La última pregunta de navegar de popa cerrada más rápido que el viento es la más contra-intuitiva de todas ellas, pues desde el momento en que navegáramos arrastrados por el viento a su misma velocidad, el viento relativo es cero, y por tanto cabría pensar que no es posible adelantarse a esa masa de viento que nos empuja. Pero en física, la primera impresión no siempre es la verdadera y efectivamente, además de ser posible navegar de super-ceñida, directamente CONTRA el viento a cero grados respecto a su dirección, también es posible adelantar al viento en empopadas cerradas.

AC72 a tres veces la velocidad del viento

Da gusto verlos navegar en las costas de la comunidad Valenciana entrenando a velocidades que parecen no tener límites. Los Catas de la Copa América regatean bien trimados a 3 o 4 veces la velocidad del viento. Este 18 de Junio el Emirates New Zealand registró una velocidad de 44,1 nudos con un viento de solo 15,6 nudos.

Los veleros “sienten” lo que llamamos el vento aparente y que es MUY distinto al viento real, especialmente en los barcos de altas prestaciones como estos AC72. El viento real es el que realmente mueve el barco, pero como resultado de ello los que van en el barco "sienten" un viento resultado de la suma de la velocidad del viento real y la velocidad del velero.

De este viento aparente, es del cual se extrae energía capaz de propulsar el velero. Pero en popas cerradas el aparente al ir totalmente empujados por el viento a su misma velocidad es cero, lo cual en una ecuación de potencias expresado en un denominador matemático da como resultado magnitudes infinitas... Parece que matemáticamente, no es posible avanzar más rápido que el viento… salvo que la expresión matemática tenga excepciones y el barco navegue según principios físicos muy distintos, como ahora veremos:

Velas Rotativas

El concepto fue patentado en Inglaterra en el año 1.935, por Walker Windsail Systems, aunque hasta ahora no se haya utilizado salvo en contados prototipos. La idea consiste en un generador eólico, (parecido a los que ahora vemos en los campos para producir energía eléctrica) y cuyo movimiento acoplado a una caja de engranajes, acciona una hélice bajo el agua. La propulsión proviene por tanto del movimiento una hélice debajo del agua, como si se tratara de una barco de motor normal. Se podría utilizar en vez de una conexión mecánica, un motor eléctrico que utilizara la potencia eléctrica generada por la turbina de viento.

Si navegamos en un prototipo como este, directamente contra el viento, el viento relativo es máximo y la turbina producirá la máxima energía, que es trasladada hacia la propulsión de la hélice debajo del agua. El sentido de giro de la turbina será el mismo al de un aerogenerador tradicional que crea energía eléctrica a partir del viento. Ojo a este detalle como veremos más adelante.

El prototipo puede llevar una conexión mecánica a través de una desmultiplicación o caja engranajes. Quizás podríamos generar energía eléctrica que alimentara un parque de baterías del que se abasteciera un motor eléctrico de propulsión. O podríamos utilizar esta potencia eléctrica para alimentar directamente a un motor eléctrico que accionara la hélice debajo del agua. Hemos visto prototipos de catamaranes según este principio, con uno o más mástiles en cuyo extremo está ubicado una aerogenerador. 

El BlackBird exponsorizado por Google

En 2010 el prototipo Blackbird, financiado por Google y creado por el ingeniero Rick Cavallaro, aunque "navegaba" en tierra firme, estableció un nuevo record en pista asfaltada directamente a favor del viento, 2,8 veces más rápido que la velocidad del viento, y 2,1 veces la velocidad del viento al ir contra él. Algo que parece imposible de primeras dadas… ¿Cómo puede ser?

Aunque esta misma idea aplicada a los barcos ha sido desarrollada en distintos prototipos con mayor o menor éxito, lo cierto es que es posible, aunque nunca se haya demostrado, como por el contrario si se ha hecho sobre asfalto. Con veleros de velas rotativas, es posible navegar en todas las direcciones de viento incluso directamente frente al viento.

Más rápido que el viento a FAVOR del viento

Cuando leí sobre ello, mi primera impresión fue de total incredulidad. Si navegáramos a la misma velocidad del viento, la velocidad relativa del barco o lo que es lo mismo, el viento relativo es CERO. Y a partir de allí... pues ya no es posible "extraer" energía del viento. Pero el Blackbird demuestra lo contrario. Osea es posible “navegar” más rápido que el viento al hacerlo a favor del viento. Pérdidas de rendimiento aparte, trasladar el ejemplo del BlackBird a la náutica, consiste en convertir las ruedas del prototipo en una hélice debajo del agua. Deberíamos utilizar una hélice de gran superficie y mucho paso par evitar el 'deslizamiento' (del cual ya hemos escrito en otros artículos).

El físico Alex Kusenco de la Universidad de UCLA, perdió una apuesta de 10.000$ al pensar que era imposible, y de hecho supuso el motivo para animarme a escribir el presente artículo. Físicos y divulgadores tan conocidos como Neil DeGrasse Tyson pensaban lo mismo; imposible. Lo cierto es que el planteamiento de la velocidad relativa es incierto si el vehículo va propulsado trasladando el movimiento de la turbina hacia el movimiento de unas ruedas y el planteamiento físico debe ser efectuado en términos de energías.

En este modo de propulsión, la hélice de la turbina al viento, gira en sentido contrario a como lo haría un aerogenerador (aún más raro todavía). En el "Blackbird" de Google, el movimiento de las ruedas contra el asfalto es lo que transmite mecánicamente movimiento e impulsa la turbina que gira en sentido contrario al de la masa de viento. Es decir la turbina actúa como un "ventilador" y no como un aerogenerador, y propulsa aire hacia atrás más rápido que la velocidad del  viento, creando un efecto de "acción y reacción". De nuevo se produce una contra-intuición y parece que hemos inventado un móvil perpetuo. Pero no es así.

Sigamos con el ejemplo del Blackbird que ha demostrado esta posibilidad en la práctica, y que luego podemos trasladar a un barco sustituyendo ruedas por una hélice debajo del agua. La potencia generada por el arrastre de las ruedas contra el asfalto es igual al producto de la fuerza de las ruedas contra el asfalto, multiplicado por la velocidad angular de las ruedas. Y esa potencia debe ser igual a la fuerza de la hélice de la turbina multiplicada por la velocidad relativa del viento. Dejamos unos videos en los que se explica más detalladamente el razonamiento físico, para aquellos que quieran profundizar en el modelo físico y matemático.

Barcos de paneles solares

Son ya una realidad y existen varios modelos en el mercado tanto en pequeñas motoras como en catamarán cuyo HardTop está formado por una gran extensión fotovoltáica sin posibilidad de quedar ensombrecidos por vela alguna, pues por no llevar, no tienen ni siquiera mástil. A cambio, equipan una importante extensión solar de más de 150 metros cuadrados, capaz de generar una potencia solar de unos 30 Kw, cuya energía puede almacenarse en un parque de baterías de litio, que a su vez alimenta a los motores.

Poco a poco van apareciendo nuevos modelos en el mercado con prestaciones sorprendentes. Navegando a una velocidad baja de entorno a 5 nudos, algunos modelos son capaces de navegar de forma continua, mientras haya sol. Es decir la producción de energía iguala al consumo, sin necesidad de pre-almacenar energía para poder navegar posteriormente.

La "química" de las baterías evoluciona a gran velocidad, y en los próximos meses empezará la comercialización de células de litio de estado sólido, que tras el coche eléctrico, serán adoptadas por la náutica de recreo. Más capacidad por unidad de peso, más seguridad y mejor precio, son las características de estas nuevas tecnologías con las que seguirá imparable la evolución de los barcos con motores pequeños movidos mediante baterías y producción solar.