Fuerza del viento

[Gury]

Da lo mismo las variables termodinamicas del viento, porque afectan por igual a la vela que al anemómetro, la velocidad se obtiene del empuje del viento sobre las aspas o las semiesferas huecas, por lo que te dará lo mismo.

Y supongo que el articulo se refiere no tanto a que el aire sea más denso y genere más empuje sobre un cuerpo humano, sino que apuntara a otros motivos como la generación de viento sobre la ladera por la caida del aire frio y la subida del caliente (el viento asciende y facilita el ascenso, al ser a favor) y sobre todo creo que la mayor densidad del aire (mayor masa de oxigeno) favorece mayor aporte de oxigeno por respiración al cuerpo.

Volviendo al windsurf es probable que lo que todos hemos notado no influya tanto en las variaciones de presión y temperatura, como el angulo de corriente y la fuerza de la misma sobre la aleta (que a fin de cuentas es la que traduce el empuje lateral de la vela a empuje hacia delante, sino probad a poner a una vela pequeña un aletón y vereís que parece mucho más pesada). Tened en cuenta que las zonas tienen corrientes variables según epoca del año, dirección del viento y variaciones de salinidad o incluso de presión o mareas.

Un saludo y buen viento.

 

[INOXMAN]

Da lo mismo las variables termodinamicas del viento, porque afectan por igual a la vela que al anemómetro, la velocidad se obtiene del empuje del viento sobre las aspas o las semiesferas huecas, por lo que te dará lo mismo.

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En esto me parece sin duda que estáis equivocados. Pones el anemómetro en una corriente de agua y te va a dar la misma velocidad del agua, y si metes en esa misma corriente de agua una vela de 7,5 m. haber quien es el guapo que aguanta una velocidad de agua de 5 nudos nada mas. Acostumbrado a navegar en pantanos como el del Ebro en altura o la loteta que suele ser un aire bastante seco, cuando voy a la playa aunque halla mucho mas chopi el empuje se nota mayor aunque nunca lo halla comprobado. En la loteta con huracán ahora que estoy cogiendo tablas y yo que soy pesado aguanto vela que seguramente en la playa no podría.

 

[not]

Da lo mismo las variables termodinamicas del viento, porque afectan por igual a la vela que al anemómetro, la velocidad se obtiene del empuje del viento sobre las aspas o las semiesferas huecas, por lo que te dará lo mismo.

Pues diria que no es asi, porque los anemometros convencionales no se rigen por el efecto venturi , minetras que tu vela si.

En todo caso si fuese un anemoetro basado en un Pitot (calcula por diferencia de presiones) creo que si seria mas real. De todos modos incluso los aviones que miden su velocidad con anemometros, tienen que recalcularla según densidad presión y temperatura.

http://www.manualvuelo.com/INS/INS25.html

Lo que te aseguro es que yo en verano no voy con 8 nudos en formula , mientras que en invierno si. Ademàs si es levante (viento humedo en mi zona) aún mas.

 

[lulomro]

la fuerza del viento siempre es la misma ya que 22nudos son 22nudos.

Os lo demuestran cientificamente y ademas os dan argumentos y seguis errer que erre. ¿No confundas Fuerza con Velocidad?
Estan relacionadas pero hay variables que alteran esa relacion por lo que no es directa.

Le he enviado un correo a un ingeniero aeronáutico a ver que opina del tema. Supongo que la lógica no cuenta mucho cuando el tema se complica.

¿¿Esto es a lo que os referís??
Spot A: 22nudos mayor humedad, menor temperatura= mayor fuerza sobre la vela= planeo antes
Spot B: 22nudos menor humedad, mayor temperatura= menor fuerza sobre la vela=planeo después o necesito más vela

A mi la lógica me dice que los árboles (léase "las fórmulas") no os dejan ver el bosque, creo que partís de que las dos velocidades del viento ya "incluyen" las variables de humedad y temperatura (el anemómetro ya las ha registrado) así que volver a meterlas en la "fórmula" es redundante y erróneo.

 

[ericP]

Creo, no estoy seguro, que confundimos velocidad con fuerza.
La velocidad puede ser la misma, con lo que las aspas del anemometro giraran a la misma velocidad, pero si el aire es mas denso, quizas la pequeña superficie de las aspas del anemometro no influya demasiado, pero en 6 u 8 m2 de trapo yo diria que si se nota, a parte del efecto aerodinamico que comentan.

 

[Gury]

Bufff, estoy de examenes y encima con fluidos (cinemática ) ajajaj, pesadilla de asignatura. El efecto venturi se puede explicar con el teorema de bernuilli y este a su vez se deriva de las ecuaciones de continuidad, de cantidad de movimiento, de energía y de navier stokes, aunque las ecuaciones finales sean distintas, los principios de conservación que las rigen dependen de las mismas variables, quizas en distinto orden. Hasta donde se estas ecuaciones te sirven para calcular un perfil alar como un plano como una semiesfera, turbinas, difusores... (todo esto partiendo de deliciosos fluidos en regimen laminar)

Luego de lo que se de energía eólica, las condiciones de operación del anemómetro exigen que este de datos independientes del medio en que se realice. Otra cosa aparte es que el que mide debe asegurarse de que lo realiza en la posición idonea pues se recomienda por encima de los 10 m a fin de que el terreno no genere calvas o rachas. El hecho de que los aviones tengan que ajustar sus datos se debe a las condiciones de operacion (baja densidad del aire atmosférico, falla la mecánica de fluidos cuanto mayor sea la distancia entre moléculas de fluido, y las velocidades de desplazamiento que llegan a ser muy próximas al número de mach y sobre todo a esas altitudes, y nosotros no vamos tan rapido ni saltamos tan alto).

El problema para mí sigue siendo que la tabla funciona con dos fluidos y sólo consideraís la influencia del único del que tomamos medida. Mientras que la complejidad de corrientes, las diferencias de temperatura entre las mismas, incluso de salinidad y el empuje que se genera sobre la aleta (la densidad del agua varía sustancialmente según la salinidad), seguramente sea mucho más significativo y explique nuestra impresión subjetiva de variación estival del rendimiento del equipo.

Un saludo y buen viento!

Joder me vuelvo a leer y solo puedo decir:

Fdo: Doctor sheldon cooper.

Vengo a descansar de estudiar para ver material nuevo y babear 1 poco y me encuentro escribiendo esto...

 

[Luiso]

Creo que nos estamos haciendo "la picha un lio..." estamos mezclando la velocidad con el tocino, o la velocidad con la fuerza.

Hay que ceñirse a la pregunta inicial de Edmond...

Solo y exclusivamente hay que tener en cuenta lo estrictamente necesario. Masa y velocidad del viento. Todo lo demás son historias para no dormir y otro debate, porque al igual que queremos tener en cuenta las corrientes, podríamos tener también como variable nuestro peso (que hayamos cogido unos gramos de más en navidades o vayamos con neopreno o si él, el mástil 100% carbono, etc, etc, etc)

1.- Debido a que el aire tiene peso, se requiere energía para moverlo. Una vez en movimiento, el aire posee energía propia (cinética).
2.- La energía cinética del aire en movimiento, es igual a la mitad de su masa, multiplicada por el cuadrado de su velocidad (m/s) =1/2*m*v2
3.- Al aumentar la temperatura, la densidad disminuye (si la presión permanece constante, y lo permanece porque seguimos sobre el nivel del mar....)
4.- La densidad del aire, varía con la presión atmosférica y la humedad. En condiciones normales (a nivel del mar 1 atm y/o 0 msnm) y a 20ºC) la densidad del aire es de 1,20 Kg/m3.
5.- a 0ºC la densidad del aire es de: 1,29 kg/m3. Es decir, un 7,75% más de densidad.
6.- a 45ºC la densidad del aire es de: 1,109 kg/m3. Es decir, un 7,6% menos de densidad.

Si metemos los valores en la formula, nos da el resultado.

Es exactamente igual que en los aviones, cuando un avión cruza una zona de aire caliente o "bolsas de aire" como comúnmente lo llamamos, el avion descienda su altitud bruscamente.. Pasa por una zona de aire caliente, menos densidad de aire, menos presion, menos sustentación del avion y todo el pasaje con la carita de susto...


Eso sí, a pesar de que "cientificamente" sea así, las diferencias son tan pequeñas que se podrían ignorar. Mas vale pesar un kilo menos, o que el conjunto del material pese 2kg menos, que esta paranoia del viento.

 

[Gury]

Lo que venía a preguntar traduciendo todo es si una misma medida de anemometro (que es como mides la velocidad del viento) puede no ser "tan util" según la fecha del año.

Es indiscutible que el empuje varía (y como en aerodinámica de vehiculos automoviles seguramente sea practicamente despreciable, a las velocidades de marcha de un vehiculo, que son mayores que las nuestras), pero a mi forma de ver también te varía en el anemometro de turbina o en el de presión o en el que quieras, todos se basan en variación de la cantidad de movimiento en un fluido y la ley de acción reacción, lo que nose es en que orden de unidades influye. Es lógico que el molinillo no te dará el empuje de la vela, sino todos nos enchufariamos con el arnés al aparato que sale mucho más barato que todo el aparejo, la cosa es que el anemometro esta ajustado para que dado una fuerza generada sobre los elementos externos se de un desplazamiento, una velocidad de revolución y segun eso traduzca a una velocidad determinada.

Y el angulo de incidencia sobre una misma aleta del agua para mi si que es importante (lo de la salinidad y demás ya era por divagar sobre otros factores que tambien varian y no podemos controlar) sino mirad el tema de las multifins. (Por ejemplo cuando se baja una ola y la direccion del agua suele ser perpendicular a la costa o cuando estas en medio del mar que sigue la dirección del viento o si estas cerca de una zona protegida del viento que tiende, al menos donde navego a succionar contra la pared). Un saludo y buen viento.

 

[lulomro]

Mi compañero Luisón se ha tomado la molestia de indagar y explicarme el tema, aquí os lo dejo. En principio parece que el anemómetro (de cazoletas) no cuenta con la densidad del aire ni la humedad.
...
Imaginemos la misma vela, en la misma posicion respecto al viento, mismo anemometro, en dos lugares diferentes o dos dias diferentes. Y queremos saber la fuerza que se ejerce sobre la vela.
...

Primero. La fuerza de sustentacion sobre la vela es directamente proporcional a la densidad del aire y a la velocidad de este. Eso quiere decir que si la densidad (o la velocidad) aumenta al doble o disminuye a la mitad, ese mismo efecto pasara sobre la sustentación. Tambien depende de la circulacion alrededor del perfil (geometria), torbellinos de punta de la vela, etc, cosas que no nos interesan ahora.

Segundo y creo que el origen de vuestra discusion. El anemometro solo mide velocidad del aire, sin verse afectado por su densidad. Yo esto no lo sabia. Al parecer solo ocurre con los anemometros tipicos de "cucharitas" que giran. De todas formas el anemometro es MUY POCO preciso (hasta más 10% error), y suele sobreestimar las medidas por transitorios (acelera mas rapido en la racha de lo que decelera al irse esta). Por lo tanto, aunque el anemometro nos de los mismos nudos, seguramente no será asi, pero lo que esta claro es que no tiene en cuenta densidad del aire en sus medidas.

Fuente: (http://faculty.eas.ualberta.ca/jdwilson/EAS327/eas327wind.html)
Copio algunas frases que tienen importancia:

"The cup anemometer is not a high fidelity instrument. It does not measure s, or even the average value of s, exactly. Many articles have analysed errors of cup anemometers."
"The remarkable thing is that the calibration does not depend on the air density. Who would have guessed? The cup anemometer responds to wind forces, and those wind forces have a magnitude directly proportional to density. Yet because in a steady state those forces are balanced, density vanishes as a factor."
"But it can be shown that a cup anemometer in turbulent flow overestimates the mean speed ("overspeeds") because it accelerates more rapidly in gusts than it decelerates in lulls"

Tercero. Supongamos que el anemometro es ideal y SI tenemos la misma velocidad de viento en ambos casos. La unica variable que afectaria a la fuerza sobre la vela seria la densidad del aire. Veamos como cambia la densidad del aire.
Segun ley de los gases ideales la densidad depende directamente de la presion del flujo e inversamente de su temperatura. Si aumenta presion un 50%, tambien lo hace densidad. Si aumenta temperatura un 50%, densidad disminuye un 50%. Hay que ver como se interrelacionan estas variables y el valor maximo-minimo de la densidad.

La presion. La presion del flujo depende de la presion ambiente y de la velocidad del aire. El efecto de la velocidad es totalmente despreciable a estas velocidades, inferiores a Mach 0.3 o 190 nudos a nivel del mar.
La presion ambiente depende de la altura pero supondremos que estamos a nivel del mar (¿podria ser un lago de montaña? Garda solo esta a 65 metros sobre el nivel del mar, despreciable.). Por lo tanto nos queda que la presion ambiente solo depende de las condiciones atmosfericas (anticiclon, borrasca, etc). El maximo medido fue en mongolia en 2001 de 108600 Pascales (1 atmosfera = 101325 Pascales) y el minimo durante un tifon en el pacifico en 1979 de 87000 Pascales.
Resumiento P entre [87000 y 108600].

La temperatura. La tipica del lugar. Supongamos que va desde los 0 grados ºC hasta 35 ºC. T entre [273 y 308] kelvin.

Densidad?
En el peor de los casos Presion minima y temperatura máxima, densidad = 0.984 kg/m^3
En el mejor, presion maxima y temperatura minima, densidad = 1.386 kg/m^3
La sustentacion aumentaria un 40% desde el peor de los casos al mejor de los casos. Un monton. (Del mejor de los casos al peor disminuiria un 30%, solo por aclarar)

Pero esta situacion es totalmente irreal ya que normalmente las bajas presiones (borrascas) vienen acompañadas de bajas temperaturas, por lo que ambos efectos se contrarrestarian bastante.
Viendo el historico de Temperaturas y presiones en Alicante, comparando Julio con Enero, hubo variaciones de presion de tan solo el 3% mientras que de temperatura del 12%. Por lo tanto dato mas importante temperatura.
La variacion más grande posible de sustentacion es del 15% respecto a un dia bueno y uno malo. Suponiendo que ambos efectos se contrarrestan como hemos dicho antes, la variacion maxima es del 9%.

¿Como afecta humedad a todo esto? La humedad relativa, que en Alicante pasa de ser el 5% al 95%, afecta a la densidad del aire, DISMINUYENDOLA. Esto tampoco lo sabia. Creia que a mayor contenido de agua mas densidad, pues no. Parece ser que el vapor de agua es mas ligero que el aire en si, por lo tanto a mayor contenido de agua (vapor de agua) menor densidad. Sin embargo su efecto sobre la densidad (y la sustentacion) es como máximo del 1%. Si ademas tenemos en cuenta que en el mar la humedad siempre sera elevada, efecto despreciable.

Conclusion:
Tu amigo tenia razon, pero creo que por suerte. Ya que lo logico es pensar que anemometro si que se ve afectado por densidad del aire, pero no es asi.
Fuerza sobre la vela puede llegar a aumentar aproximadamente un 10% si la temperatura es baja y la presion alta.
Eso significa que un dia de 20 nudos reales puedan parecer 18 si hace un dia malo. Si es despreciable o no ya lo dejo a vuestra eleccion. jeje

Tambien habria que tener en cuenta que el aumento de densidad del aire tambien aumenta la resistencia al avance de la vela, tanto por friccion como por presiones, pero vamos, eso ya es otro tema y seguramente este aumento de drag sea despreciable frente al aumento de sustentacion.


En definitiva, yo creo que todo es despreciable ya que los mismos aparatos de medida del viento tienen ese error (10%) y hay muchos otros parametros que afectan mucho más, como puede ser la forma de la vela, la posicion respecto al viento, la constancia y regularidad del viento, etc.

Bueno menudo estudio me he currado. jeje Pero la verdad que siempre habia tenido la intriga de hacerlo. Y he aprendido algunas cosas, hoy ya me puedo ir a dormir tranquilo. Espero te sirva para resolver vuestra discusion y perdona por tanta letra.


Más fuentes utilizadas:
http://en.wikipedia.org/wiki/Density
http://en.wikipedia.org/wiki/Anemometer
http://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_pressure
http://www.dolzhnos.com.ar/htm/densidad_del_aire.htm
http://faculty.eas.ualberta.ca/jdwilson/EAS327/eas327wind.html
http://www.meteoprog.es/es/fwarchive/Alicante/



AGRADECIMIENTOS A LUISÓN

 

[not]

Me das la razón, el potemometro no tiene en cuenta la densidad/ un perfil si.

En invierno cuando mas noto que tira el viento mas precisamente es con altas presiones(anticiclon) y dias muy frios, con muy poco viento voy con 8-9 nudos minetras que en verano no, necesito 10

 

[INOXMAN]

Como me gusta aprender estas cosas y sobretodo darme cuenta que no soy el único con estas inquietudes

 

[lulomro]

Me das la razón, el potemometro no tiene en cuenta la densidad/ un perfil si.

En invierno cuando mas noto que tira el viento mas precisamente es con altas presiones(anticiclon) y dias muy frios, con muy poco viento voy con 8-9 nudos minetras que en verano no, necesito 10

Que tema tan interesante. Vale, estamos de acuerdo en que hay cierta influencia de esas variables y que el anemómetro no las tiene en cuenta. Pero. La explicación está razonada, si, pero también explica que es despreciable y que los factores a tener en cuenta son otros, tus SENSACIONES no bienen por esa diferencia de densidad y además no puedes saber si tienes 9 o 10 nudos en el momento de entrar al planeo.
Si nos remontamos al inicio del tema, la cuestión era el porque de las sensaciones y dado el escaso impacto que pueden tener estas variables el motivo de que vayamos o no con 9 o 10 nudos debería venir más bien por la estabilidad del viento, la ola, la corriente y, atención, (me tiro a la piscina) al factor físico/psicológico jajajja

 

[Pericotes]

Buenas, estoy totalmente de acuerdo con Carlesmicro, todo influye: temperatura del aire, presión atmosférica, húmedad del aire, salinidad del agua, chopi y la constancia del viento en el EMPUJE; y todas esta causas, por separado, en mayor o menor medida influyen poco, pero dependerá de cuantas de estas causas se junten al mismo tiempo, el que sí afecten bastante en la salida al planeo

Tambien es cierto, que a veces nos acomodamos llevando un material un poco más grande del que realmente necesitamos porque así, si baja el viento, no nos quedamos sin planear, aunque eso suponga ir un poco pasados de vela y tabla; sin ser conscientes de que iríamos más rápido con una tabla y con una vela un poco más pequeña (una vez que hemos arrancado al planeo, por tener menor rozamiento de la tabla y la vela con el aire). Para salir rápido al planeo, que es el punto crítico cuando se lleva el material justo para el viento que hace, se necesita técnica y una vez que sales al planeo irás más rápido que el que lleva material más grande y no puede terminar de cerrar la vela y la tabla se le va levantando demasiado

Por último, decir que el tamaño de la aleta influye mucho, y si a una misma tabla le pones una vela más grande y una aleta más grande vas a ir más rápido que si cambias directamente la tabla por una de más litros (siempre dentro de unos límites)

Saludos

 

[carlesmicro]

Extrañado de lo que me ha ocurrido hoy, he recuperado el post para recordar este tema

Se confirma la influencia de la temperatura. Hoy he navegado en Castelldefels, que es donde lo hago habitualmente, con vela de 7,5 y la gráfica del viento indica que la velocidad ha sido de más de 20 nudos durante toda una hora. Con rachas de 23. Hacía muchísimo calor (37 grados). Esta vela no la aguanto en invierno con estos nudos ni por asomo! En el mismo spot y con la misma ola y con la misma salinidad y con la misma corriente y tabla y vela. Todo lo mismo. Es más, cuando había 15 nudos me costaba planear. En invierno aguanto con esta vela un máximo de 17-18 nudos.
He quedado completamente convencido de la influencia de la temperatura.