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Sailing Race System

Curvas Polares

curvas polares y Dios

Las curvas polares ya son parte del mundo de la navegación. Son usadas en el diseño de barcos a vela, métodos de hándicap, y sistemas de instrumentos. También son el núcleo de software de aplicaciones como EVOLUTION.

Las curvas polares son esenciales en las “mejores prácticas” en regatas. Mientras competimos nos ayudan con el rendimiento, la táctica y la estrategia.

En este artículo intentaré desmitificar lo qué son, lo que representan y de dónde vienen.

Y no. Dios no tiene nada que ver con ellas. ¿O sí? …

¿Qué son?

Bueno, ¡empecemos por navegar! Es un día perfecto. El viento es estable a 20 nudos. Esta es la velocidad de viento verdadero (TWS). Comenzamos por navegar ciñendo a 30 grados. Este será nuestro ángulo de viento verdadero (TWA). Después de una hora, nos damos cuenta de que hemos navegado seis millas náuticas a través del agua. Interesante…

Entonces decidimos navegar a un TWA de 50º. La distancia, en una hora, fue de 8.2 mn. El día es tan agradable que repetimos esta rutina para algunos TWA más.

De regreso a casa, decidimos graficar las distancias para cada TWA. Elegimos un gráfico polar donde los ángulos se muestran radialmente desde el centro.

Finalmente, unimos cada punto alcanzado con una línea. Como navegamos cada distancia en una hora, podemos convertirlas fácilmente a velocidad del barco en nudos. Ahora sabemos qué tan rápido navega nuestro barco a través del agua en todos los TWA posibles.

¡Por favor, conozcan a nuestra curva polar para 20 nudos de TWS!

ARA Libertad primera curva polar

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ARA Libertad gráfico polar

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¿Qué representan?

Del relato anterior, la respuesta es obvia. Una curva polar representa la velocidad del barco (BS), navegando en todos los ángulos posibles con respecto al viento (TWA) para una cierta velocidad de viento (TWS). Resumiendo:

  • Cada curva polar corresponde a un solo TWS. En nuestro ejemplo 20 nudos.
  • Como hay infinitos TWS posibles, por convención, solo trazamos las curvas para ciertos TWS (por ejemplo, 6, 10, 14, 20 y 26 kt). Para otros TWS, tendremos que interpolar.
  • Para mayor comodidad, utilizamos el tipo de gráfico “polar”, donde los ángulos representan TWA y los anillos concéntricos, las velocidades del barco.

El resultado es una forma rudimentaria de visualizar el rendimiento de un barco a vela en todas las condiciones de navegación posibles.

Expresado matemáticamente, el BS es una función de TWS y TWA. ¡Bastante lógico!

¿De dónde obtengo las curvas polares para mi barco?

Ahora sabemos que podemos predecir la velocidad objetivo del barco, con solo medir el TWA y el TWS reales. Luego, al comparar la velocidad del barco real y la predicha, tendremos una idea aproximada de qué tan bien navegamos en cada momento.

Esto es de gran ayuda si estamos compitiendo, pero demasiado trabajo. Verificar el TWA y TWS y nuestras curvas polares todo el tiempo no es una opción saludable.

¡La solución es obvia! Carguemos la información de rendimiento en una computadora. Luego, la conectamos a los instrumentos para recopilar los datos del viento y dejamos que el software haga el trabajo. Lo primero que obtendríamos, por ejemplo, es qué tan lejos de la velocidad objetivo navegamos. ¡Y esto es solo la punta del iceberg!

Pero aquí nos enfrentamos a un desafío adicional, las computadoras precisan números, no gráficos. Necesitaremos datos numéricos de alta calidad para alimentar el software. Veamos cómo conseguirlos…

Recolectando datos en navegación.

Este es el método básico descrito en nuestro relato anterior. Pero no siempre Dios está de nuestro lado …

  • Es un trabajo arduo. Necesitaremos toneladas de datos y análisis para obtener cada punto.
  • Nos llevará mucho tiempo. Tendremos que navegar distintos días para recopilar datos para diferentes TWS.
  • No será exacto. Los instrumentos necesitarían una calibración completa cada vez que salieramos a navegar. La tripulación tendrá que mantenerse alerta durante todo el proceso.
  • Finalmente, los datos de rendimiento que obtengamos solo reflejarán la capacidad de esa tripulación para navegar el barco, en lugar de todo su potencial.

Ésta no es la manera más brillante de hacerlo, si estamos comenzando desde cero.

Programa de predicción de velocidad.

A principios de los años 70, se pidió a los ingenieros del MIT que desarrollaran un software de simulación de rendimiento. Regresaron con lo que llamaron un programa de predicción de velocidad, o VPP por su abreviatura en inglés.

Este programa proporcionaba la velocidad del barco en cualquier condición de navegación con solo las características del casco, las velas y el aparejo como input. Los resultados fueron fabulosos; los números eran muy precisos.

En algún momento, alguien se dio cuenta de que, si un VPP podía predecir el rendimiento de cualquier barco, ¿por qué no utilizarlo como parte de un sistema de rating? Y así nacieron las reglas de ORC IMS.

Por lo tanto, si tu barco fue medido recientemente con el sistema ORC, verifica su certificado y encontrarás los números de las curvas polares.

Si estamos comenzando desde cero, ¡éste es el camino a seguir!

¿Entonces?

Aunque ambos métodos son bastante diferentes, en realidad son complementarios. Puedes utilizar el certificado ORC como primer paso. Luego, con EVOLUTION a bordo, recopilar información para confirmar o ajustar los números.

Lo cierto es que, para algunos barcos, puede haber discrepancias entre los resultados del VPP y la realidad.

Consideremos lo siguiente. Hoy las reglas de ORC IMS se entienden bien, los diseñadores aprovechan cualquier resquicio e intentan desarrollar diseños que las engañen y así superar al VPP (rating). Por ejemplo, a mediados de los 2000, las velas código 0, y los barcos de sección cuadrada obtenían una ligera ventaja. Afortunadamente, cada año, el ORC mejora las reglas para eliminar estos resquicios.

Otro caso típico es el de los barcos de popa ancha diseñados para planear. Dependiendo del mar de fondo de un día en particular, el planeo puede comenzar en diferentes TWA / TWS. Para estos días, es posible que necesitemos curvas polares especiales.

Algunos detalles técnicos …

  • Las curvas polares tienen solo a la superficie del agua y a la trayectoria del viento como marco de referencia. Las velocidades del barco SIEMPRE son a través del agua.
  • Son simétricas al eje del viento. Por babor y por estribor tienen los mismos valores. Por lo tanto, podemos graficar, o ingresar, solo un lado.
  • Las coordenadas, las direcciones y la velocidad sobre el fondo (SOG) no tienen ningún significado. Este es el ámbito del rendimiento a través del agua (performance).
  • Todos los TWA se miden desde el eje del viento hasta la derrota del barco, NO hasta su línea de crujía, ya que estos ángulos incluyen el abatimiento (o deriva). Personalmente, prefiero llamarlos ángulos de viento polar (PWA). Aquí, debemos tener cuidado al compararlos con el TWA del instrumental; ¡son peras y manzanas!

¡Un consejo final!

Si los datos de rendimiento del barco no coinciden con los números del instrumental, existen muchas razones posibles. La última de las cuales son curvas polares incorrectas.

Es posible que los instrumentos necesiten calibración. TWA y TWS exactos son esenciales para obtener la velocidad pronosticada del barco con precisión. La velocidad real del barco también debe medirse correctamente. A veces, el viento a tope del mástil es diferente del viento efectivo que actúa sobre las velas.

Es mejor recopilar y analizar varias regatas/pruebas antes de jugar con las curvas polares. Buscar la ayuda de los expertos siempre es una buena idea.

osos polares con cartel de curva