Tema siguiente Tema anterior Ir a índice del tema Ir a página principal PROYECTO ONA, VELERO AVANZADO DE RADIOCONTROL Parte V - ALGUNAS IDEAS SOBRE VELAS Y MÁSTILES La vela es el motor que extrae la energía del viento para impulsar nuestra embarcación, por lo tanto su función es primordial en un velero y de su ajuste y correcta disposición depender el resultado final de la regata. Cada vela tiene sus propias características y, como veremos más tarde, debe estar adaptada al tipo de jarcia y sobre todo a la rigidez del mástil que la va a portar. Algunos tipos de velas están estudiados para mástiles ligeros y flexibles que absorben el bolso al arreciar el viento, en cambio otras exigen una total rigidez, so pena de convertirse en vulgares trapos arrugados. Para entender su funcionamiento es necesario acudir de nuevo a un diagrama de fuerzas, casi el mismo que vimos para demostrar el funcionamiento de la orza o que también se utilizaría en aviación para explicar la sustentación de las alas de un aeroplano. Observemos la Fig.22, en ella se ve como las corrientes de aire al rozar la cara de sotavento de la vela, son desviadas por la forma convexa de ésta, aumentando la velocidad y disminuyendo la presión. Esto provoca una serie de fuerzas que arrastran la vela hacia sotavento. Estas fuerzas pueden considerarse reunidas en una sola, que llamaremos "FT", aplicada en un punto al que nos referiremos como CENTRO VÉLICO. A su vez, ésta puede descomponerse en otras dos: una paralela a la linea proa-popa del buque llamada "P" o FUERZA DE PROPULSION y otra perpenticular a la misma ("S") que provoca el ABATIMIENTO y la ESCORA, esta última es mínima al navegar en popa y máxima en la ceñida, siendo necesario compensarla para el buen gobierno de la embarcación. De los estudios aerodinámicos se desprende que la vela no funciona por sobrepresión, esto es, por el viento que incide sobre su cara de barlovento, sino que lo hace en su mayor parte por "succión", a causa del vacío que se produce en la cara de sotavento. La escora se disminuye aumentando la manga y bajando el centro de gravedad mediante un lastre colocado en la parte baja del barco y el abatimiento se anula, como ya expliqué, con la quilla o la orza que al cortar el agua en un pequeño ángulo produce una fuerza lateral contraria al abatimiento. Ya sabemos lo que son las velas, todos nosotros las hemos visto multitud de veces, pero muy pocos podrían decir cual es la mejor para un cierto tipo de embarcación. En este aspecto resumiremos nuestro análisis a dos únicos tipos de vela, puesto que son los mas adecuados para veleros de radiocontrol: la CANGREJA y la MARCONI. Observemos el diagrama superior. En él se pueden ver dos curvas que representan la relación de fuerzas de "SUSTENTACION y RESISTENCIA" para una vela cangreja y una marconi de la misma superficie. En ella observamos que la vela cangreja da una mayor fuerza total pero lo hace a un ángulo de ataque de 38 grados, en cambio la marconi consigue el máximo a 22 grados. Otro dato interesante es que el pico de fuerza de la cangreja es muy puntiagudo y se mantiene en un estrecho margen de ángulos, en cambio la marconi desarrolla casi la misma fuerza total en un sector mucho más amplio. Traduciendo estos datos a algo práctico diremos que una marconi ciñe mucho mejor y es menos sensible al cambio de la dirección del viento. En cambio la cangreja da más velocidad en traveses y largos pero exige un constante trabajo de escotas para mantener el rendimiento en márgenes aceptables. Yo opino que las regatas se ganan en la ceñida. Ahí es donde se consiguen unas mayores diferencias en ángulo y velocidad. Un velero que ciña poco se ve obligado a dar más bordos para llegar a la boya correspondiente, recorriendo mucha más distancia y acumulando un retraso que raramente podrá recuperar en un largo o una empopada. Por este motivo elegí un vela marconi, porque presenta una clara ventaja en la ceñida. Ya sabemos que vela utilizar, pero ahora debemos definir las medidas de la misma, y la primera de ellas es la relación alto-ancho. De la experiencias efectuadas por Eiffel en el túnel de viento se pueden extraer conclusiones interesantes. La primera es que una plancha cuadrada, o sea, relación 1/1 ancho-alto, es la que desarrolla la mayor presión. Pero esto lo hace con un ángulo de ataque de 38 grados. En cambio la misma plancha en ángulos pequeños es muy inferior a otra cuya relación sea de 3/1. Por lo tanto está claro que si queremos conseguir una buena ceñida, nuestra vela deber ser más alta que ancha. La proporción más favorable es la de 6/1, pero con muy poca diferencia sobre la 3/1, por lo tanto una proporción de 4/1 sería bastante interesante, y mucho más si tenemos en cuenta que una vela muy alta provocará más escora, que deberemos compensar con un lastre adicional. En los barcos de radiocontrol existen dos factores más a tener en cuenta. El primero es el diámetro del palo. Si disponemos de un palo relativamente grueso, de un diámetro superior a 1,5 cm., no es conveniente cortar la vela muy alta, puesto que la parte superior de la misma, al tener menos cuerda, se verá notablemente perturbada por la acción del viento sobre el mástil y su rendimiento será mediocre. El segundo factor tiene que ver con el "gradiente" de viento sobre la superficie del mar. En efecto, la fuerza del viento puede ser bastante mayor a 2 metros de altura que a 20 cm. sobre el nivel del agua, por lo tanto la vela puede "trabajar" más en su parte alta. En la práctica se utilizan relaciones alto/ancho de hasta 6/1 para los aparejos más estilizados, aptos para ventolinas, pero yo prefiero no apurar tanto la situación y cortar una vela con relación 4/1 y bastante alunamiento, esto favorece que el centro vélico está situado a una altura razonable y me permite soportar rachas de viento que descontrolarían a otros aparejos más estilizados. Ya hemos definido que forma debe tener nuestra vela, pero ¿Cómo debemos cortarla, y que bolso la vamos a dar ?. El BOLSO es un elemento fundamental que define las características de la vela. Una vez más me guiaré por los resultados de las investigaciones del ingeniero Eiffel. Comparando las diferentes velas, llega a la conclusión de que el bolso plano genera muy poca presión, sobre todo para ángulos hasta 20 grados y no es aconsejable en ninguna circunstancia. La vela más favorable parece ser la de relación 1/7, pero esto sólo es válido para ángulos elevados, superiores a 20 grados, en cambio para ceñidas tiene una resistencia perjudicial bastante significativa. De todas formas esta vela se verá menos afectada por las turbulencias creadas por un mástil poco estilizado, que perturbaría notablemente a un bolso más plano. La vela de relación es 1/13 nos da menos presión total pero en cambio tendrá unas buenas características de ceñida y poca resistencia, por lo tanto, a menos que utilicemos un mástil grueso, ésta será la mejor relación para nuestra vela. La siguiente cuestión es ¿Dónde colocar este bolso? En principio, el bolso debe ser más profundo en el tercio proel, a semejanza de un ala de avión pero los experimentos demuestran que esta disposición se ve muy afectada una vez más por la presencia del mástil, y aún en ausencia del mismo, como es el caso del foque no se tiene una apreciable ganancia salvo en una ligera disminución de la resistencia. Por lo tanto no hay inconveniente en que el bolso está situado entre el tercio y la parte central de la vela, disposición que además facilita el corte y el trimado de la misma. Centrémonos un poco sobre el fenómeno de perturbación del mástil, sería ideal que el borde de ataque de la vela fuera lo más fino y aerodinámico posible, de tal forma que entre ella y el mástil existiera una "CONTINUIDAD DE FORMA" que torciera las corrientes de aire en vez de romperlas y provocar turbulencias. Las investigaciones de Manfret Curry en este sentido fueron comprobadas por el profesor Junkers en el tunel de viento de Dessau, los resultados fueron los siguientes. Las tres primeras pruebas representan una típica vela marconi con la parte superior alabeada, esto es abierta hacia sotavento, como ocurre frecuentemente al llevar la contra poco tensada. La curva 1 representa el modelo descrito, con una cierta separación entre el mástil y la vela. La curva 2 es la misma vela pero cerrando con plastilina la endidura entre el mástil y la vela. En general, salvo una puntual disminución de presión en ángulos medios, representa una buena mejora sobre el rendimiento de la anterior. En la curva 3, se igualó con plastilina las superficies de unión con el mástil, quedando una forma perfilada. Los resultados fueron sorprendentes, con ganancias de presión de hasta un 30 % sobre los modelos anteriores. Las pruebas 4, 5 y 6 son velas portadoras de los típicos defectos que observamos cada día, una excesivamente plana, otra con la baluma abierta hacia sotavento y la tercera con excesivo arco en su parte trasera. De ellas sólo esta última tiene unas características modestamente aceptables. La prueba 7 mantiene la misma forma de la 6 pero con un mástil aerodinámico. Este modelo consigue dar una presión del doble que una vela ordinaria. La prueba 8 mantiene el perfil aerodinámico del mástil pero desplaza el bolso hacia el centro de la vela. Este es sin duda el modelo más conveniente, porque aunque da algo menos presión que el tipo 7, tiene la resistencia más baja de todas las velas probadas. Resumiendo los resultados podemos decir que la vela torsionada hacia sotavento pierde del 20 al 30 % de la presión, de aquí la tremenda importancia que una trapa potente puede tener en el rendimiento. La sección del palo también es fundamental, utilizando el perfil cilíndrico de menor diámetro posible, o un lenticular con la adecuada forma aerodinámica y puntal giratorio, conseguiremos aumentar el rendimiento del 30 al 40 %, a la vez que la resistencia se reduce a la mitad. Cuando una vela marconi sin foque es cazada con un gran ángulo de ataque respecto al viento, éste forma remolinos en la cara de sotavento. El fenómeno es debido a la imposibilidad de los "filetes" de aire, para doblarse repentinamente en un ángulo brusco y seguir manteniendo su régimen laminar. Estos remolinos disminuyen la succión de la vela y por lo tanto su rendimiento total. Para evitar este inconveniente se utiliza el foque, ya que canaliza las corrientes de aire en la mayor, reduciendo la formación de torbellinos. Este efecto es de tal magnitud que un velamen de 10 metros cuadrados compuesto por mayor y foque da la misma presión y menos resistencia que otro de 12 metros cuadrados con vela única. No todas las disposiciones del foque tienen la misma eficacia. Una cierta sobreposición del foque sobre la mayor causa un EFECTO DE CANAL e incrementa la succión de esta última, aunque esto es imposible de conseguir en nuestros veleros de radiocontrol, puesto que la botavara del foque impide que esta vela pueda sobreponerse a la mayor, ya que de otra forma no podría cambiar de banda al topar contra el mástil. Por lo tanto, debemos conformarnos con un reducido EFECTO DE CANAL y mantener la ventaja de poder manejar ambas velas con la misma escota. El trimado del bolso del foque y su abertura respecto a la mayor debe ser un arco de 1/13 y unos 10 grados de abertura. Si lo aplanamos y cerramos, disminuiremos parte de su acción sobre la mayor y si lo embolsamos y abrimos excesivamente, perderemos ángulo de ceñida. El tamaño del foque es un tema peliagudo y sobre el que se han vertido ríos de tinta. Algunos barcos de vela ligera llevan un foque ridiculamente pequeño, casi testimonial, y muchos barcos de crucero equipan GÉNOVAS con una superficie doble de la vela mayor. Para un velero de radiocontrol yo optaría por que el foque tuviera entre el 50 y el 75% de la superficie de la mayor. Ya sé que esto escapa de las normas que rigen la clase internacional "M", pero es que algunas de ellas son totalmente absurdas e inconsecuentes. Por ejemplo, no permite que la altura del foque sobrepase las 3/4 partes de la mayor, cuando lo mejor es que la influencia del foque actúe hasta el tope del mástil. En estos aspectos lo mejor sería que la norma limitara exclusivamente la superficie vélica y que a partir de este punto cada diseñador obrara con absoluta libertad. Esto favorecería la evolución y evitaría anacronismos como el que en 1991 se siga discutiendo si se autorizan las velas con sables forzados, cuyo principio y ventajas ya describió Curry en 1930. O tortuosas reglas para veleros de tamaño normal como la IOR, que sólo consiguen que un velero actual sea más lento y menos aerodinámico que un diseño de 1950. Anteriormente ya he explicado lo que es el centro vélico, el punto en donde se consideran reunidas todas las fuerzas que actúan sobre la vela. Este punto no es siempre el mismo ya que varía con la forma de la vela, su bolso y el ángulo de ataque con respecto al viento. De todas formas, para simplificar los cálculos de diseño se considera que el centro vélico coincide con el centro GEOMÉTRICO de la vela y éste se puede hallar con un simple procedimiento gráfico que describo en la figura 26. En primer lugar se dibuja a escala la forma de las velas y su disposición respecto al mástil, después se hallan los centros velicos individuales del foque y la mayor, trazando tres mediatrices desde cada vértice del triángulo hasta un punto situado a la mitad del lado opuesto. El punto de corte será el centro vélico individual. Seguidamente, se unen estos con una recta y el centro vélico resultante estará sobre la misma, a una distancia del centro de la vela mayor inversamente proporcional a las superficies respectivas de ambas velas. Esta distancia la llamo "D" y se puede calcular fácilmente con la fórmula de la figura 26. Este CENTRO VÉLICO TOTAL es un dato muy importante a tener en cuenta para una perfecta estabilidad de rumbo en la navegación, puesto que su posición debe coincidir en vertical con el centro de RESISTENCIA LATERAL del casco, que en un velero de orza casi siempre coincide con el centro de la misma. Si en centro vélico está más atrasado, el velero tendrá tendencia a ORZAR y si está adelantado, la tendencia será a CAER al viento. En todo caso, con vientos medios y fuertes es aconsejable que exista una ligera tendencia a CAER, que se compensará con el efecto contrario producido por la escora. Para vientos débiles es aconsejable todo lo contrario, una pequeña tendencia a orzar que facilita la ceñida y el virar por avante en tal situación. Para modificar la posición del centro vélico sólo existen dos posibilidades, cambiar la relación de superficies entre el foque y la mayor, o lo que es mucho más fácil, mover el mástil hacia proa para adelantarlo y en sentido contrario para retrasarlo. Hoy en día las velas son en su totalidad de tejido sintético, el más extendido es el DRACON, aunque últimamente proliferan los materiales de alta tecnología como el KEVLAR y las láminas de MYLAR, de extraordinaria resistencia y mínimo peso. Para los veleros de radiocontrol no es necesario hilar tan fino, puesto que las tensiones que se generan en la vela no son significativas, pero las modas son las modas y parece ser que nadie se atreve a presentarse en una regata de cierta categoría con las "anticuadas" velas de dracon. Esto es algo totalmente injusto e infundado, si el velero del líder anda más no es por el tejido de las velas, sino principalmente por el buen trimado de las mismas, las características del resto de la embarcación y la experiencia del patrón. Observado con una lupa, el tejido de dracon tiene una configuración clásica, esto es, un conjunto de hilos verticales rectos que reciben el nombre de TRAMA, entrelazados entre si por hilos horizontales ondulados que forman la URDIMBRE. Esta configuración define las características de deformación de la tela, que puede estirarse fácilmente tensando en sentido horizontal o en diagonal, pero apenas lo hace en el vertical. El tejido de la vela es inicialmente plano, pero a nosotros nos interesa que tenga cierto bolso y que una vez montada en el mástil no presente deformaciones apreciables. Para conseguir esto hay varios sistemas y el mejor de ellos consiste en cortar la vela en varios trozos a los que daremos la forma adecuada, para que una vez cosidos adopten el bolso correcto. En la Fig.28, podemos ver las diferentes "partes" de una vela mayor para montar con un palo flexible. Cada vela debe estar estudiada para el tipo de mástil que va a portar. Un mástil rígido será adecuado para una vela con el gratil recto, y el bolso se dará únicamente por los cortes horizontales. En cambio un mástil flexible de regatas, exigirá una vela con el gratil abombado, de esta forma al arreciar el viento, el mástil flexará su parte central hacia proa y absorberá parte de la bolsa de la mayor, aplanando la vela y mejorando su rendimiento. El dracon se fabrica en diferentes espesores, desde pocos gramos por metro cuadrado, hasta los 400 o 500 gramos, que se utilizan en velas de temporal. Naturalmente, para fabricar las velas de radiocontrol se eligen los menores gramajes, desde 20 a 125 gramos por metro cuadrado. En mi caso fue imposible disponer de este tejido, puesto que en mi isla no es fácil conseguir nada que se salga de lo normal. Por todo ello, tuve que conformarme con tejido de 200 gramos, con una rigidez excesiva para el pequeño tamaño de la vela, problema que podía ser determinante en días de poco viento. En un principio intenté dar forma al bolso de la vela por el procedimiento clásico de coser los diferentes trozos precortados, pero vi que no era buen camino a seguir. Entonces se me ocurrió la idea que denominé WING CONCEPT. Este anglicismo rimbombante no encierra ningún misterio de alta tecnología, con él sólo describo un tipo de vela que aún no he visto surcar las aguas, una vela con gran similitud de forma con el ala de una aeronave. Las velas clásicas no mantienen un arco uniforme a lo largo de toda su altura, a menudo son muy planas junto a la botavara y también en la parte alta del gratil. Esta vela en cambio, tiene el gratil completamente recto y el bolso se mantiene uniforme y proporcional a la cuerda en cada punto de su altura. Para ello utilizo unos cabos que comprimen horizontalmente la vela desde el gratil hasta la mitad de los sables de refuerzo, actuando de forma parecida a como lo harían unas botavaras tipo Wisbone, pero sin el peso ni los inconvenientes de su inercia. Este tipo de vela exige de por si un tejido relativamente grueso y la forma obtenida se acerca bastante a lo que podría considerarse ideal. Estas velas también tienen sus inconvenientes. Con ventolinas muy débiles les cuesta cambiar el bolso de banda, y el mástil debe ser totalmente recto y de alta rigidez, en caso contrario no tardarán en aparecer unas desagradables arrugas entre el puño de escota y la parte central del gratil. El procedimiento para fabricar la vela es el siguiente. Primero obtener una plantilla de papel con la forma deseada. Seguidamente se procede a cortar el tejido, procurando que la trama del mismo coincida con el sentido vertical de la vela. En nuestro caso esta precaución no será necesaria, puesto que la rigidez del dracon elegido y las bajas tensiones mecánicas a que estará sometido, impedirán que se produzca cualquier deformación. Después, con un soldador eléctrico procederemos a quemar todo el borde para evitar que se deshilache. A continuación coseremos un dobladillo de refuerzo en el gratil, sin que sea necesario colocar ningún cablecillo adicional en su interior. Pegaremos con araldit rápido los refuerzos terminales en forma de triángulo en los puños de AMURA, ESCOTA y PENA. Finalmente colocaremos los ojales de latón, y la vela ya estará acabada. El material, el tamaño y el número de sables también es objeto de discordia. Tanto es así que otra absurda norma del reglamento de la clase "M" limita tanto su numero (4), como sus medidas. Los sables cumplen una función primordial en una vela, la de conseguir que la parte posterior del bolso se mantenga recta y las corrientes de aire no formen remolinos. Su función es más importante cuanto más alunamiento tenga la vela, puesto que en estas condiciones es muy fácil que la baluma se desvente hacia sotavento. Los sables deben ser rígidos en su parte trasera y más flexibles en la anterior que corresponde a una situación en la vela entre el 50 y el 70 % de la cuerda máxima. En esta zona, la tejido aún tiene algo de curvatura, por lo tanto si los sables fueran demasiado rígidos producirían una ruptura de forma y una arruga vertical que nunca es deseable. El material adecuado para confeccionar los sables es el plástico semirrigido y el mejor sistema para conseguir una rigidez variable consistirá en cortar el sable en forma triángulo, ancho hacia popa y más estrecho hacia el gratil. Una vez construidos los sables, el principal problema es el de montarlos. El procedimiento tradicional consiste en coser una funda e introducir el sable en su interior. Este sistema va bien para velas grandes pero creo que no es adecuado para velas RC. Otro sistema consiste en pegar los sables. En este caso lo difícil es encontrar el pegamento adecuado, puesto que todos los que probé tenían muy poco agarre sobre el dracon, y mucho menos sobre el material del sable. Utilizando cinta adesiva de dos caras se pueden sujetar, pero es casi seguro que no durarán mucho, al primer día con algo de viento acabarán todos los sables en el agua. Comentando este problema con mis compañeros, uno de ellos me sugirió la idea de utilizar remaches de NYLON. En efecto, una vez elegida la posición de montaje se perforan tres o cuatro agujeritos de 1 mm. a traves del sable y la vela. Después se introduce un pequeño trozo de hilo de pescar del mismo diámetro y se remacha la cabeza utilizando un soldador eléctrico. De esta forma es seguro que nunca van a soltarse, (Fig 30). En un principio llegué a montar hasta siete sables por cada vela, pero después de un par de pruebas vi que esto no era necesario y reduje su numero a tres. En la Fig. 33A se pueden ver las posiciones y medidas finalmente adoptadas. El mástil y la jarcia sirven para sostener las velas, y la forma mas corriente puede verse en las figuras 33A y 33B. El mástil esta apoyado sobre la cubierta y sujeto en sentido longitudinal por el ESTAY de proa y el BACKSTAY de popa. En sentido transversal los OBENQUES reforzados por las CRUCETAS, aguantan la tensión más fuerte al aumentar la escora, siendo ayudados por los OBENQUILLOS que refuerzan la parte central. Los mástiles del modelo Hispaniola eran todos de madera, de sección ovoide y unos 2.5 cm. de diámetro medio, unos dos metros de altura y un peso que rondaba el kilogramo. En toda su longitud se había practicado un corte acanalado que debía servir como relinga para envergar el gratil de la vela mayor. Por mi parte, siguiendo con mi obsesión por reducir peso, rechacé la madera como material de construcción. El aluminio era ideal para estos casos, esto naturalmente al desechar el tubo de fibra de carbono de caña de pescar cuya flexibilidad y precio me parecieron excesivos. Al principio busqué diferentes tipos de aluminio sin encontrar el adecuado. El perfil circular de 1,6 cm. de diámetro era bastante rígido pero el peso de 300 gramos por metro no era muy inferior al de la madera. También localizamos un perfil en forma de lenteja, de excelente aerodinámica para mástil giratorio, pero muy pesado (450 g/m) y con excesiva área lateral para construir un mástil fijo. La búsqueda del tubo adecuado me llevó varios días, y al fin encontré algo que podía servir. Un vulgar palo de fregona de la marca Vileda de 2.5 cm de diametro, 0.3 mm de espesor y un peso inferior a 85 gramos por metro de longitud. Sin pensarlo un momento me dirigí al supermercado para comprar otro igual, puesto que necesitaba una longitud mínima de 1.8 metros. La sorpresa fue que esta marca ya no fabricaba los palos de aluminio sino de chapa de hierro plastificada. Por suerte conseguí lo que buscaba a través de Pedro, un buen aeromodelista que se jugó una bronca de su mujer por la misteriosa desaparición de su fregona preferida. El tubo de aluminio una vez montado tenía 1,8 metros y era sostenido por una jarcia clásica de cablecillo de acero inoxidable plastificado. El mástil no tenía relinga, puesto que me di cuenta que era un elemento deformador de la forma de la vela. En su lugar ésta era mantenida por garuchos de PERLON, que además permitían que el gratil cayera a sotavento, mejorando la forma aerodinámica y disminuyendo la influencia negativa del palo sobre el borde de ataque de la mayor (Fig. 31). Las dos botavaras y las crucetas fueron construidas con tubo de aluminio de 7mm. de diámetro provenientes de una vieja antena de televisión. Los extremos de las botavaras fueron curvados hacia arriba en unos 10 cm, para evitar que rozaran el agua con la escora, al navegar en rumbos abiertos. Para completar el trimado de la mayor fabriqué un tensor de buen tamaño que efectuaba la función de trapa y evitaba que esta vela perdiera la perpenticularidad en la parte superior de la baluma. Los tensores de los estays y obenques me los facilitó muy amablemente un compañero que con infinita paciencia llegó a construir más de cuarenta unidades para proveer a todos los veleros en construcción, aunque muy pronto comenzaron a dar muestras de poca consistencia mecánica y tras algunas roturas fue necesario reforzarlos. Durante las primeras pruebas de navegación, apareció una arruga en la parte inferior de la vela, esto era debido a una ligera flexión del palo que fue corregida con una pequeña cruceta frontal y un tirante tipo violín, que a través de un tensor unía el pie al tope del mástil. Fig. 33B - Jarcia, orza y timón. 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