Qué energía se utiliza en los barcos de vela
De todos los barcos, los de vela son los más fascinantes, sobre todo cuando las velas son su único medio de propulsión. La energía cinética se transfiere del viento a las velas, lo que da lugar a una fuerza de sustentación que equilibra las fuerzas de arrastre y permite al velero desplazarse por el agua. Todos estamos familiarizados con las partes de un barco por encima de la línea de flotación: la cubierta, los palos, las velas y el timón que se utiliza para girar el barco (figura 1c). Sin embargo, no todo el mundo presta atención a lo que hay debajo del casco. Una parte que a menudo se pasa por alto es la quilla (figura 1d), una aleta vertical lastrada situada en la parte inferior de la embarcación. Su peso reduce la escora proporcionando un momento de adrizamiento que permite que las velas trabajen de forma eficiente y hace que sea muy difícil que el velero se incline y vuelque. También cumple otra función fundamental que vamos a investigar aquí al sumergirnos en la física de la navegación.
Figura 1 (adaptada de Anderson). (a) Suma vectorial de las fuerzas que actúan sobre un velero en movimiento; (b) fuerzas que actúan sobre un velero sólo con la vela mayor y que avanza a rumbo y velocidad constantes; (c) partes principales de un velero; (d) vista frontal de una quilla de bulbo.
Física de la navegación
Aclaración: Los ejemplos podrían incluir que una fuerza desequilibrada en un lado de una pelota puede hacer que comience a moverse y que las fuerzas equilibradas que empujan una caja desde ambos lados no producirán ningún movimiento.
Límite de la evaluación: La evaluación se limita a una variable cada vez: número, tamaño o dirección de las fuerzas. La evaluación no incluye el tamaño cuantitativo de las fuerzas, sólo cualitativo y relativo. La evaluación se limita a tratar la gravedad como una fuerza que tira de los objetos hacia abajo.
Una fuerza individual se describe por su fuerza y dirección. Se pueden medir las fuerzas y comparar sus valores. Las interacciones entre objetos pueden provocar cambios en uno o ambos objetos (Fig. 1).
Lo que ocurre cuando se aplica una fuerza a un objeto depende no sólo de esa fuerza, sino también de todas las demás fuerzas que actúan sobre ese objeto. Un objeto estático suele tener múltiples fuerzas actuando sobre él, pero su suma es cero. Sin embargo, si la fuerza total (suma vectorial) sobre un objeto no es cero, su movimiento cambiará. Para cualquier par de objetos que interactúan, la fuerza que ejerce el primer objeto sobre el segundo es igual a la fuerza que el segundo objeto ejerce sobre el primero, pero en sentido contrario (tercera ley de Newton).
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Con la madurez de las baterías de iones de litio y el almacenamiento de alta capacidad, se buscan formas más inteligentes y rápidas de generar más energía en su barco. Aunque la energía solar siempre será una fuente de energía barata y fácil de conseguir, para el barco moderno de hoy en día, con todas las comodidades deseadas -como el conjunto de aparatos electrónicos, la refrigeración, los hornos eléctricos, los calentadores de agua, las potabilizadoras, el aire acondicionado, etc.-, la energía solar no puede seguir el ritmo.
El concepto de energía se puede comparar con el agua para entenderlo mejor. Un cubo de agua contiene una cantidad específica de agua que se mide en un número de galones o litros. Es finita: cuando se agota, se acaba. Para obtener más, hay que reponerla de una fuente de agua.
De la misma manera, la energía se mide en una cantidad como los galones o los litros son para el agua. La cantidad de energía se mide en julios. La propia pila se compara con el cubo. La batería contiene una determinada cantidad de julios de energía y cuando se agota, se acaba. Para obtener más electricidad utilizable en su barco, debe añadir más julios a su batería.
¿De dónde sacamos la energía para hacer el trabajo?
La creciente regulación de las emisiones marinas y la volatilidad de los precios del combustible están transformando la forma en que se diseñan y operan los buques marinos. Hay muchas oportunidades para mejorar la eficiencia de los buques de todos los tamaños, con una gama de opciones renovables, híbridas y de combustibles alternativos. Estas soluciones a menudo pueden adaptarse o incorporarse a los nuevos diseños.
Mantener el motor y el sistema de combustible en buen estado evitará el uso excesivo de combustible. La limpieza periódica de los inyectores y depósitos de combustible es importante en los motores diesel. El humo blanco puede ser un signo de mezcla pobre, sincronización incorrecta de las válvulas o anillos de pistón desgastados.
El eje de la hélice también puede doblarse con el paso del tiempo, las palas pueden estar desalineadas o la hélice puede estar cubierta de vegetación marina. Un casco limpio, bien mantenido y libre de percebes reducirá la resistencia en el agua y el consumo de combustible de forma drástica.
La velocidad de un barco tiene un impacto muy grande en el consumo de combustible, y la aceleración requiere un aumento drástico del uso de combustible. En el caso de los grandes portacontenedores, el consumo de combustible aumenta a la potencia de tres con la velocidad del barco.