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Puede dar resultado un barco ligero?

David Hollom, Especialista en perfiles hidrodinámicos lo explica en un artículo para Seahorse que merece la pena tener en cuenta.

La opinión generalizada parece coincidir en que los barcos largos y pesados están favorecidos en la actual Regla IACC. Sin embargo, Bruce Farr diseñó con anterioridad un barco con éxito (NZL-20) que se encuadraba en el extremo de barcos ligeros, y, si se puede confiar en los informes y comentarios actuales, puede haber producido otro diseño "ligero". Podría ser interesante, por tanto, valorar qué ventajas, si es que existe alguna, puede tener un barco ligero sobre uno pesado.

Comparando 2 barcos de la misma eslora de medición LM, en los extremos de desplazamiento que permite la regla, en trimado de medición el barco ligero tiene un 23% menos de desplazamiento y un 22% menos de superficie vélica. El peso de tripulación y equipo es muy parecido, por lo que el barco ligero, en trimado de navegación, tiene casi la misma relación de superficie vélica/desplazamiento que el barco pesado. A relaciones de velocidad/eslora (V/L^0.5) de menos de 1.2, equivalente a navegación en ceñida y navegación en popas con vientos flojos, la resistencia al avance debida a olas para barcos de geometría similar varía casi exactamente con el desplazamiento; por lo tanto, la relación entre la fuerza de avance potencial y la resistencia por olas permanece la misma para los dos barcos. Si todas las demás cosas son iguales, los dos serían igual de rápidos. Sin embargo, todas las cosas no son iguales...

Hidrodinámica

Para la misma estabilidad, en términos de momento adrizante en proporción a la superficie vélica para la misma altura de aparejo, aunque el barco ligero es más estrecho en la línea de flotación presenta una relación manga/calado (B/T) mayor. Como el aumento de la relación B/T incrementa la resistencia por olas, a estas velocidades más bajas el barco ligero está en cierta desventaja en lo que se refiere a la resistencia por olas. También la superficie mojada del casco aumenta con B/T y el valor de esta superficie mojada para el barco ligero se reduce sólo en un 7%.

Sin embargo, como la superficie del apéndice para un valor de ancho dado, está en relación con el momento adrizante, y como éste, para una estabilidad dada, está en proporción directa a la superficie vélica, la superficie del apéndice del barco ligero se reduce en un 22%. También, como el peso del bulbo del barco ligero se reduce en un 32% y como la superficie mojada del bulbo se reduce a la potencia de 0.66667, la superfice mojada del bulbo se reduce en un 23%. La superfice mojada total mejora, por tanto, al reducirse en un 11% cuando se incluyen los apéndices y bulbo más pequeños del barco ligero.

Aún así, no es suficente para compensar una reducción en superficie vélica del 22% y, junto con la ligeramente mayor resistencia por olas en rumbos de popa, donde la fuerza de avance es casi equivalente a la superficie vélica, el barco ligero debería ser más lento que el pesado, al menos con viento flojo. Como se puede ver, el barco pesado tiene más resistencia inducida que el barco ligero, pero en popas ésta es una ventaja, ya que parte de esta resistencia trabaja en la dirección de avance.

A velocidades más altas, tipicas de condiciones de viento más fuerte en popas, esta relación cambia. A valores de la relación velocidad/eslora bastantes más altos de ese 1.2, no sólo se incrementa la resistencia por olas a una relación mayor hasta convertirse en el parámetro de resistencia al avance dominante, sino que el barco ligero, con un coeficiente de volumen ((Desplazamiento/Eslora^3)*10^3) menor experimenta un incremento menor en la resistencia por olas de lo que lo hace un barco pesado, con un coeficiente mayor. Por eso, el barco ligero con menos desplazamiento tiene menos resistencia por olas que el barco pesado en estas condiciones. Como la resistencia por olas predomina en este rango de velocidades, el barco ligero navega más rápido en popas con vientos más fuertes.

Aerodinámica

En ceñida, sin embargo, la fuerza de avance está afectada por la eficiencia del aparejo, así como por la superficie vélica. Si se mantiene la altura del aparejo, la relación de aspecto del aparejo mejora inversamente a la reducción en superficie vélica y el coeficiente de resistencia inducida, para un coeficiente de empuje vélico dado, se reduce en proporción directa a la superficie vélica. Una reducción del 22% en SV equivale a un incremento del 28% en la relación de aspecto, lo que corresponde a una reducción del 22% en el coeficiente de resistencia inducida para un coeficiente de empuje vélico dado. Debería mencionarse, quizás, que como la resistencia inducida varía con el cuadrado del empuje para una longitud dada y, para el mismo coeficiente de empuje, una reducción del 22% en SV resulta en una reducción del 22% en la fuerza de empuje, la resistencia inducida se reduce en un 40%.

La resistencia aerodinámica inducida es crucial en ceñida ya que arrastra el vector de empuje aerodinámico hacia atrás y reduce la componente de la fuerza de avance. Cuanto más baja sea la resistencia inducida menos se irá el vector de fuerza hacia atrás, y mayor será el componente de empuje vélico que trabajará en la dirección de avance del barco. Así, aunque la superficie vélica se reduce en un 22%, la fuerza de avance, para el mismo coeficiente de empuje vélico, se reduce sólo un 15%. Además, como el empuje hidrodinámico generado debe compensar la fuerza lateral aerodinámica y, para el mismo coeficiente de empuje vélico, la fuerza lateral aerodinámica se verá reducida en proporción a la superficie vélica, y si el largo de quilla permanece inalterado, la resistencia hidrodinámica inducida se verá también reducida para el barco ligero en un 40%.

Con todos los parámetros, las reducciones en resistencia al avance en el barco ligero son suficiente para compensar el 15% de reducción en empuje de avance y, por tanto, navegará con vientos flojos a aproximadamente la misma velocidad que el barco pesado, pero debido a una mejor relación empuje/resistencia aerodinámica, hará mejor ángulo (alrededor de 2º) resultando en una mejor VMG.

Estabilidad

Todo ésto, sin embargo, asume el mismo coeficiente de empuje vélico para ambos barcos. Con viento flojo, se buscará cuanta más potencia mejor ya que la estabilidad no será un factor limitante. El factor limitativo para el coeficiente de empuje vélico en ceñida y poco viento es el nivel de resistencia inducida. A medida que aumenta el empuje de las velas, la resistencia inducida aumenta con el cuadrado del empuje, con lo que el vector de empuje vélico, aunque mayor en tamaño, se desplaza gradualmente hacia atrás cada vez más.

Al principio, el empuje extra generado al cazar las velas compensa con creces la resistencia inducida extra, pero debido a la relación al cuadrado, se llega a un punto en que cuanto más potencia se da a las velas más lento se navega. Como la relación de aspecto del barco ligero es mayor, este punto se alcanza más tarde y puede navegar con coeficiente de empuje vélico mayor que el barco pesado. Cuando se toma ésto en consideración, la fuerza de avance se reduce sólo en un 8% comparado con el barco pesado y el barco ligero mejora más aún su ventaja en ceñidas con poco viento respecto al barco pesado, navegando más rápido y ciñendo más.

Con viento fuerte, la estabilidad es el factor limitativo, y como las velas se aplanan para reducir potencia, el coeficiente vélico se reduce. El porcentaje de ahorro en la resistencia aerodinámica inducida permanecerá igual, pero como la resistencia inducida varía con el coeficiente de empuje vélico al cuadrado, el porcentaje de resistencia total se reduce y el ahorro total como porcentaje de la resistencia total también se reduce. Por lo tanto, la ventaja del barco ligero se anula ciñendo con viento fuerte.

Para resumir, parecería que en ceñida con poco viento el barco ligero es más rápido y hace mejor ángulo, pero es más lento en popa. Con viento fuerte, es más rápido en popas y más o menos igual en ceñida. Sin embargo, estas relaciones pueden ser modificadas con varias decisiones de compromiso.