La vela emplea el viento (que actúa sobre velas , velas de ala o cometas ) para propulsar una embarcación en la superficie del agua ( velero , velero , balsa , windsurfista o kitesurfista ), en el hielo ( iceboat ) o en tierra ( yate terrestre ) sobre un rumbo elegido , que a menudo forma parte de un plan de navegación más amplio .
Desde la prehistoria hasta la segunda mitad del siglo XIX, las embarcaciones de vela fueron el principal medio de comercio y transporte marítimo; La exploración a través de mares y océanos dependía de la vela para todo lo que no fuera las distancias más cortas. El poder naval en este período utilizó la vela en diversos grados dependiendo de la tecnología actual, culminando con los buques de guerra armados con armas de fuego de la Era de la Vela . La vela fue reemplazada lentamente por el vapor como método de propulsión de los barcos durante la última parte del siglo XIX, y se observó una mejora gradual en la tecnología del vapor a través de una serie de desarrollos graduales. Steam permitía servicios programados que funcionaban a velocidades medias más altas que los veleros. Grandes mejoras en la economía de combustible permitieron que el vapor superara progresivamente a la vela en, en última instancia, todas las situaciones comerciales, dando a los inversores propietarios de buques un mejor rendimiento del capital. [1] : 9, 16
En el siglo XXI, la mayor parte de la navegación representa una forma de recreación o deporte . La navegación recreativa o la navegación a vela se pueden dividir en regatas y cruceros . Los cruceros pueden incluir viajes prolongados en alta mar y a través del océano, navegación costera con vista a tierra y navegación diurna.
La navegación a vela se basa en la física de las velas , ya que obtienen energía del viento, generando sustentación y resistencia. En un rumbo determinado, las velas se colocan en un ángulo que optimiza el desarrollo de la energía eólica, según lo determinado por el viento aparente , que es el viento percibido desde un barco en movimiento. Las fuerzas transmitidas a través de las velas son resistidas por fuerzas del casco , la quilla y el timón de una embarcación de vela, por fuerzas de patines de un barco de hielo o por fuerzas de las ruedas de una embarcación de vela terrestre que dirigen el rumbo. Esta combinación de fuerzas significa que es posible navegar tanto en ceñida como en popa. El rumbo con respecto a la dirección verdadera del viento (como lo indicaría una bandera estacionaria) se llama punto de vela . Las embarcaciones de vela convencionales no pueden obtener energía eólica en un rumbo con una punta de vela demasiado cerca del viento.
A lo largo de la historia, la navegación fue una forma clave de propulsión que permitió una mayor movilidad que los viajes por tierra. Esta mayor movilidad aumentó la capacidad de exploración, comercio, transporte, guerra y pesca, especialmente en comparación con las opciones terrestres. [ cita necesaria ]
Hasta las importantes mejoras en el transporte terrestre que se produjeron durante el siglo XIX, si el transporte acuático era una opción, era más rápido, más barato y más seguro que realizar el mismo viaje por tierra. Esto se aplicaba igualmente a las travesías marítimas, a los viajes costeros y al uso de ríos y lagos. Ejemplos de las consecuencias de esto incluyen el gran comercio de cereales en el Mediterráneo durante el período clásico . Ciudades como Roma dependían totalmente del transporte mediante barcos de vela de las grandes cantidades de grano necesarias. Se ha estimado que a un velero del Imperio Romano le costaba menos transportar grano a lo largo del Mediterráneo que mover la misma cantidad 15 millas por carretera. Roma consumió alrededor de 150.000 toneladas de grano egipcio cada año durante los primeros tres siglos d.C. [2] : 297 [3] : cap. 2 [4] : 147 [a]
Un comercio similar, pero más reciente, de carbón, se realizaba desde las minas situadas cerca del río Tyne hasta Londres , que ya se llevaba a cabo en el siglo XIV y creció a medida que la ciudad aumentaba de tamaño. En 1795, se entregaron a Londres 4.395 cargamentos de carbón. Esto habría necesitado una flota de unos 500 mineros de vela (que realizaban 8 o 9 viajes al año). Esta cantidad se había duplicado en 1839. (El primer minero de vapor no se botó hasta 1852 y los mineros de vela continuaron trabajando hasta el siglo XX ) .
La imagen más antigua que sugiere el uso de una vela en un barco puede estar en una pieza de cerámica de Mesopotamia , que data del VI milenio a.C. Se cree que la imagen muestra un mástil bípode montado en el casco de un barco de caña; no se representa ninguna vela. [8] La representación más antigua de una vela, procedente de Egipto, data del año 3100 a. C. aproximadamente. [2] : figura 6 El Nilo se considera un lugar adecuado para el uso temprano de velas como propulsión. Esto se debe a que la corriente del río fluye de sur a norte, mientras que la dirección del viento predominante es de norte a sur. Por lo tanto, un barco de esa época podía aprovechar la corriente para dirigirse hacia el norte –un viaje sin obstáculos de 750 millas– y navegar para hacer el viaje de regreso. [2] : 11 También se han encontrado evidencias de primeros marineros en otros lugares, como Kuwait, Turquía, Siria, Minoa, Bahrein e India, entre otros. [9]
Los pueblos austronesios utilizaban velas desde algún momento antes del 2000 a. C. [10] : 144 Su expansión desde lo que hoy es el sur de China y Taiwán comenzó en el año 3000 a.C. Su tecnología llegó a incluir estabilizadores , catamaranes , [11] y velas de garra de cangrejo , [12] que permitieron la expansión austronesia alrededor del 3000 al 1500 a. C. hacia las islas del sudeste asiático marítimo y de allí a Micronesia , la isla de Melanesia , Polinesia y Madagascar . Dado que no hay puntos en común entre la tecnología de barcos de China y los austronesios, estas características distintivas deben haberse desarrollado al comienzo de la expansión o en algún momento después. [13] Viajaron grandes distancias en mar abierto en canoas con estabilizadores utilizando métodos de navegación como cartas de palo . [14] [15] La capacidad de navegación a barlovento de los barcos austronesios permitió una estrategia de navegar a barlovento en un viaje de exploración, con un regreso a favor del viento ya sea para informar de un descubrimiento o si no se encontraba tierra. Esto se adaptaba bien a los vientos predominantes a medida que las islas del Pacífico eran colonizadas constantemente. [13]
En la época de los descubrimientos , que comenzó en el siglo XV, los barcos con aparejos cuadrados y varios mástiles eran la norma y se guiaban por técnicas de navegación que incluían la brújula magnética y avistamientos del sol y las estrellas que permitían viajes transoceánicos. [dieciséis]
Durante la Era de los Descubrimientos, los veleros figuraron en los viajes europeos por África hasta China y Japón; y a través del Océano Atlántico hasta América del Norte y del Sur. Más tarde, los veleros se aventuraron en el Ártico para explorar las rutas marítimas del norte y evaluar los recursos naturales. En los siglos XVIII y XIX, los barcos de vela realizaban estudios hidrográficos para desarrollar cartas de navegación y, en ocasiones, llevaban científicos a bordo, como en los viajes de James Cook y el segundo viaje del HMS Beagle con el naturalista Charles Darwin .
A principios del siglo XIX, las rápidas goletas y bergantines que salvaban el bloqueo ( los Baltimore Clippers) evolucionaron hasta convertirse en veleros de tres mástiles, típicamente aparejados por barcos, con líneas finas que aumentaban la velocidad, pero reducían la capacidad para cargas de alto valor, como el té de China. [17] Los mástiles tenían una altura de hasta 100 pies (30 m) y podían alcanzar velocidades de 19 nudos (35 km/h), lo que permitía pasajes de hasta 465 millas náuticas (861 km) cada 24 horas. Los Clippers cedieron el paso a buques más voluminosos y lentos, que se volvieron económicamente competitivos a mediados del siglo XIX. [18] Surgieron planes de navegación con velas solo de proa y popa ( goletas ), o una mezcla de las dos ( bergantines , barcas y barquentinas ). [16] Las goletas costeras con gavia con una tripulación tan pequeña como dos personas manejando el manejo de las velas se convirtieron en una forma eficiente de transportar carga a granel, ya que solo las velas de proa requerían ser atendidas mientras se viraban y a menudo se disponía de maquinaria impulsada por vapor para izar las velas. y el ancla. [19]
Los veleros con casco de hierro representaron la evolución final de los veleros al final de la Era de la Vela. Fueron construidos para transportar carga a granel a largas distancias en el siglo XIX y principios del XX. [20] Eran los mayores veleros mercantes, con tres a cinco mástiles y velas cuadradas, así como otros planos vélicos . Llevaban cargas a granel entre continentes. Los barcos de vela con casco de hierro se construyeron principalmente entre los años 1870 y 1900, cuando los barcos de vapor comenzaron a superarlos económicamente debido a su capacidad para mantener un horario independientemente del viento. Los cascos de acero también reemplazaron a los cascos de hierro aproximadamente al mismo tiempo. Incluso en el siglo XX, los barcos de vela podían mantenerse firmes en viajes transoceánicos como los de Australia a Europa, ya que no necesitaban combustible para el carbón ni agua dulce para el vapor, y eran más rápidos que los primeros barcos de vapor, que por lo general apenas podían hacer 8 nudos (15 km/h). [21] En última instancia, la independencia de los barcos de vapor del viento y su capacidad para tomar rutas más cortas, pasando por los canales de Suez y Panamá , hizo que los barcos de vela fueran antieconómicos. [22]
Hasta la adopción generalizada de los barcos construidos en carvel que dependían de una estructura esquelética interna para soportar el peso del barco y de las portas de armas cortadas en los costados, los veleros eran solo vehículos para entregar cazas al enemigo para su enfrentamiento. [23] Las primeras galeras fenicias, griegas y romanas se estrellaban entre sí, luego se lanzaban sobre las cubiertas de la fuerza enemiga y continuaban la lucha a mano, lo que significa que estas galeras requerían velocidad y maniobrabilidad. [24] Esta necesidad de velocidad se tradujo en barcos más largos con múltiples filas de remos a los lados, conocidos como birremes y trirremes . [25] Por lo general, los barcos de vela durante este período de tiempo eran los barcos mercantes. [26]
Hacia las 15:00, los puertos de armas permitían a los veleros navegar junto a un barco enemigo y disparar una andanada de múltiples cañones. [27] Este desarrollo permitió que las flotas navales se organizaran en una línea de batalla , mediante la cual los buques de guerra mantendrían su lugar en la línea para enfrentarse al enemigo en una línea paralela o perpendicular. [28]
Si bien el uso de veleros para el comercio o el poder naval ha sido suplantado por embarcaciones a motor, continúa habiendo operaciones comerciales que llevan pasajeros en cruceros a vela. [29] [30] Las armadas modernas también emplean veleros para entrenar cadetes en náutica . [31] La recreación o el deporte representan la mayor parte de la navegación en barcos modernos.
La navegación de recreo se puede dividir en dos categorías: navegación diurna, en la que se baja del barco para pasar la noche, y navegación de crucero, en la que se permanece a bordo.
La navegación de un día permite, ante todo, experimentar el placer de navegar en un barco. No se requiere destino. Es una oportunidad para compartir la experiencia con otros. [32] Una variedad de barcos sin alojamiento para pasar la noche, que varían en tamaño desde 10 pies (3,0 m) hasta más de 30 pies (9,1 m), pueden considerarse navegantes diurnos. [33]
La navegación en un yate de vela puede realizarse cerca de la costa o fuera de la vista de la tierra e implica el uso de veleros que admitan un uso sostenido durante la noche. [34] Las zonas costeras de crucero incluyen zonas del Mediterráneo y del Mar Negro, Europa septentrional, Europa occidental y las islas del Atlántico norte, África occidental y las islas del Atlántico sur, el Caribe y regiones de América del Norte y Central. [35] Las travesías a vela se realizan en rutas que atraviesan océanos de todo el mundo. Existen rutas circulares entre América y Europa, y entre Sudáfrica y América del Sur. Hay muchas rutas desde América, Australia, Nueva Zelanda y Asia hacia destinos insulares en el Pacífico Sur. Algunos cruceros dan la vuelta al mundo. [36]
La vela como deporte está organizada de forma jerárquica, comenzando a nivel de clubes náuticos y llegando hasta las federaciones nacionales e internacionales; puede implicar yates de carreras , vela ligera u otras embarcaciones de vela pequeñas y abiertas, incluidos barcos de hielo y yates terrestres. Las regatas de veleros se rigen por World Sailing y la mayoría de los formatos de regatas utilizan las Reglas de Regatas a Vela . [37] Abarca una variedad de disciplinas diferentes, entre ellas:
Un Saildrone es un tipo de vehículo de superficie no tripulado que se utiliza principalmente en los océanos para la recopilación de datos. [44] Los Saildrones funcionan con energía eólica y solar y llevan un conjunto de sensores científicos e instrumentos de navegación. Pueden seguir un conjunto de puntos de referencia prescritos de forma remota. [45] El velero fue inventado por Richard Jenkins , un ingeniero británico, [46] fundador y director ejecutivo de Saildrone, Inc. Los veleros han sido utilizados por científicos y organizaciones de investigación como la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) para estudiar el ecosistema marino. , pesca y clima. [47] [48] En enero de 2019, se lanzó una pequeña flota de veleros para intentar la primera circunnavegación autónoma de la Antártida. [49] Uno de los drones completó la misión, viajando 12.500 millas (20.100 km) durante el viaje de siete meses mientras recopilaba un conjunto de datos detallados utilizando instrumentos de monitoreo ambiental a bordo. [50]
En agosto de 2019, el SD 1021 completó el cruce del Atlántico no tripulado más rápido navegando desde Bermudas al Reino Unido, [51] y en octubre completó el viaje de regreso para convertirse en el primer vehículo autónomo en cruzar el Atlántico en ambas direcciones. [52] La Universidad de Washington y la empresa Saildrone iniciaron una empresa conjunta en 2019 llamada The Saildrone Pacific Sentinel Experiment, que posicionó seis veleros a lo largo de la costa oeste de los Estados Unidos para recopilar datos atmosféricos y oceánicos. [53] [54]
Saildrone y NOAA desplegaron cinco embarcaciones modificadas de clase huracán en lugares clave del Océano Atlántico antes del inicio en junio de la temporada de huracanes de 2021 . En septiembre, SD 1045 estuvo en el lugar para obtener videos y datos desde el interior del huracán Sam . Fue el primer buque de investigación que se aventuró en medio de un huracán importante . [55] [56]
La capacidad de una embarcación de vela para obtener energía del viento depende del punto de vela en el que se encuentra: la dirección de desplazamiento a vela en relación con la verdadera dirección del viento sobre la superficie. Los puntos principales de la vela corresponden aproximadamente a segmentos de un círculo de 45°, comenzando con 0° directamente contra el viento. Para muchas embarcaciones de vela, el arco que abarca 45° a cada lado del viento es una zona "prohibida", [57] donde una vela no puede movilizar la energía del viento. [58] Navegar en un rumbo lo más cercano al viento posible (aproximadamente 45°) se denomina "de ceñida". A 90° del viento, una embarcación se encuentra en un "alcance del haz". A 135° del viento, una embarcación se encuentra en un "amplio alcance". A 180° del viento (navegando en la misma dirección que el viento), una embarcación "navega a favor del viento".
En puntos de vela que van desde ceñida hasta un amplio alcance, las velas actúan sustancialmente como un ala, siendo la sustentación la que impulsa predominantemente la embarcación. En puntos de navegación desde un amplio alcance hasta viento a favor, las velas actúan sustancialmente como un paracaídas, con la resistencia predominantemente impulsando la embarcación. Para las embarcaciones con poca resistencia hacia adelante, como los barcos de hielo y los yates terrestres , esta transición ocurre más lejos del viento que para los veleros y veleros . [58]
La dirección del viento para los puntos de vela siempre se refiere al viento verdadero : el viento que siente un observador estacionario. El viento aparente (el viento que siente un observador en una embarcación de vela en movimiento) determina la fuerza motriz de la embarcación.
Las olas dan una indicación de la verdadera dirección del viento. La bandera da una indicación de la dirección aparente del viento .
La velocidad verdadera del viento ( V T ) se combina con la velocidad de la embarcación de vela ( V B ) para dar la velocidad aparente del viento ( V A ), la velocidad del aire experimentada por la instrumentación o la tripulación en una embarcación de vela en movimiento. La velocidad aparente del viento proporciona la fuerza motriz de las velas en cualquier punto determinado de la vela. Varía desde ser la verdadera velocidad del viento de una embarcación detenida con grilletes en la zona prohibida, hasta ser más rápida que la verdadera velocidad del viento a medida que la velocidad de la embarcación se suma a la verdadera velocidad del viento en un tramo. Disminuye hacia cero para una embarcación que navega a favor del viento. [59]
El velero A es de ceñida. El velero B está en un tramo de través. El velero C tiene un amplio alcance.
La velocidad del barco (en negro) genera una componente de viento aparente igual y opuesta (no se muestra), que se combina con el viento real para convertirse en viento aparente.
La velocidad de los veleros en el agua está limitada por la resistencia que resulta del arrastre del casco en el agua. Los barcos de hielo suelen tener la menor resistencia al movimiento hacia adelante de cualquier embarcación de vela. [58] En consecuencia, un velero experimenta una gama más amplia de ángulos de viento aparente que un barco de hielo, cuya velocidad suele ser lo suficientemente grande como para que el viento aparente provenga de unos pocos grados hacia un lado de su rumbo, lo que requiere navegar con la vela enrollada. en la mayoría de los puntos de navegación. En los veleros convencionales, las velas están configuradas para crear sustentación en aquellos puntos de la vela donde es posible alinear el borde de ataque de la vela con el viento aparente. [59]
Para un velero, la punta de la vela afecta significativamente la fuerza lateral. Cuanto más alto apunte el barco al viento a vela, más fuerte será la fuerza lateral, que requiere resistencia de la quilla u otras láminas submarinas, incluidas la orza, la orza, el skeg y el timón. La fuerza lateral también induce la escora en un velero, lo que requiere resistencia por el peso del lastre de la tripulación o del propio barco y por la forma del barco, especialmente en el caso de un catamarán. A medida que el barco se aleja del viento, la fuerza lateral y las fuerzas necesarias para resistirla se vuelven menos importantes. [60] En los barcos de hielo, las fuerzas laterales se contrarrestan por la resistencia lateral de las palas sobre el hielo y su distancia entre sí, lo que generalmente evita la escora. [61]
El viento y las corrientes son factores importantes a tener en cuenta tanto para la navegación costera como en alta mar. Predecir la disponibilidad, fuerza y dirección del viento es clave para utilizar su potencia en el rumbo deseado. Las corrientes oceánicas, las mareas y las corrientes fluviales pueden desviar a un velero de su rumbo deseado. [62]
Si el rumbo deseado está dentro de la zona prohibida, entonces la embarcación debe seguir una ruta en zigzag contra el viento para llegar a su punto de ruta o destino. A favor del viento, ciertas embarcaciones de vela de alto rendimiento pueden llegar a su destino más rápidamente siguiendo una ruta en zigzag en una serie de tramos amplios.
Salvar obstáculos o un canal también puede requerir un cambio de dirección con respecto al viento, lo que requiere un cambio de rumbo con el viento en el lado opuesto de la embarcación, desde antes.
El cambio de rumbo se llama virada cuando el viento cruza la proa de la embarcación mientras gira y trasluchada (o trasluchada ) si el viento pasa por la popa.
Una embarcación de vela puede navegar con rumbo a cualquier lugar fuera de su zona de exclusión. [63] Si el siguiente punto de ruta o destino está dentro del arco definido por la zona prohibida desde la posición actual de la nave, entonces debe realizar una serie de maniobras de virada para llegar allí en una ruta con patas de perro, llamada batir a barlovento . [64] El progreso a lo largo de esa ruta se llama el camino realizado ; la velocidad entre el punto inicial y final de la ruta se denomina velocidad recuperada y se calcula dividiendo la distancia entre ambos puntos por el tiempo de viaje. [65] La línea limitante al waypoint que permite al velero abandonarlo a sotavento se denomina layline . [66] Mientras que algunos yates de vela con aparejos tipo Bermuda pueden navegar tan cerca de 30° con respecto al viento, [65] la mayoría de los aparejadores cuadrados del siglo XX están limitados a 60° con respecto al viento. [67] Los aparejos de proa y popa están diseñados para operar con el viento en ambos lados, mientras que los aparejos cuadrados y las cometas están diseñados para que el viento provenga de un solo lado de la vela.
Debido a que las fuerzas del viento lateral son mayores en un velero, de ceñida y a barlovento, las fuerzas de resistencia del agua alrededor de la quilla, la orza, el timón y otras láminas del barco también son mayores para mitigar el margen de maniobra : el barco se desliza a sotavento de su rumbo. . Los barcos de hielo y los yates terrestres minimizan el movimiento lateral con la resistencia lateral de sus palas o ruedas. [68]
Virar o virar es una maniobra mediante la cual una embarcación de vela gira su proa hacia y a través del viento (conocido como "el ojo del viento" [69] ) de modo que el viento aparente cambia de un lado a otro, permitiendo el progreso. en el rumbo contrario. [70] El tipo de aparejo de navegación dicta los procedimientos y limitaciones para lograr una maniobra de virada. Los aparejos de proa y popa permiten que sus velas cuelguen sin fuerzas mientras viran; los aparejos cuadrados deben presentar toda el área frontal de la vela al viento, al cambiar de lado a lado; y los windsurfistas tienen mástiles totalmente giratorios y pivotantes de manera flexible que se voltean de lado a lado.
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Una embarcación de vela puede viajar directamente a favor del viento sólo a una velocidad menor que la velocidad del viento. Sin embargo, una variedad de embarcaciones de vela pueden alcanzar una mayor velocidad a favor del viento viajando en una serie de tramos amplios, puntuados por trasluchadas en el medio. Esto es cierto para los barcos de hielo y los yates de arena. En el agua, fue explorado por veleros a partir de 1975 y ahora se extiende a esquifes de alto rendimiento, catamaranes y veleros con foils. [71]
Navegar por un canal o un rumbo a favor del viento entre obstáculos puede requerir cambios de dirección que requieran un cambio de rumbo, logrado con una trasluchada.
Trasluchar o trasluchar es una maniobra de navegación mediante la cual una embarcación gira su popa más allá del ojo del viento para que el viento aparente cambie de un lado a otro, permitiendo avanzar en el rumbo opuesto. Esta maniobra se puede realizar en embarcaciones más pequeñas tirando del timón hacia uno mismo (el lado opuesto de la vela). [70] Al igual que con la virada, el tipo de aparejo de vela dicta los procedimientos y limitaciones para trasluchar. Las velas de proa y popa con botavaras, garfios o botavaras son inestables cuando el extremo libre apunta al ojo del viento y deben controlarse para evitar un cambio violento hacia el otro lado; los aparejos cuadrados, al presentar toda el área de la vela al viento desde atrás, experimentan pocos cambios de funcionamiento de una amura a la otra; y los windsurfistas nuevamente tienen mástiles que giran de manera flexible y completamente giratorios y se voltean de lado a lado.
Tanto los vientos como las corrientes oceánicas son el resultado del hecho de que el sol alimenta sus respectivos medios fluidos. El viento impulsa la embarcación de vela y el océano la impulsa en su rumbo, ya que las corrientes pueden alterar el rumbo de un velero en el océano o en un río.
Recortar se refiere a ajustar las líneas que controlan las velas, incluidas las escotas que controlan el ángulo de las velas con respecto al viento, las drizas que levantan y tensan la vela, y al ajuste de la resistencia del casco a la escora, la guiñada o el avance en el agua.
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En su versión más desarrollada, las velas cuadradas están controladas por dos de cada uno de: escotas, tirantes, escotas y aparejos de rizo, además de cuatro cabos , cada uno de los cuales puede ser controlado por un miembro de la tripulación a medida que se ajusta la vela. [77] Hacia el final de la Era de la Vela, la maquinaria propulsada por vapor redujo el número de tripulantes necesarios para trimar la vela. [78]
El ajuste del ángulo de una vela de proa a popa con respecto al viento aparente se controla con una línea, llamada "escota". En puntos de vela entre ceñida y ancha, el objetivo suele ser crear flujo a lo largo de la vela para maximizar la potencia a través de la sustentación. Unas serpentinas colocadas en la superficie de la vela, llamadas delatoras , indican si ese flujo es suave o turbulento. El flujo suave en ambos lados indica un ajuste adecuado. Un foque y una vela mayor generalmente están configurados para ajustarse y crear un flujo laminar suave , que va de uno a otro en lo que se llama el "efecto ranura". [79]
En los puntos de vela a favor del viento, la potencia se logra principalmente con el viento empujando la vela, como lo indican los testigos caídos. Los spinnakers son velas ligeras, de gran superficie y muy curvadas que se adaptan a navegar con el viento. [79]
Además de utilizar las escotas para ajustar el ángulo con respecto al viento aparente, otras líneas controlan la forma de la vela, en particular el radio , la driza , la botavara y el estay de popa . Estos controlan la curvatura adecuada a la velocidad del viento, cuanto más fuerte es el viento, más plana será la vela. Cuando la fuerza del viento es mayor de lo que estos ajustes pueden adaptarse para evitar dominar la embarcación, entonces se reduce el área de la vela mediante rizos , sustituyéndola por una vela más pequeña o por otros medios. [80] [81]
La reducción de las velas en los barcos con aparejos cuadrados podría lograrse exponiendo menos de cada vela, atándolas más arriba con puntos de rizo. [78] Además, a medida que los vientos se vuelven más fuertes, las velas se pueden enrollar o quitar de los palos, por completo hasta que el barco sobreviva a vientos huracanados bajo "postes desnudos". [74] : 137
En embarcaciones con aparejo de proa y popa, reducir la vela puede enrollar el foque y arizar o arriar parcialmente la vela mayor, es decir, reducir el área de una vela sin cambiarla por una vela más pequeña. Esto da como resultado una superficie vélica reducida pero también un centro de esfuerzo de las velas más bajo, lo que reduce el momento de escora y mantiene el barco más erguido.
Hay tres métodos comunes para arizar la vela mayor: [80] [81]
El ajuste del casco tiene tres aspectos, cada uno ligado a un eje de rotación, que controlan: [74] : 131–5
Cada uno es una reacción a las fuerzas sobre las velas y se logra mediante la distribución del peso o mediante la gestión del centro de fuerza de las láminas submarinas (quilla, orza, etc.), en comparación con el centro de fuerza de las velas.
Un velero se escora cuando el barco se inclina hacia un lado en reacción a las fuerzas del viento sobre las velas.
La estabilidad de forma de un velero (derivada de la forma del casco y la posición del centro de gravedad) es el punto de partida para resistir la escora. Los catamaranes y barcos de hielo tienen una postura amplia que los hace resistentes a la escora. Las medidas adicionales para equilibrar una embarcación de vela para controlar la escora incluyen: [74] : 131–5
La alineación del centro de fuerza de las velas con el centro de resistencia del casco y sus apéndices controla si la embarcación seguirá recta con poca acción de gobierno, o si es necesario hacer una corrección para evitar que gire hacia el viento (una condición meteorológica). timón) o alejándose del viento (un timón a sotavento). Un centro de fuerza detrás del centro de resistencia provoca un timón meteorológico. El centro de fuerza delante del centro de resistencia provoca un timón a sotavento. Cuando los dos están estrechamente alineados, el timón es neutral y requiere poca acción para mantener el rumbo. [74] : 131-5
La distribución del peso hacia adelante y hacia atrás cambia la sección transversal de una embarcación en el agua. Las embarcaciones de vela pequeñas son sensibles a la ubicación de la tripulación. Por lo general, están diseñados para que la tripulación esté estacionada en el centro del barco para minimizar la resistencia del casco en el agua. [74] : 131-5
La náutica abarca todos los aspectos de llevar un velero dentro y fuera del puerto, llevarlo a su destino y asegurarlo anclado o junto a un muelle. Los aspectos importantes de la náutica incluyen el empleo de un lenguaje común a bordo de una embarcación de vela y el manejo de líneas que controlan las velas y los aparejos. [83]
Términos náuticos para elementos de un barco: estribor (lado derecho), babor o babor (lado izquierdo), proa o proa (delante), popa o popa (detrás), proa (parte delantera del casco), popa (parte de popa del casco), manga (la parte más ancha). Los palos que sostienen las velas incluyen mástiles, botavaras, vergas, garfios y postes. Las líneas móviles que controlan las velas u otros equipos se conocen colectivamente como aparejo flotante de un barco . Las líneas que izan las velas se llaman drizas mientras que las que las higan se llaman arriadas . Las líneas que ajustan (recortan) las velas se llaman escotas . A menudo se hace referencia a estos utilizando el nombre de la vela que controlan (como escota de mayor o escota de foque ). Los chicos se utilizan para controlar los extremos de otros palos , como los tangones de spinnaker . Las líneas utilizadas para amarrar un barco cuando está al costado se llaman líneas de atraque , cables de atraque o cables de amarre . Un rode es lo que une un barco anclado a su ancla . [84]
Los siguientes nudos se utilizan comúnmente para manipular cuerdas y cabos en embarcaciones de vela: [85] [86]
Los cabos y drizas suelen estar enrollados cuidadosamente para guardarlos y reutilizarlos. [87]
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La física de la navegación surge de un equilibrio de fuerzas entre el viento que impulsa la embarcación cuando pasa sobre sus velas y la resistencia de la embarcación a ser desviada de su rumbo, que es proporcionada en el agua por la quilla, el timón y las láminas submarinas . y otros elementos de los bajos de un velero, sobre el hielo por los patines de un barco de hielo , o en tierra por las ruedas de un vehículo terrestre propulsado por velas .
Las fuerzas sobre las velas dependen de la velocidad y dirección del viento y de la velocidad y dirección de la embarcación. La velocidad de la embarcación en un punto determinado de la vela contribuye al " viento aparente ": la velocidad y dirección del viento medidas en la embarcación en movimiento. El viento aparente sobre la vela crea una fuerza aerodinámica total, que puede descomponerse en resistencia (la componente de fuerza en la dirección del viento aparente) y elevación (la componente de fuerza normal (90°) al viento aparente). Dependiendo de la alineación de la vela con el viento aparente ( ángulo de ataque ), la sustentación o la resistencia pueden ser el componente propulsor predominante. Dependiendo del ángulo de ataque de un conjunto de velas con respecto al viento aparente, cada vela proporciona fuerza motriz a la embarcación, ya sea desde un flujo adjunto con dominancia de sustentación o desde un flujo separado con dominancia de resistencia. Además, las velas pueden interactuar entre sí para crear fuerzas diferentes de la suma de las contribuciones individuales de cada vela, cuando se usan solas.
El término " velocidad " se refiere tanto a la rapidez como a la dirección. Aplicada al viento, la velocidad aparente del viento ( V A ) es la velocidad del aire que actúa sobre el borde de ataque de la vela más adelantada o la experimentada por la instrumentación o la tripulación en una embarcación de vela en movimiento. En terminología náutica, la velocidad del viento normalmente se expresa en nudos y los ángulos del viento en grados . Todas las embarcaciones de vela alcanzan una velocidad de avance constante ( V B ) para una velocidad del viento real ( V T ) y un punto de vela determinados . La punta de la vela de la embarcación afecta su velocidad para una velocidad del viento verdadera dada. Las embarcaciones de vela convencionales no pueden obtener energía del viento en una zona "prohibida" que está aproximadamente a 40° o 50° de distancia del viento real, dependiendo de la embarcación. Del mismo modo, la velocidad directa a favor del viento de todas las embarcaciones de vela convencionales está limitada a la velocidad del viento real. A medida que un velero navega más lejos del viento, el viento aparente se vuelve más pequeño y la componente lateral se vuelve menor; La velocidad del barco es mayor en el alcance del través. Para actuar como un perfil aerodinámico, la vela de un velero se enrolla más hacia afuera a medida que el rumbo está más alejado del viento. [59] A medida que un barco de hielo navega más lejos del viento, el viento aparente aumenta ligeramente y la velocidad del barco es mayor en el amplio tramo. Para actuar como un perfil aerodinámico, la vela de un barco de hielo está enrollada en los tres puntos de la vela. [58]
La sustentación de una vela, que actúa como un perfil aerodinámico , se produce en una dirección perpendicular a la corriente de aire incidente (la velocidad aparente del viento para la vela de proa) y es el resultado de las diferencias de presión entre las superficies de barlovento y sotavento y depende del ángulo de ataque de la vela. forma, densidad del aire y velocidad del viento aparente. La fuerza de sustentación resulta de que la presión promedio sobre la superficie de barlovento de la vela es mayor que la presión promedio en el lado de sotavento. [88] Estas diferencias de presión surgen junto con el flujo de aire curvo. A medida que el aire sigue una trayectoria curva a lo largo del lado de barlovento de una vela, hay un gradiente de presión perpendicular a la dirección del flujo con una presión más alta en el exterior de la curva y una presión más baja en el interior. Para generar sustentación, una vela debe presentar un " ángulo de ataque " entre la línea de cuerda de la vela y la velocidad aparente del viento. El ángulo de ataque es función tanto del punto de vela de la embarcación como de cómo se ajusta la vela con respecto al viento aparente. [89]
A medida que aumenta la sustentación generada por una vela, también aumenta la resistencia inducida por la sustentación , que junto con la resistencia parásita constituyen la resistencia total , que actúa en una dirección paralela a la corriente de aire incidente. Esto ocurre a medida que el ángulo de ataque aumenta con el ajuste de la vela o el cambio de rumbo y hace que el coeficiente de sustentación aumente hasta el punto de pérdida aerodinámica junto con el coeficiente de resistencia inducido por la sustentación . Al inicio de la pérdida, la sustentación disminuye abruptamente, al igual que la resistencia inducida por la sustentación. Las velas con el viento aparente detrás de ellas (especialmente a favor del viento) operan en condición de pérdida. [90]
La sustentación y la resistencia son componentes de la fuerza aerodinámica total sobre la vela, que son resistidas por fuerzas en el agua (para un barco) o en la superficie recorrida (para un barco de hielo o una embarcación de vela terrestre). Las velas actúan de dos modos básicos; en el modo de sustentación predominante , la vela se comporta de manera análoga a un ala con flujo de aire adherido a ambas superficies; En el modo predominante de arrastre , la vela actúa de manera análoga a un paracaídas con un flujo de aire separado, arremolinándose alrededor de la vela.
Las velas permiten el avance de una embarcación a barlovento, gracias a su capacidad para generar sustentación (y la capacidad de la embarcación para resistir las fuerzas laterales resultantes). Cada configuración de vela tiene un coeficiente característico de sustentación y un coeficiente de resistencia asociado, que pueden determinarse experimentalmente y calcularse teóricamente. Las embarcaciones de vela orientan sus velas con un ángulo de ataque favorable entre el punto de entrada de la vela y el viento aparente incluso cuando cambia su rumbo. La capacidad de generar sustentación está limitada por navegar demasiado cerca del viento cuando no hay un ángulo de ataque efectivo disponible para generar sustentación (provocando orzaje) y navegar lo suficientemente lejos del viento como para que la vela no pueda orientarse en un ángulo de ataque favorable para evitar la navegar desde la pérdida con separación de flujo .
Cuando las embarcaciones de vela están en un rumbo donde el ángulo entre la vela y el viento aparente (el ángulo de ataque) excede el punto de máxima sustentación, se produce la separación del flujo. [91] La resistencia aumenta y la sustentación disminuye al aumentar el ángulo de ataque a medida que la separación se vuelve progresivamente pronunciada hasta que la vela queda perpendicular al viento aparente, cuando la sustentación se vuelve insignificante y la resistencia predomina. Además de las velas utilizadas en ceñida, los spinnakers proporcionan un área y una curvatura apropiadas para navegar con flujo separado en los puntos de la vela a favor del viento, análogos a los paracaídas, que proporcionan sustentación y resistencia. [92]
La velocidad del viento aumenta con la altura sobre la superficie; al mismo tiempo, la velocidad del viento puede variar en cortos periodos de tiempo en forma de ráfagas.
La cizalladura del viento afecta a las embarcaciones de vela en movimiento al presentar una velocidad y dirección del viento diferentes a diferentes alturas a lo largo del mástil . La cizalladura del viento se produce debido a la fricción sobre la superficie del agua que ralentiza el flujo de aire. [93] La relación entre el viento en la superficie y el viento a una altura sobre la superficie varía según una ley de potencia con un exponente de 0,11-0,13 sobre el océano. Esto significa que un viento de 5 m/s (9,7 nudos) a 3 m sobre el agua sería aproximadamente de 6 m/s (12 nudos) a 15 m (50 pies) sobre el agua. En vientos huracanados con 40 m/s (78 nudos) en la superficie, la velocidad a 15 m (50 pies) sería de 49 m/s (95 nudos) [94] . Esto sugiere que las velas que llegan más arriba de la superficie pueden estar sujetos a fuerzas de viento más fuertes que mueven el centro de esfuerzo sobre ellos más arriba de la superficie y aumentan el momento de escora. Además, la dirección aparente del viento se mueve hacia atrás con la altura sobre el agua, lo que puede requerir un giro correspondiente en la forma de la vela para lograr un flujo constante con la altura. [95]
Las ráfagas se pueden predecir mediante el mismo valor que sirve como exponente de la cizalladura del viento, que sirve como factor de ráfaga. Por lo tanto, se puede esperar que las ráfagas sean aproximadamente 1,5 veces más fuertes que la velocidad del viento predominante (un viento de 10 nudos puede alcanzar ráfagas de 15 nudos). Esto, combinado con los cambios en la dirección del viento, sugiere el grado en que una embarcación debe ajustar el ángulo de la vela a las ráfagas de viento en un rumbo determinado. [96]
Las embarcaciones de vela acuáticas dependen del diseño del casco y la quilla para proporcionar una mínima resistencia hacia adelante en oposición al poder de propulsión de las velas y una máxima resistencia a las fuerzas laterales de las velas. En los veleros modernos, la resistencia se minimiza mediante el control de la forma del casco (roma o fina), los apéndices y la resbaladiza. La quilla u otras láminas submarinas proporcionan la resistencia lateral a las fuerzas sobre las velas. La escora aumenta tanto la resistencia como la capacidad del barco para seguir el rumbo deseado. La generación de olas para un casco de desplazamiento es otra limitación importante en la velocidad del barco. [97]
El arrastre desde su forma se describe mediante un coeficiente prismático , C p = volumen desplazado de la embarcación dividido por la longitud de la línea de flotación multiplicado por el área de la sección desplazada máxima; el valor máximo de C p = 1,0 es para un área de sección transversal de desplazamiento constante, como se encontraría en una barcaza. Para los veleros modernos, son probables valores de 0,53 ≤ C p ≤ 0,6 debido a la forma cónica del casco sumergido hacia ambos extremos. Reducir el volumen interior permite crear un casco más fino con menos resistencia. Debido a que una quilla u otra lámina submarina produce sustentación, también produce resistencia, que aumenta a medida que el barco escora. El área mojada del casco afecta la cantidad total de fricción entre el agua y la superficie del casco, creando otro componente de resistencia. [97]
Los veleros utilizan algún tipo de lámina submarina para generar sustentación que mantiene la dirección de avance del barco a vela. Mientras que las velas operan en ángulos de ataque entre 10° y 90° con respecto al viento, los foils submarinos operan con ángulos de ataque entre 0° y 10° con respecto al agua que pasa. Ni su ángulo de ataque ni su superficie son ajustables (a excepción de los foils móviles) y nunca se detienen intencionalmente mientras se abren paso en el agua. Escorar el barco alejándolo de la perpendicular hacia el agua degrada significativamente la capacidad del barco para apuntar hacia el viento. [97]
La velocidad del casco es la velocidad a la que la longitud de onda de la onda de proa de un buque es igual a su longitud en la línea de flotación y es proporcional a la raíz cuadrada de la eslora del buque en la línea de flotación. Aplicar más potencia no aumenta significativamente la velocidad de una embarcación de desplazamiento más allá de la velocidad del casco. Esto se debe a que el barco está subiendo una ola de proa cada vez más empinada con la adición de potencia sin que la ola se propague hacia adelante más rápido. [97]
Los buques de planeo y frustrado no están limitados por la velocidad del casco, ya que se elevan fuera del agua sin formar una ola de proa con la aplicación de energía. Los cascos largos y estrechos, como los de los catamaranes, superan la velocidad del casco al atravesar la ola de proa. La velocidad del casco no se aplica a las embarcaciones de vela con patines o ruedas sobre hielo porque no desplazan el agua. [98]
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