El Centro Andaluz de Medio Ambiente y el Desafío Español 2007 ponen en marcha un acuerdo de colaboración en el ámbito de la aerodinámica aplicada a la náutica deportiva. Ambas entidades pretenden apoyar líneas concretas de investigación y desarrollo tecnológico. En los túneles de viento del CEAMA se estudia al máximo detalle los sistemas de anemometría así como la aerodinámica de las velas del Desafío Español 2007. Adicionalmente asesora al Desafío de forma continuada en materias de aerodinámica experimental y se diseñará un nuevo sistema de anemometría específico adecuado a las exigentes necesidades esta competición. Esta colaboración se enmarca en la actividad de Investigación, Desarrollo e Innovación que el Desafío Español está realizando con el apoyo de la Fundación INNOVAMAR.
Convenio de colaboración
A través del presente convenio el CEAMA, Sección Ingeniería del Viento pone a disposición del Desafío Español los recursos existentes tanto humanos como materiales (Ingenieros Especialistas en Viento, Profesores e Investigadores, instrumentación, utensilios, maquinaria y consumibles) así como las instalaciones (Túnel de Viento de Capa Límite I y II) disponibles. Se proponen una serie de campos de actuación para la prestación de servicios tales que conduzcan a la investigación y desarrollo de tecnologías de interés para el Desafío Español 2007 y que resulten en la mejora de su rendimiento en la competición. En este sentido se describen líneas de actuación de ejecución concreta e inmediata así como otras de forma continua y comprometidas hasta el fin de la competición pero no restringiendose al mismo, sin menoscabo de la extensión de tales líneas a futuros desafíos de ediciones posteriores. De esta forman se plantean, de forma específica, los siguientes objetivos en distintas líneas de actuación:
A. Asesoramiento
En el marco del presente convenio se plantea el asesoramiento de forma continuada y hasta el fin de la competición por los Ingenieros del equipo referido (SIV-GDFA).Las tareas de asesoramiento podrán abarcar, estudios, diseños y recomendaciones en materias de ingeniería – mecánica de fluidos – aero e hidrodinámica, y estructuras y en general conceptos relacionados con la mecánica ambiental de fluidos y estructuras. Tales tareas podrán conllevar el desplazamiento de integrantes del grupo a la base del Desafío Español de acuerdo con lo establecido en el cuerpo del presente convenio.
B. Estudio de la respuesta de los Sensores de Viento del ESP88
Se plantea la calibración direccional vertical de los anemómetros de cazoletas y los ceros de sus respectivas veletas de todas las unidades del Desafío Español. En una primera fase se propone la calibración de un sistema en detalle y del resto de las unidades en una segunda fase posterior, en función de los resultados obtenidos.
C. Estudio aerodinámica de Velas
De acuerdo con la vigente Versión 5 del America’s Cup Class Rule, las posibilidades de optimización del rendimiento global del barco son mayores en lo que respecta a la propulsión, la superficie vélica.
La optimización del diseño de velas atendiendo a las reglas de una determinada clase se basa normalmente en la experiencia y ensayo de prototipos a escala real y en algunos casos a simulaciones a escala reducida mediante métodos numéricos (computacional fluid dynamics - CFD). Las simulaciones numéricas que pueden dar buen resultado en velas de perfil bajo a barlovento presentan complicaciones en el caso de combinaciones de velas a sotavento de otras o en el caso de velas con grandes curvaturas. Tal es el caso de, por ejemplo, los grandes spinnakers o gennakers de gran curvatura cada vez más frecuentes. Estas velas presentan una gran zona en la que se produce separación de la capa límite sobre la superficie vélica. Esto, unido a la naturaleza turbulenta del flujo de capa límite atmosférico, junto con el giro en planta del viento aparente, compromete seriamente la validez y el alcance de tales simulaciones. En este contexto el ensayo a escala en túnel de viento de capa límite presenta numerosas ventajas.
Se plantea aquí una metodología alternativa y/o complementaria de evaluación mediante ensayo en túnel de viento de capa límite para el desarrollo de nuevos prototipos que permita obtener de forma cuantitativa una valoración de las modificaciones en plazo y coste competitivo de forma que se pueda incorporar sistemáticamente en el proceso de desarrollo de nuevos modelos.
El movimiento de una embarcación a vela es posible gracias al empuje aerodinámico que genera la/s vela/s propulsora/s. Esta potencia es contrarrestada fundamentalmente en el casco por fuerzas de rozamiento en superficie, resistencia del oleaje producido, resistencia por la escora … además de las fuerzas de resistencia aerodinámica, de menor orden de magnitud. Los esfuerzos para mejorar las prestaciones se centran por tanto en disminuir las resistencias por un lado y por otro en maximizar el empuje aerodinámico que proporcionan de las velas.
Para unas determinadas condiciones de viento, rumbo y escora, la respuesta de la vela, esto es, la propulsión que proporciona, dependerá, además del material de la misma, de su aerodinámica. La aerodinámica de la vela determinará el campo de presiones a barlovento y succiones a sotavento que integrados en toda la superficie suman la fuerza aerodinámica resultante. Se tendrá, en los diseños convencionales, que las presiones cerca del grátil y más aún en la cara de sotavento representan una gran proporción de la fuerza resultante.
El campo de presiones sobre la vela (siempre para un viento aparente, escora, material …) dependerá de su forma tridimensional, de su perfil. De ahí el interés de estudiar para una superficie vélica cuál es la forma tridimensional óptima que proporcione un máximo empuje en función del viento aparente (dirección e intensidad) y la escora. En este sentido se propone la monitorización a escala modelo en el túnel de la forma mediante adquisición y tratamiento de imagen digital así como en el prototipo. Esto resulta especialmente importante en el caso de velas de gran flexibilidad como el caso de grandes Spinnakers y Gennakers.
Desde hace tiempo, segunda mitad del siglo pasado, se vienen realizando estudios con este propósito en túneles de viento. En aquellos se medían únicamente los esfuerzos resultantes en la base del mástil, sin posibilidad pues de conocer la distribución de presiones que da lugar a tal resultante. En este sentido sí son clásicos algunos estudios a escala real en los que se midieron presiones con un número reducido de manómetros sobre la superficie vélica. El conocimiento de tal distribución de presiones así como el campo tridimensional de velocidades de viento alrededor de la vela, proporciona una valiosa información para el entendimiento y la optimización de los diseños.
Adicionalmente la información obtenida de los ensayos puede ser utilizada en combinación con programas de predicción de velocidad. De esta forma se puede incorporar información detallada de la propulsión aerodinámica en estos programas para obtener una buena estimación del comportamiento del barco en un trazado determinado de regata.
D. Desarrollo de Sensores de Tecnología Propia
Se plantea el estudio para el desarrollo de una tecnología precisa y robusta de medida de viento adaptada a las necesidades de la competición.
La Sección de Ingeniería de Viento del CEAMA dispone en la actualidad de distintos sensores de diversas tipologías los cuales se plantean estudiar con miras al desarrollo de una tecnología propia adaptada a las necesidades de los sistemas de Navegación en alta competición como el Racing Bravo. Entre ellos los sistemas de anemometría sónica y de presión resultan más robustos y precisos en la medida que los mecánicos de cazoletas y si bien esta tecnología no se descarta y aquellos presentan calibraciones más complejas no se prevé dificultad en la incorporación de estas calibraciones, más complejas, en los referidos nuevos sistemas avanzados de navegación.
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