La Circulación de velocidad

Anteriormente -en otros Post– se ha explicado el concepto de sustentación como elemento generador de la capacidad de propulsión de un velero. Hemos hablado de las dos fuerzas aerodinámicas generadas al oponer un perfil a un flujo: sustentación y resistencia. Son los dos componentes de una resultante que llamamos fuerza aerodinámica o fuerza vélica. Las bases ya están ahí y sabemos también las causas y los principios en que se asientan.

Todo comienza con la capa límite, capa que se genera al contornear el flujo un perfil opuesto de determinada manera para inducirlo a seguir su curvatura por sotavento. Al hacerlo, y en la medida en que no se produzca desprendimiento o que se produzca lo más alejado posible del borde de ataque, se producirá una compresión del flujo por sotavento, a causa del aumento de la velocidad al mismo tiempo que una caída de presión. Por el contrario, en barlovento, la oposición directa del perfil al flujo produce un incremento de presión estática al que corresponde una disminución de la velocidad. La cuantificación de la sustentación generada por las diferencias de presión viene determinada por el cambio en la cantidad de movimiento experimentado por el flujo -en ambos lados del perfil-, cambio producido al variar la presión que significa una variación de la velocidad en módulo y dirección. Lo hemos visto desde la perspectiva de la segunda Ley de Newton y también desde el principio de conservación que establece el Teorema de Bernoulli. Importante señalar la contribución de la llamada “condición Kutta” que establece la necesidad de que las variaciones de velocidad, consecuencias de las variaciones de presión a lo largo del recorrido del flujo sobre el perfil, determinen que al llegar al borde de fuga, es decir, al final del recorrido sobre el perfil, las presiones sean iguales y, por tanto, también las velocidades en ambas caras del perfil. Si no fuera así, Kutta estableció, que se produciría un paso del flujo desde las altas presiones (flujo a menor velocidad) a las bajas presiones (flujo a más velocidad), con la consecuencia de que el flujo de las altas presiones, en el intradós (barlovento) se introdujera -en sentido contrario al flujo general- en la zona de bajas presiones (sotavento), lo que implicaría, por una parte, una disminución de la sustentación. Pero, no solo eso, sino que el cumplimiento de la condición Kutta representaría, sin dudar, que el flujo saliente por barlovento y sotavento a la misma velocidad nos garantizaría que no se ha producido con anterioridad el desprendimiento. Es decir, que estaríamos aprovechando toda la potencialidad aerodinámica del perfil.

Y una vez en este punto, nos preguntamos: ¿Es eso todo lo que pasa? ¿Falta algo más?

Inicialmente, cuando se establece el régimen general de circulación, que es el explicado anteriormente, lo que se produce es exactamente lo narrado.

Ahora bien, lo narrado es el principio, pero no es toda la historia. Situémonos frente al borde de ataque del perfil, en el que se ha producido los hechos anteriores. Tenemos una generación de sustentación producida por el cambio en el momento y que viene representada por una fuerza aerodinámica. El nuevo aire que llega al borde de ataque, aire que está a la presión atmosférica normal, no se va a repartir de forma equivalente en las dos caras del perfil opuesto, a ambos lados del borde de ataque como hizo al inicio. ¿Por qué no? La respuesta es que el aire que llega al borde de ataque, al ir a repartirse por ambas caras del perfil, “observa” que la presión que se le ofrece delante, no es la misma. Observa como si “lo viera” que en el lado de sotavento (extradós) la presión es más baja, por lo que una parte del aire que accede al perfil, en lugar de discurrir equitativamente por ambos lados, se dirige en mayor medida hacia el lado en que la presión es menor, aportando, por tanto, un incremento de masa. Un incremento de masa significa, como sabemos, un incremento del impulso (m·v), de modo que, una vez iniciado el proceso de generación de sustentación, el resultado inicial permite incrementar los valores por la aportación del incremento de masa en sotavento que, evidentemente, produce un mayor momento, al mismo tiempo que el flujo sustraído de barlovento se ralentiza, aumentando la presión estática que contribuye a ensanchar el gradiente con el extradós.

Es como si al flujo general sobre el perfil se le añadiera otro flujo, en este caso circular, por el que, en sentido horario, supusiera un incremento de la velocidad en sotavento, al ir en la misma dirección del flujo general, y una disminución de la velocidad en barlovento, al ir en sentido contrario al flujo general. A esta nueva circulación sobrepuesta a la inicial se la conoce como “circulación de velocidad” y es un modelo matemático que pretende explicar que, cada vez más, la diferencia de presión ha generado el equivalente a un flujo superpuesto al general que agudiza el diferencial de velocidades y presión iniciales. El diferencial de presión irá creciendo hasta alcanzar un valor óptimo para las características específicas del perfil y el flujo.

En definitiva, la superposición del flujo normal, lineal, y el de la circulación de velocidad, circular horario, generarán la diferencia de presión necesaria para ofrecer la sustentación óptima.

 

2 comentarios en “La Circulación de velocidad”

  1. No sé cómo expresar la sensación que tengo después de descubrir este Blog. No lo conocía y por casualidad he llegado a él, vía Google, intentando comprender cosas que hasta ahora se me escapaban. ¡Ha sido un hallazgo! He leído con anterioridad todo lo que he conseguido encontrar sobre la base del funcionamiento de la navegación a vela. Ha habido de todo, bueno, malo y muy malo. Entre lo bueno, Manfred Curry “Regatas de yates”, Bertrand Cheret, “Las velas”, Dick Kenny, “Las velas”, C.A. Marchaj, “Aero-Hidrodynamics of Sailing”, etc. (este último, más o menos, porque estaba en inglés y no es mi fuerte). Todo lo leído anteriormente me ha servido de mucho pero no acababa de encajar algunas piezas de las explicaciones. La gran sorpresa ha sido este Blog. Estaba buscando el concepto de “Circulación” y he empezado por aquí, pero luego, también he leído los demás artículos: Navegación contra el viento I y II; la Sustentación; el trimado; los catavientos… ¡Qué claro todo! Ha sido una gozada y solo puedo deciros que sois muy serios, muy profesionales y que se nota que detrás hay mucho conocimiento y sabiduría. Es impresionante, por ejemplo en el caso de la “Circulación”, cómo me habéis hecho comprender de una forma muy clara este concepto que, hasta ahora, a pesar de todas mis lecturas no había sido capaz de comprender. Muchísimas gracias y seguid así.
    Un navegante con más de 30 años de experiencia.

    • Amigo J.J.: me alegro mucho de que nos hayas descubierto y de que nuestros contenidos hayan llenado esas lagunas que tenías, en una materia que no es fácil y sobre la que se escribe muchas veces sin rigor. Justo ese es nuestro objetivo: ayudar a los aficionados al mar y a la navegación en todo lo que esté en nuestra mano. Gracias por tus comentarios y por tu apoyo.

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