Fundamentos de la navegación a vela.

FUNDAMENTOS DE LA NAVEGACIÓN A VELA.

Autor: Miguel Ángel Muñoz.
Primera versión: Abril, 2017.
Tiempo de lectura estimado: 20 minutos.

El contenido de esta entrada del blog está dedicado a una introducción a los fundamentos teóricos y científicos de la navegación a vela, contado de manera que trata de buscar un equilibrio entre rigor científico y accesibilidad a todos los públicos. A los expertos en el tema, advertirles que no van a encontrar nada novedoso aquí. Este documento es de divulgación y es “free”, siempre y cuando menciones mi autoría. Para mayor información sobre Propiedad intelectual e industrial y derechos de autor de este blog, en general y de esta entrada, en particular, puedes consultar el Aviso legal de este blog.

RUMBOS DE NAVEGACIÓN.

Empieza por mirar la siguiente imagen de este pequeño haciendo windsurf en un precioso entorno natural. Ésta es una forma de navegación a vela para recreo y deporte en la actualidad, pero el ser humano ha empleado las velas para navegar en la mar, en ríos y en lagos desde hace miles de años. Para profundizar en los antecedentes históricos de la navegación a vela, puedes consultar, por ejemplo, este sitio web.

Imagen original:
turismo-activo.net/windsurf/

Sea cual sea la embarcación, desde una tabla de windsurf hasta un gran barco velero, pasando por un catamarán, los fundamentos de la navegación a vela son los mismos.

El primer paso es orientarse con respecto a la dirección y sentido (también la intensidad media) del viento reinante, pues éstos definen los distintos rumbos de navegación. Si se mirase desde una cierta altura sobre el nivel del mar, digamos 50 metros, hacia la superficie acuática, la dirección y sentido del viento se puede representar gráficamente, por ejemplo de manera vertical y sentido hacia abajo. Si el/los navegante(s) se encuentra en una posición O cualquiera, la dirección del viento y la dirección perpendicular a éste dividen al plano de navegación en cuatro cuadrantes (Cuadrante 1º, Cuadrante 2º, Cuadrante 3º, Cuadrante 4º). El/los navegante(s) tiene(n) infinitas opciones de rumbo de navegación a partir del punto O.

Rumbos de navegación.

Si opta por navegar en dirección hacia los cuadrantes 1º ó 2º estará navegando parcialmente en contra de viento. Estos tipos de rumbos se conocen como RUMBOS DE CEÑIDA.

Si escoge navegar hacia los cuadrantes 3º ó 4º, estará navegando parcialmente a favor de viento, por lo que la embarcación se desplazará más rápidamente que en los rumbos de ceñida. Esta clase de rumbos se llaman RUMBOS A UN LARGO.

Si se elige navegar justo en la dirección y sentido que marca el viento, la embarcación alcanzará la máxima impulsión (seguro que has escuchado alguna vez la expresión “viento en popa y a toda vela”) y se dice que es un RUMBO DE EMPOPADA.

Si su elección es navegar perpendicularmente a la dirección del viento, la impulsión de la embarcación será intermedia entre los rumbos de ceñida y los rumbos a un largo. En estos casos, se dice que es RUMBO DE TRAVÉS.

Comparación entre Rumbo de Través (1) y Rumbo de Ceñida (2).
Imagen original:
tarifawindsurf.blogspot.com.es/2011/03/tutorial-la-virada.html

Observa que, aproado, es imposible alcanzar un punto que se encuentre justo desde donde viene el viento. Para “ganarle altura al viento” hay que navegar en zig-zag en rumbos de ceñida de direcciones alternativas.

En resumen, partiendo de aproado y en sentido de las agujas del reloj, los posibles rumbos son:

  • rumbo de ceñida (amurado a estribor),
  • rumbo de través (amurado a estribor),
  • rumbo a un largo (amurado a estribor),
  • empopada ( puede amurarse a babor o a estribor),
  • rumbo a un largo (amurado a babor),
  • rumbo de través (amurado a babor),
  • rumbo de ceñida (amurado a babor).

FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE LA VELA.

Partimos del punto teórico O en que se encuentra el/los navegante(s). Cuando el viento incide sobre la superficie de una vela, a efectos prácticos, puede considerarse como si una sóla fuerza total o fuerza del viento V en dirección del eje y y sentido hacia abajo actuase sobre el centroide de la vela. Estableciendo un sistema de coordenadas cartesiano (x, y) [mira esta entrada del blog si quieres profundizar sobre “gráficas” en Matemáticas], los distintos rumbos quedan fijados al fijar el ángulo β desde la parte positiva del eje x. Alternativamente, se puede fijar, en lugar del ángulo β desde la parte positiva del eje x, el ángulo ψ desde la parte positiva del eje y.

Ambos ángulos están relacionados:

  • rumbo de ceñida (amurado a estribor): 0<ψ<90º ó 0<β<90º.
  • Rumbo de través (amurado a estribor): ψ = 90º ó β = 0º.
  • Rumbo a un largo (amurado a estribor): 90º<ψ<180º ó 270º<β<360º.
  • Empopada ( puede amurarse a babor o a estribor): ψ = 180º ó β = 270º.
  • Rumbo a un largo (amurado a babor): 180º<ψ<270º ó 180º<β<270º.
  • Rumbo de través (amurado a babor): ψ = 270º ó β = 180º.
  • Rumbo de ceñida (amurado a babor): 270º<ψ<360º ó 90º<β<180º.

Por otro lado, bien el ángulo α, bien el ángulo φ, fijan la posición de la vela. La fuerza V puede descomponerse en

  • una fuerza en dirección vélica (fuerza D), que vale:
    D = V sen α = V cos φ,
  • una fuerza global sobre el centroide de la superfice vélica (fuerza G), que vale:
    G = V cos α = V sen φ.

La fuerza G puede a su vez descomponerse según la dirección del rumbo y según su perpendicular, resultando

  • una fuerza impulsora (fuerza I), que vale:
    I = G cos (90º – α + β)= V cos α cos (90º – α + β),
  • una fuerza transversal T, responsable de la deriva de la embarcación, de valor:
    T = G sen (90º – α + β)= V cos α sen (90º – α + β).

Admitiendo que la posición ideal de la vela es aquélla en la que se alcanza la máxima impulsión, los valores óptimos de α y de φ, derivando I con respecto a α, igualando a cero esta expresión y obteniendo, así, α*, φ*, I* y T* (se omiten los cálculos correspondientes):

α*= β/2 + 45º,

φ* = ψ/2,

I*= V cos² (β/2 + 45º),

T*=V cos (β/2 + 45º) sen (β/2 + 45º).

En el gráfico siguiente se representa I* frente a β, para V = 1.

Entre 0 y 90º se tiene un rumbo de ceñida amurado a estribor. Justo para β = 90º, la embarcación se encuentra aproada contra viento y la impulsión es mínima (nula). Entre 90º y 180º se tiene un rumbo de ceñida amurado a babor.  Justo para β = 180º (punto de inflexión), la embarcación navega al través amurada a babor. Entre 180º y 270º se tiene un rumbo al largo amurado a babor. Justo para β = 270º se obtiene la máxima impulsión, en rumbo de empopada. Entre 270º y 360º se tiene un rumbo al largo amurado a estribor. Y para β = 360º = 0º, la embarcación navega al través amurada a estribor.

Para saber más. Referencias bibliográficas.

  • HOFFMAN, J., JANSSON, J. y JOHNSON, C. (2009): The Secret of Sailing.
    Applied Mathematics Body & Soul Vol 7, disponible en
    http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.170.9105&rep=rep1&type=pdf
    [Última consulta: Abril, 2017].
  • Wikipedia. Embarcación de vela.
    https://es.wikipedia.org/wiki/Embarcaci%C3%B3n_de_vela
    [Última consulta: Abril, 2017].
  • Wikipedia. Navegación a vela.
    https://es.wikipedia.org/wiki/Navegaci%C3%B3n_a_vela
    [Última consulta: Abril, 2017].
  • Blog sobre Windsurf.
    https://www.thewindsurfingblog.com/
    [Última consulta: Diciembre, 2017].
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2 respuestas a Fundamentos de la navegación a vela.

  1. vladik dijo:

    podríais poner los fundamentos científicos que usa un barco de vela? como por ejemplos las leyes de newton (la de el viento y el roce entre el agua y el barco), y las diferentes leyes. podríais hacerlo? sería muy bueno que lo pusierais

    saludos

    • Miguel Ángel Muñoz dijo:

      Tomo nota de lo que me sugieres y espero, en plazo razonable, complementar esta entrada del blog con los fundamentos que me indicas.
      Muchas gracias por tu comentario y un saludo cordial.

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