Orza - Quilla Corrida

[tradixabia]

Lo que planteo como punto de partida sería la posibilidad de pasar de llevar una orza abatible, de algo menos de un metro de calado, y una anchura aprox de 35 cm, con un peso mínimo, ya que se trata de una lámina de acero de menos de 10 mm de grosor.
Se trata de un Arcoa 510.

Respecto a la sustitución de esta orza por una estructura con forma de quilla corrida fija, de unos 3 metros de longitud y una altura de unos 15 – 20 cm, con forma de huso longitudinal (más gruesa en la zona central que en los extremos), hecha con una estructura de tablero fenólico revestido de fibra de vidrio.

La duda es si compensaría el efecto que realiza actualmente la orza metálica en cuanto a abatimiento. Ya que como peso, desde el desconocimiento creo que la estabilidad que la orza aportaría como peso no sería muy significativa (creo), y el plano que ejerce el efecto sobre la deriva quizá sería similar. Lo cual es lo que desconozco.

Quizá es una barbaridad lo que planteo. Por eso lo pregunto antes de plantearme su realización.

Ya se que técnicamente tendría muchos peros, pero no se pretende un rendimiento de alta eficiencia.

Un saludo y buen viento.

[470alavista]

Como veo que los que saben no contestan, diría que la quilla corrida tiene como principal ventaja la del lastre. Para evitar la deriva mejor es la orza y mejor cuanto mas profunda, por lo que no creo que el planteo que haces sea muy útil. Por ota parte, las desventajas de la quilla corrida, como una menor maniobrabilidad no se compensa con una quilla de contrachapado.
Y a ver si se animan los que saben

[U25pies]

Si le apatece, tradixabia, y si os apetece a los demás, podemos hacer números juntos con ayuda de Ludwig Prandtl



(Ludwig Prandtl)

La Teoría de Alas en su forma básica no es complicada

[U25pies]

La así llamada Lifting Line Theory data de la primera guerra mundial y se usó hasta la guerra de Corea

Para nuestros veleros basta y sobra la ingeniería aero-náutica de 1914

En un avión hay un ala a un lado del fuselaje/casco y otra ala al otro lado del fuselaje/casco, y la Fuerza de Sustentación de las dos alas apuntan hacia arriba

En un balandro moderno que navega ciñendo hay un ala arriba (ala que está construida con dos velas) y un ala abajo, la orza, y la Fuerza de Sustentación de cada ala apuntan en direcciones opuestas

Cuando hablamos de la "fuerza de sustentación" (Lift) de las dos alas de un velero -velas y orza- le solemos llamar "fuerza lateral", pero es lo mismo bajo otro nombre

En un balandro que navega ciñendo deben ser iguales la "fuerza de sustentación" del ala formada por las velas y la "fuerza de sustentación" proporcionada por la orza + la carena del casco + el timón

[U25pies]

Paréntesis

Nuestros veleros (1960-2000) suelen ser un completa maravilla ciñendo frente a 11-12 nudos de viento real, y aunque tiene su explicación es realmente desconcertante cómo es posible que nuestros balandros sean tan eficientes

(La gente no se da cuenta de lo eficiente que son nuestros balandros porque no están al tanto de los problemas involucrados)

Decenas y decenas de heterodoxos han intentado en vano destronar al balandro -que construye una eficiente ala con un palo y dos velas

Hasta el día de hoy aparecen iluminados en el foro de BoatDesing con otras propuestas ... pero el balandro -un palo y dos velas- es extraordinariamente eficiente ... a la hora de navegar ciñendo

Por otro lado hay que decir que tan optimizado está el balandro moderno para navegar ceñido a 11-12 nudos de viento real ... que todo el balandro ha sido sacrificado en ese altar, así que es lógica y natural la reacción de los cabreados que dicen -a tomar por cu ... la ceñida, más si se tiene en cuenta que nadie en su sano juicio atraviesa mares y océanos ciñendo

Incluso algunos locos sueñan con veleros, balandros modernos, que sean capaces de navegar a favor del viento, ¡qué locura ¿dónde está la boya de barlovento?!

Así que esta cuestión de las orzas y las ceñidas es cuestión controvertida

[U25pies]

Entrando en materia

Fuerza de sustentación (fuerza lateral) de un ala (una orza o el ala construida gracias a dos velas) =

Coeficiente de sustentación (C_lift) x la mitad (1/2) de la Velocidad al cuadrado del fluido (el agua o el aire) x densidad del fluido (1,2 kilos el metro cúbico de aire; 1025 kilos el metro cúbico de mar salá) x Superficie del Ala (en metros cuadrados)

No hay motivo para asustarse, escribirlo en un papel

la Velocidad va en metros por segundo, que simplificando es digamos la mitad de los nudos a los que estamos acostumbrados

Ahora veamos la cuestión del Coeficiente

primero necesitamos el coeficiente en dos dimensiones y luego tenemos que traducirlo a tres dimensiones, y que nadie se asuste que es muy sencillo

Coeficiente de Sustentación en 2 dimensiones (CL_2d) de una orza = 0,1 por cada grado del ángulo de ataque (que en este contexto el "ángulo de ataque" se llama "abatimiento")

si suponemos un abatimiento de 10 grados entonces el "coeficiente de sustentación en 2 dimensiones" es 0,1 x 10 = 1

esto no es tan complicado

ahora tenemos que traducirlo al mundo real

Coeficiente de Sustentación en 3 dimensiones de una orza = Coeficiente en dos dimensiones dividido por 1 + 2/AR

C_Lift = CL_2d / (1 + (2/AR))

AR (Aspect Ratio, "alargamiento") = envergadura (calado de la orza) al cuadrado / superficie del ala

una orza de 1 metro de calado por medio metro de cuerda/ancho

AR = (1 x 1) / (1 x 0,5) = 2

una orza de 30 centímetros de calado por 3 metros

AR = (0,3 x 0,3) / (0,3 x 3) = 0,09 / 0,9 = 0,1

Entonces

En la orza de 1 metro de calado el coeficiente de 1 en dos dimensiones resulta ser =

(CL_2d) / (1 + (2/AR)) = 1 / (1 + (2/1)) = 1/3 = 0,333 (C_Lift)

En la orza de 30 centímetros de calado el coeficiente de 1 en dos dimensiones resulta ser =

1 / (1 + (2/0,1)) = 1 / (1 + 20) = 1/21 = 0,04 (C_Lift)

[U25pies]

El mundo de las Alas de bajo alargamiento (low aspect ratio) es un mundo fascinante ...



... pero a las velocidades a las que nos movemos ... que no son precisamente velocidades supersónicas ... es bien difícil sacar suficiente sustentación (esto es: fuerza lateral) de un Ala (una orza) de bajo alargamiento

[Epops]

Yo no se tanto de teorías pero mi barco actual, un 38', tiene orza abatible de acero (unos 120 kg.) que sirve exclusivamente para evitar (dentro de lo posible) la deriva cuando se navega en ceñida o a un descuartelar. A la vez se aprecia que, cuando vas navegando al largo o de empopada, elevas la orza de una forma facilísima y ganas más de un nudo en velocidad.

Por otra parte, el calado se reduce y te permite la navegación a una proximidad de costa realmente asombrosa para un barco a vela de ese porte.

Así mísmo permite varar en barco en una playa y dejarlo en seco sin problemas para efectuar las reparaciones necesarias, incluso un carenado rápido, entre mareas.

Lo que no se es si te merecerá la pena el "follón" en el que te vas a meter para tu Arcoa que, curiosamente, era mi barco anterior a este que tengo ahora y que me dio muchísimas satisfacciones. Yo también le hice algunos inventos y, después de pensármelo mucho, le puse una quilla corrida de unos 20 cm que mejoró notablemente la estabilidad y el gobierno. Es mucho más fácil de hacer.

[U25pies]

Como la Estabilidad depende en gran medida del tamaño ... entonces para los barcos grandes la orza abatible -de quita y pon- es la forma más sencilla de solucionar la controversia de la orza, pues hay y no hay orza: hay orza para ceñir y quitando la orza mejora el Equilibrio navegando con viento a favor, y de regalo sirve para varar

Tamaño, una orza abatible y un Timón bien despachado ... yatá, el Huevo de Colón: la solución más sencilla para un velero oceánico, y una de las tres o cuatro soluciones posibles

Pero los botes pequeños, en cambio, van justitos de Estabilidad. Lo suyo sería que los botes pequeños llevaran grandes orzas lastradas que se pudieran recoger para varar

[U25pies]

El "Kcao" es un buen ejemplo de la solución "Huevo de Colón": la solución más simple para un balandro con suficiente tamaño (poner y quitar la orza)

Y este es un ejemplo de la solución que podemos llamar "Curlew" (el máximo calado en popa)



Y además tenemos la solución "MiniTransat" como este 30 metros diseñado por Juan K

[U25pies]

Volviendo al comienzo del Hilo

Si un balandro/barco ya está construido es muy engorroso cambiarlo y con facilidad se puede cruzar la frontera entre la cirugía y la carnicería

Así que pensando en apaños y cambios que no sean muy traumáticos

En un bote pequeño se podría mejorar la eficacia del ala/orza de popa que llamamos "timón", aquí el límite es la fuerza del timonel y la resistencia de los materiales

un timón

-bien perfilado
-de buen "alargamiento" AR (Aspect Ratio) => 3
-bien despachado de tamaño (por ejemplo un tamaño Bilbaino sería que el timón tuviera una superficie del 2% de la superficie vélica, que sería una exageración, 1,5% es un magnífico timón, 1,25% y 4 AR también sería magnífico, 1% y 3 AR es correcto, está bien)

y luego para poder manejar la fuerza del timón

-compensado y
-con una buena caña

En un barco grande con su orza grandota la forma de transformarlo en "quilla corrida" tipo "curlew" sería ponerle en popa dos orzas/espadas/timones de quita y pon y de alto rendimiento (AR => 5)

[U25pies]

Nah, los espolones de popa con 3 AR estaría bien

pero 5 AR quedarían preciosos izados/recogidos, y como serían de quita y pon podrían tener formas con fantasía, alas de albatros, lo que sea, y pintados de colores brillantes

aquí toda la cuestión sería el arraigo, lo demás sería un eje de acero y un cabito para izar el espolón y un cabo desmultiplicado para calarlo, y estos espolones/orzas/espadas de popa serían de madera las cachas y con una pletina de acero en el centro hasta el eje

[tradixabia]

Cuando aparecen los razonamientos y explicaciones técnicas tan exhaustivas, casi que me pierdo. Pero agradezco las explicaciones.

Epops, cuando dices

"Lo que no se es si te merecerá la pena el "follón" en el que te vas a meter para tu Arcoa que, curiosamente, era mi barco anterior a este que tengo ahora y que me dio muchísimas satisfacciones. Yo también le hice algunos inventos y, después de pensármelo mucho, le puse una quilla corrida de unos 20 cm que mejoró notablemente la estabilidad y el gobierno. Es mucho más fácil de hacer. "

No entiendo muy bien al decir si merecerá la pena el follón. Interpreto que tú sí que le hiciste la quilla corrida y funcionó bien. Si es así creo que lo intentaré. ¿Podrías explicar sucintamente como la hiciste? en cuanto a materiales, sistema de agarre al casco, dimensiones, si tienes alguna foto.
Y si notaste disminución de estabilidad.

Las explicaciones de U25 parecen muy interesantes. No se muy bien lo que es "AR" en cuanto a su cálculo.

Un saludo y buen viento

[tradixabia]

Lo del AR, entiendo el cálculo que indica U25. La duda es en una quilla corrida ¿qué sería aceptable?.
Por otra parte, en un timón, el cálculo también parece medio claro. Ahora bien, como son medidas una en función de otra, por ejemplo por decirlo algún modo un timón puede medir un metro de largo, y otro medir 0'6 metros de largo, y con anchos adecuados tener el mismo AR ¿NO?. En ese caso, de que "largo" partiríamos para el Arcoa?
No se si he sabido explicarme.

Un saludo, gracias por vuestras respuestas y buen viento a todos.

[U25pies]

primera aproximación y primeros cálculos sobre los Espolones del Gallo para un botecito de 5-6 metros de eslora

[tradixabia]

Lo miraré con detenimiento.
Gracias

[Epops]

Originalmente publicado por tradixabia

Cuando aparecen los razonamientos y explicaciones técnicas tan exhaustivas, casi que me pierdo. Pero agradezco las explicaciones.

Epops, cuando dices

"Lo que no se es si te merecerá la pena el "follón" en el que te vas a meter para tu Arcoa que, curiosamente, era mi barco anterior a este que tengo ahora y que me dio muchísimas satisfacciones. Yo también le hice algunos inventos y, después de pensármelo mucho, le puse una quilla corrida de unos 20 cm que mejoró notablemente la estabilidad y el gobierno. Es mucho más fácil de hacer. "

No entiendo muy bien al decir si merecerá la pena el follón. Interpreto que tú sí que le hiciste la quilla corrida y funcionó bien. Si es así creo que lo intentaré. ¿Podrías explicar sucintamente como la hiciste? en cuanto a materiales, sistema de agarre al casco, dimensiones, si tienes alguna foto.
Y si notaste disminución de estabilidad.

Las explicaciones de U25 parecen muy interesantes. No se muy bien lo que es "AR" en cuanto a su cálculo.

Un saludo y buen viento

Me refiero "al follón" lo de ponerle una orza abatible. Según mi entender es mucho más complicado que ponerle una quilla corrida. Lamentablemente no tengo fotos, pero intentaré explicarte como lo hice:

Busqué un tablón de roble, con unas medidas (si mal no recuerdo) de 400 X 7 X 20 cm. Lo sujeté a la quilla de la Arcoa, a la que había instalado unos pernos, haciendo que dichos pernos atravesasen el tablón.

Para darle forma lo trabajé un poco con el cepillo, aunque no encajaba a la perfección con la forma de la quilla de la Arcoa. Antes de sujetarlo lo tuve sumergido en una piscina unos cuantos días.

Una vez encajado en los pernos (ocho en total) apreté el tablón de manera que quedó perfectamente encajado. Debo decir que agrandé los agujeros de manera que la tuerca y arandela quedasen embutidas en el tablón. Una vez seco el conjunto, lo forré con fibra y resina, de manera que quedó hecho un bloque con el casco. También enfibré y "resineé" por el interior.

Y "yatá". Te aseguro que no tuve ningún problema y aún está puesto (se donde está mi antiguo barquito y presta su servicio convenientemente) y eso que han pasado más de quince años desde que hice el invento.

Respecto a la estabilidad, todo lo contrario. Puedo decirte que me permitió estar mas descuidado con la escota de mayor, ya que antes tendía más a orzar y a escorar. Me mereció la pena el trabajo.

[tradixabia]

Epops, pues muchas gracias, ya que es lo que pretendo hacer, pero mi temor era que fuese una barbaridad hacer algo así. Por lo que, conociendo tu experiencia, creo que voy a emprender "la obra" cuando sea posible.
Respecto a la mecánica de hacerlo,había pensado más o menos lo que tú describes.
Y creo que es lo más acertado.
Una alternativa que tenía previsto era hacer una estructura con contrachapado para dar forma (haría el papel de tu tablón de roble), y darle consistencia a base de capas de fibra y poliester. Una ventaja sería que no habría que agujerear el casco.
El inconveniente de esta fórmula es que harían falta muchas capas de fibra para que tuviera una consistencia robusta. Otro defectillo sería que aportaría poco peso, cosa que el tablón de roble aporta peso, y en consecuencia más estabilidad -creo-.

Con tu procedimiento, los pernos por la parte interior del casco, es la accesibilidad, pues el doble casco implica que habría que abrir ventanas en el suelo del doble casco interior para acceder a los pernos que atraviesen la parte externa del casco para atornillar los pernos. Y a ésto se me ocurre si la capa de fibra tiene consistencia para soportar el peso del tablón y la presión de los pernos. Aunque por lo que dices parece claro que sí, por el resultado excelente que obtuviste.

Un saludo

[tradixabia]

Doy por hecho que hablamos de un Arcoa 510.

[U25pies]

Bueno, si este es el Arcoa 510 ...



entonces volvemos a la casilla de salida: ponerle un buen timón bien despachado

comprar el timón del "Laser Stratos" e instalarlo es un engorro un poco caro

mejor sería cambiar sólo la pala

si pudiera encajar bien ... lo suyo sería hacer una buena pala de tablero perfilada con esmero

[tradixabia]

Pues estoy de acuerdo con el tema del timón. Tengo el timón antiguo, con muchos años y señales de endeble por el tiempo. Por lo que correspondería hacer una pala nueva aprovechando el viejo como plantilla.
Lo de bien perfilado, ¿que quiere decir?

La duda añadida -aquí todo son más dudas-. es conseguir un tablero realmente adecuado. Se vende mucho tablero "marino" que no tiene garantía de serlo. Y que sea a buen precio.

Lo de bien perfilado, ¿que significa?

[U25pies]

primera aproximación para un timón bien despachado

[U25pies]

Perfil NACA 0012

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Ya tengo los números para la pala del timón de super-Arcoa tuneado

Tamaño del balandro traducido a trapo = (Eslora x Eslora) / 2 = (5 x 5) / 2 = 12,5 metros cuadrados

Tomo como referencia 12 metros cuadrados

Tamaño y forma

La pala del timón sumergida sería un simple rectángulo de 700 x 230 milímetros que nos da una superficie de 0,161 metros cuadrados / 12 = 1,34 % que está dentro del rango buscado (entre 1,5% y 1,25%)

Aspecto/Alargamiento

(0,7 x 0,7) / 0,161 = 3 AR (correcto, un timón de manual)

Perfil

Entre 0012 NACA y 0020 NACA

un NACA 0013 daría un grosor del perfil de 30 milímetros (= 0,13 x 230 milímetros) que se podría hacer con dos tableros de 15 milímetros

para determinar el grosor habría que partir de la facilidad de construcción y del tablero disponible, hay montones de magníficos tableros por ahí, los que van en el suelo de los camiones frigoríficos o los que se usan para hormigonar/encofrar

[U25pies]

Evaluando ...

Symbol Description Value Unit
b Wing span 0,7 m
e Span efficiency factor, typically between 0.85 and 0.95 0,9
S Wing Area 0,161 m2
a0 Lift slope ΔCL/Δα of the infinite wing (2D airfoil) 5,443099054
a Lift slope ΔCL/Δα of the finite wing (3D wing) 2,99764557
a0 2D zero lift angle of the infinite wing (2D airfoil) 0 deg
a2D 2D angle of attack of the infinite wing (2D airfoil) 10 deg
a3D 3D angle of attack of the finite wing (3D wing) 18,15791403 deg
Cl Lift Coefficient of the infinite wing (2D wing) 1
CL Lift Coefficient of the finite wing (3D wing) 0,550724053
AR Aspect Ratio of the 3D wing 3,043478261
CDI Induced Drag Coefficient of the finite wing (3D wing) 0,031721083

DCl Difference between two Cl coefficients from 2D airfoil polar 0,95
Da Difference between the two AoA corresponding to Cl coefficients 10

Environment
ρ Fluid density 1025 kg/m3
V Fluid velocity 2 m/s

Lift
L Lift of 3D wing at AoA = a2D 181,77 Newton

---

bueno, super-Arcoa quizá no gana la Copa América ... pero el timón es un pedazo de timón

18 kilos x 0,25 = 4,5 kilos con una caña de 1 metro

ya empezamos con los problemas, pues 4,5 kilos puede ser algo incómodo para el usuario

[U25pies]

Que no, hombre, que no

18 kilos de fuerza en el timón es (x 0,25 x 0,23 =) 1 kilo uno de fuerza en la mano/brazo con una caña de 1 metro de largo