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Navegar con alas: Potencia total

 

 

Los veleros extraen la energía del viento generando potencia como los motores de gasolina en los yates.

El secreto de las velas reside en su perfil y orientación. Cuanto más se parezcan a un ala... ¡mucho mejor!

Parece muy intuitivo que el viento mueve a los barcos como quien sopla una pluma encima de una mesa. Empujado por el viento…

 

Así es como se movían nuestros orgullosos galeones, con vientos portantes, pero no corresponde en

absoluto a la realidad física que permite navegar a los veleros modernos. Si fuera así jamás podría un barco de vela remontar al viento ni navegar al través más rápido que la misma velocidad del viento, o más difícil aún, navegar con vientos de ceñida del 1º y 4º cuadrante.

Lo primero y más básico que debemos entender, es que para extraer energía del viento, las velas actúan como las alas de un avión en sustentación. Las toneladas de fuerza que hacen que un avión no se caiga al suelo, son de la misma naturaleza que las fuerzas que hacen navegar a nuestros veleros. ¡Y esto es lo único importante!

 

Cómo se genera la fuerza de sustentación

Es muy importante saber cómo se genera la sustentación en un ala o una vela, pues esta fuerza es el verdadero "motor" de nuestro velero. Si entendemos cómo y porqué se genera esta fuerza, sólo necesitaremos un poco de sentido común para saber orientar las velas y navegar en un velero.

El resto es técnica. De hecho todos los artilugios de la arboladura, herrajes, cabos, escotas, tensores, carriles de escota, la contra de la mayor, poleas, sables, balumas, y todo el aparataje y acastillaje no son más que “chatarras” inventadas para lograr que el tejido de la vela se parezca lo más posible a la forma del ala de un avión.

Por todo ello no es de extrañar que los barcos con velas rígidas en forma de ala naveguen muchísimo mejor que los que llevan velas como estamos acostumbrados a ver "de toda la vida". El único y gran problema es que las alas rígidas… ¡No se pueden plegar cuando llegamos a puerto!

Así las cosas, todos los ajustes de las velas consisten en conseguir que estas tengan el aspecto más parecido a un ala de avión. Se trata de conseguir el mejor perfil alar sin que se nos deforme la forma de la vela en cuyo caso perderemos todo el empuje pues desaparece el “ala” sustentador.

Una vela, o mejor aún, un ala, lo que hace es separar el aire entre el que avanza por delante y el que acelera por detrás. Los recorridos de estos dos chorros de aire serán distintos puesto que la distancia recorrida es mayor en la parte sotaventada del ala. Como ambos flujos se han de juntar un poco más atrás del borde de salida, necesariamente el aire del camino de detrás de la vela tiene que acelerar y viajar más rápido que el delantero.

El genial Francés Bernoulli, descubrió hace ya un buen montón de décadas que al aumentar la velocidad del fluido (aire) disminuye la presión y viceversa. Digamos sin entrar en materia física, que esta es una manera muy tosca (e irrespetuosa) de definir su principio. O sea que delante de la vela, la presión ha aumentado al ralentizarse el viento y en la parte posterior ha disminuido… Esto es lo mismo que decir que se ha creado una fuerza perpendicular a la superficie de la vela que tiende a empujar la vela en esa dirección. ¡Et Voila! Ya se ha creado la fuerza de sustentación.

La animación muestra como el ala separa las moléculas de aire en dos recorridos distintos que adquieren velocidades diferentes. La diferencia de velocidades genera diferencia de presiones. Esta diferencia de presiones es la que genera la fuerza conocida como sustentación.

En un velero la energía propulsora extraída por las velas gracias al viento, es obtenida a partir de la energía cinética del viento. Osea que las velas frenarán un poco el viento, al extráele energía de su cantidad de movimiento (m . v).

 

Medir la fuerza de sustentación

Al aplicar el principio de Bernouilli y algunas ecuaciones que de él se infieren, como el del efecto venturi, se llega a una bella ecuación matemática que nos indicará la fuerza propulsora de nuestro velero “L” medida en newtons de fuerza  de la siguiente manera:

                            

En donde ρ es la densidad del aire medida en kilos/ m3, V indica la velocidad el aire en m/s, A es el área o superficie alar de nuestra vela medida en metros cuadrados, y Cl es un coeficiente de sustentación que variará dependiendo del ángulo con el que ataca el viento, de tipo de perfil o forma alar de nuestra vela.

 

Velas o mucho mejor alas

Si la vela de regatas más perfecta con tejido laminado en mylar es capaz de ofrecer un coeficiente sustentador pongamos de 1, con una vela rígida de doble superficie alcanzaremos coeficiente entre 2 y 3.

¡Carai, eso es muchísima diferencia! Es decir, a igualdad de superficie, podremos casi triplicar la potencia de nuestras velas, la potencia de nuestro plano vélico… ¡El futuro es prometedor!

 

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