Vela ¿Error de concepto?

[javib]

Originalmente publicado por Kane

Vale, pero hay cosas que no hay por qué dejarlas pasar, sobre todo si provienen de los "entendidos", porque luego la gente "normal" como yo se las cree.

"Jiauka dijo: Y personalmente, hay mucha diferencia entre 1 avión y 1 barco, el segundo tiene 2 perfiles esn 2 medios distintos, y además es el propio viento quien lo empuja, con lo cual el ángulo entre viento real y aparente es enorme si lo comparamos con 1 avión, que es practicamente nulo. "

A ver... ¿Un avión no puede volar con viento de cola? ¿Cuál es el ángulo entre el real y el aparente? ¿Muy pequeño? Para el que no lo vea claro, pongamos con viento del través (crosswind en el argot, creo), de digamos 10 nudos. En el primer caso, su magnitud es del orden de180º, y en el segundo, su magnitud es del orden de 90º (se nota más cuando despega y aterriza, que va de lado).

Kane supongo que se habra equivocado , que se referia al angulo de ataque con respecto al viento aparente que en un barco es muy grande y en un avion es de muy pocos grados .

[Kane]

Sí, pero el problema es que uno dice lo que dice y no lo que quiere decir. Y en este caso no estoy totalmente seguro (Edito: de que quiera decir algo distinto de lo que dice). Mejor esperamos aclaraciones.

Además, hay otra sutil e importantísima diferencia entre un velero y un avión, debida justo a que el motor en el velero es el viento, y en el avión es... un motor (o varios, todo hay que decirlo). Y es que el velero NO puede avanzar (de hecho, retrocede) si el ángulo del aparente con crujía es 0º (vuelvo a editar: venga de donde venga el real), mientras que en un avión es su estado natural de vuelo.

Originalmente publicado por javib

Kane supongo que se habra equivocado , que se referia al angulo de ataque con respecto al viento aparente que en un barco es muy grande y en un avion es de muy pocos grados .

[Capitán Trucho]

Originalmente publicado por VicMAna

Volvemos al hilo y dejamos las disertaciones matematico-fisico-filosoficas para cuando estemos todos borrachos?

De acuerdo, pero antes hay que dejar claros algunos conceptos:
El ángulo agudo es el más inteligente de todos.
El ángulo obtuso es el más tonto.
El ángulo recto es el más legal.

Yo ya estoy..

[Kane]

Simétrica y turbulenta, tanto a barlovento como a sotavento. No hay asimetría (en principio) y por tanto, tampoco sustentación aerodinámica. El empuje de la vela se debe a la diferencia de presiones estáticas entre ambas caras de la vela, positiva a barlovento y negativa a sotavento. Imaginemos una cazoleta del transductor de viento cuando está perpendicular al flujo.

Originalmente publicado por caribdis

Volviendo al tema del hilo, creo que algo que en vela no siempre está bien delimitado es la diferencia entre flujo laminar y flujo turbulento, el primero correspondería a ceñidas, largos y traveses y el segundo a popas...

¿Como es la deflexión de flujo yendo en popa cerrada?

[Kane]

Me gustaría hacer una aclaración:

Cuando hablemos de popa cerrada, o de proa (digamos cerrada), conviene indicar si nos estamos refiriendo a un ángulo del viento de 180º o 0º respectivamente, porque con un ángulo diferente, por ejemplo 170º y 10º en cada caso, y UNA MÁQUINA DE ALTÍSIMO RENDIMIENTO (hidrofoils (o mejor ruedas sobre superficie sólida y lisa, o mejor aún cuchillas sobre hielo), velas rígidas y prácticamente planas, casco(s) simbólico(s), peso ínfimo, etc... podemos alcanzar velocidades impensables. En cuanto el aparente se ponga a 0º (y se mantenga a 0º), se para. Admito que es de Perogrullo, pero hay gente que no lo entiende.

[Capitán Trucho]

Originalmente publicado por Kane

¿Por qué?

Porque todo barco que necesite un motor para avanzar se llama "Tractor" y se reserva el nombre de "Velero" al que es capaz de avanzar por el efecto del viento. (Taberna del Puerto dixit)




Rotor Flettner

Artículo principal: Rotor Flettner

Representación del efecto Magnus actuando sobre una esfera o clindre, modificando el flujo de aire. Las líneas V indican el viento. La flecha F representa la fuerza resultante dirigida hacia la zona de presión más baja. Ver que es perpendicular a la dirección del viento.


De acuerdo con el efecto Magnus, un cilindro giratorio sometido a la acción del viento (expuesto a un flujo de aire) genera una fuerza perpendicular a la dirección del viento. El ingeniero alemán Anton Flettner patentó el llamado "rotor Flettner" en 1922, consistente en un cilindro giratorio (accionado por un motor exterior).

La fuente:
http://es.wikipedia.org/wiki/Aparejo_vela-rotativa

[Kane]

Pues nada, lo llamamos tractor a vela. ¿Contento?

Por cierto, 6 CV para mover el ventilador del tubo del Calypso, que no era rotante, sino sólo orientable y provocaba la desviación del flujo por medio de dos ranuras, una a cada amura y conmutables, son pocos para propulsar ese muerto. Sera que el viento da más potencia que el motorcito.
En mi post, a propósito, evito decir que el tubo es rotatorio. Eso lo has añadido tú en la cita. Son dos sistemas basados en un principio semejante, pero no exactamente el mismo.

Originalmente publicado por Capitán Trucho

Porque todo barco que necesite un motor para avanzar se llama "Tractor" y se reserva el nombre de "Velero" al que es capaz de avanzar por el efecto del viento. (Taberna del Puerto dixit)

[jonam52]

si hay un error de concepto y es más basico de lo que parece: viene de no entender que el aire es un fluido compuesto de gases y que se comporta como un gas y no como un solido.

Vamos por partes:

Nosotros vivimos en la atmosfera y estamos "sumergidos" en ella como los peces en el mar. Tenemos varias toneladas de gas por encima de nosotros que ejercen una presión y como las particulas en el gas tienen libertad de movimientos esa presión la ejercen en toda la superficie de cualquier solido que este sumergido en el aire.
Como hemos nacido dentro de ese aire, no sentimos su presión porque nuestro cuerpo está habituado a ella, solo sentimos el movimiento del aire al que llamamos viento... pero no por eso desaparece toda la masa de aire en la que estamos sumergidos.

Si nos imaginamos todo ese gas encima de nosotros podríamos pensar que si nos metemos debajo de un tejadillo el peso del gas actuaria sobre el tejado y no sobre nosotros: sentiriamos un alivio de presión porque la mayor parte de la presión la soportaría el tejado... Si el gas fuera un solido, esto sería asi, pero como es un gas no es asi: por más tejado que haya, el gas sigue ejerciendo su presión por encima, por debajo y en todas las direcciones en toda la superficie de cualquier solido que se encuentre dentro de la masa de gas y no importa si uno esta encima y otro debajo.

Esto, que lo entendemos muy bien cuando lo pensamos en "vertical", resulta que si lo pensamos en "horizontal" ya no lo entendemos tan bien y volvemos a pensar en el gas como en un solido.

Cuando tenemos una vela al viento, por más que nosotros solo sentimos el movimiento y la velocidad, no por eso desaparece la masa de aire y es este todo ese gas (que cuando está en movimiento lo llamamos flujo) el que sigue ejerciendo una fuerza sobre la vela en TODA su superficie, a barlovento y a sotavento, y aunque haya presiones y velocidades diferentes (que por supuesto que las hay) no por eso el aire deja de "pinzar" a toda la vela y querer volver a orientarla con la dirección original del flujo que es lo que en realidad esta ocurriendo ahi.

Cuando pensamos en esto como si fueran dos flujos diferentes y pensamos solo en diferencia de presiones o de velocidades, sin darnos cuenta volvemos a atribuirle al aire propiedades de solido y por eso nos vamos sin querer a los efectos de presión por un lado y aspiración por el otro... no es asi, todo el aire ejerce presión en toda la superficie de la vela y como la vela desvia su flujo (lo desvia con TODA su superficie) el aire ejerce una fuerza sobre TODA la vela, a barlovento y a sotavento y para explicar este fenomeno no tenemos que recurrir a que en un lado "empuja" y en el otro "aspira"... eso es volver a los solidos! es un error! Es más correcto pensar en el flujo de aire como una pinza o una mano gigante que sujeta la vela y que la quiere volver a poner en dirección al flujo.

Para mi este es el error de concepto que hay en la base de todo esto... es dificil de entender en un principio porque es anti-intuitivo y porque nos lo han explicado mal.

Perdon por la chapa y ya sé que es un hilo antiguo, pero es que el tema me apasiona.

Una ronda de mi cuenta para los que lleguen hasta aqui

[jonam52]

Dicho de otra manera: la presión en un fluido siempre es positiva en sentido absoluto, es decir, que la fuerza neta que ejerce el flujo de aire sobre la vela es siempre un "empuje" y no una "tracción" o "aspiración" como se dice tan a menudo.
Eso es darle propiedades de solido al flujo de gas. Si se entiende bien lo que es un gas y las caracteristicas del flujo de gas este concepto de "aspiración" cae por su propio peso.

[Icarus]

Puedes acercar la cara de sotavento de una vela a una aspiradora y ver que ocurre, y la presion de aspiracion no es nula, simplemente es menor que la circundante.
No se trabaja con presiones absolutas, se trabaja con presiones relativas y esas diferencias relativas son las que generan las fuerzas.

[jonam52]

Originalmente publicado por Icarus

Puedes acercar la cara de sotavento de una vela a una aspiradora y ver que ocurre, y la presion de aspiracion no es nula, simplemente es menor que la circundante.
No se trabaja con presiones absolutas, se trabaja con presiones relativas y esas diferencias relativas son las que generan las fuerzas.

si pones una aspiradora creas un flujo en sentido contrario pero eso no quita que ese nuevo flujo actua sobre la vela en TODA su superficie, por el lado que aspiras y por el otro tambien, aunque sea con presiones diferentes... esa es la especificidad de los gases.

No se trata de que no haya diferencia de presiones, es que hay que entender bien como se producen esas presiones y que en ambas caras son positivas y en ambas "empujan"... en realidad el flujo del aire pinza la vela por sus dos caras y lo quiere llevar al punto de flameo que es donde las presiones por ambas caras estan equilibradas. Como no puede porque tenemos la vela cazada, esta fuerza es transmitida al velero generando un movimiento.

[Reivah]

Lo más probable es que en nueve años ya haya llegado a una conclusión

Enviado desde mi M2012K11AG mediante Tapatalk

[jonam52]

Originalmente publicado por Reivah

Lo más probable es que en nueve años ya haya llegado a una conclusión

Enviado desde mi M2012K11AG mediante Tapatalk

no te preocupes por los años que han pasado... yo ya sé para quien escribo esto y hay cofrades a los que nos interesa el tema.

Cofrade Icarus, cuando dices "la presion de aspiracion no es nula, simplemente es menor que la circundante" no es asi... la presión a sotavento es menor que a barlovento, evidente, pero es mayor que la del flujo libre no afectado por la vela. Ambas son mayores.

Hay un famoso video hecho en un tunel de viento en la Universidad de Cambridge justamente para explicar este hecho,el flujo de aire a sotavento va más rapido que a barlovento, pero a su vez ambos van más lentos que el flujo libre no afectado por el perfil... es decir, ambos aumentan de presión (disminuyen velocidad) respecto al flujo libre no afectado por el perfil... en un lado más que en otro y por eso se crea una diferencia de presión.

https://www.youtube.com/watch?v=IDw8WEsQr64

Para crear vacio hace falta un recipiente... al aire libre no se puede.

[Icarus]

No se trata de presiones absolutas, se trata de presiones relativas.
Si establecemos como valor de referencia la presion atmosferica, una presion mas baja que la de referencia sera una “depresion” y una presion superior a la de referencia sera una sobrepresion con respecto a aquella.
El mapa de presiones en las dos caras de una vela trabajando correctamente se ha medido y se ha verificado como en la cara de sotavento hay una depresion, variable a lo largo del perfil y en la cara de barlovento hay una sobrepresion, siempre con respecto a la presion de referencia. Eso es una realidad medida. A partir de ahi estan las teorias que explican ese hecho.

[jonam52]

¿tienes algún sitio donde se puedan ver esos mapas de presiones con referencia a la presion atmosferica?

[Icarus]

Hay múltiples estudios de canal con mediciones de todo tipo desde los de Arvel Gentry hasta nuestros días:

-Con diversos ángulos de ataque.
-Con diversos ángulos de escora
-Con diversas configuraciones de velas: una vela individual, mayor mas génova, dos velas de proa mas mayor etc etc.
-Y mas variables

En los ejemplos de abajo la presión atmosférica se considera valor cero de referencia y las presiones de signo positivo son sobrepresiones y las de signo negativo son depresiones con respecto a la de referencia.




En esta el ángulo de ataque va variando de menor a mayor desde "a" a "c"




En esta se ven las depresiones de la cara de sotavento con mas detalle, todas negativas con respecto al valor "0" de referencia de la presión atmosférica:




Y en esta ultima están representadas las líneas de flujo y las velocidades de viento en cada punto (cifra superior) y la variación del ángulo del viento en ese punto (cifra inferior) con respecto a la dirección y velocidad del viento de 10 nudos en el túnel de viento, con los perfiles trabajando con el ángulo de ataque correcto.

[jonam52]

Gracias por los gráficos. Me llama la atención el ultimo con las velocidades en cada punto porque no aparece una linea con la velocidad de 10 nudos que sería la del flujo no afectado por la vela... en el grafico no se ve.

En esta animacion que se cita en muchos sitios y que está basada en unos estudios de la Universidad de Cambrigde en tunel de viento se ven tambien las velocidades y claramente se observa que la velocidad se reduce en ambas caras con respecto al flujo libre.

https://es.wikipedia.org/wiki/Sustentaci%C3%B3n

[Eien]

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[jonam52]

de todas formas, no es por ahi por donde yo quería ir con mi comentario. Yo me refiero al hecho de que estamos hablando de un fluido que es desviado por un perfil: el flujo es desviado por ambas caras del perfil y la fuerza que ejerce el flujo la ejerce en toda la superficie del perfil, es decir, en ambas caras.

Cuando te quedas solo con la diferencia de presiones o de velocidades, correctisima por supuesto, sin querer el cerebro nos lleva a pensar en algun tipo de fuerza de "tracción" que explique la dirección de la fuerza de sustentación y ahi es donde aplicamos al flujo de gas propiedades que son propiedades de los sólidos y no de los gases.

Yo creo que la explicación teniendo en cuenta el flujo es más completa y más correcta y aclara esas aparentes contradicciones entre presión y tracción. El flujo de gas "envuelve" la vela y la presiona por ambas caras ejerciendo una fuerza sobre ella para intentar llevarla al punto de flameo o sea, en la dirección del flujo que es donde el flujo estaria nuevamente equilibrado en ambas caras. Como no puede por estar la vela cazada, esta fuerza se transmite al velero y lo hace avanzar. Esto no quiere decir que no haya diferentes presiones y velocidades, eso nadie lo discute.

El error yo lo veo en la explicación fisica del fenómeno, porque si luego vas a las formulas de la aerodinámica y a la ingenieria el concepto del flujo asi explicado esta perfectamente integrado y para calcular la fuerza siempre se incluye el area proyectada de todo el perfil: de toda la vela por ambas caras.

Lo pongo adjunto en un esquema. No he tenido tiempo de currarmelo mas.



PD. Aclaro que he intentado dibujar una mano sujetando a la vela... no soy dibujante, no me da para más.

[Bertie]

Desde luego que la materia está discutida. Ojeando el manual de Glenans, parece que también son de la opinión de que es más importante la 'depresión' que la 'presión' sobre la vela.

[Newton]

Originalmente publicado por jonam52

Gracias por los gráficos. Me llama la atención el ultimo con las velocidades en cada punto porque no aparece una linea con la velocidad de 10 nudos que sería la del flujo no afectado por la vela... en el grafico no se ve.

En esta animacion que se cita en muchos sitios y que está basada en unos estudios de la Universidad de Cambrigde en tunel de viento se ven tambien las velocidades y claramente se observa que la velocidad se reduce en ambas caras con respecto al flujo libre.

https://es.wikipedia.org/wiki/Sustentaci%C3%B3n

Jonam52, ¡Cuánto tiempo! fíjate que había pensado que te habías desinteresado de la aerodinámica intuitiva, dicho con todo el cariño, eh?

A ver, ya hemos comentado alguna cuestión y quero insistir en que las explicaciones aerodinámicas para ceñida, donde lo que prima es el ángulo de ataque y los efectos de succión y sobrepresión, se diferencian mucho de las de portantes donde el efecto fundamental es el de empuje.

Dicho esto, la animación que incluyes en el enlace es sencillamente eso, una animación, y no una fotografía o vídeo en el túnel del viento. O sea, que las dimensiones no son reflejo de una realidad experimental; que la animación no está echa "a escala" y por eso las velocidades de los puntitos no se corresponden con lo que se vería en un túnel del viento.

El fenómeno de succión es mucho menos evidente que el de empuje, pero ocurre tanto en aerodinámica como en hidrodinámica.

Esto último seguro que lo habréis experimentado muchos cuando el agua parece que os "chupa" o "absorbe" o "atrae" por la resaca de las olas o por efecto de un remolino en un río. Y digo "atrae" porque hay situaciones que parece que eso, que el agua "tira" de ti.

Bueno, pues eso es lo que ocurre con el perfil de la vela, que recibe el flujo del aire por las dos caras, y -en ceñida- una cara experimenta algo de empuje y la otra algo de succión, y las dos contribuyen luego al avance y escora del barco.

Me gustaría aportar alguna fuente que fuera a la vez sencilla y rigurosa con los temas que tratamos... sólo se me ocurre, para ilustrar el contraste entre la situación de ceñida y la de ir de popa, la diferencia entre la forma de los álabes de los molinos de viento (aerogeneradores) y de los álabes de una turbina Pelton, a ver si os recuerdan a algo.

[jonam52]

Cofrade Newton: pues no me he desinteresado ni mucho menos, pero hace falta tiempo...
la cuestión no es si hay o no depresión y sobrepresión que está claro que si, la cuestión es como se explica como se crea y como se mantiene en el tiempo esa depresión o esa succión (no me gusta nada el término pero bueno) y es ahi donde a mi me parece que nos salimos de la física y nos vamos a explicaciones mágicas.

No me ocurre lo mismo cuando me voy a la aerodinámica y a las fórmulas donde si que estan perfectamente integrados todos los conceptos en conjunto y veo que Euler partiendo de la segunda ley de Newton explica que las diferencias de presión surgen "en conjunción con el flujo de aire curvado"... y de ahi su famosa fórmula en la que relaciona la diferencia de presión con el radio de curvatura del flujo. Ahi lo tienes, eso si: es la desviación del flujo del aire la que crea y mantiene en el tiempo esa diferencia de presión y que para el flujo rectilineo la diferencia de presión es 0. Osea: el perfil desvia el flujo con toda su superficie y es esa desviación la que produce una diferencia de presión que se puede calcular con una formula matemática teniendo en cuenta el radio de curvatura. Pues vale, eso si!

[Newton]

Jonam52, te has convertido en un experto, ahí lo tienes!,

Esa es la explicación y no otra, la ecuación Euler planteada en términos de energías de un fluido en movimiento y en términos de conservación de esa energía.

No hay más.

Bueno, sí hay más, la de pasta invertida en pruebas en túneles del viento, para dar con las formas -curvatura- apropiada para cada caso o necesidad, pero nada más. Euler y Von Karajan, y a correr.

[jonam52]

Originalmente publicado por Newton

Jonam52, te has convertido en un experto, ahí lo tienes!,

Esa es la explicación y no otra, la ecuación Euler planteada en términos de energías de un fluido en movimiento y en términos de conservación de esa energía.

No hay más.

Bueno, sí hay más, la de pasta invertida en pruebas en túneles del viento, para dar con las formas -curvatura- apropiada para cada caso o necesidad, pero nada más. Euler y Von Karajan, y a correr.

Gracias cofrade, pero no me tengo por ningun experto. Había algo que me chirriaba en las explicaciones que leía y como soy bastante cabezota (eso si que lo admito) he seguido investigando el tema hasta que he dado con una explicación que no es la más habitual pero que creo que es la correcta.


Bueno, pues nada, no sé si a otros les sirve, pero a mi si que no es poco.

Por cierto, yo no veo diferencia entre la explicación del flujo en ceñida, traves o portante. Si miras el esquema que he puesto más arriba con el flujo como una mano que sujeta la vela por las dos caras (ya sé que no está muy currado) pero con viento portante es lo mismo... el flujo desviado por la vela produce una fuerza sobre ella en dirección al flujo original, es decir, hacia proa. ¿que hay diferencia de presiones? si, por supuesto, pero el flujo actua en conjunto sobre toda la vela por ambas caras.

No sé si te das cuenta pero sin querer nuestro cerebro nos lleva a pensarlo como si fuera un solido y pensar que en portantes es empuje... no, en portantes tambien actua todo el flujo sobre toda la vela, aunque las presiones sean diferentes y una mayor que la otra... no hay que separarlas. El aire es una masa de gas que ejerce presión sobre si mismo y sobre todos los solidos que se encuentran "sumergidos" en ella por toda su superficie,no solo por la que recibe la corriente a favor (digamoslo asi).

[jonam52]

a ver si lo explico de forma más simple:

un gas no puede empujar solo por un lado porque no tiene una superficie "sólida" con la que empujar... en portantes el gas rodea a la vela y el flujo o corriente la empuja por los dos lados como si estuviera "pinzada" por decirlo de alguna manera (en ambos lados la presión es positiva) y es esta desviación de la corriente o flujo la que ejerce una fuerza sobre la vela. En "conjunción" con la desviación del flujo se produce una diferencia de presión como dice Euler.

Si quisieramos complicarlo un poco más, podríamos decir que a nivel de particulas, las particulas del gas en movimiento libre chocan entre ellas y contra la vela por sus dos caras y a la vez que se produce esto hay tambien un desplazamiento en el espacio del conjunto de las particulas que es lo que llamamos flujo que se da a gran escala... ambos se dan a la vez. Las particulas individuales en el pequeño espacio en el que se mueven no se enteran del flujo que se da a gran escala, digamos asi, y por otro lado, el desplazamiento que se da en el espacio del conjunto de particulas no impide que estas se sigan moviendo libremente a nivel individual y chocando entre ellas y contra el perfil por ambas caras.

No sé si queda claro, pero creo que esta es la "conjunción" y que hay que entender que ambos fenómenos se dan a la vez. Si nos quedamos solo con la diferencia de presiones nos liamos y no acabamos de entenderlo.