Vela Conversaciones entre Newton y Bernouilli

[U25pies]

cuarto experimento

nos ponemos a jugar con placas planas hechas de chapa, y vemos que lo máximo que se puede conseguir con una placa plana es un coeficiente de 0,8 en dos dimensiones

y ahora curvamos la chapa ... y -oh sorpresa- produce sustentación con un ángulo de ataque de cero patatero

fenómenos bien conocidos, pero que nadie te explica bien porque unos se van por nubes teóricas y otros se quedan atrapados en una nube de datos, y entre unos y otros los que buscamos hacer estimaciones reales en el mundo real acabamos con la cabeza caliente y los pies frío con tanta teoría que no hay nadie que entienda

por fortuna un día me topé con un buen aficionado/apasionado: un físico aficionado a los veleros a radiocontrol:

http://www.onemetre.net/Design/Design.htm

y entre todo el enredo teórico de siempre ... apareció lo que buscaba

cl_2d = 0,8 + 4 pi x (flecha / cuerda)

joooooder, asín sí

[U25pies]

así ya tenemos una caja de herramientas con 3 herramientas

una herramienta para traducir a tres dimensiones:

CL_3d = cl_2d / (1 + (2 / AR))

y dos herramientas para estimar el coeficiente de sustentación en dos dimensiones:

cl_2d = 0,10 x AoA

cl_2d = 0,8 + 4 pi x (flecha / cuerda)

la primera la usamos para orzas y timones y ángulos de ataque pequeños, y la segunda la usamos para velas y ángulos de ataque grandes

además tenemos que tener en cuenta dos cosas:

-es muy difícil conseguir un coeficiente (CL_3d) mayor de 1,5 con un Ala simple o una Vela solitaria, así que en principio 1,5 actúa como tope

-el embolsamiento más grande con el que podemos contar es la mitad del ángulo de ataque, no podemos calcular suponiendo el embolsamiento que nos de la gana porque no sería realista, ejemplo: con un ángulo de ataque de 20 grados podemos suponer un embolsamiento del 10% (0,10 = flecha / cuerda)

con esta pequeña caja de herramientas podemos montar y desmontar bastantes casos de Alas sencillas y Velas

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el primer modelo que se propagó fue el modelo de Hazen publicado en 1980, A Model of Sail Aerodynamics for Diverse Rig

y de ahí viene el actual modelo de ORC

http://www.orc.org/

el modelo de Hazen simplemente presupone que en ceñida la tripulación trima las velas hasta conseguir un coeficiente de 1,5 y si el barco escora mucho y no aguanta tanta fuerza entonces se aplana (Flat) las velas quitándoles embolsamiento y se reduce (Reef) la superficie vélica, aunque en realidad lo que se hace es aplanar, abrir y darle torsión/alabeado a las velas

la mayoría de los Programas de Predicción de la Velocidad (VPP) están basados en el fondo en el modelo de Hazen

el modelo de Hazen refleja cómo son los veleros de regatas: hay un montón de trapo y luego aplanar y aplanar y aplanar con tensión, tensión y más tensión

desde el punto de vista de un crucerista o transportista de latas de cervezas la forma de actuar de los regateros es un poco extraña

¿para qué narices quieren tanto trapo si después les sobra potencia/fuerza por todos lados?

Y es que la Sustentación, Lift, es la mitad de la película, la otra mitad de la película es la Resistencia aerodinámica: Drag, el arrastre

los regateros están obsesionados con el arrastre, están obsesionados con la resistencia aerodinámica, tanto que han impuesto sus obsesiones a todos los demás, así podemos ver cómo vamos navegando la tribu de los cruceristas: dingui colgando de un arco-portería, un toldo, un motor fueraborda, un cargador eólico, una placa solar, una tremenda capota ... y el palo/mástil agujereado para esconder las drizas no vaya a ser que una driza por fuera del palo roce mucho con el viento y frene al velero creando "resistencia aerodinámica parásita" ... y un palo/mástil alto alto rascando el cielo no vaya a ser que haya mucha "resistencia inducida" rumbo a la boya de barlovento

los así llamados 'cruceros' son como concepto barcos de regatas de los años 60-70-80 del siglo pasado pero con muebles, y últimamente con popa ancha y un poco más de timón

mi próximo velero será un barco optimizado para el honrado transporte de latas de cerveza y fabada y llevará un palo chiquitajo y al palo ni tocarlo, cerrado por los dos extremos, y las drizas por fuera

¿cuál es la mejor forma de optimizar un velero para la ceñida?

pues cortar el casco por la mitad (como los veleros deportivos que navegan top less sólo con la parte de abajo del casco) luego cortar la tripulación por la mitad y luego cortarle la cabeza al patrón, todo sea por reducir la resistencia aerodinámica

[U25pies]

algunos Coeficientes (Cd) de Resistencia Aerodinámica, Drag

0,021 Phantom F4

0,25 Toyota Prius

0,58 Jeep

0,6 - 0,7 Tractor

1 - 1,2 un cable y un cabo

1,1 - 1,3 esquiador volando

1,3 - 1,5 Empire State Building

1,8 - 2 Torre Eiffel

el casco de un velero es más o menos como un tractor

[Zephyros]

Y ahora por dónde sigo yo?

La filosofía del hilo era contar de forma amena una discusión sobre la física de las velas muy extendida, eliminar algunas leyendas urbanas y dar una respuesta asequible y entendible cuando alguien nos pregunta porqué un velero remonta el viento. El resultado final ya lo ha adelantado en parte U25pies, la respuesta es que los dos tienen razón. Pero no es que colaboren las aportaciones, más bien es la resolución física de un problema tratado desde dos puntos de vista distintos, uno el energético y el otro a partir de las ecuaciones del movimiento de la dinámica newtoniana. Ambas son explicaciones válidas al fenómeno.

Con el desarrollo que ha tenido en estos días que no he podido dedicar tiempo a escribir pues ya no se si encaja continuar por la línea original. Desde luego pretendía algo más didáctico, pero se agradecen las intervenciones

Intentaré retomarlo pero ya como que no encaja hablar de física del siglo XVIII con tanto coeficiente del siglo XXI

[Salat]

Por favor, sigue, a mi mi estaba encantando tu enfoque!!!
La mejor explicación (que no lo es, mas bien da una idea) que yo había encontrado a por que un barco puede remontar el viento, la conseguía soplando un folio y viendo que el folio se acercaba en lugar de alejarse del flujo de viento.
Me encantaría poder dar una explicación mejor (apta para todos los públicos)

[javib]

Zephyros ya has hablado de la succion que se produce y en el ultimo parrafo ibas a contar como la vela desviaba enormes cantidades de aire hacia popa .

[lao]

Zaphyros por favor sigue con tu enfoque. Para los que no somos muy buenos en física ese montón de formulas no son fáciles de digerir. Yo personalmente seguiría con el enfoque más simple y redactado para ver si nos graduamos y cuando tú termines que empiecen las aportaciones para el master,

Estoy seguro que se complementarían muy bien y se agradecerían mucho una vez que se ha visto mas claramente, aunque sea menos exacto o preciso (no se si es así).

En cualquier caso yo te animo a seguir por donde ibas, aunque luego volvamos a releer las aportaciones mas de formulas, que yo, sin ánimo de despreciar el esfuerzo y la aportación (pero me cuesta digerirla), me las he saltado solo con una lectura superficial.

[SQL]

Interesante y diáctico hilo