Fuerzas aerodinámicas


En un barco que va navegando, la velocidad y dirección del viento que incide sobre las velas son las de un viento que se denomina viento aparente, vA , resultado de la composición de la velocidad del viento real sobre la mar y de la velocidad que lleva el barco.

Este viento aparente tiene, respecto al eje longitudinal del barco, una dirección definida por el ángulo b y respecto a la cuerda de la vela una dirección dada por el ángulo α, como se ve en la figura, que se denomina ángulo de ataque.

Cuando una vela se deforma por la acción del viento, se comporta como un perfil aerodinámico. El cambio de dirección del flujo de aire que incide sobre la vela produce unas fuerzas de presión y de succión sobre los dos lados de la vela cuya resultante, FS , se suele desglosar en las dos siguientes fuerzas perpendiculares:

La fuerza de sustentación, LS , perpendicular a la dirección del viento aparente, que está dada por:

La fuerza de resistencia, DS , en la dirección del viento aparente, que está dada por:

Siendo: ρa la densidad del aire, AS el área de la vela, vA la velocidad del viento aparente, CL el coeficiente de sustentación y CD el coeficiente de resistencia, ambos para el ángulo de ataque α del viento aparente sobre la vela.

La eficiencia de la vela depende del valor del coeficiente CL respecto al coeficiente CD, cuanto mayor es la relación CL / CD se considera que la vela es más eficiente porque proporciona más sustentación por unidad de resistencia. Esta eficiencia, a su vez depende de la forma de la vela y de su relación de aspecto, definida por la relación entre las dimensiones principales de la vela. 

Además de las fuerzas sobre las velas hay que tener en cuenta las fuerzas debidas a la acción del viento sobre el barco, por encima de la superficie del agua, es decir sobre la obra muerta del casco, la cabina y el aparejo. 

La resultante de todas las fuerzas aerodinámicas, FA , se puede descomponer en dos componentes perpendiculares, como se indica en la figura, la resultante en sentido longitudinal, FAL , que proporciona el empuje hacia delante al barco y la resultante en sentido transversal, FAT , que tiende a desplazar lateralmente al barco.

Debido a las fuerzas transversales, el rumbo real que sigue el barco no está dado por la dirección popa – proa, sino que hay un deslizamiento lateral. Se llama abatimiento al ángulo, λ, que forma el rumbo real seguido por el barco respecto a la dirección popa – proa del mismo.

Debido a la presencia del ángulo de abatimiento, λ, para determinar la magnitud y dirección correcta del viento aparente, vA , hay que tener en cuenta que la dirección real de la velocidad del barco, vB , está desviada respecto a la dirección popa – proa el ángulo λ de abatimiento, como se ve en la figura.

 

 

 

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