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Apuntes imprescindibles para Navegar a Vela

Curso Básico de Vela

CURSO DE INICIACIÓN A LA NAVEGACIÓN A VELA

Para familiarizarse con los diferentes conceptos que se enuncian en estos apuntes, es condición previa dominar una nomenclatura básica que vamos a exponer de la forma mas clara posible.

Lo que, normalmente, denominamos como cuerdas reciben, en un barco, el nombre de cabos y aquellos que sirven para cazar (tirar) o amollar (soltar) las velas reciben el nombre de escotas.

Se denomina Barlovento a aquella zona de la que viene el viento y Sotavento hacia donde va el viento. En el dibujo anterior Barlovento estará en Estribor y Sotavento en Babor.

La inclinación que experimenta un barco por efecto del viento se llama escora y se produce sólo a determinados rumbos con respecto al viento.

EL VIENTO

En una embarcación a vela es de importancia capital saber que utilidad vamos a dar al viento reinante, como haremos incidir al mismo sobre la embarcación para que ésta avance, su dirección y origen.

Los vientos provenientes, en nuestra zona, del 1º y 4º cuadrante son más frescos y secos que los provenientes del 2º y 3º cuadrante, los cuales efectúan su recorrido sobre el mar, lo que los hace más templados y húmedos.

El origen de los vientos generales se debe a las Borrascas y a los Anticiclones, las primeras significan una presión atmosférica baja y en las zonas por ellas abarcadas los vientos giran, en el hemisferio norte, en el sentido contrario a las agujas del reloj. Los Anticiclones, por el contrario, significan una presión atmosférica alta, conllevan buen tiempo y en la zona por ellos abarcada, en el hemisferio norte, los vientos giran en el mismo sentido que las agujas del reloj.

Si efectuamos, no obstante, un análisis puntual de una zona costera veremos que a nivel local las brisas de costa tienen otros orígenes, que son los debidos a la distinta capacidad de calentamiento y enfriamiento de la tierra y el agua. El mecanismo que las establece funciona tanto mejor cuanto menor sea la nubosidad.

Durante el día y por la acción solar, el suelo se calienta más deprisa que el agua. El aire tiene la curiosa propiedad de ser diatérmico, lo que significa que no se calienta directamente por la acción de los rayos solares que lo atraviesan, los cuales, sí que calientan, aunque desigualmente el suelo y el agua. Es el contacto con éstos el que calienta el aire de las capas bajas, propagándose el calor hacia arriba por convección (ascenso de burbujas de aire caliente, más ligero que el aire frío). En consecuencia, el aire de las capas bajas se calienta más que el más elevado y en mayor medida sobre el suelo que sobre el agua.

Como el aire más caliente es el que menos pesa, la presión atmosférica se hace algo más baja sobre el suelo que sobre el inmediato mar. Entonces, desde un punto situado en el seno del aire y sobre la vertical de línea de costa, la flecha que indica el sentido en que aumenta la presión apuntará hacia abajo y ligeramente inclinada hacia al mar, mientras que la que indica el sentido en que aumenta la temperatura apuntará claramente hacia el interior de la tierra. Se establecerá entonces una circulación del aire a ras del suelo desde el mar a la tierra. Tal viento se conoce como brisa de mar o virazón.

Para que el circuito quede cerrado, el aire asciende en vertical tierra adentro, sopla en contrabrisa a cierta altura y desciende en vertical mar adentro.

Durante la noche la tierra se enfria más deprisa que el agua, con lo que la flecha indicadora del aumento de presión apuntará hacia abajo y ligeramente inclinada hacia tierra, mientras la que indica el sentido en que aumenta la temperatura apuntará claramente hacia el interior del mar, estableciéndose una circulación en las capas bajas de la tierra al mar. Este viento se conoce como brisa de tierra o terral.

El circuito se cierra con ascendencia (débil) sobre el mar contrabrisa a cierta altura y descendencia tierra adentro.

Se comprende que las brisas más fuertes ocurren en verano y las más débiles en invierno. Pueden ser modificadas local y principalmente por una especial configuración orográfica de las costas, por su orientación y por la presencia de vegetación.

La brisa de mar suele ser más fuerte que la de tierra; empieza como suave ventolina, arreciando progresivamente hasta los diez o doce nudos por término medio.

Ceñida y empopada, aquí juegan cuatro fuerzas.

Las dos formas extremas de navegar a vela son la ceñida y la empopada; no puede haber nada mas distinto que los dos sistemas de fuerzas que intervienen allí. Mientras que en ceñida el velero está equilibrado y tiene tendencia a mantener el rumbo (por tanto está en equilibrio estable) en la empopada todo contribuye a que el barco se vaya de su rumbo.
Veamos lo que ocurre en ceñida: el empuje de las velas da una resultante con gran empuje lateral y poco empuje propulsivo, pero el efecto antideriva proporcionado por la quilla u orza permite que el barco ande hacia delante.
Confirmemos aquí que el empuje lateral de las velas y la resistencia del perfil sumergido tienen que estar igualados, o de lo contrario el barco se desplazaría lateralmente. Tenemos pues un primer equilibrio. Pero si decimos que el velero navega en equilibrio estable nos estamos refiriendo mas bién a su voluntad de mantenerse a rumbo, contra la tendencia a separarse de él que registra cuando va en popa.
Imaginemos que el velero orza demasiado, ya sea por su natural tendencia, por culpa de un fallo en el timón o a causa de una ola: si las velas están cazadas correctamente, la mayor será la primera en sufrir el desvente producido por el génova. Aunque éste se devente también en el grátil, el centro vélico efectivo se desplazará hacia proa, lo cual combinado con la pérdida de velocidad del velero que le hará deslizarse de costado sobre el agua al perder eficacia su plano de deriva contribuirán a hacerle volver a rumbo.

Si el equilibrio vélico es correcto, también al caer demasiado el barco, disminuirá la eficacia del génova, al ser tapado por la mayor. El centro vélico se desplazará hacia popa, dando al barco ganas de orzar y devolviéndole a su rumbo inicial. Este movimiento automático puede no ser muy evidente en los barcos actuales debido a la gran superficie de la pala del timón, que en muchos casos está compensada. Al ser el timón móvil y afectar de forma tan notable al rumbo, su efecto puede sobre el equilibrio del velero. Al amarrar el timón en una posición fija se observa el equilibrio con más facilidad.

Si pasamos de la ceñida al descuartelar, al aflojar las escotas, nos encontraremos con que el barco tiene todavía más tendencia a orzar. ¿A qué se debe esto, si parece que al aflojar las escotas el centro vélico se desplaza hacia delante y por tanto debería el barco ser más manejable? Un pequeño dibujo nos permite ver como, al abrir las velas, el centro de empuje se va hacia el costado y produce un momento de giro que obliga al barco a irse de orzada. Este es un punto de desequilibrio que sólo puede compensarse accionando el timón.

A) En navegación de ceñida el equilibrio depende de dos pares de fuerzas opuestas. Mientras al empuje hacia delante se opone la resistencia al avance, el empuje lateral
es contrarrestado por la presencia de la orza.

B) Al abrir las escotas el centro de empuje se traslada al costado del barco. No es pues un desequilibrio longitudinal sino transversal el que produce este tirón en el timón.

En cuanto al equilibrio navegando en popa, también la física contradice la primera impresión y demuestra que es el más inestable y complejo. Asumamos que un velero navega empujado por el viento sin alcanzar su velocidad límite, con la mayor y el spiinaker izados. Lo primero que vemos es el equilibrio entre las dos fuerzas opuestas del empuje de las velas y el freno causado por el paso del casco en el agua. Si el empuje es mayor el barco acelerará, al aumentar la velocidad crecerá la resistencia, de forma que cuando ambas sean iguales se producirá el equilibrio. Cualquier pequeño incidente que desvíe el barco de su rumbo puede desequilibrarlo muy fácilmente. Mientras el empuje del spinnaker y la mayor se encuentren en línea por el centro de gravedad del barco y por tanto, del punto de aplicación de freno, el barco irá recto. Pero sólo hacen falta cinco grados de escora para que la mayor y el spy tiren apoyados en un costado y hagan orzar el barco. Si nadie corrige esto en el timón puede el spy llegar a vaciarse; la mayor entonces será la única fuerza de propulsión que hará orzar el barco hasta que éste quede atravesado al viento.
C ) Sin timón sería imposible mantener el rumbo cuando el barco navega en popa. Las fuerzas que intervienen aquí trabajan en planos diferenciados, haciendo mas difícil su equilibrio.

RESISTENCIA A LA ESCORA
La relación casco-lastre

El problema, quizás más agudo, en el diseño de un velero es la colocación del centro vélico, o el equilibrio entre éste y el centro de deriva. En teoría, para que un velero esté equilibrado deberían coincidir el empuje de las velas con la resistencia lateral, y anularse mutuamente. El sistema geométrico más simple (calcular en el plano el centro geométrico de la deriva y de las velas y hacerlas coincidir en la misma vertical) ha demostrado varias veces que no funciona. Resulta que si se quiere que el barco ciña tiene que ser un poco ardiente. Pero al escorar su casco cobra asimetría y se desplaza el empuje de las velas a sotavento, creando una tendencia a la orzada de forma natural e imposible de calcular fiablemente. Por si esto fuera poco, no es lo mismo el centro geométrico del plano de deriva que su centro efectivo de resistencia lateral; según sea su forma y espesor, el perfil tendrá un efecto distinto cuando el barco navega e incluso al variar la velocidad o el ángulo de escora puede desplazarse el centro hacia delante o hacia atrás.

Con las velas ocurre algo muy parecido, pues su centro geométrico no coincide con el punto de aplicación de la fuerza resultante. Este puede variar notablemente dependiendo del viento que sopla, la situación de la bolsa máxima de las velas, la interacción entre ellas y también la forma de navegar del timonel: si el barco va muy "lleno", algo caído para el viento, el centro de empuje será distinto del obtenido del navegar apurando el ángulo haciendo flamear los grátiles.

El centro vélico acostumbra a estar, en los cruceros modernos, ligeramente por delante del centro de deriva. Decir que la distancia varía entre un 3% y un 8% de la eslora de flotación no ayudará mucho al lector. Estos queden quizás más satisfechos sabiendo que los diseñadores acostumbran a utilizar el método de "a ojo", como se demuestra por lo a menudo que los barcos de regata tienen que volver al astillero para modificar la posición de su quilla. En los barcos de serie los arquitectos cuentan con la experiencia de otros diseños anteriores. Casi siempre los cálculos basados en extrapolaciones de modelos probados resultan más eficaces que la resolución de ecuaciones y cálculos sobre el papel.

Y ya que hemos hablado del efecto de la escora, recordemos que si un velero fuese un lápiz redondo o, para seguir el ejemplo preferido por los diseñadores, una flecha que volase por el aire, al escorar mantendría su forma bajo el agua. Resulta sin embargo que tiene manga, proa y popa, y que al escorar se ensancha más de sotavento que de barlovento. Lo grave no es solamente esto: la quilla se desplaza entonces a barlovento y las velas a sotavento. Al navegar el barco sobre el plano horizontal formado por el agua y no sobre el plano inclinado de su línea de flotación, aparece allí otro "momento" que tiende a hacer girar el barco de sotavento a barlovento. ¿Cómo se consigue navegar recto a pesar de todo? Por un lado hemos visto como el diseñador ha previsto adelantar el centro vélico; luego está el trabajo de la tripulación, que deberá adelantarlo aún más a base de los convenientes reglajes. El resto lo hace el timonel aguantando la rueda con fuerza.

Los diseñadores acostumbran a hablar de barcos "rígidos" y barcos "blandos" cuando diferencian a aquellos que aguantan mucho trapo sin escorar de los que toman excesivo ángulo a poco que aumenta el viento. A la resistencia de la escora se le acostumbra a llamar "estabilidad", término que se usa para tantas cosas que llega a crear confusión. En el caso de la escora la estabilidad se obtiene de la combinación de la estabilidad del casco y el peso de su lastre. Este es el llamado momento de adrizamiento que se opone al momento de escora causado por el viento sobre las velas, así como en algún caso por la pendiente de las olas. En circunstancias normales, cuando el barco navega con un ángulo de escora fijo, se produce un equilibrio entre el momento de escora y el momento de adrizamiento. Es decir, ambos son iguales. El ángulo de escora aumenta a medida que el viento aumenta, hasta equiparar los valores y alcanzar el equilibrio. Puede ocurrir también, en caso de una ola muy fuerte, que el momento de escora sea mayor que el adrizante; el barco escorá más allá de su ángulo de estabilidad máxima y puede volcar.

Hay que recordar que la resistencia a la escora no es igual en todos los ángulos. Cuando el barco está plano resulta nulo, y a medida que el ángulo aumenta crece con el momento adrizador, hasta llegar a un punto en que empieza a disminuir. Los arquitectos muestran este momento en una curva que en ángulos pequeños crece casi en vertical y según la proporción entre manga y lastre, empieza a aplanarse en cuanto el barco llega a escoras importantes, con la regala cerca del agua. Después de pasar por el máximo, la curva desciende hasta el cero y se prolonga por debajo de este valor, dando la zona de estabilidad negativa. El paso de positivo a negativo no es igual en todos los veleros y puede variar entre los 90 y los 160 grados de escora. La estabilidad negativa alcanza su punto máximo normalmente a los 180 grados, momento en que hay más resistencia a recuperar la posición inicial. La curva de estabilidad permite distinguir los veleros estables de los que no lo son: basta averiguar el tramo de estabilidad positiva. Si éste llega a los 120 grados, como ocurre en la mayoría de los veleros actuales, se puede considerar estable. Los diseños de regata pura puede tomar riesgos y bajar esta cifra hasta los 100 grados, mientras que los cruceros oceánicos de gran desplazamiento gozan de estabilidad positiva hasta los 140 grados.

La estabilidad contra la escora

Resulta agradable para el navegante que el barco pueda aguantar fuertes rachas de viento sin tumbarse sobre el agua. El lastre colocado en la parte inferior del barco (a 1, 2 o 3 metros bajo el agua) es responsable de mantenerle plano, de forma que cuando el viento empuja de costado y el palo se inclina se forman un par de fuerzas entre el centro de flotación, desplazado hacia sotavento, y el centro de gravedad desplazado hacia barlovento. Al mismo tiempo, la orza o quilla también contrarresta el empuje lateral que haría derrapar el barco de forma irremediable y no le permitiría moverse hacia delante.

El equilibrio que se forma entre el peso del lastre y la fuerza del viento es el que hace decir a mucha gente que un velero actual es como un tentetieso. En esto el velero es un objeto de equilibrio estable, siempre y cuando se encuentre en la zona positiva de su curva de establidad.

Otros equilibrios interesantes de estudiar aunque algo más complejos, son los existentes entre el timón y la quilla y su interacción con el paso del agua. El estudio de estos efectos es difícil a causa de ese paso del agua, pues los esfuerzos varían en cada momento según la velocidad o el ángulo de incidencia. Lo mismo ocurre cuando hablamos de las velas y su forma de actuar ante el viento. No solamente está el aire en movimiento, sino que el soporte sobre el cual las velas trabajan también lo está y este asimismo se ve soportado por otro medio, el agua, cuya densidad y comportamiento son distintos al del aire.

La resistencia al avance provocada por el casco y sus apéndices es, finalmente, uno de los puntos que más profundamente han intentado estudiar los diseñadores. Aunque no se trate aquí de un equilibrio entre dos fuerzas, es evidente que al reducirla se conseguirá una embarcación más rápida y manejable. El trabajo de cálculo se complementa con la experiencia y la intuición en todos estos detalles; ninguno de ellos tiene una solución exacta y definitiva; es la combinación de todos lo que produce un velero mejor que los demás, o también a veces un barco que no navega y al que hay que olvidar.

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