Com són i com funcionen els “foils”, les hidroales que fan volar els vaixells de la Copa Amèrica

Els “foils” són les ales dels vaixells de la Copa Amèrica de vela. Els elements responsables de fer volar les naus poden superar els 60 nusos de velocitat, més de 100 km/h, i no es descarta que puguin arribar als 120 km/h. Des de la darrera edició sense hidroales (València 2010) fins ara, els velers corren el doble. Això ha provocat que la dosi d’espectacle televisiu hagi anat “in crescendo”. A Bermuda 2017 hi va haver 300 milions d’espectadors, a Auckland 2021 l’audiència va ser de 942 milions i a Barcelona s’espera que ho segueixin 1.200 milions de persones entre televisió i i xarxes socials.

Els pioners no van començar guanyant

Les primeres proves amb “foils” al laboratori de l’equip neozelandès daten de l’any 2011 a Auckland. Els enginyers van aconseguir fer unes hidroales bàsiques que calia provar en plena competició. Les primeres que van fer volar de popa un vaixell de la Copa Amèrica van fer-ho a San Francisco en la 34a edició de la Copa Amèrica. A la final, el Team New Zealand va arribar a guanyar per una regata a vuit l’Oracle dels Estats Unit. Jimmy Spithill, el patró dels estatunidencs, sempre va dir que tenien temps per remuntar. A mesura que avançava la final, la tripulació local va estudiar fil per randa com retallar la diferència i van aconseguir la remuntada més gran de la història de la competició que va acabar amb 9 a 8 per als americans. Els “foils” no havien estat determinants, però des de llavors tots els equips els van implementar.

El mètode d’assaig i error a ple rendiment

Els enginyers dels equips van treballar a fons per fer els millors “foils”, els més diferencials, els que garantien la victòria. Però el procés va ser molt complicat fins arribar al funcionament ideal. Les lleis de l’aeronàutica van ser vitals per aconseguir que ara els velers volin el 99 per cent de la regata. Però les primeres proves van ser un fracàs. La sortida del braç des del casc era de només 60 centímetres i havia d’aixecar una nau de gairebé set tones de sota del mar. Les ales es trencaven per no poder superar el pes de l’aigua. Els dissenyadors de tots els equips van treballar plegats per aconseguir un èxit col·lectiu. En l’experiment final van posar un “foil” al límit, en una situació extrema. Una hidroala d’una tona havia d’aixecar 20.000 quilos, una resistència superior a l’habitual. L’ala es va fer miques perquè la van sotmetre a un pes molt més gran del que ha d’aixecar, van superar l’examen final.

Pesen un terç del total del vaixell

Un vaixell de la classe AC75 pesa 6,5 tones i està fet d’elements molt resistents i el més lleugers possibles, com ara la fibra de carboni. Gairebé un terç del pes total l’ocupen els “foils” que fan una tona cada un. Són d’acer i amb braços d’unes mides descomunals. Tenen forma de T invertida, l’arrel fa cinc metres i els apèndix dos metres cadascun.

El funcionament de les hidroales

Durant les regates l’embarcació submergeix una de les dues hidroales, mantenint el casc aixecat sobre la mar. El segon “foil” actua com a contrapès. Quan passen les boies, totes dues són dins l’aigua. L’únic element del vaixell que sempre toca l’aigua és l’elevador de timó que hi ha a la popa del vaixell.
L’ideal és volar entre 30 cm i mig metre per sobre de l’aigua, però poden arribar a aixecar-se un metre.

Els “foils” actuen com un avió

Els “foils” funcionen exactament igual que un avió. L’ala és a l’aigua, si el vaixell està aturat no fa cap força. A mesura que hi ha més velocitat es crea una sustentació, igual que l’ala d’un ocell o d’un avió. I aquesta sustentació, si els regatistes la poden orientar en la direcció adequada, s’aconsegueix fer volar amb estabilitat a prop de l’aigua. Els AC75 no tenen motors i els cal que bufi un vent mínim de sis nusos, uns 12 quilòmetres per hora, per poder volar. Les bateries de liti que hi ha a l’interior del vaixell permeten que els controladors de vol les aixequin o les abaixin. Segons la maniobra, s’activen 400 components alhora i la velocitat es multiplica. El disseny dels “foils” és lliure i els enginyers de cada sindicat han tingut molt en compte el camp de regates en què es competirà. El de Barcelona serà a mar obert, contràriament al que passava a Bermuda 2017 i Auckland 2021, en què es feia en golfs i protegit per illetes. Aquí farà menys vent i més onades, així que es multiplicarà la complexitat tècnica de la navegació.

L’aigua bull per sota de les hidroales

Una de les coses més sorprenents de les hidroales és que fan bullir l’aigua quan es posen a ple funcionament. És el que en física diuen cavitació.
Quan l’aigua passa a gran velocitat per la part de sota d’un “foil”, es produeix una descompressió de l’aigua i genera un punt d’ebullició a temperatures que no tenen perquè ser de 100 graus, com és habitual en el nostre sistema.

Jordi Ortín, doctor i professor de Física de la Matèria Condensada de la Facultat de Física de la Universitat de Barcelona ens ha explicat per què bull l’aigua per sota de les hidroales quan es posen en funcionament: “Tenim la idea que l’aigua forçosament bull a 100 graus i quan toquem el recipient ens cremem. Però això no és tota la veritat, aquesta és la veritat a una atmosfera. Vivim a la pressió d’una atmosfera i, per tant, estem habituats que l’aigua bulli a 100 graus centígrads. Per què bull l’aigua quan es posa un “foil” dins de l’aigua? Doncs bull perquè el “foil” té una orientació respecte a l’aigua que s’anomena angle d’atac i això fa que la part anterior de la hidroala experimenti una pressió molt més baixa de sobte, mentre que la part posterior del “foil” experimenta una pressió molt més alta. Això és per la forma de la hidroala i la manera de com s’introdueix a l’aigua. La pressió alta propulsa el vaixell, la pressió baixa, si és molt baixa, pot arribar a fer bullir l’aigua a la temperatura que estigui l’aigua, que ja no és 20 o 25 graus, potser és de 10 graus perquè el mar està fred, normalment. Doncs això és la cavitació, la formació de bombolles de vapor d’aigua com a resultat d’una baixada brusca de la pressió”.