Seguimos con una de esas cosillas que, a nada que seas un poquito observador, habrás visto que todos los drones tienen: las hélices. Es posible que pienses que todas ellas se ven iguales: básicamente redondas. Y lo cierto es que ninguna de ellas lo es. Sólo se ven así cuando giran.

En este post vas a poder aprender de tamaños, formas, sentidos de giro, materiales, número de palas, paso de la hélice, la nomenclatura o cómo distinguir su parte frontal de la posterior, además de muchas otras cosas más.

Si te pica el gusanillo del mundo este, puesto que de momento, y en un futuro también, se puede preveer casi con toda seguridad que tu próximo dron va a tener hélices, este es un post que te interesa mirar.

Si has conseguido hacer volar algo (que no sea un zapato) sin hélices, por favor, no dejes de compartirlo. (Hacer volar un zapato en realidad se llama tirarlo, y no tiene ningún mérito. Es por ello que los zapatos no necesitan hélices, ni alas, ni tren de aterrizaje). En fin, creo que ya estoy divagando otra vez.

Incluso los penecópteros tienen hélices

Este artículo explicará las bases de las hélices de los multicópteros. Repasaremos los conceptos paso de la hélice (pitch), diferencias en el número de palas y cómo esto afecta al empuje, eficiencia y comportamiento.

Indice de contenido

• Tamaño de las hélices
• Efectos de la longitud y paso de la hélice
• Superficie
• Número de palas
• Dirección de rotación
• Cómo leer las especificaciones de una hélice
• Consideraciones al elegir hélices para un mini quad
• Empuje y velocidad

Las hélices vienen en distintos tamaños y pasos. Se le llama longitud de la hélice al diámetro que tiene el circulo que hace cuando gira.. El paso puede ser definido como lo que avanza la hélice en cada rotación. Cuanto mayor es el diámetro o el paso de la hélice, ésta necesita más energía para rotar.

Las hélices generan empuje al mover el aire cuando giran. Cuanto más rápido es girada la hélice, más aire puede mover y más empuje genera. Los multirrotores evidentemente no funcionarían en el espacio exterior puesto que no encontrarían aire que mover con sus hélices. Cuando se incrementa la longitud de la hélice o su paso se produce un mayor empuje a costa de un consumo mayor de corriente. Es decir, las hélices más grandes producen mayor potencia lo que incrementará la velocidad del dron, pero también disminuirá su tiempo de vuelo (asumiendo la misma batería).

Hablando en general, una hélice con menor diámetro o paso puede girar más rápido porque el motor no necesita trabajar tan duro para hacerla girar, así que consume menos corriente. El aparato tiende a volar más suave y se siente con más respuesta a los controles. El cambio más rápido de RPM debido a la menor inercia de las hélices ayuda a la estabilidad del cuadracóptero.Una hélice con un paso grande mueve mucho más aire, lo cual puede crear turbulencias. Si las hélices giran más despacio, se podría echar en falta un tacto más rápido en los mandos, pero a cambio se genera más empuje y velocidad punta, a expensas de un consumo mayor de corriente.

Cuanto mayor es el área superficial, más aire se puede mover y por lo tanto más empuje se genera a cambio de un mayor consumo de corriente, mayor arrastre y una pérdida en la eficiencia. La forma de la hélice juega un papel importante en el comportamiento, y está muy relacionada con su área superficial. La diferencia más distintiva se puede ver en la forma del extremo de las palas: puntiagudas, con forma de nariz de toro (BN) o híbridas (HBN).

Las que más área superficial tienen son las BN, seguidas de las HBN, y las que menos las puntiagudas, que son probablemente las más eficientes de las tres pero que son las que proporcionan menor empuje. Las otras dos pueden dar más potencia a costa de un mayor consumo de corriente. La forma de la punta también influye en como la hélice interactúa con el aire, de este modo, las hélices con puntas suaves y redondeadas pueden comportarse con más eficiencia que otras con las puntas más cuadradas, pero lo mejor es experimentar con distintas hélices y encontrar tus preferencias.

Entre los pilotos de mini quad, las hélices de 2 y 3 palas son igualmente populares. Ambas se usan para carreras o vuelo en estilo libre. Alguna gente prefiere las tripala porque dicen que tienen más “agarre” en el aire, Básicamente, añadiendo una pala más se añade más área superficial, es decir, más empuje a costa de un mayor arrastre y un mayor consumo de corriente.

También se pueden encontrar hélices con más palas: cuatro e incluso seis.

Se dice que las hélices de cuatro palas son geniales en las pistas de interior y funcionan muy bien en las curvas, pero el incremento de área superficial las hacen muy ineficientes a bajas RPM. En cuanto a las hélices de seis palas, son simplemente muy ineficientes y necesitan consumos demasiado elevados. Todo ello se puede resumir en que cuantas más las palas, menor la eficiencia.

En todos los cuadracópteros, dos de las hélices giran en sentido horario ( CW o clockwise) y las otras dos lo hacen en el sentido contrario (CCW o counterclockwise), y por este motivo son distintas. Cuando se compran, las hélices suelen venir en parejas CW y CCW, hay quien dice que los diestros rompen más hélices CCW y viceversa, o quizás es simplemente casualidad.

Los fabricantes usan dos formatos distintos L x P x B ó LLPP x B

Siendo L la longitud de la hélice, P el paso y B el número de palas.

Las especificaciones siempre suelen estar impresas en las hélices, y por convenio, esta impresión siempre se encuentra siempre en el lado del avance, de este modo es fácil distinguir el lado superior del inferior de una hélice (sí, pueden ser distintos, y muchas hélices funcionan peor se se montan al revés).

Por ejemplo 6×4.5 (o también 6045) describe una hélice de 6 pulgadas de diámetro y un paso de 4.5 pulgadas (recuerda que una pulgada es 25.4 mm). Otro ejemplo: 5X4X3 (o también 5040×3) es una hélice de tres palas con cinco pulgadas de diámetro y un paso de 4 pulgadas.

BN indica que es una hélice con puntas de nariz de toro.

Aveces se puede ver en la denominación R o C, por ejemplo 5x3R, La R y la C indican el sentido de giro de la hélice, correspondiendo R a un giro CW y C a un giro CCW.

Material

Las hélices pueden estar fabricadas de distintos materiales: compuestos de plástico, Fibra de carbono o madera, cada tipo con sus características distintivas. Las hélices de fibra de carbono y las de madera son realmente rígidas y son conocidas por su vuelo suave, mientras que algunas hélices de plástico son muy resistentes.

De hecho, la mayoría de las hélices que se usan en este hobby están fabricadas de lo que llamamos plástico “durable”. Duran mucho más y te van a hacer ahorrar dinero. Pero por el mismo motivo, porque no se rompen en los choques, se doblan. Y aunque no pueda parecer evidente, causar vibraciones que le hagan pasar un mal rato a tu controlador de vuelo además de causar sobrecalentamiento en los motores. Presta atención a las vibraciones y oscilaciones cuando utilices hélices golpeadas.

No utilices hélices en las que han aparecido lineas blancas de doblado. Es un signo que están pidiendo ser cambiadas. En caso contrario te arriesgas a roturas en pleno vuelo con daños peores.

Peso

Las hélices ligeras suelen tener un comportamiento mejor que las que son más pesadas debido a su menor momento de inercia. Las RPM cambian más rápido así que el multirrotor tiene en teoría una respuesta mejor. Las hélices ligeras también necesitan menos par para girar, por lo que funcionan mejor en una amplia variedad de motores.

La distribución de peso de las palas también tiene su importancia y de nuevo afecta al momento de inercia. Cuanta más masa esté cercana al eje de la hélice es mejor para ésta, pero ello significa que la hélice es más delgada y fácil de romper. Al contrario, cuanto más alejada esta la masa del eje (palas más gruesas) hay más arrastre y la hélice es más difícil de acelerar y frenar.

Rigidez

Las hélices muy poco rígidas (como la Gemfan 5030) son tan blandas que literalmente se doblan cuando el motor alcanza altas RPM. No sólo se pierde empuje y estabilidad sino que meten una locura de ruido agudo.

La rigidez es importante para una buena hélice. Es función, además de su diseño, tanto del tipo de material como de la cantidad de material utilizado, lo que por supuesto está reñido con el peso,.

En primer lugar depende del tamaño de tu dron y de tus motores. Los mini quads utilizan normalmente hélices de 4, 5 y 6 pulgadas.

Más o menos así:

• 50-180mm – motor de 2700KV+ motor de con hélices de 4″ ó menos
• 210mm – motor de 2300KV-2700KV con hélices de 5″
• 250mm – motor de 1900KV-2300KV con hélices de 6″

Para elegir el paso, el número de palas y su forma, realmente depende del tipo de vuelo que quieras hacer.Otra cosa que debes verificar es que el tamaño del agujero de la hélice se corresponda al del diámetro del eje del motor. Casi todas las hélices de 4”, 5” y 6” están diseñadas para ejes de 5 mm de diámetro. Para hélices mayores y menores esto puede cambiar.

Empuje y velocidad

Es importante mirar los datos de empuje del motor y ver qué hélice trabaja mejor con el motor que pretendes usar. La misma hélice puede tener dos comportamientos muy distintos en motores diferentes (debido a su diseño, par, potencia, etc)

En cualquier caso, estos ensayos se hacen en entornos estáticos y por tanto no tienen exactamente el comportamiento que tendrán el dúo motor-hélice en condiciones reales, donde interviene la aerodinámica de las hélices desplazándose por el aire y la influencia del resto de los componentes del dron.

Una de las diferencias más notables entre los ensayos estáticos y el vuelo real se puede ver en el empuje, que normalmente es entre un 5 y un 10% menor en condiciones reales que el medido en el banco de pruebas. La gente también habla de “suavidad” al volar, que es un concepto que no se puede medir en un banco de pruebas, es más cosa de sensaciones al pilotar.

Otra consideración es cómo las RPM de la hélice afectan a la velocidad máxima del cuadracóptero.

Es interesante saber que un quad con hélices pesadas que generan mucho empuje pero a pocas RPM no es necesariamente más rápido que otro que genera menos empuje pero a RPM más altas.

La velocidad máxima teórica del aparato se puede calcular así:

Velocidad Máxima teórica = Máximas RPM x Paso de la hélice x 60

En realidad, los quads son mucho más lentos que eso debido a muchas razones como la resistencia del aire o la reserva de potencia del controlador PID (quizás <50%)

Mientras el combo motor / hélice cumpla tus requerimientos de amperaje, deberías probar tantas hélices como puedas hasta encontrar aquella de “se siente bien” para ti y ten en cuenta que un dron diferente probablemente necesitará hélices distintas