La velocidad de las cosas y el ahorro por tierra, mar y aire

Tal como comentamos la semana pasada, las políticas de ahorro energético son indispensables. Sería irresponsable por nuestra parte no incidir en ellas. En vez de impulsar medidas caprichosas e improvisadas como reducir la velocidad de los coches a 110 km/h por las buenas, sin debatir con los actores socioeconómicos su conveniencia, será necesario, entre otras cosas, calcular y valorar de una manera rigurosa la velocidad económica óptima para cada tipo de transporte y circunstancia: no solo el vehículo privado sino el transporte de mercancías y pasajeros por carretera, ferrocarril y AVE, los diferentes tráficos del transporte marítimo o fluvial, etc.

Por tierra, mar y aire

Afirmábamos que la resistencia al avance de un sólido que ofrece un fluido (líquido o gaseoso) en función de la velocidad es exponencial para cualquier tipo de vehículo. Hoy vamos a ampliar el razonamiento.

En el mundo aerodinámico o hidrodinámico real, dependiendo del vehículo, el medio y del entorno, cuando un móvil se desplaza en el seno de un único fluido se producen dos tipos de fuerzas: potenciales y de rozamiento. Estas últimas tienden a estar relacionadas con el cuadrado de la velocidad. Pero las fuerzas potenciales, debidas a la formación de perturbaciones (como por ejemplo torbellinos en el agua), no se pueden determinar de manera analítica más que en algunas soluciones particulares. Las matemáticas, con la ayuda de los ordenadores más potentes que se puedan imaginar, no son capaces.

Y si además hay una interfase entre dos fluidos, como es el caso de la superficie del mar, la formulación matemática se complica enormemente. Y, por lo tanto la precisión de sus resultados. Por todo ello, la relación de la velocidad con la resistencia total al avance se establece de manera empírica, con la ayuda de los túneles aerodinámicos y los canales de experiencias hidrodinámicas, como una función potencial de la velocidad y la superficie de contacto, y unos coeficientes experimentales. En algunas aplicaciones se establecen valores variables (buques de desplazamiento positivo tipo hidroala) pudiendo alcanzar incluso el valor de cuatro.

Luego no todos los vehículos, por no decir ninguno, avanzan con el cuadrado de la velocidad. El exponente variará, pues, según los medios en que fluyen los elementos, no siempre de manera imperceptible e infinitesimal.

En el aire, por ejemplo, el exponente no se mantiene igual a velocidad subsónica que supersónica. Tampoco tiene sentido hablar de la velocidad al cuadrado cuando un avión vuela en las inmediaciones de la velocidad del sonido (unos 340 m/s o 1.235 km/h). Si un avión convencional acelerase lentamente con el fin de aumentar su velocidad hasta llegar a la del sonido (desde los 900 km/h a los que vuelan habitualmente hasta los mencionados 1.235 km/h) se “chocaría” contra la barrera del sonido, requiriendo un incremento de fuerza muy superior para traspasarla. Lo que produce el característico estampido cuando un avión “rompe” la mencionada barrera. 

Según abandona un cohete la atmósfera terrestre, por ejemplo, la resistencia al avance disminuye según va reduciéndose la intensidad de la atmósfera, hasta valer cero en los vacíos espacios siderales. Un satélite artificial, como todo el mundo sabe, avanza con aceleración nula en el vacío, una vez ha abandonado la influencia de los campos gravitatorios de los planetas, estrellas u otros cuerpos celestes. Ya que la presencia de campos gravitatorios se traduce en fuerzas, es decir, en aceleraciones, según F = m x a,  la conocida fórmula de Newton. Y a velocidad constante, sin necesidad de propulsión, porque tampoco hay rozamiento ni otras perturbaciones. La resistencia al avance es en esos momentos nula. Y la velocidad, sin embargo, puede ser endiablada.

En el caso de la mar y los barcos, donde tanto el agua como el aire están presentes y se interrelacionan a través de una interfase que es modificada continuamente por las olas y otros fenómenos físicos y químicos menores, el asunto es infinitamente más complejo. Los exponentes solo se acercan a dos en situaciones muy particulares: para barcos de gran eslora a velocidades muy, pero que muy reducidas.

En resto de los casos el exponente es mayor, como nos muestra la experimentación. Tendiendo tres, e incluso a menudo superando ampliamente ese valor, tal como hemos comentado anteriormente. Por ejemplo, no alcanza la misma velocidad un submarino, cuando marcha a la máxima potencia navegando en superficie, que sumergido. Navegando hacia el Norte que hacia el Sur. El exponente es diferente con lo que la resistencia al avance también lo será. Habitualmente avanzará a mayor velocidad cuando el artefacto navega totalmente sumergido al desaparecer la resistencia por formación de olas, es decir, la interfase.

Moraleja

Podríamos comprobar cómo un pequeño ajuste de la velocidad en el transporte de mercancías y/o pasajeros, junto con la reordenación del tráfico en determinados segmentos, puede producir una considerable reducción del consumo energético y la contaminación sin trastornos apreciables. Mientras que en otros será insignificante y los perjuicios causados mayores que los beneficios.

El transporte marítimo por ejemplo, extremadamente eficiente y competitivo, causa principal de la globalización, se suele autoregular solo, según aumenta el precio del petróleo. Ya lo hizo en el pasado, cuando la primera crisis del petróleo, en el año 1973. A corto plazo reduciendo la velocidad económica. A medio remotorizando los buques si es necesario. Y a largo plazo modificando los diseños, adecuándolos a las nuevas circunstancias. También se puede fomentar de manera más enérgica el transporte marítimo de corta distancia entre España y el resto de Europa, reduciendo de esta manera el consumo y de paso la contaminación y las emisiones en tierra.

En los aviones, la eficiencia va por otro lado. Aquí apenas es de utilidad el consejo de la madre a su hijo piloto: vuela bajo y despacito. Hay otros muchos lugares donde rascar, que suelen estar más relacionados con factores externos que con los aviones mismos, sobre todo en los vuelos domésticos y de corto radio de acción: la reordenación del tráfico y el control aéreo (civil y militar), el famoso espacio aéreo único europeo, las aproximaciones; el tiempo de rodadura en algunos aeropuertos, etc. Esto, por supuesto, junto con la introducción de nuevos aviones y motores, cada día más eficientes, que sustituyan a los antiguos.

En el transporte por carretera, se podría debatir no solo la velocidad máxima de los coches, sino la de camiones y autobuses. ¿No traería beneficios superiores reducir 10 km/h algún tipo de transporte pesado, obligando de paso a conducir siempre por la derecha, sin permitir efectuar adelantamientos eternos que ralenticen el tráfico, como hacen otros países?

Respecto al transporte de mercancías por ferrocarril, ¿no habría que hacer todo lo contrario? Potenciarlo. Convertirlo en un medio más rápido, flexible y eficiente. Una alternativa real al transporte por carretera, descongestionando de paso las saturadas vías y aumentando la seguridad del tráfico. Poniendo a cambio los pies en el suelo, olvidando de una vez los caros delirios de grandeza que produce el AVE; dejando de dedicarle unos recursos que no tenemos; y, por qué no, haciendo que circulen a una velocidad más económica sin llegar a la boutade de ayer.

Nota: un desgraciado problema de asimilación enturbió la mente de Imegda, Maieutic y Tequila en el foro del artículo anterior. Lo cual les obligó a realizar unas afirmaciones desafortunadas e incorrectas que es preciso aclarar.

Imegda exponía en el foro “La LOGSE sigue haciendo estragos: la resistencia de (sic) dinámica de cualquier elemento que se mueve crece con el cuadrado de la velocidad no exponencialmente como Vd. dice”.

Yo afirmé lo que está escrito, no lo que ellos interpretaron: “La resistencia al avance en función de la velocidad es exponencial para cualquier tipo de vehículo”, no que crezca exponencialmente. Según el diccionario de la RAE el vocablo exponencial viene de exponente y significa: “1. adj. Dicho del crecimiento: Cuyo ritmo aumenta cada vez más rápidamente”.

Crecer con el cuadrado de la velocidad equivale a decir que el exponente es dos. Y ya hemos visto en este post como muchos elementos no se mueven con el cuadrado de la velocidad, lo cual no quiere decir que lo hagan exponencialmente. Realicé tal afirmación como lo hice porque mi mundo, afortunadamente, es mucho más amplio, rico, variado y complejo que el de la dinámica simple que el sistema educativo perpetró a algunos.

La lectura comprensiva es evaluada en los, por ellos denostados, planes educativos actuales, cuando los niños tienen ocho años. Y el español, un idioma fabuloso que permite expresarse con la mayor precisión a quien se lo proponga.