plan de varada; si su barco presenta vibraciones o alguna fuga, puede consultar nuestros servicios y ponerse en contacto con nosotros. Para un ritmo de revisión anual, el artículo calendario de mantenimiento del yate es un buen complemento.