Centro de empuje y centro de resistencia lateral

Los principios básicos

El velamen y el plano de resistencia lateral realizan un trabajo similar.
El aire al pasar sobre las velas crea un empuje cuya dirección forma un ángulo variable con el eje Pr-Pp del barco.
Digamos que va dirigido hacia Pr. del través
El agua al pasar sobre el plano de resistencia lateral crea un empuje del mismo tipo .
La diferencia en el trabajo de ambas superficies reside en que, para el velamen, el flujo de aire puede provenir de todas las direcciones posibles; dicho de otro modo: el ángulo de incidencia podrá tener cualquier valor entre un mínimo de 25º-30º y los 90º que corresponden al viento en popa; por el contrario, el plano de resistencia lateral siempre trabajará bajo un pequeño ángulo de incidencia, por lo que puede muy bien compararse a una ala de avión; no sucederá así con la vela, que sólo se podrá semejar al ala de un avión en la ceñida y en menor grado.

El funcionamiento del plano de resistencia lateral se traducirá por una deriva del barco con respecto a su eje Pr-Pp y a su rumbo teórico El valor de este ángulo de deriva será determinado por el rendimiento del plano de resistencia lateral, sus características y las condiciones de trabajo.

Para el estudio del funcionamiento del velamen, supondremos que el ángulo de deriva no variara.

Centro de empuje y centro de resistencia lateral
Las física autoriza a considerar el empuje desarrollado por un plano velico o un plano de deriva como si estuviera aplicado en un solo punto que denominaremos, según el caso, centro de empuje o centro de resistencia lateral.

Para trazar los esquemas explicativos colocaremos estos puntos aproximadamente en el centro de gravedad de los citados planos.

En la practica no sucede así, ya que la presión no está repartida por igual sobre el plano y además es variable, al igual que el resto de elementos en juego.
El ángulo de deriva variara sin cesar, no solamente de un barco a otro, sino de un momento a otro en el mismo barco.
Para simplificar, se le atribuye generalmente un valor medio y constante.
En los esquemas tradicionales, tendremos entonces la silueta del barco, el eje de desplazamiento y los vectores que tienen su origen en los centros de empuje o de resistencia lateral, respectivamente, y que representan linealmente la magnitud y dirección de las fuerzas actuantes. El centro de empuje velico sé situará en altura a medio palo; el plano vélico longitudinal, estará a una cierta distancia del eje longitudinal, distancia que varía según la escora y la manera como están orientadas las velas. Únicamente el spinnaker tendrá el centro de empuje casi sobre el eje longitudinal. Mencionaremos igualmente para recordarlo ya que para simplificar lo despreciaremos, el desplazamiento del centro de empuje en función de las condiciones de trabajo del plano velico: nos conformaremos con indicar que en los rumbos de ceñida estará cerca del palo, a causa del predominio de las zonas cercanas al borde de ataque cuando el ángulo de incidencia es pequeño; a rumbos más abiertos tenderá a confundirse con el centro de gravedad del plano vélico, lo cual lo distanciará aún más del eje del barco.

El centro de resistencia lateral se desplaza de dos maneras: cuando la velocidad aumenta sensiblemente y el ángulo de deriva disminuye, como ocurre con viento de través, las zonas próximas al borde de ataque desarrollan un papel primordial y el centro de resistencia lateral avanza, hasta el punto de que esto causa problemas a menudo por volverse el barco demasiado ardiente (tendencia a orzar); es especialmente patente en los barcos de orza, que serian casi ingobernables si no levantaran ésta. Sin embargo, en el estudio de la ceñida generalmente despreciaremos este desplazamiento longitudinal del centro de resistencia lateral. Además, cuando el barco escora, el centro de resistencia lateral se desplaza en cierto modo hacia el exterior de ]as nuevas líneas de agua. Cuando el empuje velico actúa sobre el eje del barco, por ejemplo con mayor y foque atangonado, o con el spinnaker, no existe ya componente lateral y el casco se desplaza sin deriva. Entonces parece más lógico hablar de "centro de resistencia dinámica".
Este planteamiento un poco largo tiene como fin el dejar sentado que los centros de empuje y de resistencia lateral estarán situados a una cierta distancia uno de otro, variable según las condiciones de utilización.
Ateniéndonos al croquis, veremos que para que el barco progrese en línea recta sin solicitar corrección con la caña se necesita:
1º que las fuerzas R y D sean iguales.
2º que están situadas sobre el mismo eje .
Con una carena bien diseñada y una escora moderada, en la ceñida ambas condiciones pueden cumplirse Los últimos toques son dados por los tripulantes, que procuran situar el palo y ajustar las escotas de forma que tengan un barco bien equilibrado. Pero para cualquier modificación de las fuerzas actuantes o de la posición de uno de los centros hará falta para que el barco siga equilibrado, un desplazamiento simétrico e inverso del otro. Si el empuje velico aumenta bruscamente, el plano de resistencia a la deriva se ajusta, hasta un cierto límite, al esfuerzo solicitado por modificación del ángulo de deriva. Si el centro de empuje avanza, es necesario que el centro de resistencia lateral retroceda, resultado que se obtiene levantando parcialmente la orza en los barcos dotados de orza basculante. (La búsqueda del equilibrio longitudinal es una de las razones que han llevado a disponer dos orzas, una detrás de otra, en algunos yates americanos de grandes dimensiones. Por el contrario, si el centro de gravedad se desplaza hacia el exterior, es imposible desplazar en sentido inverso el centro de resistencia lateral, o hacerlo retroceder lo necesario. Se crea entonces un par evolutivo importante que solo puede compensarse con la acción del timón. En los yates de regata, la lucha por reducir la superficie mojada y la reducción de la parte trasera del plano de deriva que suele acompañarla, conduce a la creación de barcos que, aunque están bien equilibrados en ceñida, tienen muchas veces un comportamiento errático a rumbos abiertos, agravado por la posición muy avanzada del timón, que dificulta la lucha contra las guiñadas. Naturalmente, el aprovechamiento de las velas de proa será muy ventajoso a estos rumbos, porque tienden a desplazar hacia delante el centro de empuje. El spinnaker goza de la ventaja adicional de tener su propio centro de empuje en las inmediaciones del eje de desplazamiento. De esta manera, con viento en popa, el tangón de spinnaker bien fuera de la borda, los centros de empuje y de resistencia dinámica estará prácticamente sobre el mismo eje. Existirá un par que tenderá a hundir la proa del barco, pero no habrá par evolutivo.
De todas maneras, si por cualquier causa el barco da un fuerte balanceo se creará, aunque el barco continúe viento en popa, un par evolutivo o incluso una sucesión de pares opuestos.

El gráfico representa una vista en planta del barco navegando. Podemos apreciar que, a causa de la escora, el punto de aplicación del empuje velico está netamente fuera del casco, al igual que por la misma causa el centro de resistencia lateral está desplazado en el sentido opuesto con respecto al eje longitudinal. El viento aparente, muy mal denominado, representa el viento que realmente incide sobre el barco y es, a causa de la velocidad de éste, distinto del viento que percibirá un espectador inmóvil.

Una vez definidos los puntos de aplicación de las fuerzas actuantes, veamos como se descomponen éstas para un barco que navegue ciñendo éste es el croquis tipo que vamos a ver repetidamente bajo formas más o menos completas, para ilustrar las fuerzas actuantes y su interacción recíproca. De hecho, esta interacción es constante, y se lo podemos considerar este croquis como instantáneo, válido únicamente para un momento dado. El rumbo del barco forma con la dirección del viento real, un ángulo y que no puede reducirse más que hasta un cierto valor, y cada uno de sus componentes ilustra un aspecto diferente del problema. Puntualicemos en primer lugar que el único elemento válido de comparación y de apreciación del progreso del barco contra el viento es el Vmg, medido directamente sobre el eje del viento, lo que ilustra con claridad el hecho de que una buena ce-ida no consiste solamente en la máxima reducción del ángulo Y, que llevará consigo un excesivo aumento de las resistencias al avance.