Rafagas - Fuerza - Aceleracion - Kitesurf

Analicemos el efecto exponencial de las ráfagas en la fuerza generada por un kite y la aceleración del kiter.
Factores a tener cuenta:

• Aerodinámica del kite y el AOA, ver Eficiencia Aerodinamica en el Kitesurf
• Fuerza y energía, ver Fuerza - Energia - Potencia - Kitesurf
• Las fuerzas de elevación y fricción son funciones aproximadamente exponenciales de la velocidad aérea sobre la superficie de un kite. Si se duplica la velocidad del aire en un kite, la elevación y la fricción se cuadruplicarán.

Ejemplos

En los siguientes ejemplos suponemos que la velocidad del viento se duplica de 13 nudos a 26 nudos. En todos estos ejemplos, se utiliza el mismo kite, de tamaño moderado, y el ajuste del kite se mantiene constante (bien potenciado).

Kite atado a la Tierra

Fuerza: Si el kite ejerce una fuerza (principalmente elevación, pero también un componente pequeño de fricción) a través de las líneas de cerca de 23 kilos en un viento de 13 nudos, entonces la fuerza aumentará a cerca de 91 kilos cuando la velocidad del viento se duplica a 26 nudos. (Ésta es solamente una aproximación que no toma el peso del kite en consideración.)
Aceleración: No hay aceleración porque el kite está atado.

Kiteboarder en un Beam Reach

Ahora el kiter está navegando en un Beam Reach a 23 nudos en un viento (verdadero) de 13 nudos, que está casi derecho en un tabla eficiente (alto cociente de L/D) por ejemplo una Spleene Session, con un kite bien potenciado. El Viento Aparente pasa sobre el kite a 26 nudos, en ángulo de 30 grados de la dirección del kiter.
Fuerza: En este ejemplo, sabemos que las fuerzas ejercidas por el kite son cerca de 90 kilos, porque la circulación de aire sobre el kite es 26 nudos, que es igual que el ejemplo del kite atado en una ráfaga.
Ahora, asuma que la velocidad del viento verdadero se duplica a 26 nudos. El Viento Aparente aumentará a casi 35 nudos (a 49 grados), y una fuerza de 161 kilos. La velocidad del Viento Aparente retrocederá hacia la dirección verdadera del viento, haciendo que el AOA (ángulo del ataque) aumente levemente.
Aceleración: En este punto, un kiter aflojaría normalmente la barra un poco para reducir la fuerza generada por el kite, pero puesto que se ha establecido que el ajuste del kite permanece constante, él tendrá que cantear, para oponerse a la fuerza del kite. Si no puede oponerse, entonces su cuerpo se acelerará hacia el kite, que lo Derivarrá. Su aceleración a este punto depende de su peso y cuanto pueda cantear. Si pesa 90 kilos, y puede resistir solamente 125 kilos de fuerza con el canteado, entonces teóricamente acelerará downwind en (161 kilos - 125 kilos)/(90 kg/g) = 0.4 g, pero probablemente no pueda. Aquí está el por qué:
En el Instante que comienza a acelerar downwind, el AOA del kite se reduce, y reduce la fuerza generada por el kite, que de vuelta reduce la aceleración downwind del kiter. Y en el del mundo real, ese “instante” teórico de 0.4 g de aceleración sería tan corto (dependiendo del estiramiento de las líneas) que el kite pasaría probablemente de largo el cambio del viento de 13 nudos a 26.
Así pues, si el kiter mantiene su ajuste del kite, acelerará gradualmente en uno de ésos Downwind reaches a alta velocidad y fuera de control, pero su aceleración real será muy gradual comparada con la gravedad, debido al efecto de la atenuación de la aceleración en la fuerza del kite. Cualquier aceleración no sería peligrosa, salvo la velocidad resultante (especialmente si hay algo peligroso downwind).

Kiteboarder con el Kite Arriba

Fuerza: Como el ejemplo1, la fuerza durante una ráfaga de 13 nudos a 26 da lugar a un aumento desde 23 kilos a 91.
Aceleración: Mientras el kiter pese 91 kilos, no debe haber aceleración.

Ejemplo peligroso

Suponga que el mismo kiteboarder está volando el mismo kite por encima en 13 nudos de viento cuando una entra una ráfaga de 52 nudos:
Fuerza: Las fuerzas teóricas del kite aumentarían 16 veces de 23 kilos a 363, pero eso no sucedería realmente a menos que los pies del kiter estuvieran anclados a algo.
Aceleración: Depende de cuan precipitadamente golpee la ráfaga. No existe tal cosa como una ráfaga instantánea, pero si existiera, y si el kiter de 91 kilos fuera poco experto para mantener la barra en la misma posición, entonces conseguiría teóricamente ser alzado a cerca de 3 g (más su propio peso de 1 g). Pero no. Como en el ejemplo 2, el instante que él comienza a acelerar hacia el cielo, el AOA se reduce, y reduce la fuerza, y por lo tanto la aceleración. Estamos hablando de una fracción de segundo. El pico teórico de la aceleración habría terminado dentro del tiempo que le lleva (estáticamente) destensar las líneas, con lo cual no habría tiempo al punto de llegar a esa aceleración.
La aceleración vertical del kiter en este ejemplo es una función de muchas variables, incluyendo las siguientes:

1. Cuan rápido golpea la ráfaga. Tenga presente que el aire que se mueve lento tiene que ser apartado para ser substituido por el aire rápido, y hay capas límite entre diversos bolsillos de aire.
   
2. Las características de la fricción del kite. Mientras que el kiter comienza a levantarse, y el AOA se reduce, el cociente eficaz de L/D del kite cambiará, reduciendo la velocidad aérea del kite, ocasionando al kite contraerse con erspecto a la tierra, haciendo en última instancia que el kiter forme arcos hacia arriba. Cuan rápido sucede esto depende de las características de fricción del kite a las distintas velocidades y AOA.
   
3. La longitud de las líneas. Cuando el kiter forma arcos hacia arriba según lo descrito en (b), su aceleración centrípeta será una función del largo de las líneas. Cuanto más cortas son las líneas, más alta es la aceleración. Teóricamente, si el kite, con líneas de 30 m, redujera inmediatamente a una velocidad aérea de 35,6 nudos, daría por resultado un movimiento pendular de 51 nudos del kiter, con el kite (51-35,6) /51 fuera del centro de un arco de 92.3 m (inmóvil con respecto al viento verdadero), entonces su aceleración centrípeta instantánea sería cerca de 0.79 g. Eso significa, que cuando comienza a formar arcos hacia arriba, su kite tendría que ejercer una fuerza de 1.79 por su peso de 91 kilos, o 162 kilos, que se correlaciona casi exactamente a lo que ejercería ese kite en la velocidad aérea de 35,6 nudos, sabiendo que ejerce 91 kilos a una velocidad aérea de 23 nudos.
   

Más datos

Y esto es tan solo una aproximación de como puede experimentar este ejemplo: 0.79 g de aceleración (más su peso) para un kiter de 91 kilos, siendo elevado en una ráfaga de 52 nudos por un kite completamente potenciado que ejerce 23 kilos (incluyendo su propio peso) a 13 nudos de viento.
Por supuesto, en cuanto el kiter sube, su aceleración vertical disminuye a través de su elevación, llegando a ser negativa en alguna parte antes del ápice. (Previamente, he representado la altura teórica posible máxima de saltos y de colgadas en la Teoría 7: Los saltos más grandes.)

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