Teoría de la vela - e

Teoría de la Vela
Fuerza y momentos de fuerza: Principios de
físicos de la navegación a vela.
La navegación no es más que el fruto de la interacción de dos conjuntos de fuerzas, unas
actúan sobre la vela y otras sobre la embarcación de esta forma podemos establecer la
siguiente distinción:
•
Fuerzas que actúan en la vela: fuerzas aerodinámicas.
• Fuerzas que actúan en la embarcación: fuerzas hidrodinámicas. Fuerzas aerodinámicas: por
fuerzas aerodinámicas entendemos como la suma de todas las fuerzas de empuje y succión que
inciden en la vela. Todas estas fuerzas se concentran en un punto de la vela conocido como
“centro vélico”. En embarcaciones de una sola vela el centro vélico coincide prácticamente con
el centro de la vela, pero en embarcaciones de dos velas este varía adelantándose hacia proa.
el agua se denomina como fuerzas hidrodinámicas, todas ellas se concentran en un punto
conocido como “centro de deriva”, señalado en el centro de la orza o de la quilla. Ambos
centros deben estar atravesados por un mismo eje cuando esto sucede se dice que la
embarcación está equilibrada. Pero cuando no ocurre así se pueden dar dos situaciones:
•
Si el centro vélico esta más a proa que el centro de deriva el barco tendrá
tendencia a separar la proa del viento, tendrá tendencia a arribar. Será un barco
“blando”.
Si el centro vélico esta más a popa que el centro de deriva el barco tendrá
•
tendencia a orzar, en esta situación el barco se denomina como “ardiente”.
Efecto Venturi y teorema de Bernoulli: fuerzas aerodinámicas.
Para entender mejor el complejo mundo de las fuerzas que actúan en la vela vamos a
comenzar considerando la vela como una superficie plana a modo de bandera.
Raúl Ramos
Si colocamos una bandera con su mástil al viento este recorre el viento por las dos caras de
forma homogénea sin realizar más función que hacer flamear la bandera.
Igual
situación
que
posición de emproados
Si dotamos a la bandera de cierta inclinación con respecto al viento la fuerza que este
Componente de empuje (ce): en sentido
perpendicular con respecto a la bandera
provocando el efecto de abatimiento y
escora que se desarrollará en el punto
3.6.3.
•
Componente de deslizamiento (cd):
las partículas de aire se deslizan por la
bandera y que como se verá a
continuación es el verdadero causante de
la navegación.
•
De la suma de estas dos fuerzas
se origina un tercer componente o
resultante que podemos denominar como
componente motriz. (cm)
Ahora bien las velas a diferencia de las banderas están diseñadas con un embolsamiento, no
son superficies planas, este embolsamiento origina la aparición de dos caras una cóncava
(barlovento) y otra convexa (sotavento).
Este embolsamiento junto con la inclinación que se
le damos las velas con respecto al viento al cazar las
escotas hace que el efecto de las partículas de aire a
sotavento sea diferente al de barlovento.
Raúl Ramos
El flujo de aire al chocar contra el palo (0) se abre en dos discurriendo la mitad por sotavento
(Á y B´) y la otra mitad por barlovento (A y B). Ahora bien de forma muy simplificada podemos
decir que las partículas al separarse tienen la tendencia de llegar a la vez al final de la vela
(baluma). Pero se da la circunstancia de que las de sotavento (Á y B´) deben recorrer una
mayor distancia que las de barlovento (A y B), esta mayor distancia obliga a las partículas de
sotavento a ir a una mayor velocidad que las de barlovento, al aumentar su velocidad
disminuye su presión ocasionando una fuerza de succión.
Así en las dos caras de la vela obtenemos diferencias en cuanto a presión y velocidad de las
partículas de aire originando dos tipos de fuerzas:
•
Fuerzas de propulsión: en la cara de barlovento como consecuencia de la
menor velocidad de las partículas (V-) en toda su área crean fuerzas positivas de
empuje o propulsión (P+).
Fuerzas de succión: en la cara de sotavento como consecuencia de la
•
aceleración de las partículas (V+) se crean fuerzas negativas o de succión (P-). Van a
ser estas fuerzas las causantes reales de la navegación.
Raúl Ramos
Todos estos fenómenos son explicados físicamente mediante el teorema de Bernoulli: “toda
partícula desviada por un objeto sufre una aceleración por la cara convexa y una
desaceleración por su cara cóncava.”
De todo lo dicho hasta ahora podemos obtener las siguientes conclusiones:
•
En toda la superficie vélica se crea un sistema de presiones y depresiones.
•
En cada punto de su presión y depresión actúan de forma perpendicular a la
vela.
•
Pero como consecuencia de la forma de la vela, de su embolsamiento los
empujen se disponen en abanico, siendo los de mayor magnitud los más próximos al
palo.
•
El empuje total será la suma de las presiones y depresiones ejercidas sobre la
superficie vélica. Ese empuje total se concentra en un punto denominado como
“centro de empuje o centro vélico”.
Raúl Ramos
Llegados a este punto estamos ya en disposición de contestar a la siguiente pregunta:
¿por qué navega una embarcación?
•
Por un lado tenemos el conjunto de fuerzas aerodinámicas que actúan sobre
la vela es decir fuerzas de empuje y fuerzas de succión todas ellas concentradas en el
entro vélico.
•
Por otro lado tenemos el conjunto de fuerzas hidrodinámicas que actúan bajo
el agua, un plano contra la deriva o abatimiento que contrarresta el desplazamiento
lateral y un par adrizante resuelto mediante la estabilidad de forma o de peso. Todas
ellas concentradas a su vez en el centro de deriva.
Como todo par de fuerzas (aerodinámicas / hidrodinámicas) se obtiene una
•
resultante que no es más que el rumbo de navegación.
Fuerzas
Aerodinámicas
Fuerzas Hidrodinámicas
Rumbo (R)
Raúl Ramos
(FA)
(FH)