¿Por qué vuelan los aviones?, aplicación a las cometas.

Un ala dentro de un fluído. Tomada de wikipedia

Los principios que se explican en el siguiente vídeo se cumple en cualquier cometa, en este artículo nos referiremos en especial a las cometas tipo foil, recordemos la definición de foil.

Foil es una vela o cometa flexible (sin varillas que mantengan su forma nota 1) con dos capas de tela (intrados y extrados) separadas por costillas y divididas longitudinalmente en cajones que al llenarse de aire y en combinación con el bridaje conforman una figura similar al de un ala.

Muchas veces manejamos nuestras cometas y no sabemos realmente como funcionan, si te interesa saber lo que ocurre lee este artículo con cuidado y entenderás muchas cosas que hacemos sin saberlo o que cosas no hacemos correctamente.

Partimos que un foil es un ala con su perfil aerodinámico (tiene espesor y es asimétrica en el eje horizontal).

Diferencia entre un foil y un ala de avión.

Lámina 1. Fuerzas en una cometa.

Las diferencias básicas entre un ala de avión y una cometa, a parte de muchas otras, una cometa tiene unas líneas a tierra que generan una tensión y están atadas al piloto, por lo que el peso (W) de la cometa no es lo único a tomar en cuenta, existe la tensión T, (ver dibujo a la izquierda) que por ser una fuerza generalmente inclinada tendrá una componente vertical y otra horizontal). Otra diferencia es que las cometas no tienen motor por lo que su vuelo depende de una forma principal de la velocidad del viento para volar. Los aviones fabrican su propio viento para volar con ayuda de sus motores. Una cometa indoor requiere que muevas la cometa con el hilo para generar una corriente aparente de aire "viento", pero esto es otro tema.

Lámina 2. Ventana de viento.

El ala de un foil está sometida a muchos cambios por parte del piloto en cuanto a su posición en la ventana del viento (lámina 2), su ángulo de ataque y otras por el propio viento:  las variaciones de dirección e intensidad del viento. Además como los recorridos son más cortos que un avión todo estos parámetros están variando constantemente. De ahí la expresión que volar una cometa requiere un piloto experimentado.

En cuanto al contenido del vídeo.
Colocamos este vídeo para ampliar nuestro conocimiento sobre el tema de la aerodinámica. Es muy posible que tengamos algún error ya que nos somos ingenieros o por el estilo, así que estamos abiertos como siempre a alguna crítica constructiva para mejorar este artículo. Hemos tratado de explicar lo más claro posible para que se entienda por todos, aunque tenemos que caer en algunas explicaciones físicas  y ecuaciones matemáticas, trataremos de hacerlo de una forma sencilla, así que no asustaros. Las hemos colocado después del vídeo, a manera de resumén. Creemos que la explicación en el vídeo está bastante clara.

Extraído de: Canal Mistercinco

Fuerza horizontales y verticales. Tomado de Wikipedia. Las cometas no tienen impulso, ya que no tienen motor.

Rey Sapo. Escuela kite surf.

Algunos aspectos interesantes:

Sustentación (Lift) unidad Newton (N): debido al perfil asimétrico del ala con respecto al eje "x" las partículas de aire que pasan por el extrados (parte de arriba) se aceleran (menor presión) con respecto a las partículas de aire que pasan por el intrados (parte de abajo del ala) generando una mayor presión por debajo del ala, esto genera una fuerza ascendente denominada sustentación.

Peso (w) en Newton (N): es la atracción de la masa de la cometa por la gravedad terrestre.

Factores que afectan la sustentación

• Ángulo de ataque (alfa):  Es el ángulo que hay entre el flujo de aire y el plano del ala. Mayor ángulo mayor sustentación (alfa) hasta cierto punto.
• Densidad del ala (rho). Un viento más frío tendrá  más densidad, por lo que tendremos más sustentación. kg/m³
• Espesor del ala: mayor grosor mayor sustentación, siempre que el perfil del ala sea asimétrico.
• Geometría del ala: mayor superficie en el estrados que el intrados (asimetría del ala). Por eso se genera lift "L". Las alas son asimétricas.
• Superficie alar: mayor superficie mayor sustentación. m²
• CL,  Coeficiente de sustentación: depende de cada ala y está en función de alfa. Hay un CL máximo, a partir de allí la cometa entra en perdida. Es adimensional.
  
  Ejemplo de gráfica coeficiente de sustentación-ángulo de ataque.El punto más alto de la curva corresponde a la sustentación máxima, a partir del cual el aumento del ángulo de ataque produce una disminución en la sustentación, siendo el peso mayor que la misma con lo que la aeronave deja de volar. Extraído de wikipedia.

• Velocidad del viento: esta relación está al cuadrado en la fórmula, es el factor  más influyente. A una velocidad del  doble la sustentación "L" se cuadruplicará. m/s.

Cosas que hacemos con nuestras cometas Depower

Trimar la cometa: acortar las líneas de fuerza, la línea central de la cometa, hace que el ángulo de ataque sea menor (angulo de ataque "alfa") con ello disminuímos la potencia, ya que la cometa tendrá menos arrastre "D" Lámina 1. Una cometa muy trimada implica que el peso del piloto sea casi todo sobre el borde de ataque de la cometa, de esta manera podemos controlar la cometa cuando hay mucho viento. Al soltar barra hacemos lo mismo, aplanamos la cometa y disminuye su arrastre. Para entender esto es como cuando una bandera esta atada a su mastil se aplana con el viento en la posición que menos resistencia ofrezca (menos Drag).

Barra de control: modifica la dirección de la cometa, pero además soltar barra despotencia, disminuye el ángulo de ataque de la cometa, esta se aplana. Tirar de la barra es aumentar ese ángulo de ataque (alfa).

L (Lift, sustentación)
W (Weight, peso)

Tirar de la barra es L<W

Distintos Ángulos de ataque

Rey Sapo. Escuela kite surf.

Fuerzas sobre la cometa

Rey Sapo. Escuela kite surf.

Acortar la líneas de freno: es darle mayor ángulo de ataque a la cometa, con esto se logra mayor Drag (resistencia al viento) y Lift (fuerza vertical hacia arriba, sustentación).

Otro aspecto importante conocer es el aspect ratio de una cometa.

Apect ratio

Extraído de: http://tuguiadekite.blogspot.com.es

El Aspect Ratio es básicamente la proporción entre el largo y el ancho de la cometa. Así, a mayor A. R. más fina y alargada será la cometa. Cuanto mayor sea el A. R. mayor potencia y sustentación tendrá la cometa. Como principiante, te interesa empezar con una cometa de bajo A. R. ya que tiene mayor rango, siendo más permisiva y menos potente. Por lo general, los kiters de nivel intermedio prefieren una cometa de A. R. medio, pero eso depende de las preferencias personales y del estilo de navegación. 

 Aspect Ratio: Es la relación que hay entre el ancho (la máxima distancia entre el borde de ataque y borde de fuga) y la envergadura. Puede variar de 5 a 3. Un aspect ratio superior da más potencia pero la cometa es menos maniobrable y más difícil de relanzar desde el agua.


Fórmula de cálculo:

Alargamiento (aspect ratio): A.- Es la relación entre la envergadura y la cuerda media. A = b / c o lo que es igual A = b2 / S.
Envergadura: b.- Es la distancia de punta a punta del ala.
Superficie alar: S.- Es la superficie de las alas.

Artículos relacionados: 

• Hidrodinámica y Cometas. Autor: John Barresi
• Fuerzas sobre una cometa : Autor: NASA
• La ventana de viento Autor: ChitoKite.
• Rey Sapo. Escuela de Kite Surf 

Nota 1:  Algunos foil como los Peter Lynn llevan unas varillas en los extremos. Ejemplo de ello son la Sinergy, Phamton, Charger.