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Alas rígidas:  el futuro se acerca

 

 

Los nuevos materiales y estructuras livianas en carbono han permitido crear alas rígidas que duplican el empuje de la mejor vela de regatas. Basta observar el trimaran BMW Oracle de la Copa América para vislumbrar cómo podrían ser las velas en un próximo futuro.

Ya se ven en diferentes barcos de regatas y de competición, como el espectacular trimarán BMW-Oracle que ganó la 33 edición de la Copa América en Valencia.

 

La superficie de doble cara y su perfil rígido ofrecen rendimiento imposibles

de conseguir en las velas tradicionales, por muy avanzadas que estas sean realizadas en materiales laminados 3D de última tecnología. Comparadas con las velas flexibles de simple superficie, las alas tienen ventajas aerodinámicas indiscutibles además de reducir las cargas y resistencias aerodinámicas debidas a los mástiles arriostrados mediante stays y obenques.

 

Velas del futuro: alas rígidas

Las velas rígidas exigen palos fuertes sin jarcia fija, lo cual reduce los esfuerzos que han de soportar los cascos para aguantar el palo mediante sus jarcias, y esto permite reducir el peso del casco y su dimensión de manga. Desaparecen los esfuerzos de compresión del palo que obligan normalmente a fuertes refuerzos en el pie de mástil, y que en ocasiones han llegado a partir literalmente un casco de competición en dos.

Una de las ventajas más importantes de utilizar un palo sin jarcia es la completa eliminación de las resistencias que producen al viento los cables de obenques, stays y demás elementos de la jarcia fija. Aunque las jarcias fabricadas con cables macizos de sección circular ofrecen menor resistencia, esta es tan importante como un perfil alar de ¡10 veces su diámetro! Multiplique por dos obenques, sume dos stays, sume dos obenquillos y otros tantos tramos entre crucetas y entenderemos la altisima resistencia aerodinámica de una jarcia fija.

La resistencia, como también lo hace la fuerza de sustentación de una vela, depende del cuadrado de la velocidad del viento y por esta razón al subir la fuerza del viento estas resistencias crecen de forma brutal.

 

El perfil de una vela rígida

Lo ideal en una vela rígida será poder utilizar un perfil tipo NACA como el que vemos en las alas de los planeadores. El rendimiento sería fantástico. Pero trabajar en el plano vertical y tener que poder ser orientado a las dos bandas, impide poder utilizar un perfil asimétrico (¡salvo que siempre navegáramos a una misma banda!)

Por ello se ha sustituido el perfil ideal por un ala simétrica a la que le acompaña un alerón también simétrico que puede rotar sobre el borde de salida del ala y seguido de otro segundo alerón que a su vez rota sobre el extremo del 1º alerón. Con este tipo de configuración, a igualdad de superficie de vela, estas consiguen una sustentación del doble de fuerza de lo que se puede conseguir con la mejor vela de regatas flexible. Si en vez de 3 perfiles utilizamos uno de 6 perfiles encadenados la forma final es mucho más perfecta y se consiguen empujes 2,5 veces el de la mejor vela tradicional, aunque la necesidad de utilizar más perfiles y cables de control incrementa considerablemente la resistencia aerodinámica total del ala.

La idea es conseguir configurar la forma del perfil alar al inclinar estos alerones unos respecto a los otros. A su vez todo el conjunto puede rotar sobre el palo para conseguir modificar el ángulo de ataque al viento.

De esta manera se puede modificar a voluntad la fuerza de sustentación y modificar libremente el ángulo de ataque hasta alcanzar el máximo rendimiento.

A diferencia de las velas de siempre, al modificar un ajuste no se estropea el ajuste de los demás elementos del ala. Si por ejemplo modificamos el ángulo de ataque al hacer rotar el palo, la forma y perfil alar no se modifica. Así, es posible aplanar el ala con ángulo de ataque nulo para que el barco no avance y permanezca sin apenas resistencia al viento.

En un plano vélico convencional, cuando dejamos las velas al viento, estas se ponen a gualdrapear con violencia machacando el tejido, y generando una resistencia brutal que producirá una fuerte deriva. En las velas tradicionales el ajuste de cualquier elemento estropea de forma inmediata los demás ajustes de la vela. Si por ejemplo largamos un poco de escota de mayor, para lograr un perfecto ajuste de esta vela, y aunque no se haga con los veleros de crucero, tendríamos a continuación, maniobrar en la contra para ajustar la bolsa de la mayor, tocar el carril de escota, cambiar ligeramente la tensión de la driza,… Cualquier cambio afecta a todos los demás.

Manejar una vela rígida es mucho más sencillo de lo que a primera vista pudiera parecer. Cada ajuste afecta a su propia variable y no altera los demás ajustes. Además, lo que se ha diseñado en la mesa de ingeniería es realmente lo que conseguimos en la práctica y todo es más controlable.

 

El viento relativo

Tan poca resistencia y tan alto rendimiento en este tipo de velas alas, hacen que los barcos naveguen como flechas a mucha velocidad. La eliminación de la resistencia al viento en la jarcia elimina los sonidos típicos del viento de un velero tradicional y hace que la sensación al navegar muy rápido, en torno a los 20 nudos, sea decepcionante y muy inferior a la que le correspondería en un velero tradicional.

Cuando nos desplazamos en nuestro velero a toda velocidad, aumenta nuestro viento relativo y por ello cambiará la dirección del viento hacia la proa, venga de donde venga. Ocurre lo mismo que cuando aceleramos en un coche descapotable. Aunque existiera viento cruzado, nuestro viento relativo tiende a venir desde delante a medida que vamos acelerando más y más.

Es de tal importancia este cambio de dirección debido al viento relativo, que al aumentar la velocidad del velero, un viento de través o descuatelar enseguida se hace tan de ceñida que sólo las velas rígidas e indeformables aguantan su forma y por tanto mantienen la sustentación y por tanto su potencia. En una vela normal a medida que aumenta el viento relativo y este se hace más de proa, la curvatura se hace inestable y la vela pierde su forma alar y por tanto su rendimiento.

Cuando el viento se hace demasiado fuerte en las velas convencionales, debemos tomar rizos para reducir la superficie y por tanto reducir la potencia de la vela y la fuerza de escora. Pero la altura completa del mástil sigue produciendo resistencia y se mantiene o incluso aumenta la fuerza de deriva.

Por el contrario en un ala rígida, para reducir la potencia basta con modificar la forma del perfil y el ángulo de ataque con el viento. Es incluso posible dejar la vela con sustentación nula sin aumentar la resistencia aerodinámica. En realidad lo que se hace es aplanar el perfil en los alerones de la parte superior de la vela para que la potencia se produzca sólo en la parte inferior del ala y por tanto se disponga de potencia pero con un muy reducido momento de escora. ¡Es fabuloso!

 

Ajustar una vela ala

Hablamos de una vela de tres elementos. Ya hemos comentado que incluso las hay de 6 pero siguen la misma norma. El ajuste del ángulo de los elementos es lo que permite definir la forma final del perfil alar. El primer elemento está sólidamente unido al eje vertical formado por una estructura en fibra de carbono. Este es el primer ajuste angular que hace pivotar todo el ala sobre el rodamiento plano o rótula alojados en la cubierta. En los primeros diseños de alas, el eje se encontraba demasiado retrasado respecto al centro de empuje, haciendo el conjunto demasiado neutro, como si se tratara de un timón muy compensado, y por tanto demasiado blando. Los nuevos diseños tiene el eje de giro mucho más adelantado lo cual permite una gran reacción del conjunto y por tanto más eficacia en los ajustes del ala.

En el borde de salida de este primer elemento se encuentra el primer flap similar al de cualquier avión. Y en el borde de salida de este segundo elemento se encuentra el tercer elemento a modo de segunda ala, de modo que el segundo elemento es una extensión del primer elemento, mientras que el tercer elemento es un foil que trabaja de forma independiente pero en conjunción con los elementos 1 y 2. El foil tiene un perfil simétrico NACA de tipo 0009 desde el que salen unas líneas de control para pivotar el segundo elemento, y otras para controlar el tercer elemento. Finalmente todo el conjunto puede rotar sin alterar el perfil alar definido, para ajustarse al ángulo con que nos ataca el viento relativo.

Cuando necesitemos configurar el perfil alar para vientos de ceñida solo tendremos que modificar ligeramente el ángulo del foil sin tocar el ángulo del flap. El juego consiste en ajustar foil y flap para conseguir el mayor empuje y la menor resistencia del perfil alar conseguido. Con vientos de popa el asunto reside en mantener un flujo de viento continuo con una fuerte deflexión del flap mientras logramos una ranura entre el flap y el foil.

En definitiva disponemos de una primera línea de control que ajustará el ángulo de giro de todo el conjunto alar. Una segunda línea permite ajustar el ángulo del flap respecto al ala en un ángulo máximo de 15 grados a ambos lados. La tercera y cuarta línea permiten ajustar el ángulo del foil en la parte baja del ala y en la parte alta del ala y se pueden utilizar de forma conjunta o separada.

De hecho con vientos muy fuertes podríamos llegar a crear sustentación positiva en la parte inferior para empujar sin generar demasiado par de escora y algo de sustentación negativa en la parte superior del ala que nos ayudara a disminuir la escora del barco. ¡Esto ya es increíble!

Existe una última línea de control que permite ajustar la separación entre el segundo y tercer elemento para aumentar o disminuir el efecto canal entre estas dos secciones.

 

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