Por qué vuela una cometa, en realidad, el titulo de esta entrada debería llamarse: Por qué y cómo el viento afecta a una cometa, pero, da lo mismo, la idea ya se capta.
Qué es una cometa
Una cometa es un perfil aerodinámico con un diseño determinado para aprovechar al máximo las fuerzas que se originan en la superficie superior e inferior de la misma por las variaciones de velocidad y presión que se van a crear a causa del viento cuando este perfil se sitúa en una corriente de aire.
Como cualquier objeto más o menos aerodinámico colocado en un plano inclinado contra el viento, en el que su borde de ataque esté mas elevado que su borde de fuga, este objeto va al mismo tiempo, osea, paralelamente, a experimentar arrastre y sustentación.
Ved el siguiente gráfico y estudiadlo con detalle.
El teorema de Bernoulli
El teorema de Bernoulli defiende las relaciones entre la velocidad con que un fluido recorre cierta distancia y las diferencias de presión que ello va a tener en distintas formas aerodinámicas en función a esa velocidad y al espacio que recorran.
Daniel Bernoulli fue un científico físico suizo, miembro de una peculiar familia que tuvo entre sus filas una abrumadora cantidad de sabios y gente verdaderamente iluminada, que, con sus aportaciones, hicieron del mundo un lugar mucho más informado sobre el funcionamiento básico científico de las cosas.
La 3ª Ley del movimiento de Newton
La 3ª Ley del movimiento de Newton, dice que para cada fuerza de acción hay una fuerza de reacción igual en intensidad pero de sentido contrario.
Explicando que el flujo de aire deflectado hacia abajo al verse sometida una forma aerodinámica a la fuerza del viento produce una reacción compensatoria hacia arriba.
De Newton si habréis oído hablar alguna vez, es el de la manzana, osea del que se dice que, durmiendo bajo un árbol, y resultando éste ser un manzano, una le cayó en la cabeza, lo que además de un posible chichón, también despertó en él la curiosidad de saber por que las cosas se caían … y de ahí, entre otros muchos descubrimientos, sus famosas tres leyes sobre el movimiento.
El flujo del aire
Volviendo a nuestro asunto y llevando ésto al plano práctico: el viento al incidir en la cometa produce un flujo de aire en proporción a su ángulo de ataque y a la velocidad con que la cometa se mueve respecto a la masa de aire que la rodea.
De este flujo de aire, el que discurre por la parte superior del perfil tendrá una velocidad mayor que el que discurre por la parte inferior. Esa mayor velocidad implica menor presión tal como el teorema de Bernoulli explica.
A causa de ello la superficie superior de una cometa soporta menos presión que la superficie inferior y esta diferencia de presiones produce una fuerza aerodinámica que empuja la cometa de la zona de mayor presión (abajo) a la zona de menor presión (arriba), conforme a la Tercera Ley del Movimiento de Newton.
La corriente de aire que fluye a mayor velocidad por encima de la cometa, al confluir con la que fluye por debajo deflecta a esta última hacia abajo, produciéndose una fuerza de reacción adicional hacia arriba. La suma de estas dos fuerzas es lo que se conoce por fuerza de sustentación, que es la causante de mantener la cometa en el aire.
Los aviones y los túneles de viento
Con respecto a los aviones, cuyas alas son similares a una cometa, a una de tipo foil, para ser más exacto, un ala produce sustentación debido a que la forma del perfil, curvado por arriba y más plano por abajo, lo que obliga al aire que pasa por encima a recorrer más distancia que al que pasa por debajo – esto, independientemente de foil o tubo, se da en ambos tipos de cometa-.
Esta teoría implica que es necesario que un perfil tenga diferencia de curvatura entre su parte superior e inferior, mayor longitud en la parte superior, y segundo, que la parcela de aire dividida por el perfil recorra éste por arriba y por abajo en el mismo tiempo para encontrarse en la parte posterior de dicho perfil.
Windtunnel Kite Research with a Flysurfer Pulse2 from FLYSURFER Kiteboarding on Vimeo.
Fotografias tomadas en túneles de viento a perfiles sustentadores tales como cometas tipo foil o alas de aviones revelan que la capa de aire que recorre la parte superior a pesar de la mayor distancia lo hace en un tiempo menor que la capa que recorre la parte inferior y ambas capas de aire no vuelven a coincidir en el borde de salida.
Aparentemente los principios de porqué vuela un avión son válidos independientemente de la simetría o asimetría del perfil y de la diferencia de curvatura entre las superficies superior e inferior.
Si la sustentación dependiera únicamente de la forma del ala, y aunque ésta no cambia de forma con el vuelo, no habría forma de variar esa sustentación: El aeroplano sólo soportaría su peso a una velocidad determinada y además sería inestable e incontrolable.
Ahora alguno se preguntará: ¿Cómo puede volar un Airbus el A380 osea el grande grande, de esos que pesan 11 toneladas?, fácil, a la aerodinámica que rodea todo el proyecto añádele la velocidad de partida que debe ser de unos 300 y pico kms por hora o 180 nudos para se exactos , siendo 1 nudo es igual 1.852 kilometros y ahí empieza todo.
En un avión se regula la sustentación mediante el control del ángulo de ataque de las alas y la velocidad a la que el avión se desplaza.
En una cometa, logicamente, todo esto también es susceptible de investigación y diseño, con lo que aparte de los muchos camelos al respecto de «este modelo de este año es mucho mejor necesariamente que el del año pasado por tal y tal razón«, la verdad es que se puede trabajar largo y tendido, sobre las distintas posibilidades al respecto de sustentación, comportamiento de vuelo, tracción, velocidad de giro.
Lo que hace que unas cometas sean más propias de un tipo u otro de navegación: lease, olas, freestyle, salto, etc …
Conclusiones
Para terminar. Diseños de cometas curvadas y con diferencia de curvatura entre la parte superior e inferior responden a razones prácticas, pues estos perfiles mejoran la sustentación y tienen mejores características. Y ahí, ya, cada uno que elija.
A mi, aunque no os lo creáis, me llevó mucho tiempo, muchos años, tantos como 15 años de uso y estudio posterior de sus efectos inmediatos y secundarios el llegar a entender estas cosas del comportamiento, salto, depower, velocidad, etc.
Junto con la ayuda proporcionada a tu espíritu y a tu bolsillo de … otras cosas a ser igualmente consideradas, tales como durabilidad, peso y facilidad para volar en vientos mínimos o llegar a ser como un ladrillo -de estable-, mal ejemplo al elegir el término, sólo aparentemente, si comparado con el comportamiento de la única telilla como plano superior e inferior del que dispone una cometa de tubo cuando está sometida a vientos fuertes y racheados y … sus inevitables y descorazonadores flameos, hasta llegar a elegir lo que por fin he elegido, osea, Flysurfer kitefoils.
