La vela de succión es un diseño innovador que utiliza una pequeña cantidad de energía para redirigir un gran flujo de viento cruzado y facilitar la propulsión del buque, reduciendo así el empuje requerido por las hélices. Las ventajas del concepto de vela de succión pueden aplicarse a otras aplicaciones de transporte marítimo.

Introducción

El concepto de vela de succión se origina en las velas convencionales de los barcos, que convierten la energía cinética de los vientos cruzados en propulsión, aplicando la ley de Newton, que establece que existe una reacción cinética para cada acción cinética. Los diseñadores de las primeras velas, los fabricantes de cometas y los constructores de las primeras alas de los aviones se centraron en la interacción del viento en el lado ceñido de la vela, no en el lado de sombra. El sector de la aviación en sus inicios descubrió la importancia del lado de sombra superior del ala para mantener la sustentación, en comparación con la parte inferior.

Los desarrolladores de yates experimentaron con la adaptación de un ala aeronáutica o una vela aerodinámica a la propulsión de embarcaciones, redirigiendo la energía cinética del viento cruzado. La construcción del perfil aerodinámico y el ángulo de ataque en relación con la dirección del viento cruzado aprovecharon al máximo el lado de sombra del perfil para generar fuerza propulsiva, siempre que el aire fluyera sobre él como el agua fluye por el borde de una taza de agua inclinada. El diseño del perfil aerodinámico generó una zona de baja presión cerca del borde delantero, desviando una gran cantidad de viento cruzado hacia atrás alrededor del lado de sombra del perfil aerodinámico para generar mayor fuerza propulsiva.

Vela de succión

La vela de succión es un perfil aerodinámico montado en cubierta con un extractor instalado en el extremo superior que aspira el aire a través de ranuras en el perfil y crea una zona de baja presión en el lado de sombra del perfil. Esta modificación aumenta considerablemente la cantidad de viento cruzado que se desvía hacia atrás alrededor del lado de sombra del perfil, lo que incrementa significativamente la fuerza de propulsión en varios órdenes de magnitud. El concepto tiene potencial para adaptarse a otros ámbitos de la propulsión marítima, incluyendo la propulsión por debajo de la línea de flotación con hidroalas e incluso rotores Flettner.

Hidroalas de succión

La capacidad de la tecnología de velas de succión para aumentar considerablemente la sustentación equivalente en el lado de sombra de una vela aerodinámica sienta las bases para adaptar el concepto a la operación submarina, en forma de hidroalas de succión. Al operar sumergidas, una pequeña hélice impulsaría un pequeño caudal de agua a través de estrechas entradas tipo ranura integradas en la superficie superior del hidroala. El agua fluiría por el interior del hidroala y saldría por una salida instalada debajo o en su extremo más alejado, lo que podría aumentar la sustentación a baja velocidad del hidroala.

El uso de tecnología de succión para aumentar la sustentación en la superficie superior de un hidroplano aumenta la posibilidad de elevar el casco de una embarcación por encima del agua a menor velocidad, lo que también aumenta el peso que una embarcación puede transportar en sus hidroplanos. Elevar el casco a menor velocidad reduce la resistencia al navegar en aguas muy agitadas, lo que permite que la embarcación navegue a baja velocidad durante largas distancias con el casco por encima del agua. Si bien la mayoría de los hidroplanos están diseñados para navegar a alta velocidad, podría existir un mercado para hidroplanos de baja velocidad capaces de navegar con suavidad en aguas agitadas.

Rotor de succión

El éxito de la tecnología de vela de succión en condiciones reales sienta las bases para combinarla con una tecnología competidora: el rotor Flettner cilíndrico giratorio de eje vertical. Un rotor hueco con ranuras de entrada y un ventilador de extracción instalado en su extremo superior ofrece el concepto de rotor de succión. Las aspas reversibles permiten que el rotor y el ventilador de extracción giren en sentido horario o antihorario mientras impulsan el aire a través del rotor. Un engranaje planetario de sobremarcha hace girar el ventilador de extracción a velocidades de rotación extremas, manteniendo una zona de baja presión dentro del cilindro mientras desvía el aire hacia el interior a través de las entradas.

La capa límite móvil de un rotor Flettner giratorio convencional crea una zona de baja presión en la sombra del viento cruzado, desviando la energía del viento cruzado hacia dicha zona y modificando su dirección para generar empuje propulsivo. El aire que fluye hacia las entradas a velocidad sónica restringiría el flujo másico de aire, con el viento soplando directamente en las entradas, permitiendo que el aire fluya hacia las entradas del lado de sombra a sotavento. Una válvula rotatoria que cierra momentáneamente las entradas del lado de ceñida, manteniendo operativas las del lado de sombra, teóricamente desviaría un mayor volumen de energía cinética del viento cruzado hacia atrás, generando una mayor fuerza propulsiva.

Conclusiones

La vela de succión es el desarrollo definitivo de la tecnología de vela aerodinámica, que genera fuerza propulsiva a partir de la energía cinética del viento lateral. En la propulsión eólica de buques, supera a todos los diseños anteriores de vela aerodinámica. Se trata de un concepto probado, basado en la dinámica de flujo, con potencial aplicación bajo el agua, en hidroplanos diseñados para elevar el casco de un buque por encima del agua a baja velocidad y soportar mayor peso a mayor velocidad. También existe la posibilidad de adaptar la dinámica del flujo de aire de la vela de succión a una tecnología de propulsión eólica de buques competidora: el rotor giratorio de eje vertical.

Tanto en aplicaciones con velas de succión como, potencialmente, con rotores giratorios, la dinámica del flujo de aire permite desviar una mayor proporción de la energía cinética del viento cruzado a la propulsión de la embarcación, utilizando un pequeño aporte de energía. Este concepto puede lograr el mismo resultado que una tecnología de vientos de gran altura utilizando menor altura y un centro de gravedad más bajo. La adaptación de la dinámica del rotor de succión a un rotor cilíndrico que gira sobre un eje vertical será el foco de futuras investigaciones para desarrollar un mayor empuje propulsivo a partir de una mayor proporción de la energía cinética del viento cruzado.