Uso del
ciclo rotor eólico, “como una vela”.
El viento
real, viento propio y viento aparente.
El viento
real es el que sentimos cuando estamos parados. Sus parámetros más
interesantes que lo definen son su intensidad y su dirección, parámetros que se
expresan por un vector.
Un vector es
un segmento de recta, contado a partir de un punto del espacio, cuya longitud
representa a escala una magnitud, en una dirección determinada y en uno de sus
sentidos.
A medida que
nos desplazamos, debido a nuestra velocidad, generamos un flujo de aire o viento
propio. Si no existiera viento real, el viento que percibimos
será igual a la velocidad de nuestra bicicleta. Sin embargo la realidad es otra
porque siempre nos encontramos con viento y habitualmente en contra.
El viento
cuando nos desplazamos en bicicleta.
Durante el
desplazamiento, a la dirección y velocidad de nuestro propio viento, es decir a
nuestro vector de desplazamiento, debemos sumar o se restar el viento real,
según su magnitud y dirección, es decir su vector.
Al vector
resultante de la suma del vector del viento propio y del vector viento real lo
llamamos viento aparente, que es el que realmente usa el
ciclista cuando se desplaza en bicicleta.
Los
dispositivos electrónicos pueden calcular la velocidad y la dirección de
incidencia del viento. Las aplicaciones para teléfonos móviles como la
APP ZephyrFree tienen utilidad práctica y nos indican el viento aparente.
Se trata de
conceptos que se utilizan en la navegación a vela:
El uso del viento en la navegación... la vela
Dibujo propio. Gabriel Saitua
Calculo
vectorial del viento provocado, real y aparente en navegación a vela
Un ejemplo
en la bicicleta.
En un día sin
viento, el viento aparente se presenta directamente de frente y es de la misma
magnitud que la velocidad de la bicicleta.
Cuando
circulamos con un viento de 5km/h, soplando hacia el norte y pedaleamos a
20km/h. hacia el norte, como resultado sentimos un viento aparente de 25km/h.
que nos empuja a 5Km/h, y nos ayuda a dirigirnos hacia el norte.
Si estuviéramos
pedaleando a 20km/h. en dirección sur, con un viento de 5km/h, soplando en
contra, hacia el norte, tendremos un viento aparente de 15km/h. y una
resistencia en contra correspondiente a 5Km/h.
En estos
ejemplos sencillos, en el cual nuestro movimiento es paralelo al viento real,
hace que sea fácil de calcular el viento aparente.
Sin embargo
habitualmente nuestro movimiento no es paralelo al viento, por lo que se deben
utilizar vectores y trigonometría para calcular el resultado del viento aparente.
Método del
paralelogramo.
Se trata de
un procedimiento gráfico que permite hallar la suma de dos vectores. Primero se
dibujan ambos vectores a escala, con el punto de aplicación común.
Seguidamente, se completa un paralelogramo, dibujando dos segmentos paralelos a
ellos.
https://www.universoformulas.com/fisica/vectores/suma-vectores/
El vector
suma resultante (Vector a + Vector b) será la diagonal del paralelogramo con
origen común a los dos vectores originales.
Veamos un
ejemplo, que resulta poco habitual para el ciclista, en el cual el viento nos
resulta favorable:
· Vector de
viento del ciclista (b): Coordenadas vectoriales (0,3´5). La
velocidad del ciclista es de 35Km/h. en dirección lineal hacia el
este.
·
Vector del
viento real (a): Coordenadas vectoriales (2,1´2). Velocidad
del viento 22Km/h. en dirección estable hacia noreste.
· Vector
resultante del viento aparente (a+b): suma vectorial de las coordenadas de
ambos vectores: (2,4´7). El resultado supera al propio vector
de viento del ciclista, por lo cual facilita nuestra trayectoria con
una deriva hacia noreste y un incremento de velocidad hasta 50km/h. para las
mismas condiciones de cadencia y potencia.
Sin embargo
ésta condición resulta poco corriente, dado que “en la práctica del ciclismo el
viento es el único elemento que habitualmente nos da de cara”.
Conocer algo
más sobre el viento…. sobre las velas, es posible que nos puede ayudar a
gestionarlo adecuadamente…
Principios
de funcionamiento de las velas en un barco.
¿Cómo
funcionan las velas de un barco?
El barco para
moverse utiliza la energía del viento para crear una fuerza de propulsión.
El viento
circula dividiendo su flujo por las dos caras de la vela, el lado de barlovento
y el de sotavento. El viento corre más deprisa por la parte convexa de
la vela o parte de sotavento que por la parte cóncava o lado de barlovento.
En 1738 el
físico Daniel Bernoulli mostró la relación diferencial entre la velocidad y la
presión de los fluidos; cuando aumentamos la velocidad de un fluido, la
presión de un disminuye y cuando la velocidad se reduce aumenta la presión.
De ésta forma
la diferencia de presión entre las dos caras de la vela hace que se genere una
fuerza cuya dirección irá de la alta presión a la baja presión produciendo el
movimiento del barco.
Así, cuanto
mayor es el embolsamiento de aire o curvatura de una vela, mayor es la
diferencia de presión y por tanto mayor la fuerza e impulso
generado.
Cómo actúan
las velas de un velero.
Las fuerzas
resultantes en la vela nos permite disponer de una pequeña fuerza propulsora
hacia delante con un gran empuje lateral. El empuje lateral es contrarrestado
por el casco, la quilla u orza, dando como resultado la escora de la
embarcación con un cambio de dirección hacia sotavento conocido como
abatimiento.
Los tipos de
vela influyen en el resultado de la navegación; una vela plana genera menor
propulsión y por tanto menor resistencia, siendo ideal para navegar con viento
fuerte. Este principio es también importante en cuanto a nuestra seguridad, una
mayor muy embolsada nos puede acarrear problemas con vientos fuertes por el
exceso de energía que producirá. Por otro lado, una vela embolsada no ciñe
tanto como una vela más plana.
Principio
de Bernoulli en el ciclo rotor eólico.
El principio
de Bernoulli se aplica tanto en las velas de los barcos como en las alas de los
aviones; la velocidad del viento corre a distinta velocidad por la cara
superior e inferior del ala, produciendo una diferencia de presión que al pasar
de una presión alta a una baja en sentido horizontal, hace que el avión vuele.
El teorema o
principio de Bernoulli también se aplica al Ciclo Rotor Eólico, al
tratarse de un aeromotor bipala helicoidal circular y abierto en “S”, que actúa
según la incidencia e intensidad del viento.
Nuestras dos palas son semirígidas, adaptadas para rotar a alta velocidad en sentido contrario a las agujas del reloj, en un movimiento helicoidal
capaz de utilizar la energía del viento. ¿Cómo lo hace?. ¿Cómo una hélice?
Cómo una vela?.
Principio de Bernoulli aplicado al Ciclo Rotor Eólico
Supongamos
que circulamos con nuestra bicicleta y ciclo rotor en la rueda trasera y en una
dirección norte (flecha verde de la figura). El viento real tiene incidencia
antero lateral (líneas naranja), procedente del noreste, de intensidad moderada
a fuerte a 10m/sg. X 3´6: 36Km/h.
Cuando el
viento real V(R) incide sobre el ciclo rotor manteniendo su trayectoria se
producen tres fenómenos combinados, que para su comprensión los describiremos
por separado:
1.- En el
centro de la rueda, alrededor del eje horizontal, el aeromotor permite el paso
del viento por su apertura central estrecha y abierta en “S”, al tiempo que
aumenta su velocidad.
2.- Cuando
incide el viento real sobre la pala cóncava del rotor, disminuye su velocidad y
aumenta su presión sobre la misma y produce un efecto vela con sustentación.
3.- La
incidencia del viento real sobre la pala convexa del rotor hace que aumente su
velocidad, disminuyendo su presión. El aumento de la velocidad permite obtener
la energía cinética complementaria helicoidal complementaria entre palas y
toroidal en la llanta.
Un sencillo
experimento nos permite comprobar el principio de Bernoulli implicado en
nuestro modelo de utilidad; si ponemos una cuchara con su parte curva convexa
debajo del chorro de agua de un grifo, observaremos que la cuchara es
succionada hacia el chorro.
La cuchara es atraída hacia el chorro de agua cuando
éste incide sobre su cara convexa
Ciclo rotor eólico, “un modelo de utilidad para el
ciclista”
Gabriel Saitua, Getxo 2019.
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