Navegación a vela

La navegación emplea el viento, que actúa sobre velas, velas de alas o cometas, para impulsar una embarcación en la superficie del agua (barco de vela, velero, windsurf o kitesurf), sobre hielo (barco de hielo) o en tierra (yate de tierra) sobre un destino elegido. curso, que a menudo es parte de un plan de navegación más amplio.

Desde la prehistoria hasta la segunda mitad del siglo XIX, los veleros fueron el principal medio de transporte y comercio marítimo; la exploración a través de los mares y océanos dependía de la vela para cualquier cosa que no fueran las distancias más cortas. El poder naval en este período utilizó la vela en diversos grados según la tecnología actual, que culminó en 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 para 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 permitió servicios programados que funcionaban a velocidades promedio más altas que los veleros. Las grandes mejoras en la economía de combustible permitieron que el vapor superara progresivamente a la vela en, en última instancia, todas las situaciones comerciales,

En el siglo XXI, la mayor parte de la navegación representa una forma de recreación o deporte. La navegación de recreo o yate se puede dividir en carreras y cruceros. Los cruceros pueden incluir viajes prolongados en alta mar y cruces oceánicos, navegación costera a la vista de la tierra y navegación de un día.

La navegación se basa en la física de las velas, ya que obtienen energía del viento, generando tanto sustentación como 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 por un barco en movimiento. Las fuerzas transmitidas a través de las velas son resistidas por las fuerzas del casco, la quilla y el timón de una embarcación de vela, por las fuerzas de las patines de un bote de hielo o por las fuerzas de las ruedas de una embarcación de navegación terrestre que están dirigiendo el rumbo. Esta combinación de fuerzas significa que es posible navegar tanto en ceñida como en ceñida. El rumbo con respecto a la dirección verdadera del viento (como lo indicaría una bandera estacionaria) se llama punto de vela.

Historia

A lo largo de la historia, la navegación ha sido una forma clave de propulsión que permitió una mayor movilidad que viajar por tierra, ya sea para exploración, comercio, transporte o guerra, y que aumentó la capacidad de pesca, en comparación con la de la costa.

Hasta las importantes mejoras en el transporte terrestre que se produjeron durante el siglo XIX, si el transporte por agua era una opción, era más rápido, más barato y más seguro que hacer el mismo viaje por tierra. Ejemplos de las consecuencias de esto incluyen el gran comercio de cereales en el Mediterráneo durante el período clásico. Ciudades como Roma dependían totalmente de la entrega por 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.

Un comercio similar pero más reciente, el del carbón, era el de las minas situadas cerca del río Tyne a Londres, que ya se realizaba en el siglo XIV y fue creciendo 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 carboneros de vela (realizando 8 o 9 viajes al año). Esta cantidad se había duplicado en 1839. (La primera mina de vapor no se lanzó hasta 1852 y las mina de carbón continuaron trabajando hasta el siglo XX).

Los primeros aparejos cuadrados generalmente no podían navegar mucho más cerca de 80 ° del viento, mientras que los primeros aparejos de proa y popa podían navegar tan cerca como 60 a 75 ° del viento. Más tarde, los barcos de aparejo cuadrado también pudieron navegar a barlovento y se convirtieron en el estándar para los barcos europeos durante la Era de los Descubrimientos, cuando los barcos se aventuraron alrededor de África a la India, a las Américas y alrededor del mundo. Los veleros se hicieron más largos y rápidos con el tiempo, con barcos aparejados que llevaban mástiles más altos con velas más cuadradas. La era de la vela (1570–1870) alcanzó su apogeo en los siglos XVIII y XIX con veleros mercantes que podían viajar a velocidades que excedían las de los barcos de vapor recién introducidos.

Exploración e investigación

La imagen más antigua que sugiere el uso de velas en un barco puede estar en una pieza de cerámica de Mesopotamia, fechada en el sexto milenio a. Se cree que la imagen muestra un mástil bípode montado en el casco de un bote de juncos; no se representa ninguna vela. La representación más antigua de una vela, de Egipto, data de alrededor del 3100 a. El Nilo se considera un lugar adecuado para el uso temprano de la vela para la propulsión. Esto se debe a que la corriente del río fluye de sur a norte, mientras que la dirección predominante del viento es de norte a sur. Por lo tanto, un barco de esa época podía usar la corriente para ir al norte, un viaje sin obstáculos de 750 millas, y navegar para hacer el viaje de regreso.

Los pueblos austronesios usaban velas desde algún tiempo antes del 2000 a. Su expansión desde lo que ahora es el sur de China y Taiwán comenzó en el año 3000 a. Su tecnología llegó a incluir estabilizadores, catamaranes y velas de cangrejo, lo que permitió la expansión austronesia alrededor de 3000 a 1500 a. C. en las islas del sudeste asiático marítimo y de allí a Micronesia, isla Melanesia, Polinesia y Madagascar. Dado que no hay nada en común entre la tecnología de barcos de China y los austronesios, estas características distintivas deben haberse desarrollado en o algún tiempo después del comienzo de la expansión. Viajaron grandes distancias en mar abierto en canoas con balancines utilizando métodos de navegación como las cartas de navegación.La capacidad de navegar 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 para informar de un descubrimiento o si no se encontraba tierra. Esto se adaptó bien a los vientos predominantes ya que las islas del Pacífico fueron colonizadas constantemente.

En la época de la era de los descubrimientos, que comenzó en el siglo XV, las embarcaciones de aparejo cuadrado y de mástiles múltiples 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.

Durante la era de los descubrimientos, los veleros figuraban en los viajes europeos por África a China y Japón; ya través del Océano Atlántico a 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 veleros 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.

Comercio

A principios de 1800, las goletas y bergantines rápidos que sorteaban bloqueos (Baltimore Clippers) se convirtieron en veleros de tres mástiles, típicamente aparejados con líneas finas que aumentaban la velocidad, pero reducían la capacidad para carga de alto valor, como el té de China. 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) por 24 horas. Los clípers dieron paso a embarcaciones más voluminosas y lentas, que se volvieron económicamente competitivas a mediados del siglo XIX. Surgieron planes de navegación con solo velas de proa y popa (goletas), o una combinación de las dos (bergantines, barcas y barquentines).Las goletas costeras de gavia con una tripulación de tan solo dos personas que manejan 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 viraba y la maquinaria impulsada por vapor a menudo estaba disponible para izar las velas y el ancla..

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 durante largas distancias en el siglo XIX y principios del XX.Eran los veleros mercantes más grandes, con tres a cinco mástiles y velas cuadradas, así como otros planes de navegación. Llevaban cargamentos a granel entre continentes. Los barcos de vela con casco de hierro se construyeron principalmente desde la década de 1870 hasta 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 resistir en viajes transoceánicos como el de Australia a Europa, ya que no requerían 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).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 no fueran rentables.

Potencia naval

Hasta la adopción general de barcos carvel-construidos que se basaban en una estructura de esqueleto interno para soportar el peso del barco y para cortar los puertos de armas en el costado, los barcos de vela eran solo vehículos para entregar combatientes al enemigo para el enfrentamiento. Para 1500, los puertos de armas permitían que los veleros navegaran junto a un barco enemigo y dispararan una andanada de múltiples cañones. Este desarrollo permitió que las flotas navales se organizaran en una línea de batalla, por lo que los buques de guerra mantendrían su lugar en la línea para enfrentarse al enemigo en una línea paralela o perpendicular.

Aplicaciones modernas

Si bien el uso de embarcaciones de vela para el comercio o el poder naval ha sido suplantado por embarcaciones impulsadas por motores, sigue habiendo operaciones comerciales que llevan pasajeros en cruceros de vela. Las armadas modernas también emplean veleros para capacitar a los cadetes en la náutica. La recreación o el deporte representan la mayor parte de la navegación en los barcos modernos.

Recreación

La navegación de recreo se puede dividir en dos categorías, navegación diurna, en la que se baja del barco para pasar la noche, y crucero, en la que se permanece a bordo.

La navegación diurna permite ante todo experimentar el placer de navegar en un barco. No se requiere destino. Es una oportunidad para compartir la experiencia con otros. 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.

Navegar en un yate de vela puede ser cerca de la costa o hacer un pasaje fuera de la vista de la tierra e implica el uso de veleros que soportan el uso sostenido durante la noche. Las zonas de navegación costera incluyen áreas del Mediterráneo y el mar Negro, el norte de Europa, Europa occidental e islas del Atlántico norte, África occidental y las islas del Atlántico sur, el Caribe y regiones de América del Norte y Central. La travesía a vela se realiza en rutas a través de los océanos de todo el mundo. Existen rutas circulares entre las Américas y Europa, y entre Sudáfrica y América del Sur. Hay muchas rutas desde América, Australia, Nueva Zelanda y Asia a destinos insulares en el Pacífico Sur. Algunos cruceros dan la vuelta al mundo.

Deporte

La navegación como deporte se organiza de forma jerárquica, comenzando a nivel de club náutico y llegando hasta federaciones nacionales e internacionales; puede implicar yates de carreras, botes de vela u otras pequeñas embarcaciones de vela abiertas, incluidos los barcos de hielo y los yates terrestres. Las regatas de veleros se rigen por World Sailing y la mayoría de los formatos de regata utilizan las Reglas de Regatas a Vela. Implica una variedad de disciplinas diferentes, que incluyen:

• Las carreras oceánicas, que se llevan a cabo en largas distancias y en aguas abiertas, a menudo duran varios días e incluyen la circunnavegación mundial, como la Vendée Globe y The Ocean Race.
• Carreras de flotas, con múltiples barcos en una regata que comprende múltiples carreras o eliminatorias.
• Match race comprende dos barcos que compiten entre sí, como se hace con la America's Cup, compitiendo por cruzar una línea de meta, en primer lugar.
• Regatas por equipos entre dos equipos de tres barcos cada uno en un formato análogo al de regatas.
• Navegación rápida para establecer nuevos récords para diferentes categorías de embarcaciones con la supervisión del Consejo Mundial de Récords de Velocidad a Vela.
• El embarque de vela tiene una variedad de disciplinas particulares de ese deporte.

Navegación

Punto de vela

La capacidad de una embarcación de vela para derivar energía del viento depende del punto de la vela en el que se encuentra: la dirección de viaje bajo la vela en relación con la dirección real del viento sobre la superficie. Los puntos principales de la vela corresponden aproximadamente a segmentos de 45° de un círculo, comenzando con 0° directamente en el viento. Para muchas embarcaciones de vela, el arco que abarca 45° a cada lado del viento es una zona de "prohibición", donde una vela no puede movilizar la energía del viento. Navegar en un rumbo lo más cerca posible del viento (aproximadamente 45 °) se denomina "ceñida". A 90° del viento, una embarcación se encuentra en un "alcance de haz". A 135° del viento, una embarcación se encuentra en un "alcance amplio". 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 alcance amplio, las velas actúan sustancialmente como un ala, con sustentación predominantemente propulsando la embarcación. En puntos de vela desde un alcance amplio hasta viento en popa, las velas actúan sustancialmente como un paracaídas, con la resistencia predominantemente propulsando la embarcación. Para embarcaciones con poca resistencia hacia adelante, como botes de hielo y yates terrestres, esta transición ocurre más alejada del viento que para veleros y barcos de vela.

La dirección del viento para las puntas de la vela siempre se refiere al viento real, el viento que siente un observador estacionario. El viento aparente —el viento que siente un observador en una embarcación a vela en movimiento— determina la fuerza motriz de una embarcación a vela.Un velero en tres puntas de vela

Las olas dan una indicación de la verdadera dirección del viento. La bandera da una indicación de la dirección aparente del viento.

• De ceñida: la bandera ondea hacia atrás, las velas están bien recogidas.
• Alcanzar: la bandera ondea ligeramente hacia un lado a medida que las velas se escotan para alinearse con el viento aparente.
• Corriendo: el viento viene de detrás de la embarcación; las velas son "ala sobre ala" para estar en ángulo recto con el viento aparente.

Efecto sobre el viento aparente

La velocidad del viento real (V _T) se combina con la velocidad de la embarcación de vela (V _B) para dar la velocidad del viento aparente (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 de la vela. Varía desde ser la velocidad real del viento de una embarcación detenida con grilletes en la zona de exclusión, hasta ser más rápida que la velocidad real del viento a medida que la velocidad de la embarcación se suma a la velocidad real del viento en un tramo. Disminuye hacia cero para una embarcación que navega a favor del viento.Efecto del viento aparente en embarcaciones de vela en tres puntos de vela

El velero A es de ceñida. El velero B está en un alcance de través. El velero C está en un alcance amplio.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.

• Viento aparente y fuerzas en un velero.A medida que el barco navega más lejos del viento, el viento aparente se vuelve más pequeño y la componente lateral se vuelve menor; la velocidad del barco es más alta en el alcance de la manga.
• Viento aparente en un barco de hielo.A medida que el barco de hielo navega más lejos del viento, el viento aparente aumenta ligeramente y la velocidad del barco es más alta en el tramo amplio. La vela está enrollada en los tres puntos de la vela.

La velocidad de los veleros a través del 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. 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 a un lado de su rumbo, lo que requiere navegar con la vela escotada la mayor parte del tiempo. puntos de vela. En los veleros convencionales, las velas se colocan para crear sustentación en aquellos puntos de la vela donde es posible alinear el borde de ataque de la vela con el viento aparente.

Para un velero, la punta de la vela afecta significativamente la fuerza lateral. Cuanto más alto apunta el barco al viento a vela, más fuerte es la fuerza lateral, que requiere resistencia de una quilla u otras láminas submarinas, incluida la orza, la orza, la proa 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 el propio barco y por la forma del barco, especialmente con un catamarán. A medida que el barco apunta hacia el viento, la fuerza lateral y las fuerzas requeridas para resistirlo se vuelven menos importantes. En los barcos de hielo, las fuerzas laterales son contrarrestadas por la resistencia lateral de las palas sobre el hielo y su distancia, lo que generalmente evita la escora.

Curso a vela

El viento y las corrientes son factores importantes a tener en cuenta tanto para la navegación en alta mar como para la navegación de bajura. 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 de los ríos pueden desviar un velero de su rumbo deseado.

Si el rumbo deseado está dentro de la zona de exclusión, entonces la embarcación debe seguir una ruta en zig-zag 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 al destino más rápidamente siguiendo una ruta en zig-zag en una serie de tramos amplios.

Superar obstrucciones o un canal también puede requerir un cambio de dirección con respecto al viento, lo que requiere cambiar de rumbo con el viento en el lado opuesto de la embarcación, desde antes.

El cambio de rumbo se llama virar cuando el viento cruza la proa de la embarcación cuando gira y trasluchar (o trasluchar) si el viento pasa por la popa.

Contra el viento

Una embarcación de vela puede navegar en un rumbo en cualquier lugar fuera de su zona de exclusión. Si el siguiente punto de ruta o destino está dentro del arco definido por la zona de exclusión desde la posición actual de la embarcación, entonces debe realizar una serie de maniobras de virada para llegar allí en una ruta con patas de perro, llamada ceñida a barlovento. El progreso a lo largo de esa ruta se llama el curso hecho bueno; la velocidad entre los puntos inicial y final de la ruta se denomina velocidad cumplida y se calcula dividiendo la distancia entre los dos puntos por el tiempo de viaje. La línea límite del waypoint que permite al velero dejarlo a sotavento se denomina layline.Mientras que algunos yates de vela con aparejo de las Bermudas pueden navegar hasta a 30° del viento, la mayoría de los aparejadores cuadrados del siglo XX están limitados a 60° del viento. Los aparejos de proa y popa están diseñados para operar con el viento a 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 más altas en una embarcación de vela, ceñida y batiendo a barlovento, las fuerzas de resistencia del agua alrededor de la quilla, la orza, el timón y otras aletas de la embarcación también son más altas para mitigar el abatimiento: la embarcación se desliza a sotavento de su rumbo.. Los botes de hielo y los yates terrestres minimizan el movimiento lateral con la resistencia lateral de sus palas o ruedas.

Cambiar de rumbo virando

Virar o dar la vuelta es una maniobra mediante la cual una embarcación de vela gira su proa hacia y a través del viento (denominada "el ojo del viento") de modo que el viento aparente cambia de un lado a otro, lo que permite avanzar por el lado opuesto. virar. El tipo de aparejo de vela dicta los procedimientos y restricciones para lograr una maniobra de virada. Los aparejos de proa y popa permiten que sus velas cuelguen fláccidas 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 pivotantes flexibles y completamente giratorios que se voltean de un lado a otro.

• Virando desde la amurada a babor (inferior) a la amurada a estribor (superior)
• Navegando a barlovento en viradas cortas (P1), medias (P2) y largas (P3)

A favor del viento

Una embarcación de vela puede viajar directamente a favor del viento solo 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 que se logra viajando en una serie de tramos amplios, puntuados por trasluchadas en el medio. Este es el caso de 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, catamaranes y veleros de alto rendimiento.

Navegar por un canal o un rumbo a favor del viento entre obstrucciones puede requerir cambios de dirección que requieran un cambio de rumbo, logrado con una trasluchada.

Cambio de rumbo trasluchando

La trasluchada o trasluchada es una maniobra de navegación mediante la cual una embarcación a vela gira su popa pasando el ojo del viento de manera que el viento aparente cambia de un lado a otro, permitiendo avanzar por el borde opuesto. Esta maniobra se puede realizar en embarcaciones más pequeñas tirando del timón hacia usted (el lado opuesto de la vela).Al igual que con la virada, el tipo de aparejo dicta los procedimientos y restricciones para trasluchar. Las velas de proa y popa con botavaras, garfios o galones son inestables cuando el extremo libre apunta hacia el ojo del viento y deben controlarse para evitar un cambio violento hacia el otro lado; los aparejos cuadrados, ya que presentan toda el área de la vela al viento desde la parte trasera, experimentan pocos cambios de operación de una amura a la otra; y los windsurfistas nuevamente tienen mástiles pivotantes y completamente giratorios que se voltean de un lado a otro.

Viento y corrientes

Los vientos y las corrientes oceánicas son el resultado de que el sol alimenta sus respectivos medios fluidos. El viento impulsa la embarcación de vela y el océano lleva la embarcación en su curso, ya que las corrientes pueden alterar el curso de una embarcación de vela en el océano o en un río.

• Viento: a escala mundial, los barcos que realizan viajes largos deben tener en cuenta la circulación atmosférica, lo que provoca zonas de vientos del oeste, vientos del este, vientos alisios y zonas de alta presión con vientos ligeros, a veces llamadas latitudes de caballo, en el medio. Los marineros predicen la dirección y la fuerza del viento con el conocimiento de las áreas de alta y baja presión y los frentes meteorológicos que las acompañan. A lo largo de las áreas costeras, los marineros se enfrentan a cambios diurnos en la dirección del viento, que sale de la costa durante la noche y llega a la costa durante el día. Los cambios de viento temporales locales se denominan ascensores, cuando mejoran la capacidad de la embarcación de navegar a lo largo de su línea loxodrómica en la dirección del siguiente waypoint. Los cambios de viento desfavorables se denominan encabezados.
• Corrientes: a escala mundial, los buques que realizan viajes largos deben tener en cuenta la circulación de las principales corrientes oceánicas. Las principales corrientes oceánicas, como la Corriente del Golfo en el Océano Atlántico y la Corriente de Kuroshio en el Océano Pacífico, requieren una planificación del efecto que tendrán en la derrota de un buque en tránsito. Del mismo modo, las mareas afectan la trayectoria de un barco, especialmente en áreas con grandes amplitudes de marea, como la Bahía de Fundy o a lo largo del sureste de Alaska, o donde la marea fluye a través de estrechos, como Deception Pass en Puget Sound. Los navegantes usan tablas de mareas y corrientes para informar su navegación. Antes de la llegada de los motores, era ventajoso para los barcos de vela entrar o salir del puerto o atravesar un estrecho con la marea.

Guarnición

El trimado se refiere al ajuste de las líneas que controlan las velas, incluidas las escotas que controlan el ángulo de las velas con respecto al viento, las drizas que elevan y tensan la vela, y al ajuste de la resistencia del casco a la escora, la guiñada o el avance en el agua.

Paño

Las velas cuadradas están controladas por dos de cada una de: escotas, brazas, cabos de escota y aparejos de rizo, más cuatro cabos, cada uno de los cuales puede ser controlado por un miembro de la tripulación a medida que se ajusta la vela. Hacia el final de la era de la vela, la maquinaria a vapor redujo el número de tripulantes necesarios para trimar la vela.

El ajuste del ángulo de una vela de proa a popa con respecto al viento aparente se controla con una línea, llamada "hoja". En puntos de vela entre ceñida y amplia, el objetivo suele ser crear flujo a lo largo de la vela para maximizar la potencia a través de la sustentación. Las serpentinas colocadas en la superficie de la vela, llamadas testigos, 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 se configuran para ajustarse para crear un flujo laminar suave, que va de uno a otro en lo que se denomina "efecto de ranura".

En los puntos de la vela a favor del viento, la potencia se logra principalmente con el viento empujando la vela, como lo indican los indicadores colgantes. Los spinnakers son velas ligeras, de gran superficie y muy curvadas que están adaptadas para navegar con el viento en contra.

Además de utilizar las escotas para ajustar el ángulo con respecto al viento aparente, otras líneas controlan la forma de la vela, en particular la escota, la driza, la botavara y el backstay. Estos controlan la curvatura que es apropiada para la velocidad del viento, cuanto más fuerte es el viento, más plana es la vela. Cuando la fuerza del viento es mayor que estos ajustes pueden adaptarse para evitar dominar la embarcación de vela, entonces se reduce el área de la vela a través de rizos, sustituyéndola por una vela más pequeña o por otros medios.

Vela reductora

La reducción de la vela en los barcos de aparejo cuadrado podría lograrse exponiendo menos de cada vela, atándola más arriba con puntos de rizo. Además, a medida que los vientos se vuelven más fuertes, las velas se pueden enrollar o quitar de los mástiles, por completo hasta que la embarcación sobreviva a los vientos huracanados bajo "postes desnudos".

En embarcaciones con aparejo de proa y popa, la reducción de la vela puede enrollar el foque y rizar o bajar parcialmente la vela mayor, es decir, reducir el área de una vela sin cambiarla por una vela más pequeña. Esto da como resultado tanto una superficie vélica reducida como un centro de esfuerzo más bajo de las velas, lo que reduce el momento de escora y mantiene el barco más erguido.

Hay tres métodos comunes para rizar la vela mayor:

• Arrecife de losa, que consiste en bajar la vela aproximadamente entre un cuarto y un tercio de su longitud total y tensar la parte inferior de la vela con un cabo de escota o una línea de arrecife precargada a través de una ondulación en el nuevo puño de escota y enganchar a través un crujido en la nueva tachuela.
• Arrecife de rodillos en la botavara, con una lámina horizontal dentro de la botavara. Este método permite listones horizontales estándar o de longitud completa.
• Arrecife de rodillos en mástil (o sobre mástil). Este método enrolla la vela alrededor de una lámina vertical, ya sea dentro de una ranura en el mástil o fijada al exterior del mástil. Requiere una vela mayor sin sables o con sables verticales recién desarrollados.

Cáscara

El ajuste del casco tiene tres aspectos, cada uno vinculado a un eje de rotación, que controlan:

• Escora (rodar sobre el eje longitudinal)
• Fuerza del timón (rotación sobre el eje vertical)
• Arrastre del casco (rotación sobre el eje horizontal en medio del barco)

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 sobre las velas.

Bandazo

La estabilidad de la forma de un velero (la resistencia de la forma del casco al balanceo) es el punto de partida para resistir la escora. Los catamaranes y los barcos de hielo tienen una postura amplia que los hace resistentes a la escora. Las medidas adicionales para trimar una embarcación de vela para controlar la escora incluyen:

• Lastre en la quilla, que contrarresta la escora durante el balanceo del barco.
• Desplazamiento de peso, que podría ser la tripulación en un trapecio o lastre móvil a lo largo del barco.
• Vela reductora
• Ajuste de la profundidad de las láminas submarinas para controlar su fuerza de resistencia lateral y el centro de resistencia

Fuerza de timón

La alineación del centro de fuerza de las velas con el centro de resistencia del casco y sus apéndices controla si la embarcación se desplazará en línea recta con poca maniobra de gobierno o si es necesario realizar una corrección para evitar que gire contra el viento (un problema meteorológico). timón) o alejarse del viento (un timón a sotavento). Un centro de fuerza detrás del centro de resistencia provoca un timón meteorológico. El centro de fuerza por delante del centro de resistencia provoca un timón de sotavento. Cuando los dos están estrechamente alineados, el timón es neutral y requiere poca información para mantener el rumbo.

Arrastre del casco

La distribución del peso de proa a popa 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.

Otros aspectos de la náutica

La náutica abarca todos los aspectos de llevar y sacar un velero del puerto, navegarlo hasta 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 la gestión de las líneas que controlan las velas y el aparejo.

Términos náuticos

Términos náuticos para los elementos de una embarcación: estribor (lado derecho), babor o babor (lado izquierdo), proa o proa (hacia adelante), popa o popa (hacia atrás), proa (parte delantera del casco), popa (parte de popa del casco), manga (la parte más ancha). Los mástiles, velas de apoyo, incluyen mástiles, botavaras, vergas, garfios y postes. Las líneas móviles que controlan las velas u otros equipos se conocen colectivamente como el aparejo de funcionamiento de una embarcación. Las líneas que izan las velas se denominan drizas, mientras que las que las golpean se llaman downhauls. 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 la escota de mayor o la escota de foque). Tipose utilizan para controlar los extremos de otros mástiles, como los postes de spinnaker. Las líneas utilizadas para amarrar un barco cuando está al costado se llaman líneas de muelle, cables de atraque o urdimbres de amarre. Un paseo es lo que une un barco anclado a su ancla.

Manejo de lineas

Los siguientes nudos se utilizan comúnmente para manipular cabos y cabos en embarcaciones de vela:

• As de guía: forma un lazo al final de una cuerda o línea, útil para atar un pilote.
• Enganche de cala: fija una línea a una cala, se usa con líneas de atraque.
• Enganche de clavo: dos medios enganches, que se utilizan para atar a un poste o colgar un guardabarros.
• Figura en ocho: un nudo de tope evita que una línea se deslice más allá de la abertura en un accesorio.
• Enganche rodante: un enganche de fricción en una línea o un larguero que tira en una dirección y se desliza en la otra.
• Curva de sábana: une dos extremos de la cuerda, cuando se improvisa una línea más larga.
• Nudo de arrecife o nudo cuadrado: se utiliza para rizar o almacenar una vela atando dos extremos de una línea.

Las líneas y las drizas generalmente se enrollan cuidadosamente para su estiba y reutilización.

Vela física

La física de la navegación surge de un equilibrio de fuerzas entre el viento que impulsa la embarcación a vela cuando pasa sobre sus velas y la resistencia de la embarcación a vela para no desviarse del rumbo, que proporciona en el agua la quilla, el timón, las láminas submarinas. y otros elementos de la parte inferior de un velero, en hielo por los patines de un velero, o en tierra por las ruedas de un vehículo terrestre a vela.

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 dado de la vela contribuye al "viento aparente": la velocidad y la dirección del viento medidas en la embarcación en movimiento. El viento aparente en la vela crea una fuerza aerodinámica total, que puede descomponerse en arrastre, el componente de fuerza en la dirección del viento aparente, y sustentación, el 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 el arrastre pueden ser el componente propulsor predominante. Dependiendo del ángulo de ataque de un juego de velas con respecto al viento aparente, cada vela proporciona fuerza motriz a la embarcación de vela, ya sea desde un flujo unido con dominancia de sustentación o un flujo separado con dominancia de arrastre. Además, las velas pueden interactuar entre sí para crear fuerzas que son diferentes de la suma de las contribuciones individuales de cada vela, cuando se usan solas.

Velocidad aparente del viento

El término "velocidad" se refiere tanto a la rapidez como a la dirección. Cuando se aplica al viento, la velocidad del viento aparente (VA) es la velocidad del _aire que actúa sobre el borde de ataque de la vela más proa o según la experimentan los instrumentos o la tripulación en una embarcación de vela en movimiento. En la terminología náutica, las velocidades del viento normalmente se expresan 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 de viento real dada. Las embarcaciones de vela convencionales no pueden obtener energía del viento en una zona de "prohibición" que está aproximadamente a 40° o 50° del viento real, dependiendo de la embarcación. Asimismo, la velocidad directamente a favor del viento de todas las embarcaciones de vela convencionales está limitada a la velocidad real del viento. 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 más alta en el alcance de la manga. Para actuar como un perfil aerodinámico, la vela de un velero se desplaza más hacia afuera a medida que el rumbo se aleja del viento.A medida que un barco de hielo navega más lejos del viento, el viento aparente aumenta ligeramente y la velocidad del barco es más alta en el tramo amplio. Para que actúe como un perfil aerodinámico, la vela de un barco de hielo se cubre en los tres puntos de la vela.

Levantar y arrastrar velas

La sustentación de una vela, que actúa como 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, la vela forma, densidad del aire y velocidad del viento aparente. La fuerza de sustentación resulta de que la presión promedio en la superficie de barlovento de la vela es más alta que la presión promedio en el lado de sotavento.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, existe 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 una función tanto de la punta de la vela de la embarcación como de cómo se ajusta la vela con respecto al viento aparente.

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 cuando el ángulo de ataque aumenta con el trimado 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 arrastre inducido por la sustentación. Al comienzo de la entrada en 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 calado.

La sustentación y el arrastre son componentes de la fuerza aerodinámica total en la vela, que son resistidos por fuerzas en el agua (para un bote) o en la superficie recorrida (para un bote de hielo o una embarcación de navegación terrestre). Las velas actúan de dos modos básicos; bajo el modo de sustentación predominante, la vela se comporta de manera análoga a un ala con flujo de aire unido a ambas superficies; en el modo de arrastre predominante, la vela actúa de manera análoga a un paracaídas con flujo de aire separado, arremolinándose alrededor de la vela.

Predominio de sustentación (modo ala)

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 de sustentación característico y un coeficiente de arrastre 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 se dispone de un ángulo de ataque efectivo para generar sustentación (causando orzada) y navegar lo suficientemente lejos del viento como para que la vela no pueda orientarse en un ángulo de ataque favorable para evitar la vela de calado con separación de flujo.

Predominio de arrastre (modo paracaídas)

Cuando las embarcaciones de vela navegan en un rumbo en el que el ángulo entre la vela y el viento aparente (el ángulo de ataque) supera el punto de máxima sustentación, se produce una separación del flujo. 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 es perpendicular al viento aparente, cuando la sustentación se vuelve insignificante y predomina la resistencia. Además de las velas utilizadas en ceñida, los spinnakers proporcionan un área y una curvatura apropiadas para navegar con un flujo separado en los puntos de la vela a favor del viento, de manera análoga a los paracaídas, que proporcionan sustentación y resistencia.Navegación a sotavento con spinnaker

• Spinnaker configurado para un amplio alcance, generando sustentación, con flujo separado y resistencia.
• Sección transversal de spinnaker recortada para un alcance amplio que muestra la transición de la capa límite al flujo separado donde comienza el desprendimiento de vórtices.
• Spinnaker simétrico mientras corre a favor del viento, principalmente generando resistencia.
• Sección transversal simétrica del spinnaker con viento aparente de seguimiento, que muestra el desprendimiento de vórtices.

Variación del viento con la altura y el tiempo

La velocidad del viento aumenta con la altura sobre la superficie; al mismo tiempo, la velocidad del viento puede variar en períodos cortos de tiempo como 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. 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 de aproximadamente 6 m/s (12 nudos) a 15 m (50 pies) sobre el agua. En vientos con fuerza de huracán con 40 m/s (78 nudos) en la superficie, la velocidad a 15 m (50 pies) sería de 49 m/s (95 nudos)Esto sugiere que las velas que se elevan más por encima de la superficie pueden estar sujetas a fuerzas de viento más fuertes que mueven el centro de esfuerzo sobre ellas más arriba de la superficie y aumentan el momento de escora. Además, la dirección del viento aparente 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 el flujo adjunto con la altura.

Las ráfagas se pueden predecir con el mismo valor que sirve como exponente de la cizalladura del viento, sirviendo 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 hasta 15 nudos). Esto, combinado con los cambios en la dirección del viento, sugiere el grado en que una embarcación de vela debe ajustar el ángulo de la vela a las ráfagas de viento en un rumbo determinado.

Física del casco

Las embarcaciones de navegación acuáticas se basan en el diseño del casco y la quilla para proporcionar un arrastre hacia adelante mínimo en oposición a la potencia de propulsión de las velas y una resistencia máxima a las fuerzas laterales de las velas. En los veleros modernos, la resistencia se minimiza mediante el control de la forma del casco (romo o fino), apéndices y deslizamiento. 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.

Arrastrar

El arrastre de su forma se describe mediante un coeficiente prismático, C _p = volumen desplazado de la embarcación dividido por la longitud de la línea de flotación multiplicada por el área máxima de la sección desplazada; 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, los valores de 0,53 ≤ C _p ≤ 0,6 son probables 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.

Resistencia lateral

Los veleros usan algún tipo de lámina submarina para generar sustentación que mantiene la dirección de avance del barco a vela. Mientras que las velas funcionan con ángulos de ataque entre 10° y 90° incidentes con el viento, los foils submarinos operan con ángulos de ataque entre 0° y 10° incidentes con el agua que pasa. Ni su ángulo de ataque ni su superficie son ajustables (a excepción de las láminas móviles) y nunca se detienen intencionalmente. Escorar la embarcación alejándola de la perpendicular hacia el agua degrada significativamente la capacidad de la embarcación para apuntar hacia el viento.

Velocidad del casco y más allá

La velocidad del casco es la velocidad a la que la longitud de onda de la ola de proa de una embarcación es igual a su eslora en la línea de flotación y es proporcional a la raíz cuadrada de la eslora de la embarcación 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 la embarcación está ascendiendo por una ola de proa cada vez más empinada con la adición de potencia sin que la ola se propague hacia adelante más rápido.

Las embarcaciones de planeo y frustrado no están limitadas por la velocidad del casco, ya que se elevan fuera del agua sin generar una ola de proa con la aplicación de potencia. 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 sobre patines de hielo o ruedas porque no desplazan el agua.