velear más rápido que el viento

[pod]

Re: velear más rápido que el viento

No, desde luego. Es la proyección de la velocidad sobre la dirección del viento la que es mayor que este. Para que te des cuenta, échale un vistazo a la imagen anexa sobre las polares de velocidad (teóricas) de un velero terrestre para un viento de 30 millas por hora. La máxima velocidad, en el rango de las 130 millas por hora, se alcanza en este caso a unos 110º. A unos 145º la proyección en la dirección del viento es máxima, alcanzando unas 100 millas por hora, es decir superior a tres veces la velocidad del viento real.

El record de velocidad para este tipo de veleros terrestres es, en estos momentos, de 116,7 mph.

Ver más en: http://www.windjet.co.uk/

Saludos.

Tranquilo, supongo que todo el mundo sabe como funciona lo de ir más rápido del viento cuando se va en ángulo con él (es exactamente lo mismo que pasa en barcos, que es lo que la mayoría de la gente estudia en algún momento de su vida). Sólo decía que la forma que lo expresabas no era la más adecuada posible

Volviendo al tema original, como también todo el mundo sabe no es posible velear más rápido que el viento si lo tienes directamente en proa. Si superas la velocidad del viento, éste tiende a frenarte. Y en este caso no hay el típico efecto de "elevación" (lo llamo así por la analogía con una ala de avión) que podría pasar si el viento viniera de cierto ángulo.

Suponiendo que el aparato va sobre ruedas, no puede coger energía del suelo: el punto de contacto entre la rueda y el suelo no se desplaza, por lo que el suelo y la rueda no intercambian trabajo. O si lo prefieres, puedes verlo por conservación del momento: si el suelo sigue en su sitio, no ha cambiado su momento, y por lo tanto no puede proporcionar momento al vehículo.

No he tenido la paciencia ni el tiempo de ver los vidios que has enlazado, pero por lo que dices supongo que el aparato intenta utilizar el viento aparente (que será hacia atrás) para hacer mover una hélice que después intentaría hacer mover las ruedas. Si es así, creo esto no puede funcionar. Las ruedas ya se estarían en movimiento en el momento de igualar la velocidad con el viento, y esto haría moverse la hélice (las ruedas arrastran la hélice, no al revés); en este momento, el viento no hace ninguna fuerza sobre la hélice. Si en algún momento el vehículo tendiera a moverse más rápido, sólo un diferencial de velocidad, entonces la hélice se moverá más rápido que el poco viento relativo, y a mi me da la impresión que eso hará que la hélice tienda a frenarse, no ha acelerarse. Pero a lo mejor estoy errado (que no herrado, ).

[moritz]

Re: velear más rápido que el viento

Conviene ver los videos con calma y también estudiarse los anexos que he colgado, para poder avanzar algo.

No se trata de que el viento haga girar el rotor, si no que son las ruedas las que lo hacen cuando el carrito se mueve en la dirección del viento por simple resistencia (Es importante ver el video http://www.youtube.com/watch?v=QTAd8...eature=related para darse cuenta)

Anexo unas ideas que escribí (lo siento, están en inglés) sobre qué pasa si es el viento el que mueve el rotor (actuando aquí como turbina) y este las ruedas. En este caso creo que está claro que no se puede ir más rápido que el viento.

El problema que plantean los proponentes del carrito es que las ruedas mueven la hélice contra el viento, al ser el carrito arrastrado por este, generando así un viento hacia atrás que impulsa adicionalmente el carrito haciendo (dicen los proponentes) que pueda ir más rápido que el viento. Esto es lo que no acabo de ver.

En mi opinión, al girar el rotor contra el viento como si fuere una hélice, movida por las ruedas, lo que hace es simplemente aumentar la resistencia global del carrito al viento, porque ofrece una mayor área 'efectiva' que le transfiere momento (o energía) de una forma más eficaz. Pero en mi opinión de esta forma es también completamente imposible ir más rápido que el viento, como ocurre en un velero de regatas (o incluso uno de hielo) con un foque balón, por grande que sea este.

¿Estoy equivocado?¿Alguien puede plantear unas ecuaciones?

Saludos.

P.S. Tal vez debería haber dicho desde el principio que soy ingeniero naval y que me gano la vida ejerciendo como tal en una oficina técnica naval (donde a veces tenemos que ver con diseños de veleros), por lo que, aunque mis matemáticas y mi física están ya oxidadas, alguna cosa entiendo de esto (aunque a veces me hago líos, como cualquier hijo de vecino).

[pod]

Re: velear más rápido que el viento

No, si yo lo leería y lo vería tranquilísiamente y muy a gusto, pero el tiempo es limitado y tengo otras prioridades.

[moritz]

Re: velear más rápido que el viento

....por lo que podemos concebir un carrito formado por un cuadro con ruedas que, impulsado por un barco de estos dando bordadas en su interior avance en la dirección del viento a dos o tres veces la velocidad del mismo (ver http://www.youtube.com/watch?v=IMEerIkOVZ0 ).

El truco consiste en que el velero dando bordadas 'barre' un gran espacio de viento del que saca más energía que la que tendría disponible yendo directamente en la dirección del viento.

Tengo que rectificar esto.
me he dado cuenta de que no es posible que el cuadro con ruedas vaya más rápido que el viento, porque el barco (o barcos) que lo propulsan dando bordadas dentro de él, navegan en el viento perturbado por la bordada anterior, que ya tine menos energía porque la cedió al artefacto. En el mundo real tal vez sería posible, porque en bordadas suficientemente largas, el viento vuleve a ganar energía tomándola del viento circundante, ya que no es un fluido ideal y hay mezcla y transferencia de energía entre capas, vórtices, etc. Pero entonces estamos introduciendo más energía en el sistema, por lo que el ejemplo ya no es válido.

Y con respecto al carrito con el rotor y las ruedas moviendolo, creo que ya tengo un par de explicaciones de que no es posible.

Si el carrito puede superar el punto de estancamiento (justo cuando el rotor detiene completamente el viento que viene de atrás, desviándolo radialmente hacia afuera), crear un flujo hacia atrás y, transfiriendo energía del viento al carrito a través del intercambio de momento con este flujo, alcanzar más velocidad que el viento, el carrito se iría alejando paulatinamente del "frente" en donde el viento y el flujo del rotor interaccionan (donde transfieren momento). Si suponemos que no hay pérdidas, para hacer el razonamiento más sencillo, entonces el carrito se alejaría de dicho "frente" hasta el infinito, situación en la que ya no podría haber cambio de momento y el carrito se detendría. Creo que esto constituye una demostración por reducción al absurdo.

Otra posible demostración es que el hipotético flujo en contra del viento creado por el carrito, nunca podría tener más energía que la que puede ser transferida por el viento en el intercambio de momento que se da en el "frente" de que hablé antes, por lo que, en cualquier caso, no es posible hacer que el carrito adquiera energía suficiente para sobrepasar la velocidad del viento.

¿Alguien discrepa?¿Está de acuerdo?¿Alguna opinión?

Saludos.

[moritz]

Re: velear más rápido que el viento

Nada,
No hay manera de conseguir que a alguien le interese el tema, así que no volveré a insistir.

Para terminar, solo dejar claro que sí que es posible que el cuadro con ruedas vaya más rápido que el viento, porque el barco que lo propulsa dando bordadas dentro de él, no navega en el viento perturbado por la bordada anterior, si la proyección de la velocidad del carrito en la dirección del viento es mayor que la de este. Navega en el viento libre que está por delante (a sotavento) del cuadro, extrayendo energía de él.

En este mismo fenómeno es en el que se basa que el carrito con ruedas y rotor SI pueda avanzar más rápido que el viento. Si la velocidad del carrito y giro del rotor es tal que las palas de este vean viento aparente usable, es decir, que utilicen el viento no perturbado que va por delante del carrito, entonces este podrá mantener sin problemas una velocidad superior a la del viento.

Hay algunos problemas de transición cuando el carrito va acelerando a partir del reposo, como el posible desarrollo de "vortex ring" en el rotor, o si el par de este supera al de las ruedas en algún momento, pero eso no invalida el hecho de que el carrito si puede ir a mayor velocidad que el viento en la dirección de este.

El principio energético es simplísimo: Para una determinada velocidad del viento la energía cinética transferida al carrito depende de la masa de aire utilizada, que puede ser arbitrariamente grande (diámetro del rotor, su diseño y velocidad de giro). Si el carrito tiene poca masa relativa, la conservación de la energía permite que su velocidad sea mayor que la del viento si tenemos un sistema lo suficientemente eficiente extrayendo energía del viento (pocas pérdidas), como ocurre en el caso de los barcos de hielo.

Bueno, ya no os aburro mas.
Gracias a los que se han molestado en participar.
Un saludo a todos y hasta nunca.

Guillermo.