República Bolivariana de Venezuela 
Ministerio del Poder Popular para la Defensa 
Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada 
Núcleo Aragua – Sede Principal 
Ingeniería Aeronáutica 

ELABORACION Y DISEÑO DE UN CARROVELA 

Maracay, Diciembre de 2009. 
Índice 

Introducción………………………………………………………………..…….1 

Capitulo I 
Planteamiento del problema…………………………………….……….2 
Objetivo General……………………………………………….………..3 
Objetivos específicos…………………………………………..………...3 
Justificación……………………………………………………..……….4 
Limitaciones…………………………………………………….……….4 

Capitulo II 
Marco Teórico 
Carrovela definición. Partes del carro vela…………………..….5 
Proa. Popa. Babor. Estribor……………………………………...6 
El rol del viento………………………………………………….7 
Comportamiento de un carrovela. Origen de las velas……..........8 
Fuerza de sustentación…………………………………………...9 
Manejo y regulación de la vela……………………………...…..14 
Manejo de la dirección…………………………………………..15 
Medidas de seguridad para el carrovela………………….……...16 

Capitulo III 
Marco Metodológico 
Nivel de la investigación……………………………………...…17 
Diseño de la investigación. Cálculos analíticos……………....…18 Cálculo del larguero longitudinal a la flexión………………......21 Cálculo del larguero longitudinal a la torsión. Calculo del giro del 
mástil provocado por la torsión del larguero longitudinal………22 

Representación Grafica 

Conclusión……………………………………………...………………………..24 
Bibliografía……………………………………………………………………....25 
Anexos…………………………………………………………….……………..26 

INTRODUCCIÓN 

Estas páginas forman un sencillo manual de conocimientos básicos para el manejo, realización y diseño de un carrovela, además de contemplar algunos de los materiales mas utilizados para su elaboración, este es un dispositivo que funciona por la acción del viento sobre la vela haciendo que ejerza sobre el un fenómeno de movimiento, ya que no cuenta con un motor que lo ayude a desplazarse, haciéndolo un dispositivo que sobre el actúa la fuerza de la naturaleza. 

Este proyecto es de gran importancia en nuestra carrera ya que sobre el dispositivo que actúa el viento es decir la vela se encuentran muchas de las acciones o fuerzas y aerodinámica que actúan de igual modo en el ala de un avión y que en muchos casos son comparables e iguales con los fenómenos físicos de ambas estructuras, por eso al realizar este proyecto del carrovela de magnitud mucho mas pequeña que el ala de un avión podemos aprender a través de una observación mas a nuestro alcance las misma fuerzas y la forma en que fluidos actúan en un ala. 

En la actualidad este dispositivo es considerado parte fundamental de un deporte algunas veces considerado extremo, realizado en diversos países, mayormente realizados en zonas costeras y cercanas a la playa por su gran cantidad de corrientes de aire mayormente provenientes del océano, haciéndolo un deporte relativamente nuevo y que cada día toma mas popularidad en otros países, aunque en caso contrario en nuestro país es un deporte casi desconocido y muy poco practicado, por eso, hace de este proyecto, un proyecto muy ambicioso y de difícil acceso en cuanto a diseño, en cuanto a la parte teórica es un poco mas fácil encontrar información sobre lo referente a las distintos fenómenos que actúan sobre el y los efectos que estos pueden causar si los materiales no son los mas adecuados. 

CAPITULO I 

Planteamiento del problema 

Se nos ha dado la tarea de realizar este proyecto con el fin de adquirir conocimientos en las distintas áreas de la ingeniería aeronáutica, como lo son la mecánica de los fluidos, mecanismos y resistencia de los materiales, dibujo mecánico, entre otros. 

Este proyecto consiste en realizar, diseñar y fabricar un carrovela por un grupo de estudiantes, con los conocimientos adquiridos a través de la investigación y tutorías recibida por nosotros de parte de los tutores de la universidad, además de ser estudiados y analizados durante el semestre, bajo todos estos conocimientos, se procederá a realizar las mediciones y la obtención de las datos necesario y de estudiar los tipos de materiales a utilizar, además de realizar el diseño o estructura a utilizar para cumplir con el proyecto de forma completa y puntual demostrando haber adquirido los conocimientos prácticos y teóricos. 

Es por ello, que debemos tomar las medidas necesarias para elaborar dicho proyecto de forma en sea mucho mas fácil o eficiente desenvolverse en el desarrollo del proyecto del carrovela logrando alcanzar las expectativas necesarias entre ellas, debemos someter a prueba el proyecto sin que sufra ningún daño o consecuencia posible al alcanzar la velocidad o distancia correspondiente exigida por las normas planteadas. 

Es muy importante tener en cuenta las medidas de seguridad para el conductor ya que puede ocurrir cualquier accidente, teniendo en cuenta esto tomamos esto como un factor importante para la fabricación del vehículo tripulado, además de que el conductor tendrá en sus disposición los implementos necesarios de protección, tales como, un casco, coderas, rodilleras, entre otros. La ubicación para realizar la presentación y demostración debe ser en un sitio o lugar sumamente amplio y con muchas corrientes de aire, ya que este es un factor primordial para ejecutarse el proyecto satisfactoriamente. 

Objetivo General 

• Elaborar mediante los cálculos y las herramientas necesarias el diseño de un carrovela. 

Objetivos Específicos 

• Conocer y tener presente todo lo referente a las bases teóricas. 

• Obtener todos los cálculos y datos necesarios para estudiar los materiales a utilizar. 

• Poseer y determinar el conocimiento del diseño a través de los distintos programas electrónicos a utilizar para la obtención de los planos. 

• Elaborar de forma física el carrovela. 

Justificación 

Con la realización de este proyecto se pretende obtener los conocimientos de las distintas áreas que estudian los fenómenos presentes en la aeronáutica, así como también se aprende a trabajar de forma física. 
En este orden de ideas, se podrán seguir desarrollando nuevos proyectos con el fin de profundizar aun más en el área de la aerodinámica. 

Limitaciones 

Una de las restricciones que al equipo se le ha presentado con más auge es la falta de tiempo, ya que las jornadas diarias de clase nos dificultan realizar el proyecto con éxito. Así mismo, la información referente al tema a abordar es limitada en el país, ya que es un deporte relativamente nuevo. Por ello, existe ausencia de material didáctico y literario para guiar la elaboración del proyecto. 

CAPITULO II 

Marco Teórico 

Carrovela 

Definición 
Un carrovela es un vehículo concebido para el ocio o el deporte movido únicamente por la fuerza que ejerce el viento sobre una vela, generalmente tiene tres puntos de apoyo en el suelo en los que se montan ruedas para tierra o cuchillas en hielo. La vela puede ser de tejido, semirigida o rígida. Dispone de un compartimiento para el piloto desde el cual gobierna la dirección con pedales o volante y la vela a través de una botabara con poleas. 

Partes del carrovela 
Un carrovela esta constituido fundamentalmente por dos conjuntos esenciales que a su vez se dividen en diferentes partes. Estas son aparejo y carro: 

Aparejo: 
El aparejo constituye el equipo impulsor de nuestro aparato y está constituido por diversos elementos como son: 
1. Mástil 
2. Vela 
3. Sables 
4. Botavara 
5. Escota 
6. Soporte de escota o barra de polea 
7. Tensor de vela 

Carro: 
El carro es el habitáculo donde se encuentra el piloto y es el encargado de transformar en movimiento, la energía que aporta el aparejo. Este esta constituido por los siguientes elementos: 
1. Hamaca-asiento 
2. Pie de mástil 
3. Manillar 
4. Horquilla 
5. Ruedas 
6. Chasis 

Algunas definiciones importantes 

Proa: Se llama Proa a la parte delantera del carrovela 
Popa: Designaremos con el nombre de Popa a la parte posterior del carrovela 
Babor: Es el lado izquierdo en el sentido de la marcha (Amurado a babor) 
Estribor: Es el lado derecho en el sentido de la marcha (Amurado a estribor) 
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El rol del viento 

El empleo del viento como medio de impulsión en tierra surge como una aplicación de los conceptos usados en el agua, para aprovechar la fuerza de Eolo a través de una vela. Fueron los egipcios los primeros que registran datos sobre el uso de carros a vela. El Faraón Amenembat II de la XII dinastía (2000 a. C) es probablemente el precursor de este medio de locomoción con verdaderos carruajes "a viento", que eran empleados para movilizar tropas. La próxima aplicación mas cercana fue de los romanos en el año 405 a.C. cuando Flavius Vegetius escribió en una obra titulada Epitoma rei Militaris sobre un carro empujado por el viento. 

Los chinos también fueron, por otro lado, innovadores en tiempos lejanos. El emperador Liang Yuang Ti en sus escritos conocidos como Chin Liu Tzu y haciendo una correlación de épocas que en el año 247 a. C., "Koatschang Wu-Shu construyó un carro a vela capaz de transportar a treinta hombres por cientos de kilómetros en una jornada". 

Y llegando a nuestra era, ya en 1543 existió en Europa, un tal Johan Fiedrich que construyó un vehiculo terrestre a vela. La más contundente prueba la dio Simón Stevin, un Ingeniero y Matemático Brugelino nacido en 1548, cuando en 1598, por encargo del Príncipe de Orange, el Conde Maurice de Nassau, construyó un verdadero colectivo a vela "para reducir la fatiga de los caminantes" de aquel entonces. Este carro transportó 28 personas por 75 Km. en dos horas ininterrumpidas. De aquí en adelante todo fue un constante evolucionar de velas y vehículos como medios de transporte hasta que en 1898, en una pequeña ciudad Belga en el límite con Francia llamada De Panne, surgió una idea de crear una actividad competitiva. 

La idea fue de los Hermanos André y Francois Dumont quienes comenzaron a desarrollar nuevos carros con la idea de tener más velocidad. (Cortesía de AEKB). 

Aquí en Venezuela son muy pocas las personas que practican este deporte ya que lo desconocen, se le atribuye a Efren Cabezas como el precursor de este deporte en el estado Zulia y se espera que dentro de poco tiempo tome auge y veamos mas carrovelas en nuestras pistas 

Comportamiento de un carrovela 

Como se dijo anteriormente un carrovela es un vehiculo que se mueve únicamente por la fuerza que ejerce el viento sobre una vela. Este carro se comporta de forma similar a un barco de vela, pudiendo alcanzar velocidades increíbles. 

El motor o elemento que proporciona la fuerza al carrovela es denominado vela y esta puede ser de varios tipos pero la mas comúnmente utilizada en tierra es la llamada “JIB” la cual es una vela de forma triangular, sostenida verticalmente por el mástil y horizontalmente por el boom o botavara, esta se puede maniobrar de tal manera que podamos aprovechar la fuerza del viento para impulsar el carrovela. 

Origen de las velas 

El origen de las velas es muy antiguo y quizá tanto como la navegación. Se atribuye su invención a la diosa Isis cuando buscaba a su hijo la que con el objeto de apresurar más el viaje discurrió elevar un palo en medio de la embarcación y poner en él un lienzo o una vela capaz de recibir el viento. 

Las velas constituyen el mecanismo transformador de la energía que permite que, la fuerza del viento se convierta en fuerza de propulsión y nos haga avanzar. 

Fuerza de sustentación 
La fuerza de sustentación es el parámetro básico de la mecánica de fluidos de un velero. Se genera por la diferencia de presión existente entre las dos cara de las velas, debido fundamentalmente a un fenómeno poco conocido que se denomina "circulación de velocidad". 
Las velas de los veleros, carrovelas, de igual modo que las alas de los aviones, generan una fuerza de sustentación que es debida a las diferencias de presión entre las caras opuestas de sus perfiles aerodinámicos. 
Esta fuerza de sustentación es la que mantiene, en efecto, a los aviones en el aire y hace avanzar a los veleros contra el viento. Desde el punto de vista aerodinámico, consiste, en obtener en todo momento la máxima sustentación y la mínima resistencia, puesto que esto es lo más rentable para la obtención de la máxima fuerza propulsiva y el mínimo abatimiento La descomposición vectorial del empuje vélico en sustentación y resistencia explica que el objetivo de un velero que navega en ceñida sea maximizar la primera y minimizar la segunda para lograr la máxima fuerza propulsiva hacia proa y el mínimo abatimiento. 
Durante muchos años se creía que la sustentación se generaba solamente por la desviación del flujo de aire en contacto con la vela y no se tiene en cuenta un parámetro igualmente fundamental que es el denominado "circulación de velocidad". Es difícil comprender intuitivamente el concepto de circulación de velocidad, pues es imposible verlo a simple vista y es un concepto de origen matemático antes que empírico. Se intentaron comprender la generación de la codiciada sustentación mediante la única acción del flujo lineal de aire sobre la vela: es decir, el viento aparente, el que se "ve" y se siente, cuya dirección y velocidad se puede medir. 
Los laboratorios basados en los túneles de viento se demostró algo que los matemáticos ya sabían: que el flujo lineal del aire, por sí mismo es incapaz de generar sustentación y que existía otro flujo, no lineal sino circular, alrededor de la vela, que denominaron "circulación de velocidad" o "flujo de circulación”. 

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. El aire al pasar sobre las velas crea un empuje cuya dirección forma un ángulo variable con el eje. 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; 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 empuje vélico aunque a simple vista lo parezca, no es el empuje directo del viento sobre la vela, en realidad es la suma de dos fuerzas que actúan en la misma dirección, presión en el intradós y depresión en el extradós, por tanto la tensión y forma de la vela actúa diferente según la intensidad de viento en cada momento. La técnica consiste en orientar las velas en relación al viento de tal forma que éste produzca un ligero cambio en su dirección y pase por ambas caras de la vela sin producir turbulencias. 
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La masa de aire, al deslizarse a lo largo de la curvatura de la vela, produce un aumento de presión en la parte convexa (intradós) y una disminución de la presión en la parte cóncava (extradós). Como resultado, se producen en cada punto de la superficie de la vela fuerzas perpendiculares a ella en una parte de presión y en la otra de succión. A estas fuerzas se les denomina empuje vélico. 
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Viento "Real" y viento "Aparente o Relativo". 

El viento que recibe la vela se combina con el que produce ella misma con su propio movimiento, dando lugar a lo que se llama viento aparente o relativo de distinta dirección e intensidad que el real. En realidad este viento relativo es el que recibe la vela una vez en movimiento. 

Nos podemos desplazar en cualquier dirección relativa con respecto al viento, excepto en la que supone dirigir nuestra dirección en sentido opuesto a la del viento real. 

Barlovento: Es la dirección desde donde sopla el viento. 
Sotavento: Es la dirección hacia donde va el viento. 
El empuje vélico se descompone según el paralelogramo de fuerzas: 
Fuerza propulsora FP paralela al rumbo real (no al plano longitudinal pues tendremos en cuenta el ángulo de deriva) y una Fuerza lateral FL perpendicular al rumbo real. Este vector FL constituye el problema fundamental de la marcha contra el viento. Las respectivas posiciones del centro de empuje vélico y del centro de resistencia lateral crean un par inclinante considerable. Esta fuerza de escora pone a prueba la estabilidad del barco, esta sea cual sea este tienes unos límites que se materializan en el vuelco o una inclinación que reduce sensiblemente el rendimiento del velamen así como la resistencia al avance. 

El fenómeno del empuje vélico es fácil de comprobar de forma práctica. Está basado en el teorema de Bernoulli: En un punto dado, la suma de las presiones estáticas y dinámicas permanece constante. Así vemos que cuando el flujo de aire es desviado por un plano, los chorros de aire que pasan por barlovento, son frenados y una parte de la energía cinética de este, se emplea en crear una presión estática sobre la vela. 

En sotavento, los chorros de aire sufren una aceleración que hace disminuir la presión estática y por lo tanto produce una succión. Presiones y depresiones se suman para constituir el empuje aerodinámico o vélico. 

Retomando el párrafo anterior, tienen igual importancia la fuerza que la dirección del empuje obtenido, ya que ambos desempeñan un papel similar en la formación de la fuerza propulsora. Una serie de principios básicos van a jugar en cada punto de la vela: 

Presión y depresión actuarán perpendicularmente a la vela. Si la vela fuera plana, el empuje sería perpendicular a ella. Por la curvatura, los empujes en los diferentes puntos estarán dispuestos en abanico. 

Los empujes son sensiblemente más importantes en las inmediaciones del borde de ataque. El empuje total, será la suma de las presiones y las depresiones ejercidas sobre la superficie de la vela. Puede considerarse que están aplicadas en un solo punto: el centro de empuje. 

La dirección del empuje al igual que su centro viene determinados por la magnitud y dirección de los empujes en los diferentes puntos. Por el predominio de las cercanías al borde de ataque el empuje se dirigirá hacia delante de la cuerda media de la vela y el centro de empuje no estará en el centro de gravedad de la vela sino a proa de este. 

A medida que el empuje vélico aumente de valor, veremos crecer una fuerza parásita dirigida en la dirección del flujo del aire. 

Es el arrastre, una fuerza opuesta en ángulo recto a la fuerza útil desarrollada por la vela: porte que está orientado perpendicularmente al flujo del aire. 

La relación Porte/Arrastre se llama finura. Un concepto de primordial importancia en la ceñida, ya que el arrastre tiende a separar la dirección del empuje vélico del eje de desplazamiento del barco y disminuye la parte del empuje transformada en fuerza propulsiva, para aumentar la fuerza lateral. 

En otra toma de viento, la finura pierde importancia e incluso en popas, el arrastre participa en la propulsión del carrovela. 

El borde de ataque y las perturbaciones que produce el palo en el aire que incide sobre la vela, van muy ligadas al rendimiento de esta. 

El palo deberá tener una sección lo menor posible, deberá conservar las máximas cualidades de resistencias mecánicas. Su sección deberá presentar el mínimo de anchura al viento. Que un palo perfilado solo es interesante si puede girar de forma que la vela quede como la continuación natural de su cara de sotavento. Una ranura en el palo siempre es mejor que un carril y garruchos. 

Al estudiar el papel que desempeña el ángulo de incidencia volveremos a encontrar la eterna distinción entre la magnitud y la dirección del empuje aerodinámico. 

A primera vista podría parecer que la cuestión está resuelta a causa de la forma de la polar, que para los ángulos compatibles, con un rumbo de ceñida, crece y decrece brutalmente a uno y otro lado del máximo. 

Pero en primer lugar hay que tener en cuenta la transformación del empuje en fuerza propulsora y por lo tanto el ángulo entre la dirección del empuje y el camino (beta). El valor del ángulo que proporciona más fuerza propulsiva es aquel en que la perpendicular al camino es tangente a la polar. Con viento de través es conveniente conservar un ángulo tan reducido como en la ceñida. 

En aerodinámica, el alargamiento no es como se cree, la relación entre la altura y la anchura de una vela o de un ala, sino la relación entre el cuadrado de la altura y la superficie. 

Uno de los programas utilizado para la realización y calculo de las velas es el sailcut este programa nos permite nada mas que ingresando una serie de datos que nos dan las proporciones y dimensiones de la vela además de velocidades de empuje, inclinación entre otras series de especificaciones. 

Manejo y regulación de la vela 

Los movimientos a realizar con la vela son muy sencillos y fáciles de entender. Además tendremos unas actuaciones importantes a tener en cuenta como medida de precaución. 

Cazar: Consiste en tirar de la "Escota" de manera que disminuya el ángulo que esta forma con el eje longitudinal. Es decir dar tensión a la vela. 

Lascar: Disminuir presión en la "Escota" de tal forma que la vela aumente el ángulo que forma con el eje longitudinal, consiguiendo así una menor presión y empuje del viento. 

Portar: Se dice que una vela porta cuando está correctamente orientada, de modo que aprovecha íntegramente la fuerza del viento. 

Manejo de la dirección 

Para manejar un carrovela disponemos de dos mandos bien diferenciados que combinados hacen de el un vehiculo sumamente maniobrable, probablemente el mas rápido en respuesta y mejor radio que existe. 

Manillar: Disponemos de un manillar para poder actuar sobre la rueda delantera, como si de un triciclo se tratara. Este sistema de actuación en la dirección es totalmente intuitivo y no ofrecerá ningún problema a la hora de coordinar giros o cambios de dirección. 

Escota: Es el cabo que se utiliza para "Cazar" o "Lascar" la vela. Se trata de un cabo que mediante un sistema de poleas, une el puño de escota (parte trasera de la vela), con nuestra mano. 

El Manillar y la escota se manejan cada una de ellas con una mano, siendo la derecha la encargada de la escota en caso de ser diestra. 

Situado en el pie de mástil disponemos de una polea que acciona la tensión de la vela sobre la longitud del mástil. Actuando sobre ella dispondremos de mayor o menor bolsa en la vela, dando así más o menos rigidez a la misma. A mayor intensidad de viento, mayor tensión en ella. 

Medidas de seguridad para el carrovela 

1. Como medida de seguridad, siempre que no estemos utilizando el carrovela, deberá estar tumbado con el mástil en tierra y siempre pendiente de el. 

2. No dejar el carrovela con la vela montada si no estamos cerca de el, puesto que un carrovela suelto puede ocasionar graves daños. 
3. Los cruces con otros aparatos se realizaran siempre dejando a la izquierda al que nos viene de frente, de tal forma que nos desplazaremos siempre a nuestra derecha. 

4. Cada vez que montemos y desmontemos nuestro carrovela se realizará una inspección de todos sus componentes ya que posibles desperfectos pueden ocasionar un accidente. 
5. Es aconsejable utilizar casco y lentes protectoras de ojos puesto que circulando en terrenos con piedras o arena se desprenderán pudiendo causar lesiones. En los comienzos es fácil volcar nuestro aparato por lo que usar casco es sumamente importante. 

GLOSARIO 

Abatimiento: Desplazamiento lateral debido al efecto del viento. La proa no marca la dirección en la que se esta desplazando la nave. (En este caso el vehiculo) 

Aerodinámica: Es el estudio del flujo de aire sobre y alrededor de un objeto, siendo en este caso una parte esencial del diseño de un auto de Formula Uno. Variables como velocidad, densidad, presión y temperatura son tenidas en cuenta al momento de resolver un pro. 

Botavara: Elemento del aparejo que se asegura al mástil por un extremo y a la vela por el otro (por el puño de escota) para darle forma y poder cazarla. 

Carrovela: Un carrovela es un vehículo concebido para el ocio o el deporte movido únicamente por la fuerza que ejerce el viento sobre una vela, generalmente tiene tres puntos de apoyo en el suelo en los que se montan ruedas para tierra o cuchillas en hielo 

Circulación de velocidad: es un flujo circular del aire alrededor de la vela, ya que el flujo lineal del aire es incapaz de generar sustentación. 

Fatiga: la fatiga de materiales se refiere a un fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas (fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las cargas estáticas que producirían la rotura. La rotura por fatiga tiene aspecto frágil aún en metales dúctiles, puesto que no hay apenas deformación plástica asociada a la rotura. 

Fluidos: Cualquier material o sustancia que cambia de forma uniformemente en respuesta a una fuerza externa ejercida sobre ella. El término se aplica a líquidos, gases y sólidos divididos finamente. 

Fuerza Eólica: es la energía obtenida del viento, es decir, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es transformada en otras formas útiles para las actividades humanas. Otra característica de la energía producida por el viento es su infinita disponibilidad en función lineal a la superficie expuesta a su incidencia. En los carrovela, a mayor superficie vélica mayor velocidad. En los parques eólicos, cuantos más molinos haya, más potencia en bornes de la central. En los veleros, el aumento de superficie vélica tiene limitaciones mecánicas (se rompe el mástil o vuelca el barco). En los parques eólicos las únicas limitaciones al aumento del número de molinos son las urbanísticas. 
Fuerza de sustentación: La fuerza de sustentación es el parámetro básico de la mecánica de fluidos de un velero. Se genera por la diferencia de presión existente entre las dos cara de las velas, debido fundamentalmente a un fenómeno poco conocido que se denomina "circulación de velocidad". 
Fuerza propulsiva: la fuerza de propulsión es la fuerza ejercida en el circuito de las ruedas motrices, en la dirección x. La reacción a esta fuerza, ejercida por la pista con el carrovela, es lo que impulsa el vehiculo hacia delante. 

Maniobra: hacer una maniobra con el carrovela es hacer una serie de movimientos para conseguir colocarlo en la posición que queremos (por ejemplo, para sacarlo del aparcamiento o para cambiar de dirección). 

Mástil: es el gran palo vertical que sujeta las velas. También podemos decir Palo ó poste metálico vertical al casco, donde se instala la vela mayor. 

Pedales: Pieza que gira sobre un eje que a su vez va roscado a la biela donde se apoya el pie. 
Perfiles: es un contorno o línea que limita cualquier cuerpo o dibujo que representa un corte perpendicular de un objeto y definen algún tipo de elemento 
Perfiles delgados: línea que limita cualquier cuerpo o dibujo en la que se representa un corte perpendicular de un objeto y definen algún tipo de elemento de poco tamaño 
Perfiles gruesos: línea que limita cualquier cuerpo o dibujo en la que se representa un corte perpendicular de un objeto y definen algún tipo de elemento de gran tamaño o magnitud 
Poleas: una polea, también llamada garrucha, carrucha, trocla, trócola o carrillo, es una máquina simple que sirve para transmitir una fuerza. Se trata de una rueda, generalmente maciza y acanalada en su borde, que, con el concurso de una cuerda o cable que se hace pasar por el canal ("garganta"), se usa como elemento de transmisión para cambiar la dirección del movimiento en máquinas y mecanismos. 
Popa: Se designa con el nombre de popa o acrostolio a la terminación posterior de la estructura del buque. Por extensión se denomina también popa a la parte trasera de un buque considerando a éste dividido en tres partes iguales a contar desde la proa. Al igual que la proa y a fin de evitar los remolinos y pérdida de energía, esta parte del buque es también afinada. 
Presión: es una magnitud física que mide la fuerza por unidad de superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie. 
Proa: se llama proa o aflasto a la parte delantera de un barco que va cortando las aguas del mar. También se denomina proa al tercio anterior del buque. Esta extremidad del buque es afinada para disminuir al máximo posible su resistencia al movimiento. 
Resistencia Lateral: Centro de resistencia lateral, es la posición de la suma de todas las fuerzas y resistencias producidas por el casco y sus apéndices en un mecanismo de viento. 
Superficie: la superficie no es mas que la magnitud que expresa la extensión de un cuerpo en un plano, en dos dimensiones: largo y ancho y en tres dimensiones: largo ancho y profundidad. 
Vela: La vela es el arte de controlar la dinámica de un barco o mecanismo propulsado por la simple acción del viento sobre sus velas. 
Velamen: consiste en un conjunto, serie o sistemas de velas de una nave propulsada solo por la acción del viento. 
Viento: El viento es el movimiento del aire que está presente en la atmósfera, especialmente, en la troposfera, producido por causas naturales. Se trata de un fenómeno meteorológico. 

CAPITULO III 

Marco Metodológico 

Nivel de investigación 

Para la realización de este proyecto precedimos a realizar investigación del tipo exploratoria ya que se investigo y analizo a profundidad todo lo relacionado a los carrovelas ya que es un tema poco conocido y para poder desarrollar el proyecto fue necesario el ampliar los conocimientos a través de diversas fuentes de investigación algunas de ella de difícil acceso y otras muchas mas accesibles. 

Los resultados o conocimientos obtenidos durante esta investigación constituyen para el proyecto una visión aproximada a los resultados que debemos obtener en cuantos a como actúan los fenómenos físicos que se ejercen sobre el carrovela, ya que este es un proyecto muy ambicioso del cual hay poco conocimiento por que este es considerado un deporte relativamente nuevo. 

A la vez se realizo una investigación descriptiva al realizar esta investigación supusimos los fenómenos que actuarían o se registrarían sobre el carro vela como lo son el empuje, la resistencia de los distintos materiales a estudiarse, las direcciones de los empujes, las presiones, estática y fuerzas que probablemente serian ejercidas sobre el proyecto a realizarse, con el fin de poder establecer y entender el comportamiento que van a realizar todos estos fenómenos, al momento de la fabricación y el desarrollo del proyecto se puede tener en cuenta estos estudios realizados y así obtener un mejor diseño que sea capas de resistir a todas las posibles fuerzas que puedan ejercerse sobre el carrovela. 

Por ultimo realizamos una investigación explicativa en la que se buscaban saber los efectos de los resultados obtenidos a causa de las distintas fuerzas antes mencionadas que tendrían sobre el proyecto a realizar del carrovela. Todos esto con el fin de buscar el por que de los hechos tratando de conocer o establecer una relacione entre las causas y efectos que interfieren en el proyecto. 

Diseño de la investigación: 

La estrategia que adopto el grupo del proyecto para responder o dar solución a los problemas fue realizar una investigación documental ya que a través de ella logramos la obtención y análisis de los datos necesarios y provenientes de los distintos materiales a utilizar para el desarrollo del proyecto y de material impreso como libros, artículos y otros tipos de documentos que nos ofrecían las bases necesarias para la elaboración del proyecto. 

Cálculos analíticos 

Presión Dinámica: 

R = (1/2) * δ * V2 * Cr * S 
Donde: 
Cr: coeficiente absoluto 
S: superficie del perfil 
δ: a/g = masa especifica o densidad del aire 

Fuerza de sustentación: 

L = (a/2g) * V2 * cl * S 

Fuerza de resistencia: 

D = (a/2g) * V2 * cd * S 

Donde: (a/2g)*v2 = presión dinámica 
Cl = coeficiente de sustentación 
Cd = coeficiente de resistencia 
V = velocidad del aire 
S = superficie del perfil 

|Numero |Peso utilizado (kg.) |Deformación real (cm.) |Deformación teórica (cm.) |Diferencia | 
| | | | |(cm.) | 
|1 |5 kg. |0.023 |0.025 |-0.002 | 
|2 |7 kg |0.033 |0.035 |-0.001 | 
|3 |12 kg |0.060 |0.060 |0 | 
|4 |16 kg. |0.086 |0.080 |0.006 | 
|5 |24 kg. |0.127 |0.120 |0.007 | 
|6 |30 kg. |0.159 |0.150 |0.009 | 
|7 |37 kg |0.189 |0.186 |0.012 | 
|8 |41 kg. |0.221 |0.206 |0.015 | 
|9 |49 kg. |0.263 |0.246 |0.017 | 
|10 |55 kg |0.294 |0.276 |0.018 | 
|11 |61 kg. |0.326 |0.306 |0.020 | 
|12 |67 kg |0.362 |0.336 |0.026 | 
|13 |70 kg. |0.383 |0.351 |0.032 | 
|14 |80 kg. |0.442 |0.402 |0.040 | 
|15 |86 kg. |0.484 |0.432 |0.052 | 
|16 |90 kg. |0.522 |0.452 |0.070 | 

F = H * L3 / 12 * E * Iz 

Donde: F = Deformación 
H = Carga normal a cada columna (Carga total / 4 columnas) 
L = Longitud de las vigas = 20,5 cm. 
E = Módulo de elasticidad = 2100000 Kg/Cm2 
Iz = Momento resistente para flexión = 3,14 * D4 / 64 = 0,017 Cm4 
D = 0.77 cm. 
Para calcular los momentos: 

Mv = Fv * Hcv = 52 Kg * 2, 5 m = 130 Kgm 

Donde: 
Mv = Momento de vuelco. 
Fv = Fuerza generada por la vela (Fuerza de diseño). 
Hcv = Altura del centro velico desde el piso (centro de presión). 

Por otro lado: 

Me = Pp * a + Pe * b + Pr * c + Pq * d + Pv * e 
Me = 90 Kg * 0,95 m + 3,6 Kg * 0,95 m + 5 Kg * 1,90 m +5,5 Kg *0,51 + 
4 Kg * 0,35 m = 105.32 Kgm 

Donde: 

Me = Momento estabilizador. 
Pp = Peso del piloto. 
a = Distancia desde el piloto al eje de vuelco. 
Pe = Peso del eje. 
b = Distancia desde el centro de gravedad del eje al eje de vuelco.(b=a). 
Pr = Peso de la rueda (con rodamientos). 
c = Distancia desde la rueda a levantar al eje de vuelco. 
Pq = Peso del larguero longitudinal. 
d = Distancia desde el centro de gravedad del larguero longitudinal al eje de vuelco. 
Pv = Peso de la vela (con porta mástil y mástil). 
e = Distancia desde el porta mástil al eje de vuelco. 

Calculo del larguero longitudinal a la flexión 

Suponiendo que en el larguero, entre la rueda delantera y el eje trasero, se pare una persona de 90 Kg., condición mas desfavorable que durante el funcionamiento normal, el momento flector máximo será: 

Mfmax = Pp/2 * L/2 = 45 Kg * 1,35 m = 60.75 Kgm = 6075 Kgcm 
Con: 
Pp = Peso de la persona = 90 Kg. 
L = Longitud del larguero longitudinal = 2,70 m 

Debido a que la sección transversal del hierro estructural utilizado para el chasis, es de 50 Mm. * 50 Mm. y el espesor de su pared igual a 1,4 Mm., se tiene el momento de inercia 

Con respecto al eje longitudinal: 

Ixx = a4/12 - (a - 2h)4/12 = 504/12 - (50 - 2 * 1,4)4/12 = 107227 mm4 
Ixx = 10,72 Cm4 

Con: 
a = 50 Mm. (lado) 
h = 1,4 Mm. (espesor) 
Entonces la máxima tensión será: 
σmax = Mmax * Y / Ixx = 6075 Kgm * 2,5 cm. / 10,72 Cm4 
σmax = 1416.744 Kg/Cm2 

Con Y = Distancia a la fibra mas alejada. 
Como la máxima tensión que este material admite es: 
σadm = 2460 Kg/Cm2 

Calculo del larguero longitudinal a la torsión 

Para una fuerza de diseño, igual a 50 Kg, y una distancia del centro velico al larguero longitudinal de 2 m, se tendrá un momento torsor actuante de: 

Mtmax = Fv * Dcv = 50 Kg * 2.10 m = 105 Kgm. = 10.500 Kgcm 

Con: 
Fv = Fuerza generada por la vela. = 50 Kg 
Dcv = Distancia del centro velico al larguero long. = 2.10 m 

La tensión máxima de corte, para una barra hueca de sección cuadrada será: 

τmax = Mtmax / α * b * c2 = 10500 / 0,208 * 5 * 52 = 403.84 Kg/Cm2 

Con: 
b = altura del perfil = 5 Cm. 
c = ancho del perfil = 5 Cm.. 
α = constante que depende de la relación b/c. 
Con b/c = 1 entonces α ’ 0,208 

Como la máxima tensión de corte que este material admite es: 
τadm = 1476 Kg/Cm2 

Calculo del giro del mástil provocado por la torsión del larguero longitudinal 

Suponiendo el mástil rígido, se calcula la distancia que recorre su parte superior, como consecuencia de la fuerza que genera la vela provocando el ángulo de giro del larguero. 

φ = Mtmax * Lpe / β * b * c3 * G 
φ =10500 * 180 / 0,141 * 5 * 53 * 0,8 * 106 = 3.56º 

Donde 
β ’ constante que depende de la relación b/c. Con b/c = 1 entonces 
β ’ 0,141 
G = modulo de cizalladucha = 0,8 * 106 Kg/Cm2 
Lpe = Distancia desde el porta mástil hasta el eje trasero (donde se supone 
Empotrado el larguero longitudinal) = 1,8 m = 180 cm. 

Con este ángulo de giro, lo que inclinaría la punta superior del mástil es menos de 20 cm., no produciendo mayores problemas en el funcionamiento del vehículo. 

CONCLUSIÓN