La circulación de velocidad

Es difícil comprender intuitivamente el concepto de circulación de velocidad, pues es imposible verlo a simple vista en un barco y es un concepto de origen matemático antes que empírico. Durante las primeras décadas de este siglo, en pleno desarrollo del aparejo marconi y la consiguiente carrera para ceñir cada vez más, los navegantes intentaron comprender la generación de la codiciada sustentación mediante la única acción del flujo lineal de aire sobre la vela: es decir, el viento aparente, el que se "ve" y se siente, cuya dirección y velocidad se puede medir.
Sin embargo, gracias al desarrollo de la aeronáutica y con ella la aparición de los laboratorios basados en los túneles de viento se demostró algo que los matemáticos ya sabían: que el flujo lineal del aire, por sí mismo es incapaz de generar sustentación y que existía otro flujo, no lineal sino circular, alrededor de la vela, que denominaron "circulación de velocidad" o "flujo de circulación".

Si imaginamos una vela flameando (figura 2a) que se caza y empieza a portar interponiéndose al flujo del viento, las partículas de éste se ven obligadas a contornearla dividiéndose a partir de la línea del palo: unas van hacia la cara de sotavento y otras hacia barlovento (figura 2b).
Debido a la viscosidad del aire, las partículas se ven incapaces de sortear la vela de una forma ordenada y simétrica sin alterar su dirección ya que las que están en contacto con la vela rozan con ella y se frenan. De este modo, al llegar a la baluma se produce un torbellino, originado por las partículas que giran sobre sí mismas para intentar llenar el "hueco" dejado por las que se han retrasado debido al rozamiento con la vela.
Este remolino que se forma se denomina turbulencia de arranque (o inicial). Una vez se ha formado, éste es arrastrado por el flujo de aire que tiende a restituir el flujo lineal a ambas caras de la vela. Para ello, debe "llenarse" el vacío generado en la cara de sotravento y el aire que sale por la baluma es incapaz de hacerlo.
Esta “necesidad” de aire en esta zona es cubierta por parte del flujo que hubiera debido circular por la cara de barlovento; este aire se desvía para pasar por delante del palo e ir hacia la cara de sotavento. De este modo, en la baluma, las líneas de flujo discurren paralelas y a la misma velocidad, lo que significa que a ambas caras de barlovento y sotavento están a la misma presión.
Se ve así como, para que la cara de sotavento tenga más volumen de aire, se produce una desviación del flujo a barlovento del grátil. El viento alarga en esta zona, de forma que, si se observa una representación gráfica de las líneas de flujo, parece como si el viento "viera" la llegada de la vela desviándose previamente. Si se analiza el fenómeno en términos de conservación de la energía, se puede decir que el torbellino de arranque que se ha originado al portar la vela genera otro "torbellino" mucho más grande que tiende a girar alredor de toda la vela y que es la causa de que se desvíe el flujo antes del grátil.
Este movimiento circular, que se denomina circulación de velocidad o flujo de circulación, es en el sentido de las agujas del reloj; es decir, en barlovento tiene la dirección opuesta al flujo y en sotavento la misma. Esto quiere decir que, al sobreponerse ambos flujos, en la cara de barlovento sus acciones se restan, mientras que en la sotavento se suman. De este modo, en la cara de barlovento la presión aumenta y disminuye la velocidad y en la de sotavento ocurre lo contrario: la presión disminuye y la velocidad aumenta.
Este efecto incrementa enormemente el gradiente de presiones que es lo que origina la fuerza de sustentación. Esto explica porque los aviones con alas curvas en su cara superior pueden volar en posición invertida y porque una superficie totalmente plana puede generar sustentación (los aviones de papel son un ejemplo válido al respecto). También ésta es la explicación del "efecto" que adquieren las pelotas: si se lanzan girando sobre sí mismas, se genera circualción de velocidad que al combinarse con el flujo lineal del aire al desplazarse, generan la sustentación que las desvía; si se lanza una pelota sin giro - sólo existiendo entonces flujo lineal debido al desplazamiento -, ésta se desplaza recta, sin desviarse, como saben muy bien los lanzadores de béisbol. En resumen: es la superposición del flujo lineal normal del viento y el de circulación genera la diferencia de presiones necesaria para generar sustentación.