O que é a eficiência da hélice?

A eficiência da hélice é usada para definir quão bem uma hélice transmite sua força rotacional ou energia para o empuxo. A hélice, seja usada para mover um barco ou avião, deve transformar a energia rotacional em empuxo para frente ou empuxo reverso quando usada em um avião ou barco. A quantidade de energia necessária para girar a hélice é quase sempre maior do que o impulso da hélice. Reduzir essa perda é o objetivo da eficiência da hélice.

A quantidade de empuxo gerado por uma hélice é controlada pelo ângulo em que suas pás atacam o ar ou a água em que está girando. A eficiência da hélice está nesses mesmos ângulos de pás. Ao produzir uma pá com o ângulo correto e conectá-la a um cubo de tamanho adequado, a eficiência da hélice pode ser alterada drasticamente. Portanto, é o projeto e a forma de uma hélice que define sua eficiência mais do que a velocidade com que está girando.

Em um motor a jato, a eficiência do motor é medida como uma fração da energia potencial de calor do combustível propelente convertido em energia de empuxo. Com uma aeronave movida a hélice, a eficiência da hélice é medida em cavalos de força e não em empuxo. Isso se relaciona à potência do motor junto com sua capacidade de gerar potência para dirigir o avião.

Uma das aeronaves movidas a hélice mais eficiente foi o motor radial turbo-composto Wright R-3350. Este motor de aeronave movido a pistão foi capaz de capturar parte de sua energia de exaustão devido a ter três turboalimentadores acoplados ao eixo de transmissão. Isso permitiu que o motor atingisse uma eficiência propulsiva geral de cerca de 32 por cento a Mach 0.5. Este número é significativo devido à resistência do vento, bem como à termodinâmica de empurrar uma aeronave movida a hélice contra o vento.

A baixa eficiência da hélice se deve, em parte, à luta da hélice para enfrentar o vento. A hélice não apenas abre caminho contra o vento à frente da aeronave, mas cada pá da hélice tem que abrir caminho no ar na frente de cada pá da hélice enquanto faz sua revolução em torno do virabrequim. Esse coeficiente de arrasto duplo afeta a eficiência da hélice.

Seja água ou vento, a eficiência da hélice de qualquer embarcação sofre com o arrasto do ambiente por onde viaja. A resistência de atrito e arrasto faz com que a hélice consuma mais energia do que produz. As evoluções no design e nos materiais da hélice aumentaram a eficiência dessas hélices; entretanto, eles nunca terão a eficiência dos motores a jato mais modernos e dos motores hidropropelidos para embarcações.