viabilidad de una aleta de windsurf con materiales

Viabilidad de una aleta de windsurf con materiales adaptables a la impresión 3D

Trabajo de Investigación Bachillerato

NOMBRE: Natalia de Francisco Polo

CURSO: 2º de Bachillerato

TUTOR: Alexis Martín Bonamusa

MARISTES VALLDEMIA

FECHA: 11/01/2021


Natalia de Francisco Polo 2

Agradecimientos En primer lugar, agradezco a mi tutor Alexis Martín por su ayuda y mentoría durante

todo el trabajo.

Gracias a la escuela Universitaria de Diseño e Ingeniería de Barcelona, Elisava, por

darme acceso a sus recursos y ayudarme a contactar con Rafa Rabasa. Gracias Rafa

por tu paciencia y orientación.

Este trabajo me ha servido para poder investigar sobre futuros estudios y

encaminarme finalmente por la ingeniería de diseño industrial.



SUMARIO

1. RESUMEN ........................................................................................................................... 5

2. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 8

3. SITUACIÓN ....................................................................................................................... 10

3.1 Historia del windsurf ................................................................................................ 10

3.2 Partes de un windsurf ............................................................................................. 11

3.2.1 Vela ........................................................................................................................ 13

3.2.2 Tabla ..................................................................................................................... 14

3.2.3 Aleta ...................................................................................................................... 15

3.3 Navegación básica ................................................................................................... 17

4. TIPOS DE TABLAS Y ALETAS ..................................................................................... 20

4.1 Tabla freeride ............................................................................................................. 20

4.2 Tabla freestyle ........................................................................................................... 21

4.3 Tabla fórmula ............................................................................................................. 22

4.4 Tabla freewave........................................................................................................... 23

4.5 Tabla de aprendizaje o iniciación ......................................................................... 25

4.6 Tablas olímpicas ....................................................................................................... 25

5. CONOCIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN ................................................................... 27

5.1 Procesos de fabricación ......................................................................................... 27

5.2 Estudio de materiales .............................................................................................. 29

5.2.1 Fibra de carbono ............................................................................................... 31

5.2.2 Poliamida (PA6) ................................................................................................. 34

5.2.3 Ácido poliláctico (PLA) .................................................................................... 36

6. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA ..................................................................................... 38

7. METODOLOGÍA: PROCESO DE DISEÑO .................................................................. 38

7.1 Objeto de estudio ..................................................................................................... 39

7.2 Prototipo en 3D ......................................................................................................... 40

7.2.1 Proceso de creación ......................................................................................... 40

7.2.2 Resultados .......................................................................................................... 45

7.3 Estudio de fuerzas .................................................................................................... 46

7.4 Diagramas de cuerpo libre ..................................................................................... 50

7.4.1 Navegante ............................................................................................................ 50

7.4.2 Vela ........................................................................................................................ 51

7.4.3 Tabla ..................................................................................................................... 52



7.4.4 Aleta ...................................................................................................................... 53

7.5 Explicación de las fuerzas ..................................................................................... 53

7.6 Efecto Spin out .......................................................................................................... 57

7.7 Análisis asistido ........................................................................................................ 58

7.7.1 Cálculos iniciales .............................................................................................. 58

7.7.2 Análisis de tensiones ....................................................................................... 59

7.7.3 Comportamiento en carbono ......................................................................... 64

7.7.4 Comportamiento en poliamida (PA6) ........................................................... 66

7.7.5 Comportamiento en ácido poliláctico (PLA) .............................................. 69

7.8 Resultados .................................................................................................................. 72

8. CONCLUSIONES ............................................................................................................. 73

9. BILIOGRAFÍA ................................................................................................................... 75

10. ANEXO ............................................................................................................................. 81



1. RESUMEN En la actualidad la mayoría aletas de windsurf están hechas mediante capas de fibra

de carbono y resina. Este sistema de fabricación supone un coste elevado debido su

complejidad estructural y supone un coste medioambiental importante, al ser

productos contaminantes. Por lo que, es importante explorar otros tipos de materiales

que nos permitan disminuir los costes de fabricación y el impacto sobre el medio

ambiente. El simulado 3D nos permite poder valorar el comportamiento de nuevos

materiales antes de su fabricación.

En el presente estudio se ha analizado la viabilidad de realizar una aleta con

materiales alternativos al carbono, concretamente en PLA y en PA6, a través de la

impresión 3D.

Para el proceso de diseño, se ha escogido una aleta tipo Freeride por su carácter

multidisciplinar, pudiéndose adaptar a la mayoría de las tablas del mercado. Se ha

realizado un modelaje 3D con las características de este tipo de aleta, utilizando el

software CreoPTC. Se han calculado las fuerzas que actúan en la aleta a partir del

resto de elementos que interactúan con ella (navegante, vela y tabla). Para poder

calcular el esfuerzo total i así poder realizar el análisis de tensión. Además de un

análisis del comportamiento de deformación en 3D del modelo de la aleta en los

diferentes materiales: PLA, PA6 y Carbono.

A pesar de que en ninguno de los materiales la aleta ha llegado a romperse, el PLA y

el PA6 sufren una deformación mucho mayor que el carbono. En consecuencia, este

tipo de material no sería óptimo para la navegación profesional, pero sí, puede ser

adecuado para tablas de iniciación.



RESUM

Actualment, la majoria d’aletes de windsurf estan fetes mitjançant capes de fibra de

carboni i resina. Aquest sistema de fabricació suposa un cost elevat degut a seva

complexitat estructural i suposa un cost mediambiental important, al ser productes

contaminants. És important explorar altres tipus de materials que ens permetin

disminuir els costos de fabricació i l'impacte sobre el medi ambient. El simulat 3D ens

permet poder valorar el comportament de nous materials abans de la seva fabricació.

En el present estudi s'ha analitzat la viabilitat de realitzar una aleta amb materials

alternatius al carboni, concretament el PLA i el PA6, a través de la impressió 3D.

Per al procés de disseny, s'ha triat una aleta tipus Freeride. Degut al seu caràcter

multidisciplinari, podent-se adaptar a la majoria de taules del mercat. S'ha realitzat un

modelatge 3D amb les característiques d'aquesta tipus d'aleta. Mitjançant el software

CreoPTC. S'han calculat les forces que actuen en l'aleta a partir de la resta d'elements

que interactuen amb ella (navegant, vela i taula). Per poder calcular l'esforç total i

poder realitzar l'anàlisi de tensió. També, s'ha analitzat la deformació de l'aleta en 3D

per als diferents materials: PLA, PA6 i Carboni.

Tot i que en cap dels materials l'aleta ha arribat a trencar-se, el PLA i el PA6 pateixen

una deformació molt més alta que el carboni. En conseqüència, aquest tipus de

material no és òptim per a la navegació professional, però sí, pot que arribar a ser

adequat per a taules d'iniciació.



ABSTRACT

Currently most windsurfing fins are made by layers of carbon fiber and resin. This

system of manufacture supposes a high cost due to its structural complexity and

supposes an important environmental cost, to the being polluting products. Therefore,

it is important to explore other types of materials that allow us to reduce manufacturing

costs and the impact on the environment. The 3D simulation allows us to evaluate the

behavior of new materials before their manufacture.

In this study, the feasibility of making a fin with alternative materials to carbon,

specifically in PLA and PA6, has been analyzed through 3D printing.

For the design process, a Freeride type fin has been chosen due to its multidisciplinary

character, being able to adapt to most of the tables in the market. A 3D model has

been made with the characteristics of this type of fin, using CreoPTC software. The

forces that act on the fin have been calculated from the rest of the elements that

interact with it (sailor, sail and board). In order to calculate the total effort, the stress

analysis has to be performed. In addition to an analysis of the deformation behavior in

3D of the model of the fin in the different materials: PLA, PA6 and Carbon.

Although in none of the materials the fin has been broken, PLA and PA6 suffer a much

greater deformation than carbon. Consequently, this type of material would not be

optimal for professional sailing, but it can be suitable for beginners' boards.



2. INTRODUCCIÓN

El objetivo principal del proyecto es la búsqueda de alternativas viables para la

construcción de una aleta de windsurf. La aleta es un elemento muy importante en

cualquier tipo de embarcación. Es la que se encarga de que el windsurf siga la

dirección deseada con el agarre adecuado. Después de realizar una pequeña

investigación, me llamó la atención que las mejores aletas del mercado eran de

carbono. Las aletas de este material, además de ser las mejores, también eran las

más caras, con unos precios de alrededor de los 200 euros.

El carbono es un material utilizado en muchos ámbitos. Según el catedrático de la

Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la Universidad de Sevilla, Federico París,

durante su presidencia en la conferencia europea sobre Materiales Compuestos,

afirmaba que la fibra de carbono es un material resistente, rígido y poco pesado. Es

un material muy atractivo para el sector de la aeronáutica. Destaca como mayor

flaqueza, su elevado coste (García Villalón, 2014).

A parte de su elevado coste de producción, también se ha descubierto que el carbono

puede llegar a ser dañino para la salud humana. La fibra de carbono, está compuesta

a partir de fibras extremadamente delgadas con un diámetro de entre 5 y 10 micrones,

trenzadas entre sí formando hilos. Para poder obtener superficies y objetos, se crea

un compuesto a partir de fibra de carbono y resina. El mayor peligro de este material

son sus residuos. Los desechos que surgen al trabajar con la fibra de carbono, al ser

de un diámetro tan pequeño, son inhalables y pese a no haber ningún caso de

anomalías debidas a la respiración de carbono, los expertos no eliminan la posibilidad

de que puedan aparecer en un futuro. Además de afectar por respiración, también

puede dañar la piel. La fibra de carbono, al ser pulida o cortada, le aparecen pequeñas

astillas que causan erupciones en la piel más graves que las generadas a partir de la

fibra de vidrio. Estas astillas también aparecen cuando una pieza de este material se

rompe (Reyes, 2015).



La resina complementaria a la fibra de carbono más común es el epoxi, está es la que

aporta a la fibra la capacidad de rigidez. El riesgo principal de esta resina es su

propiedad corrosiva y su toxicidad. Las resinas de epoxi pueden causar fuertes

irritaciones en los ojos y piel en su estado líquido. Al fabricar cualquier pieza con la

resina, esta se evapora, formando un humo respirable con componentes peligrosos

que, al inhalarse, pueden causar problemas graves de salud. Además de ser dañino

para los humanos, también es un elemento altamente contaminante. El epoxi es tóxico

o dañino para algunos animales marinos y organismo acuáticos. La resina puede

causar grandes efectos adversos en el entorno acuático a largo plazo (El Mundo

Ecológico, 2018).

Después de conocer los problemas de carbono, el objetivo principal era encontrar un

material alternativo con características similares de resistencia y ligereza. Además,

también quería encontrar una opción de material que fuera fácil de manipular y

construir. La impresión 3D es un sector de producción que ha avanzado mucho a lo

largo de los años. Comúnmente se utiliza para la producción de modelos anteriores al

prototipo. Aunque actualmente ha avanzado suficiente como para crear prototipos

funcionales. La impresión 3D más común es la del plástico, aunque con impresoras

más avanzadas también se puede realizar una impresión en metal y otros materiales.

De aquí apareció la idea de probar si un prototipo de la aleta en plástico podría llegar

a funcionar.

El hecho de buscar una alternativa a la fabricación convencional, introduce el proyecto

en el término de cultura maker o movimiento diy (do it yourself). Este tipo de

procedimientos tiene como objetivo la fabricación autóctona. La cultura maker se basa

en el sentimiento de artesanía actual en un ámbito más tecnológico y artístico. Hace

referencia a un aprendizaje activo, basado en la práctica. La base de este movimiento

está en la afición personal y el sentimiento de autorrealización al hacer cosas por uno

mismo (Chiarella et al., 2016).

“El movimiento Maker es la habilidad de ser pequeño y al mismo tiempo mundial;

artesanal e innovador; de alta tecnología y de bajo coste” (Chiarella et al., 2016)



3. SITUACIÓN

3.1 Historia del windsurf

A continuación, se muestra un breve resumen de los orígenes del Windsurf para así

valorar mejor su evolución hasta nuestros días. El windsurf es un deporte que consiste

en la navegación utilizando una tabla de surf y una vela. Se podría decir que se trata

de un híbrido entre la navegación de vela ligera y el surf.

Su historia empieza en los años 30, cuando el surfista Tom Blake idea una solución

para no tener que remar y decide que el viento haga el trabajo por él. Decide poner

una vela situada encima de la tabla. En 1958, Newman Darby tuvo una idea similar,

pero esta vez, incorporando a su tabla una junta para unir tabla y vela (Alias y Scotton,

2017). En la figura 2, se muestra una imagen de este primer prototipo.

Fig.2. Primer prototipo por Newman Darby (hullonwindsurf.com)

Inicialmente, las tablas eran de madera, por lo que eran muy pesadas y navegaban a

poca velocidad. No fue hasta mediados de los años 60, cuando el ingeniero Jim Drake

y el surfista Hoyle Schweitzer diseñaron una tabla de polietileno, haciéndola mucho

más ligera y resistente. Los primeros equipos tenían unas tablas de 3.2 metros de

largo y un peso de 27 kg. En la figura 3 muestra en detalle los planos del prototipo de

Drake y Schweitzer (Campamentos Hullon, 2011).



Fig.3. Planos del prototipo avanzado de Drake y Schweitzer (hullonwindsurf.com)

Aunque el deporte empezó con un propósito de navegación únicamente recreativa, ha

acabado siendo un deporte olímpico, donde la velocidad y la técnica toman un papel

muy importante. El primer mundial se organizó en 1973 por la Federación

Internacional de Vela (ISAF) (ver figura 4) (About Windsurfing, 2019).

Fig.4. Federación Internacional de Vela (sailing.org)

3.2 Partes de un windsurf

Aunque a primera vista da la impresión de que este tipo de embarcación solo está

formada por una vela y una tabla, sus componentes van mucho más allá. Lejos del

primer prototipo de Blake, la incorporación de diferentes elementos permite optimizar

al máximo su rendimiento. Entre los aficionados a este deporte se denomina “aparejo”

al conjunto de elementos y/o piezas que forman el windsurf. En este punto se definen

las partes principales.



El equipo entero está formado por mástil, botavara, driza, orza y aleta (ver figura 5).

El mástil en una vela de windsurf es el palo vertical que sujeta la vela. Va desde el

puño de amura hasta el puño de pena (ver figura 5). Su tamaño varía según el tamaño

de la vela. A su mitad, se encuentra la botavara que es el elemento que aguanta la

vela de manera horizontal. En un extremo, se encuentra el punto de escota que es

desde donde se regula la tensión transversal de la vela. Es la barra que sujeta el

navegante, permitiéndole controlar la aceleración y la dirección del windsurf.

La driza es una cuerda con la que se sube y baja la vela cuando cae al agua. Para

navegantes con más nivel, la driza es un recurso que utilizan para una navegación

más eficiente. Cogiendo la driza con una mano, el cuerpo hace más palanca y se

consigue una fuerza mayor en ese punto.

En la parte inferior de la tabla, se encuentra la aleta o alerón y la orza. La aleta es el

elemento que hace que la tabla consiga seguir un rumbo recto y no derrape. La orza

es un elemento móvil. Se trata de una segunda aleta que se puede poner o quitar, en

función del rumbo de navegación. Por lo que, la orza permite adaptarse a cualquier

viento (Domingo, J, 2006).

Fig.5. Partes de un windsurf (escolagarbí.com)



3.2.1 Vela

La vela para windsurf es la parte que capta la fuerza del viento y que sirve de volante

al navegante. Es decir, es la parte del windsurf que nos permite regular la dirección y

velocidad que se quiere tomar. En la figura 6 se pueden ver en detalle todos sus

componentes.

La vela va unida a la tabla por una pieza extraíble llamada base. Esta base va unida

al pie de mástil. El pie de mástil es una extensión en la que, a través de un sistema de

poleas, se consigue la tensión en el punto de amura. Dependiendo de la tensión en

este punto, juntamente con el de la botavara, se obtiene más o menos potencia.

Para mantener la vela rígida están los sables. Situados de manera horizontal ayudan

a la botavara a que la vela tenga una superficie más eficiente. En la figura 6 se detallan

los diferentes elementos de la vela1 (Domingo J, 2006 y Tecninau Coop. V, 2015).

Fig.6. Vela de windsurf (escolagarbí.com / suerfer-word.com)

1 Otros elementos de menor importancia:

Grátil: Parte de la vela que envuelve el mástil. También es el borde de ataque al viento.

Pujamen: Parte del borde inferior de la vela.

Ollaos: Agujeros colocados en el extremo de la botavara. Sirven para poder regular la tensión en el punto de Escota.

Baluma: Línea que va desde la escota de la botavara hasta el tope del mástil. Su tamaño varía según la tensión del puño de

amura.

Cambers: Pieza que une algunos de los sables con el mástil. Ayuda a crear más bolsa en la vela y así crear más potencia.

Crean la una forma de ala de avión en la vela.



3.2.2 Tabla

Aunque actualmente hay muchos tipos y estilos de navegación (se hace referencia en

el punto 5), todas las tablas comparten los siguientes elementos.

En el carril o carlinga, en la parte central de la tabla, se coloca la base de la vela. Sirve

para acoplar la vela de manera que se pueda desplazar según las condiciones de

navegación (viento, rumbo, etc.).

Uno de los elementos más importantes de la tabla es la aleta, ya que sin ella no

podríamos navegar. Sin ella, tabla iría derrapando y no podríamos seguir ningún

rumbo. Se sitúa al final de la tabla. En algunas tablas también es normal ver una orza

complementando la aleta. Se trata de una aleta extraíble en el medio de la tabla que

ayuda a tener más ángulo.

Para poder navegar cómodamente, todas las tablas tienen al final pads y footstraps.

Los footstraps son una parte importante para la navegación con viento. Se trata de

unas cintas acolchadas sujetas mediante tornillos en las que los pies quedan sujetos

a la tabla. Haciendo la navegación mucho más cómoda y segura. Se complementan

son los pads. Que son un elemento compuesto por espuma, que se coloca en la zona

de los footstraps para evitar que la tabla resbale en esa zona. Realizan una función

parecida a la de la suela de un zapato, se encargan de amortiguar los posibles golpes

(Alías García, A y Scotton, C. 2017 y Escola Garbí).

Fig.7. Partes de una tabla (escolagarbí.com / tabou-boards.com)



3.2.3 Aleta

La Aleta es el elemento de la tabla que más importante. Se mantiene en contacto con

el agua y hace que el material pueda realizar todos los rumbos. Sin ella la tabla

perdería adherencia con el agua e iría derrapando hacia la dirección del viento

haciendo imposible la navegación. Es un elemento clave del windsurf que se encarga

de transformar la fuerza direccional lateral del viento en fuerza de avance hacia

delante. Está formada por dos partes, la caja y el ala. Se trata del objeto de estudio

principal del trabajo.

Fig.8. Aleta de windsurf (windparadise.com)

La caja es la parte de la aleta que va unida a la tabla mediante uno o varios tornillos.

El tipo de caja varía dependiendo del modelo de tabla que tengamos. Existen

diversidad de tipos de cajas dependiendo de modelo de la tabla.

Una de las cajas más utilizadas en las tablas de windsurf es la Powerbox, que contiene

un solo tornillo en el centro. La caja US Box también tiene un solo tornillo, pero esta

se introduce mediante un carril situado en la tabla. Las aletas que utilizan dos tornillos

utilizan la caja Slot Box, normalmente para aletas más pequeñas, y la Tuttle Box/Deep

Tuttle Box, utilizadas para aletas de slalom y en el windfoil gracias a su rigidez en el

anclaje. En las tablas con un diseño dirigido hacia una aleta de más de estilo surf se

utilizan las cajas FCs Box, Future Box ¾ y l Future Box ½.



Todos los tipos de cajas tienen sus propias medidas predeterminadas universalmente

(Magic wave, 2020).

Fig.9. Tipos de cajas (magicwave.es)

El ala es la parte que está en contacto con el agua. Puede ser de distintos tamaños

dependiendo del estilo de navegación. Pueden estar hechas con una forma curvada

o más recta según en nivel de sujeción que precisa el resto del material. La mayoría

coinciden con una sección mayor en el principio de la aleta (la parte más cercana a la

caja) que va disminuyendo a lo largo del ala. La forma del ala de la aleta siempre será

simétrica en los dos lados.

Fig.10. Ala de una aleta (windsurfsobreruedas.es)



3.3 Navegación básica

En lenguaje de navegación dividimos cualquier tipo de embarcación (barcos de motor,

valeros, tablas…) la parte derecha como la parte que está a estribor, la parte izquierda

como la parte de babor. La parte de delante como proa y la de detrás como popa. A

la parte de proa situada a babor y estribor la llamamos amura. A la parte de popa se

le denomina aleta. Entre el espacio de la aleta y la amura tenemos la parte de través.

Por último, La línea que divide la tabla por la mitad se llama línea de crujía (figura 11)

(Delgado Candela, S.A. 2018).

Fig.11. Partes de una embarcación (oceanicanautica.es)

Es importante saber un mínimo de navegación para poder entender el funcionamiento

del material en el agua. Sabemos que el elemento imprescindible para la navegación

es el viento. Es el encargado de realizar una fuerza sobre la vela, que se transporta a

través del navegante hasta la tabla produciendo su avance. En función de la dirección

con la que el viento golpea el material definimos diferentes rumbos de navegación

(Figura 12).



Fig.12. Rumbos de navegación. (escolagarbí.com)

Los rumbos de navegación dependen del ángulo con el que incida el viento respecto

la proa del aparejo. Cuando este ángulo es 0 el equipo se encuentra aproado. Ningún

material de vela ligera puede llegar a avanzar en este rumbo. Para poder avanzar a

través del viento, se utiliza el rumbo de ceñida. La proa se encuentra entre 35º y 55º,

golpeando la amura de la tabla.

En el bordo de través el viento golpea con un gradual de entre 55º y 135º, incidiendo

por la parte del través de la tabla. En el largo el ángulo está entre los 135 y los 150º,

este bordo es el más rápido de todos. El viento da por la amura de la tabla. Por último,

cuando la tabla lleva un ángulo de 150º a º180 grados, el viento incide por la popa y

el conjunto lleva un rumbo de empopada (Ravon, D. y Dumard, D. 2001).

En todos los rumbos el viento golpea perpendicularmente a la vela. Esta fuerza

perpendicular se divide en dos componentes: La fuerza de avance o empuje, que sería

la parte útil de la fuerza que se transforma en movimiento, y la fuerza de escora, la

fuerza lateral que contrarresta la aleta para que la embarcación siga un rumbo recto.

(figura 13)



Fig.13. Fuerzas de la embarcación (diseñovelerosmaltiempo.com)

El surgimiento de esta fuerza total del viento se debe al efecto Bernoulli que se

produce al deslizarse el flujo de aire por la vela. La forma de la vela hace que la

trayectoria del viento en la cara de sotavento2 sea más larga que en la cara de

barlovento3. Por consiguiente, la velocidad del flujo de aire en la cara de sotavento

aumenta. Por lo tanto, la presión será menor que en la de barlovento. Esto ocasiona

el surgimiento de la fuerza total, que se encuentra en el centro vélico4 de la vela

(Dadekam I. 2007).

Fig.14. Efecto Bernoulli de la vela. (Elaboración propia)

2 La zona de sotavento de la vela es aquella que se encuentra más alejada de la dirección del viento. 3 La zona de barlovento es aquella que se encuentra más cercana a la dirección del viento. 4 El centro vélico de la vela es el punto en el que actúa la fuerza total. Está situado a una distancia del 40% de la vertical de la vela y a un 30% de la horizontal.



4. TIPOS DE TABLAS Y ALETAS

Actualmente existen muchísimas tablas diferentes en el mercado. Aunque, todas ellas

tienen los mismos componentes las encontramos divididas en distintas categorías. Su

clasificación depende del propósito con el que han sido fabricadas. El estilo de casa

aleta depende de la tabla a la que acompaña. Se adaptará dependiendo de sus

características.

4.1 Tabla freeride

Para la gente con un nivel intermedio-alto tenemos las tablas conocidas como freeride.

Estás tablas están diseñadas para una navegación recreativa. Son tablas de un

volumen medio-pequeño, de una media de 130-135 litros según del modelo. Estas

tablas tienen la posición de los footstraps ligeramente más hacia atrás para conseguir

una navegación más cómoda y arrancar antes la tabla a la posición de planeo. Al

obtener una mejor postura, conseguimos hacer más palanca y realizar más fuerza en

la aleta obteniendo así, más potencia (Surf a vela, 1998).

Fig. 15. Tabla freeride. (jp-australia.com)

Las aletas freeride tienen en cuenta mantener la velocidad de la tabla. Es una aleta

más larga que las demás porque tiene que soportar más fuerza para que la tabla ciña.

También tienen en cuenta que no se pierda el poder maniobrar fácilmente. Para eso

este estilo de aletas tiene mucha menos curvatura que las otras. Es recta por la parte



de la base y en algunas la parte superior tiene una ligera curvatura. Estas aletas

suelen ser de carácter multidisciplinar, es decir, que son adaptables a otros tipos

de tablas. Sus medidas oscilan entre los 28cm y los 50cm. Su forma empieza con una

sección amplia que se va reduciendo de principio a final con un aumento en el medio

(Waterwind, 2020).

Fig. 16. Aleta freeride (jp-australia.com)

4.2 Tabla freestyle Si se tiene un nivel muy avanzado y el objetivo es realizar trucos y saltos, utilizando

las olas, las tablas más indicadas son las de freestyle. Son tablas hechas para olas,

acaban recibiendo golpes por lo que están hechas de materiales más fuertes. Esto

hace que pese a ser las tablas más pequeñas, tanto en volumen como en longitud, no

son las más rápidas. Están formadas por tres footstraps.

Fig. 17. Tabla Freestyle (jp-australia.com)



Las aletas de freestyle son notablemente más pequeñas. Están diseñadas para tener

el completo control de la tabla. Buscan velocidad de planeo y capacidad de maniobra.

Su forma es ligeramente curvada y miden entre 19 y 34 cm (Ecu Red, 2011 y Windsurf

sobre ruedas, 2014).

Fig. 18. Aleta freestyle (jp-australia.com))

4.3 Tabla fórmula Para navegar con vientos ligeros las tablas fórmula son la mejor opción. Son tablas

de entre 130 a 185 litros. Son utilizadas con velas de 9-10 metros para ganar velocidad

antes y conseguir llegar lo antes posible a la velocidad de planeo. Esta tabla es una

evolución del freestyle. Es más accesible y se puede utilizar con condiciones de viento

más flojas, que suelen ser las más comunes.

Fig. 19. Tabla fórmula. (jp-australia.com)



Las aletas de las tablas fórmula son mucho más grandes que las anteriores. Con esto

ganamos una gran capacidad de ceñida, pero perdemos velocidad y capacidad de

maniobra. Estas aletas no son curvas y su longitud viene determinada por la manga

de la tabla, cuanto mayor sea la manga más larga será su aleta. Por este mismo

motivo sus tamaños son muy variables. Pueden llegar hasta los 70cm (Ecu Red, 2011

y Windsurf sobre ruedas, 2014).

Fig. 20. Aleta fórmula (jp-australia.com)

4.4 Tabla freewave En el caso de navegantes avanzados utilizan las tablas freewave. Son tablas de un

volumen inferior a los 100 litros que solo se usan con vientos de más de 20 nudos.

Son más estrechas y acaban en punta. Están diseñadas para conseguir velocidades

elevadas y solo llevan tres footstraps. Son mucho más inestables de todas las tablas

que hemos nombrado, debido a su tamaño, aunque también son las más veloces.



Fig. 21. Tabla freewave. (jp-australia.com)

Estas aletas de este tipo de tabla sí tienen una forma curvada. Esto les permite realizar

giros con más control y facilidad. Se busca la capacidad de maniobra y de agarre. Es

importante el perfeccionamiento de estas aletas debido a las circunstancias a las que

están sometidas. Este tipo de aletas deben ofrecer un fuerte agarre y seguridad al

patrón en cualquier parte de la ola. Sus medidas son de 20 a 26cm (Ecu Red, 2011 y

Windsurf sobre ruedas, 2014).

Fig. 22. Aleta freewave (jp-australia.com)



4.5 Tabla de aprendizaje o iniciación Para introducirte en el mundo del windsurf se utilizan tablas de aprendizaje. Son tablas

con un volumen superior a 150 litros que sean fáciles de manejar. También, son muy

estables y están especialmente diseñadas para la gente que empieza a navegar.

Son tablas que poseen orza. Esto es poco común en las tablas de navegación

recreativa. Suelen prescindir de ella para aligerar peso. Porque al adquirir más nivel,

ya no es estrictamente necesario una orza para poder ceñir. Se consigue remontar el

viento únicamente con la fuerza que realiza la aleta. Su aleta depende del volumen

de la tabla y suele venir incorporada a la tabla. (Windsurf sobre ruedas, 2014).

Fig. 23. Tabla de aprendizaje. (Tabou-boards.com)

4.6 Tablas olímpicas Las tablas olímpicas son las diseñadas para seguir el camino del windsurf que lleva a

la competición. Actualmente al iniciarte en el windsurf de competición se empieza por

la categoría juvenil, la techno293. Esta categoría ofrece tres tamaños de vela,

escogidos según la edad y dimensiones del windsurfista. La tabla se mantiene

compatible a cualquier tamaño de vela.



Fig. 24. Tamaños de vela (techno293.org)

Más adelante, Pasados los 17 años empieza la competición de manera olímpica.

Hasta este año la categoría olímpica oficial era la RSX. Después de la suspensión de

los juegos olímpicos de 2020 en Tokio se decidió substituir la RSX por una clase

completamente nueva: el iQFoil. Este material substituye la aleta convencional por un

hydrofoil. De manera que el aparejo se sitúa “volando” sobre el agua. Aún y así este

material consta de una aleta de recambio para cuando las condiciones no sean

óptimas.

Fig. 25. Categoría RSX (neipryde.com)

Fig. 26. Material oficial de iQFoil (iqfoilclass.org)



5. CONOCIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN Conociendo ya la aleta y su situación el siguiente paso en el proceso es estudiar los

posibles materiales para su construcción. El objetivo es realizar un estudio de los

posibles materiales a escoger y que podrían funcionar en una aleta fabricada con

impresora 3D. Para realizar un buen estudio de los materiales antes hay que entender

los diferentes procesos de fabricación de la aleta.

5.1 Procesos de fabricación A la hora de fabricación de las aletas existen dos técnicas de fabricación, la aleta lijada

y la aleta de molde. Cada proceso tiene sus diferentes ventajas e inconvenientes.

Para la aleta lijada, se emplea un proceso mecanizado. Por un lado, el proceso no

necesita una gran inversión inicial y permite dar la forma deseada a la aleta pudiendo

modificarla en cualquier momento.

Aunque, por otro lado, está formada por placas de fibra y lijarlas aumenta la fragilidad

de la aleta.

En el proceso de molde (fig.27), el mayor inconveniente es la inversión inicial. Este

tipo de fabricación es usada para la fabricación industrial. Se necesita un molde

perfecto del perfil de la aleta sin errores. Pese a su costo inicial, este tipo de aletas

ofrecen una resistencia mayor y las opciones de materiales son más amplias (Surf a

vela, 2015).



Fig. 27. Fabricación de una aleta por molde (windsurf-spot.blogspot.com)

Estas son los métodos de fabricación presentes actualmente. Para cumplir el objetivo

de la creación de la aleta en 3D, el método a utilizar es la creación de la aleta a partir

de la impresora (fig.28) con el material que mejor se adapte al modelo.

Fig. 28. Impresora 3D (amazon.es)



5.2 Estudio de materiales Los materiales a investigar en este proyecto han sido elegidos para comparar una

aleta de fabricación convencional, en fibra de carbono, y una aleta en impresión 3D,

poliamida (PA6) y ácido poliláctico (PLA). Para el análisis de los materiales es

necesario tener claro las propiedades mecánicas de los materiales.

El grafico de la fig.29 relaciona la tensión o esfuerzo que realiza un material con su

deformación. Del 0 al 1 el material sufre una deformación elástica, es decir, el material

se deforma y al dejar de ejercer presión vuelve a su estado inicial. Del 1 al 3 pasa a

la zona de plasticidad en la que el material se deforma de manera permanente sin

llegar a romperse. Finalmente llega a su límite de rotura en el punto 3.

Fig. 29. Fases del comportamiento material (360enconcreto.com)

Si relacionamos la gráfica de la fig.29 y la de la fig.30, llegamos a la conclusión de que

cuanta más deformación sufre el material al añadirle presión, más dúctil es. En

cambio, si el material se mantiene en zona elástica, es más rígido y pierde ductilidad.



Fig. 30. Fragilidad y ductilidad (monografías.com)

La fig.31 relaciona el esfuerzo que soportan los materiales y su deformación. En la

gráfica se observa que los plásticos rígidos y las fibras son los que menos se

deforman. Estos materiales, pasan de la zona de deformación elástica directamente

a su punto de fractura. No pasan por la zona plástica, haciendo coincidir su límite

elástico con el de fractura. Esto categoriza a la fibra y al plástico como materiales

rígidos y poco dúctiles, que son las propiedades que nos interesan en nuestra aleta.

Fig. 31. Grafica de deformación de los materiales (sciencedirect.com)



5.2.1 Fibra de carbono La fabricación de una aleta en carbono se lleva a cabo a partir de la fibra de carbono.

La fibra de carbono consiste en un material formado por fibras y compuesto de átomos

de carbono.

Para formar piezas y elementos más sólidos se necesita una resina especializada

para ir uniendo las diferentes fibras y así crear un elemento de más volumen. La fibra

de carbono es utilizada en el proceso de fabricación lijada. Se mezcla la fibra de

carbono con resina, para ir añadiendo capas y ser lijada al final. La resina más utilizada

es la de epoxi (Gómez, J.L. 2020).

Fig.32. Fibra de carbono (carbosystem.com)

La densidad de la fibra de carbono también es considerablemente baja, debido al

pequeño diámetro que contiene cada hilo que compone la fibra. Su densidad suele

estar entre 1,6 y 1,7 g/cm3, haciéndolo un material muy ligero. Por lo que es idóneo

para fines que requieran piezas de poco peso. Las propiedades de la fibra de carbono

hacen que sea muy popular en la industria aeroespacial, militar y los deportes de

motor, entre otros deportes de competición.

Fig. 33. Fibra de carbono en carrocería (motoryracing.com)



Las características de la fibra de carbono vienen condicionadas por sus propiedades

mecánicas. Al ser una fibra sabemos que es un material poco dúctil y con poca

capacidad de deformación (fig. 31). Hay muchos tipos de fibras y cada una ofrece un

módulo de elasticidad distinto. Pero generalmente este material se caracteriza por

poseer un módulo de elasticidad elevado.

A parte de su resistencia y rigidez, apenas le afectan las variaciones de temperatura

y no cambia de forma. Es un material con una gran capacidad de aislamiento térmico.

También es resiste a otros agentes externos, como la humedad. Posee una gran

resistencia a la corrosión (CarboSystem, 2020).

Hay una gran variedad de tipos de fibras en el mercado. Para la construcción de la

aleta los factores más idóneos de la fibra de carbono son su resistencia, su rigidez y

la capacidad anticorrosiva ante la humedad. Ya que es un objeto que se encuentra en

continuo contacto con el agua y tiene que soportar un importante esfuerzo de flexión

sin que se deforme.

Este esfuerzo de flexión surge a debido a la fuerza que realiza la aleta para compensar

la fuerza lateral del viento. Se descompone en dos esfuerzos en cada lado. En el lado

de barlovento soportará tracción y en el de sotavento compresión. Así que el material

de la aleta debería tener una gran resistencia a la tracción y a la compresión.

Fig. 34. Esfuerzos de la aleta (Elaboración propia)

Entre los tipos de carbono encontrados, el tipo que más se acerca para la aleta es el

Carbono/Epoxi en Plancha. Este material tiene las características de la fig. 34.



Fig. 35. Tabla de propiedades mecánicas del Carbono/Epoxi en Plancha (GoodFellow)

Las propiedades coinciden con las características generales del carbono. Tiene una

baja densidad, de 1.6 g/cm3. La resistencia a la tracción y a la compresión también es

alta. Esto responde a la capacidad del material a aguantar el esfuerzo de flexión. Este

material tiene un módulo de Young (o módulo elástico) de 70GPa, un módulo bastante

elevado. Por lo tanto, se trata de un material ligero y resistente perfecto para la aleta

(Goodfellow, 2008).

El mayor inconveniente de este material es su precio y su alto impacto

medioambiental. Su producción es muy cara, complicada y perjudicial para el entorno

debido a su toxicidad (sobre todo la resina epoxi). Por eso mismo, pese a ser uno de

los materiales más utilizados para la fabricación de aletas, se han buscado otras

alternativas de materiales parecidos, con un impacto medioambiental menor, más

económicos y más fáciles de producir.



5.2.2 Poliamida (PA6) La poliamida o PA6 es un material situado dentro de la categoría de plásticos rígidos.

Siguiendo la fig. 31, tiene una capacidad de deformación muy similar a las fibras. Se

trata de un material con muy poca ductilidad utilizado para la impresión 3D de objetos

con una cierta rigidez. Es utilizado en sectores de ingeniería mecánica, aeronáutica y

aeroespacial, en la industria de la alimentación, en la electrónica y en la automoción.

Fig.36. Engranaje de PA6 (plásticosymetales.net)

El material posee una densidad de 1,14 g/cm3, ligeramente menor a la del carbono.

Por lo tanto, se trata de un material de muy poco peso en sus piezas. A pesar de su

baja densidad, también destaca por su alta tenacidad. Coincidiendo con el carbono,

la poliamida es un material ligero y resistente.

Aunque, a diferencia del carbono, la poliamida no tenga resistencia térmica, es muy

buen aislante eléctrico. Tiene un buen aguante al desgaste y a la corrosión además

de una alta resistencia mecánica.

En contacto con otros materiales o superficies presenta buenas propiedades

tribológicas. Esta propiedad ayuda a disminuir la fricción con el agua. En adicción, es

resistente a varios aceites y grasas sin sufrir variaciones.

Comparando el PA6 con el carbono, tienen propiedades muy parecidas. Una de las

diferencias con más influencia a favor de la poliamida es su buena maquinabilidad. El

plástico está capacitado de una mejor adhesividad y soldabilidad que la fibra.



Pero si entramos en factores más técnicos en la fig. 37 se pueden ver como el módulo

de elasticidad (Módulo de Young) es bastante inferior que el del carbono. Aun y así

2900 MPa sigue siendo un módulo considerable. Aunque la tabla presente dos

módulos de Young distintos el que más interesa para la fabricación de la aleta es el

de flexión, ya que es el esfuerzo al que está sometida.

Fig. 37. Tabla de propiedades mecánicas del PA6 (ensinguerplastics.com)

La resistencia a la flexión es buena, aunque tenga valor de 100MPa es mucho menor

que la del carbono. Por consecuencia la resistencia a la tracción y a la compresión

también es notablemente menor que la del carbono con un valor de 79MPa.

En comparación con el carbono, la poliamida es un material con unas características

de resistencia inferiores. Aun y así esta destaca por su fácil producción a través de

impresión 3D y por su precio más económico. Ecológicamente, es menos tóxico que

el carbono, pero sigue sin ser un material fácil de destruir (Ensinger, 2020).



5.2.3 Ácido poliláctico (PLA) El Pla, es un material derivado de materias primas naturales y renovables, pertenece

a la categoría de plásticos. Se fabrica a partir de recursos renovables al 100%, como

son el maíz, la remolacha, el trigo y otros productos ricos en almidón. Para la

producción de 1 kg de ácido poliláctico, se necesitan 2.65 kg de maíz. Esto lo

categoriza como un material compostable5 (Conteras Howard, L. 2019).

Pese a ser un plástico proveniente del maíz y derivados, sus características son muy

similores a las de la poliamida y otros plásticos fabricados con petróleo. Tiene una

densidad de 1,25 g/cm3. Por lo tanto, es un material más ligero que el carbono, pero

más pesado que la poliamida. Aunque las variaciones son muy pequeñas.

El PLA puede ser formulado para ser rígido o para ser flexible. Como norma general

es un material con unas propiedades muy similares a la poliamida. Su módulo de

Young es de 3,5 GPa, son 200 MPa más que la poliamida. Posee una resistencia a la

flexión de 80MPa. También superior a la del PA6. (propiedades sacadas de la fig. 38)

(MakeItFrom, 2020).

5 Compostable: puede ser degradado por la acción de organismos (es decir, biológicamente)

produciendo dióxido de carbono, agua, compuestos inorgánicos y biomasa en un periodo de tiempo

controlado.



Fig. 38. Propiedades mecánicas del PLA (MakeItFrom.com)

El ácido poliláctico supera las características de la poliamida. Además de tener

propiedades ligeramente mejores, es un material proveniente de recursos naturales,

es ecológico y compostable. En cuanto a su precio, es bastante económico y

accesible.



6. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA Las mejores aletas disponibles en el mercado actual están fabricadas con un

compuesto de fibra de carbono y resina epoxi. A pesar de ser materiales ligeros y muy

resistentes, presentan una serie de inconvenientes. Por un lado, su fabricación

encarece el producto final, suponiendo un coste importante para navegantes y

haciendo, que no todo el mundo pueda disponer de aletas con estas características.

Por otro lado, implica riesgos para las personas implicadas en el proceso de

fabricación y suponen un elemento potencialmente contaminante para el medio

ambiente.

En el presente trabajo se analiza la viabilidad de dos materiales alternativos a la fibra

de carbono y la resina epoxi, para la fabricación de aletas de windsurf. Para ello, se

analiza su rendimiento mediante la simulación en 3D. Ambos materiales forman parte

de la cultura maker, gracias a su adaptabilidad a la impresión 3D.

7. METODOLOGÍA: PROCESO DE DISEÑO Para el diseño es necesario conocer bien el objeto de estudio y los elementos que

interaccionan con él. A continuación, se han seguido una serie de pasos con el

objetivo de diseñar una aleta adaptada a la impresión 3D y descubrir que material se

adapta mejor al esfuerzo al que está sometida.

El primer paso ha sido crear un modelo 3D del objeto de estudio. Las medidas han

sido elegidos después de tomar datos de diferentes aletas que pueden consultarse en

el Anexo I. Una vez conocido y diseñado el modelo de la aleta, se ha procedido a

estudiar las fuerzas que interactúan para saber que material usar.

El esfuerzo al que está sometida la aleta es ocasionado por las fuerzas que actúan en

todo el material. Así que, se han analizado en forma de diagramas de cuerpo libre los

diferentes componentes del windsurf hasta llegar a las fuerzas de reacción de la aleta.



Las fuerzas de reacción de la aleta son las que esta misma tiene que realizar. Estas

reacciones se crean a través del efecto Bernoulli causado por la diferencia de

velocidades y presiones del fluido en los dos lados de la aleta.

Relacionando la superficie y la fuerza de reacción de la aleta podemos obtener el

esfuerzo al que está sometida. Con él, se ha procedido a analizar a través del

programa CreoPTC un análisis de la tracción y deformación en diferentes materiales

para poder compararlos y ver cual tiene mejores cualidades para la creación de la

aleta.

7.1 Objeto de estudio Conociendo los diferentes tipos de aletas que hay en el mercado actual, la opción

elegida para la realización del diseño es la de tipo freeride. Su elección ha estado

condicionada por su carácter multidisciplinar. Para concretar las medidas se ha hecho

un estudio de diversas aletas del mismo tipo hasta encontrar el mejor tamaño posible

(figura 39) (ver anexo I).

Fig. 39. Medidas finales de la aleta (Planos del modelo 3D)



7.2 Prototipo en 3D Para la creación 3D de la aleta se han utilizado el programa CreoPTC. Los recursos

necesarios para este punto han sido adquiridos en la Escuela Universitaria de Diseño

e Ingeniería de Barcelona, Elisava. CreoPTC es un programa utilizado

internacionalmente para modelados 3D y análisis. (todas las fotos del modelo se

encuentran en el anexo II).

7.2.1 Proceso de creación El primer paso para el modelaje 3D es definir la forma que tendrá la aleta. Para ello

se crea la sección inicial, de la figura 40, para posteriormente alargarla hasta formar

la extrusión. Esta sección está formada por una elipse, de las medidas indicadas, y

dos líneas unidas a ella y a un punto en común. Todo esto formara la primera sección

situada en la unión entre el ala y la caja.

Fig. 40. Sección inicial (CreoPTC)

Una vez hecha la sección inicial se crea la extrusión del largo indicado, esto nos creara

un cuerpo uniforme que se extiende con la forma de la sección indicada (fig. 41). El

ala de nuestra aleta está formada por 3 secciones de distinto tamaño. La primera es

la sección inicial unida con la caja. La segunda se encuentra justo en el medio y es de



un tamaño ligeramente mayor a la inicial, y por último la sección final en la parte

posterior del ala (esta última será alterada al hacer los acabados de la aleta).

Fig. 41. Extrusión del ala (CreoPTC)

En la fig. 42, se ven claramente las diferentes secciones inscritas en la extrusión.

Fig. 42. Secciones de la extrusión (CreoPTC)



Para los últimos acabados, la sección final es modificada con dos circunferencias para

crear el efecto redondeado característico en este tipo de aletas. El radio de cada uno

de los círculos tiene que estar a una altura distinta. La parte que se encuentra más

cerca del ángulo de ataque ha de ser más redondeada a su opuesta (figura 43).

Fig. 43. Parte final del ala (CreoPTC)

La creación de la caja es más sencilla. Se ha usado el mismo procedimiento que para

la aleta. Definiendo la sección inicial, en este caso un rectángulo, de las medidas

indicadas. Se crea la extrusión de la sección y se introducen los valores de los ángulos

y medidas correspondientes. La fig. 44 muestra el boceto de la caja y la 45 la extrusión

en 3D.

Fig. 44. Forma de la caja (CreoPTC)



Fig. 45. Extrusión de la caja en 3D (CreoPTC)

Como acabados finales se crean dos agujeros para la introducción de los tornillos y

se redondean todos los bordes tanto de la caja como del ala. Ese último paso ayuda

al paso del agua y ofrece más resistencia a la pieza, además de aportar estética en

los acabados. Los acabados finales de la caja están en la figura 46, y los del ala en

la 47.

Fig. 46. Acabado final de la caja (CreoPTC)



Fig. 47. Acabado final del ala (CreoPTC)

Para acabar el modelo de la aleta hay que unir el ala y la caja. Para ello precisa de

una unión redondeada (Fig. 48). Esta se ha decidido que sea del mismo radio del resto

de redondeos de la aleta (7,5mm).

Fig. 48. Plano a detalle de la unión caja-ala (CreoPTC)



7.2.2 Resultados El modelaje 3D permite tener las medidas exactas. Para ello se ha relazado un plano

desde todas las vitas con la opción propia del programa. El modelo desde las

diferentes vistas 3D está en la figura 49.

Fig. 49. Plano proyectante de la aleta Plano lateral de la aleta Plano frontal de la aleta

Fig. 50. Planta de la aleta

El modelaje 3D permite obtener el área exacta de la aleta. En prototipo creado tiene

un área o superficie de:

𝐴 = 29140 𝑚𝑚2 → 0,02914 𝑚2



7.3 Estudio de fuerzas En un windsurf, el navegante es el que controla la dirección y potencia de la

embarcación a través de la fuerza que realiza con los brazos y piernas. El patrón

sujeta la vela con los brazos y dirige la fuerza, proveniente de la vela, hacia la tabla

mediante sus pies. Permitiendo jugar con la dirección y aceleración del material.

Para realizar un estudio de las fuerzas primeramente se detectarán las fuerzas en el

conjunto y posteriormente se calcularán en los diferentes elementos, navegante, vela,

taba y aleta, las fuerzas que actúan y se calcularan a partir de sumatorios de fuerzas

y momentos. Se ha tenido en cuenta que el aparejo va a una velocidad constante. Por

lo tanto, el sumatoria de fuerzas y momentos total es igual a cero.

Hay que tener en cuenta que las fuerzas pueden varían dependiendo de muchos

factores. Por eso mismo, antes de empezar definiremos valores cercanos a la realidad

para calcular las fuerzas. En este punto se han tenido en cuenta condiciones de mar

ideales. Es decir, se han considerado despreciables la corriente, el oleaje, etc.

Los elementos del aparejo que interfieren en el análisis de fuerzas en aleta son, la

tabla (fig. 51), la vela (fig. 52) y el navegante o patrón de la embarcación (fig. 53). Las

medidas y tallas de cada uno son las siguientes:

Tabla (JP-Australia, 2020)

Volumen: 150L

Ancho: 91cm (0,91m)

Largo: 214cm (2,14m)

Masa: 10,2 kg (con una tolerancia de +8% y -8%)



Fig. 51. Medidas de la tabla (Elaboración propia)

Vela (techno293, 2020)

Altura: 5m

Anchura: 2,2m

Masa (incluye botavara, mástil, etc.): 15kg

Fig. 52. Medidas de la vela (Elaboración propia)

Patrón

Altura: 1,70m



Masa: 70kg

Fig. 53. Medidas importantes del patrón/navegante (Elaboración propia)

Para empezar, se realizará un estudio general de todas las fuerzas que actúan en el

aparejo entero (tabla vela y aleta). Para ejemplificar las fuerzas tenemos la fig. 54 en

la que podemos ver las siguientes fuerzas situadas en un plano lateral desde la popa

de la embarcación:

• Fuerza peso (P). Es el peso del navegante y del aparejo.

• Fuerza aerodinámica del viento (Fv). Que actúa sobre la superficie de la vela

(centro de gravedad de la vela).

• Fuerza de realizada por el navegante (Fn). Es la fuera de reacción a la fuerza

del viento.

• Fuerza de reacción de la aleta (Fr).

• Fuerza de arrastre. (Fe) Contraria a la de avance de la tabla, se podría definir

como una especie de fuerza fricción contraria al movimiento.



Fig. 54. Fuerzas en todo el aparejo (elaboración propia)

Para conseguir que el aparejo se mueva a una velocidad constante se necesita que

el sumatorio de fuerzas y momentos sea igual a cero. Así conseguiremos un estado

estable en el que el cuerpo no tiene aceleración.

La fuerza del viento que actúa en la superficie de la vela se encuentra en el centro

vélico. El centro está situado a una distancia del 40% de la vertical y un 35% respecto

a la horizontal (Figura 55).

Fig. 55. Cálculo del centro vélico (Elaboración propia)



7.4 Diagramas de cuerpo libre El cálculo de los elementos por separado es necesario para saber las fuerzas que se

crean en la aleta por culpa del resto del aparejo. Tenemos en cuenta las mismas

fuerzas de la figura 54. (Para ver todos los cálculos completos a mano consultar anexo

III)

7.4.1 Navegante En primer lugar, calcularemos las reacciones en el navegante o patrón del windsurf.

Como hemos comentado previamente, el patrón recibe la fuerza del aparejo por los

brazos y dirige la fuerza hasta los pies, dónde se crea una fuerza de reacción en el

límite de uno de los lados de la tabla. A este punto los denominaremos punto A (figura

56).

Fig. 56. Diagrama de cuerpo libre del patrón (Elaboración propia)

Se consideran ángulos hipotéticos cercanos a la realidad:

α = 20º

β = 45º

𝑃 = 70𝑘𝑔 ∗ 9,81𝑁

𝐾𝑔= 686,7𝑁



Momentos:

∑ 𝑀 = 0 𝑃 ∗ 0,71 = 𝐹𝑛 ∗ 𝑐𝑜𝑠20 ∗ 0,6 + 𝐹𝑛 ∗ 𝑠𝑖𝑛20 ∗ 0,71

𝐹𝑛 = 604,28𝑁

Fuerzas:

∑ 𝐹𝑥 = 0 𝐹𝑛 ∗ 𝑐𝑜𝑠20 = 𝐴𝑥

𝐴𝑥 = 567,84𝑁

∑ 𝐹𝑦 = 0 𝐴𝑦 = 𝑃 − 𝐹𝑛 ∗ 𝑠𝑖𝑛20

𝐴𝑦 = 480,024𝑁

7.4.2 Vela Para calcular las fuerzas de la vela situamos el punto de reacción en el punto de unión

entre la tabla y la vela situado en el centro de la tabla (punto B). Actúan la fuerza del

viento que se encuentra en el centro vélico y la fuerza que realiza el windsurfista sobre

la vela, que tiene la misma dirección y módulo que la del patrón sobre la vela calculada

en el apartado anterior, pero de sentido contrario (fig. 57).

Fig. 57. Diagrama de cuerpo libre de la vela (Elaboración propia)

α = 20º

Momentos:



∑ 𝑀 = 0 𝐹𝑣 ∗ 2 = 𝐹𝑛 ∗ 1,5 + 𝐹𝑛 ∗ 0,4

𝐹𝑣 = 574,066𝑁

Fuerzas:

∑ 𝐹𝑥 = 0 𝐵𝑥 = 𝐹𝑛 ∗ 𝑐𝑜𝑠20 − 𝐹𝑛 ∗ 𝑐𝑜𝑠20

𝐵𝑥 = 28,39𝑁

∑ 𝐹𝑦 = 0 𝐵𝑦 = 𝐹𝑛 ∗ 𝑠𝑖𝑛20 − 𝐹𝑣 ∗ 𝑠𝑖𝑛20

𝐵𝑦 = 10,33𝑁

7.4.3 Tabla La fuerza de reacción de la tabla se calcula mediante las fuerzas de reacción de la

vela y del patrón, situadas cada una en un punto distinto de la tabla. Así obtenemos

la fuerza de reacción de la tabla situada en la caja de la aleta (fig. 58).

Fig. 58. Diagrama de cuerpo libre de la tabla (Elaboración propia)

Fuerzas:

∑ 𝐹𝑥 = 0 𝐶𝑥 = 𝐴𝑥 − 𝐵𝑥

𝐶𝑥 = 539,44𝑁

∑ 𝐹𝑦 = 0 𝐶𝑦 = 𝐵𝑦 + 𝐴𝑦

𝐶𝑦 = 490,35𝑁



7.4.4 Aleta De las fuerzas calculadas en los demás diagramas en la aleta actúa la reacción

horizontal de la tabla respecto a las fuerzas de la vela y del navegante. Este elemento

se encarga de realizar la fuerza Cx. Esta fuerza la denominaremos fuerza de reacción

(Fr). La fuerza en el eje de las Y queda contrarrestada por la tabla.

𝐶𝑥 = 𝐹𝑟 = 539,44𝑁

Además de la fuerza aerodinámica del viento y del material, aparece una fuerza

hidrodinámica denominada: Fuerza de empuje o de arrastre (Fe). Esta fuerza va en

contra de la dirección del aparejo. Estas fuerzas quedan explicadas en el punto 6.4.

7.5 Explicación de las fuerzas Para poder entender las dos fuerzas que actúan sobre una aleta utilizamos tres leyes

de la física. Con las que se explica cómo surgen las fuerzas Fr (fuerza aerodinámica

de reacción al resto del material de navegación) y la fuerza Fe de empuje contraria al

movimiento del aparejo.

Para empezar, hay que definir dos situaciones en la incidencia del flujo (agua) sobre

la aleta. Para entender y definir las situaciones basadas en ley de Newton de la

viscosidad de los elementos y la mecánica de los fluidos. Se podría definir como la

facilidad de un gas o un líquido para fluir por una superficie y la capacidad de mantener

su estructura después de pasar por un objeto cortante.

La primera situación, de la fig. 59, es cuando el equipo se encuentra en la misma

dirección que el flujo del agua. Es decir, que el ángulo entre estas (ángulo de avance)

es 0.



Fig. 59. Material con ángulo de avance 0 (Elaboración propia)

Cuando el ángulo de avance es 0 el agua atraviesa la aleta de forma longitudinal por

lo tanto en este caso no encontramos fuerza de empuje y se considera nula. El fluido

al chocar con la aleta se divide en dos de manera equitativa y se vuelve a unir al final

de esta. Como se observa en la imagen (fig. 60) vista desde un plano vertical.

Fig. 60. Aleta en ángulo 0 (Johansen, 2015)

Aerodinámicamente el material va en un rumbo paralelo a la dirección del viento, por

lo tanto, la fuerza que realiza el viento sobre la vela tiene la misma dirección que el

avance del material. En este caso la función de compensación de la aleta es nula ya

que la fuerza del viento ya está en la misma dirección y sentido que el avance. (fig.

61)



Fig. 61. Fuerzas en ángulo 0 (Elaboración propia)

La posición 0 es poco común en la navegación solo se produce cuando vamos en un

rumbo que coincide perfectamente con la corriente del agua.

Por lo tanto, la condición más común es cuando el rumbo de navegación tiene un

ángulo de avance diferente a 0. En este caso, tenemos direcciones diferentes del

equipo y del flujo del agua, ejemplificado en la fig. 62.

Fig. 62. Material con ángulo de avance diferente a 0 (Elaboración propia)



Entendemos que el flujo de agua que surca la quilla está condicionado por el rumbo

de navegación. Cuando tenemos el segundo caso, en el que el rumbo de navegación

y la corriente del agua lleva un ángulo de avance diferente a 0, el fluido se comporta

de manera diferente.

El chocar con la quilla también se divide en dos y mantiene su estructura, pero no se

divide de manera equitativa, creando una diferencia de presiones (fig. 63). La cara de

barlovento obtiene mayor curvatura, obtiene menor presión y más velocidad. Esta

diferencia forma el efecto Bernoulli en la aleta, produciendo la fuerza de reacción (Fr).

Fig. 63. Aleta con un ángulo diferente a 0 (Johansen, 2015)

Por último, utilizamos la tercera ley de Newton para definir la fuerza de empuje (Fe).

Esta ley explica como al golpear una superficie con un determinado ángulo, genera

una fuerza de empuje en esa dirección. Esta ley pasada a nuestra aleta, nos crea una

fuerza de empuje con un sentido contrario al viento.

De manera aerodinámica esto se manifiesta en la función principal de la aleta. El

viento realiza una fuerza sobre la vela que no coincide con la dirección de avance del

material deseada. Gracias a la fuerza de reacción (Fr) creada por la aleta la fuerza

lateral del viento queda compensada manteniéndose solo la parte de la fuerza que

coincide con la dirección del material. Así el material sigue una dirección

completamente recta y no se desliza lateralmente. Se observa en el diagrama de

fuerzas de la fig. 64 (Johansen, H. 2015, De Looff, R. 2013, Babinski Holguer, B.

2008).



Fig. 64. Diagrama de fuerzas de la aleta (Elaboración propia)

7.6 Efecto Spin out El efecto Spin out es un fenómeno que se produce cuando la aleta pierde el agarre y

derrapa. Generando una sensación de que la aleta pierde su función principal. Como

ya hemos explicado con anterioridad, la aleta realiza una función de compensación de

las fuerzas realizadas por el resto del equipo. Esa fuerza se origina debido a la

diferencia de presiones.

Esta pérdida de agarre se origina en la parte de la aleta que está situada a sotavento

y contiene más presión. En esta zona se forma una bolsa de aire causada por la alea

y esta pierda esta fuerza de reacción haciendo que solo se sustente por la fuerza de

empuje. Por lo tanto, es cuando da la sensación de pérdida de control. Podemos ver

en la fig. 65, como afecta el spin out en la aleta y, en la figura 66, la bolsa de aire

formada en la zona de la aleta desde una visión más cercana a la realidad.

Fig. 65. Spin out en la aleta (De Looff, R, 2013)

Fig. 66. Spin out en el material (Johansen, H. 2015)



Este fenómeno sucede debido a diferentes situaciones. En primer lugar, puede ocurrir

cuando el aparejo lleva un ángulo de ceñida muy cerrado. Cuando el material entero

lleva una trayectoria con un ángulo muy pequeño respecto a la dirección del viento,

origina una aceleración de las partículas que causan esta burbuja de aire y la perdida

de adherencia.

También nos podemos encontrar esta situación cuando nos situamos en velocidad de

planeo o la estamos empezando a adquirir. Si, en estos momentos, realizamos

demasiada fuerza en la parte trasera de la tabla, esta colapsará y produciéndose el

Spin out.

Para poder recuperar la adherencia de la tabla de nuevo a nuestra embarcación, lo

ideal es modificar el rumbo, acercando el material hacia el ángulo 0 lo máximo posible

y reducir la velocidad (Johansen, H. 2015 y De Looff, R. 2013).

7.7 Análisis asistido El análisis asistido tiene como objetivo principal probar si un plástico, podría aguantar

como material principal en el modelo 3D. Se compararán la deformación y el esfuerzo

que sufre la aleta en cada material para así descubrir cuál es el que mejor se adapta.

(todas las imágenes de los análisis se encuentran en el anexo IV).

7.7.1 Cálculos iniciales Para poder realizar el análisis por ordenador, es necesario obtener antes el valor del

esfuerzo o tensión, de la aleta, provocado por el resto de los elementos. Sabemos que

la fuerza de reacción en este punto tiene un valor de 539,44 N. Si dividimos esta fuerza

entre el área de la aleta obtenemos el valor del esfuerzo que está sometida la aleta

en toda su superficie.

𝜕 =𝐹

𝑆=

539,44𝑁

0,02940𝑚2= 18512,01 𝑃𝑎 → 0,01851𝑀𝑃𝑎



7.7.2 Análisis de tensiones Un punto importante del análisis asistido en el programa (CreoPTC) es realizarlo lo

más cercano posible a la realidad. Para preparar el caso de estudio, primeramente,

se fija la caja de la aleta y se introduce el esfuerzo que actuara en el ala. (Caso de

estudio en la figura 67).

Fig. 67. Caso de estudio

Para definir los puntos fijos se ha usado la opción de constraints, con ella se

seleccionan las zonas a fijar y con la opción de loads se escoge la parte donde se

produce el esfuerzo. Las opciones se encuentran en la barra de herramientas del

programa (fig. 68).

Fig. 68. Barra de herramientas (loads y constraints)

Un punto crítico es la zona de la aleta en la que hay un riesgo mayor de fractura. Los

puntos críticos de cualquier objeto con algún esfuerzo son propios del diseño del

objeto. Por lo tanto, serán los mismos en cualquier material.



La obtención de los puntos críticos se realiza a través del análisis de tensión. Para

ello se define un análisis de tipo estándar estático6. Todos los análisis realizados

siguen el mismo procedimiento como se muestra en la fig. 69.

Fig. 69. Inicio del análisis.

Definido el análisis, se inicia con la bandera verde y aparece la pantalla de carga de

la fig. 70. Esto nos muestra el procedimiento que está siguiendo el programa paso por

paso para hacer el análisis. Nos sirve para saber si hay algún problema y poder pararlo

a tiempo. En el caso de que apareciera algún error se mostraría en rojo y se tendría

que reanudar el análisis.

6 Todos los análisis serán estándar/ estático, esto significa que no hay ningún tipo de movimiento motriz

como podría ser el caso de un engranaje o semejante.



Fig. 70. Pantalla de carga del análisis

Los resultados del análisis de tensiones nos muestran un punto crítico en la zona de

unión entre la caja y el ala. Como muestran las figuras 71 y 72, el punto crítico de la

aleta tiene un valor de tensión de 227.1 MPa (2.271 E+02).



Fig. 71. Plano a detalle de la zona afectada

Fig. 72. Plano general de la zona afectada

Es lógico pensar que el punto crítico se encontrara en la unión de la caja con la aleta.

Esto se debe a que, al estar fija la caja, el ala sufre un esfuerzo de flexión que funciona

como una palanca. Provocando que el punto más débil, en el que se puede llegar a

romper la aleta, sea en esta zona de unión.

Ahora bien, esto no explica por qué el punto crítico se encuentra ligeramente

desplazado hacia delante. El punto esta desplazado porque está situado en la parte



del ala de mayor grosor. A simple vista se podría llegar a pensar que la zona más

frágil es la más estrecha. Pero la zona con más peligro de rotura es la parte más

gruesa por la ley de la palanca. Cuanta más distancia haya con la fuerza externa más

se multiplica. Siguiendo la relación entre esfuerzo y fuerza, al ser el punto con más

fuerza también es el punto que sufre un esfuerzo mayor. En la fig. 73 se define este

concepto.

Fig. 73. Dibujo explicativo del punto crítico

El eje neutro es la parte central del ala, en el que no hay tensión. Los puntos críticos

se sitúan en el punto de mayor distancia con el eje. Como el ala es simétrica, los dos

puntos críticos tendrán el mismo valor de tensión.

Fig. 74. Grafica sobre la tensión de la aleta



La gráfica de la fig. 74, realizada por el programa, confirma que el punto de más

tensión es el principio de la aleta. La gráfica relaciona la tensión, en el eje de las Y,

con el largo de la aleta, en el eje de las X.

7.7.3 Comportamiento en carbono En los diferentes materiales el análisis a realizar es de deformación. El objetivo es

probar la deformación que sufre cada material al someterse al esfuerzo de flexión y

ver si es suficientemente resistente.

El primer material a probar es el carbono. El carbono es un material muy resistente,

rígido y de baja densidad. Es el material más común en la mayoría de las aletas. El

análisis del carbono servirá para poder comparar las diferencias con los materiales

plásticos y ver cuál es la mejor opción.

El procedimiento del análisis es el mismo que el de la tensión, pero en este caso se

selecciona previamente el material de la aleta y se cambia la opción de tensión por la

de deformación. Al seleccionar el material aparecen las características de la fig.75.

Fig. 75. Características del carbono.



En la figura muestra el módulo de Young (límite elástico) como 10800MPa. Este límite

es ligeramente distinto al estudiado. Esto se debe a que hay muchos tipos de carbono.

Igualmente, el valor es cercano a la realidad. Si comparamos el límite elástico con el

punto crítico de máxima tensión, vemos como el punto no supera el valor máximo del

módulo de Young. Por lo tanto, en condiciones normales, la aleta no se romperá. Su

densidad coincide totalmente con el marco teórico, es de 1,64 g/cm3.

El resultado del análisis de la fig. 76 muestra la deformación que sufre la aleta hecha

de carbono.

Fig. 76. Deformación en carbono

Los resultados coinciden bastante con la realidad. Hay muy poca deformación, el

carbono es un conjunto de fibra con resina, un material poco dúctil y con poca

deformación. Su valor de deformación máxima es de 8,99mm. Los colores de la aleta

designan las partes en las que hay mayor o menos deformación. Los tonos azules son

que sufren un menor desplazamiento y los rojos son los más desplazados. Como

indica la leyenda de la fig. 77.



Fig. 77. Valores de deformación en carbono

Los resultados del análisis se muestran en la gráfica de la figura. Relaciona la

deformación (eje Y) a lo largo de la aleta (eje X). El punto de máxima deformación se

encuentra al final de la aleta. A diferencia del punto máximo de tensión (fig. 78) que

se encontraba al principio del ala. Concluimos que la gráfica de deformación tiene un

pendiente contrario a la de la tensión.

Fig. 78. Gráfica de deformación en carbono

7.7.4 Comportamiento en poliamida (PA6) La poliamida es el plástico rígido más común en las impresoras 3D. Es un material

con una resistencia bastante menor al carbono, pero más económico y accesible. Su

densidad sigue siendo baja, destacando por su ligereza.



Para el análisis en poliamida se han utilizado las características de la fig. 79. El módulo

de Young es de 1060MPa. Por lo tanto, según el análisis de tensión, la aleta no supera

en ninguno de sus puntos el límite elástico de tensión, esto demuestra que no se

romperá. Aún y así es un valor mucho menor que el del carbono. Su densidad es

menor que la del carbono, con un valor de 1,14 g/cm3.

Fig. 79. Características del PA6

Los resultados del análisis están en la fig. 80. El punto de máximo desplazamiento se

encuentra al final de la aleta.



Fig. 80. Deformación en PA6

En este caso la deformación es mucho mayor que la del carbono. Hay mucha

diferencia en el punto de máximo desplazamiento, en poliamida tiene un valor de

911,8 mm mientras que en carbono era de 9,89mm. Los resultados coinciden con la

realidad, pero al haber tanta deformación la navegación no sería cómoda (los valores

de desplazamiento en la fig. 81).

Fig. 81. Valores de deformación en PA6

La gráfica de deformación en PA6 es bastante parecida en forma a la del carbono. Ya

que, los valores son proporcionales, pero mucho mayores (fig. 82).



Fig. 82. Gráfica de deformación en PA6

Como conclusión, el PA6, pese a resistir a la rotura, la aleta sufre una deformación

muy grande que provocaría una navegación muy incómoda y poco eficiente.

7.7.5 Comportamiento en ácido poliláctico (PLA) El ácido poliláctico o PLA es un plástico rígido compostable con características muy

parecidas a la poliamida. Su densidad es de 1,25 g/cm3, esto coincide con su

propiedad de ligereza. Su módulo de Young es mayor que el del PA6, con un valor de

3450 MPa. Según los resultados del análisis de tensión, el límite elástico supera por

bastante la tensión máxima. Por lo tanto, en condiciones normales, la aleta no se

romperá. Las características del PLA están en la figura 83, corresponden a las

propiedades marcadas por el propio programa.



Fig. 83. Características del PLA

El análisis de deformación de la aleta en PLA (figura 84), muestra una deformación

completamente idéntica a la de la poliamida.

Fig. 84. Deformación en PLA



Como resultado se ha obtenido unos valores idénticos a los de la poliamida (figura

85). Esto es debido a su parecido en sus propiedades. Aunque se comporten muy

parecido, es importante tener en cuenta que la poliamida es un plástico proveniente

del petróleo y el ácido poliláctico del maíz.

Fig. 85. Valores de deformación en PLA

Como los resultados han sido idénticos a los de la poliamida, el gráfico con los valores

también va a ser igual. (figura 86).

Fig. 86. Grafica de deformación en PLA

En conclusión, el PLA ha obtenido los mismos resultados que la poliamida. La única

diferencia es que tiene un límite elástico mayor y su método de fabricación es más

económico más simple, aparte de tener un impacto medioambiental mucho menor.



7.8 Resultados Como resultados del proceso de diseño, se ha demostrado como la funcionalidad

primordial de la aleta es responder a las fuerzas del material a través de la fuerza de

reacción. Esta fuerza tiene un valor de 539,44 N.

Gracias a la fuerza y el área del modelo en 3D, el esfuerzo total de todo el prototipo

da un valor de 18512,01 Pa. Este valor sirve para la aleta en general. Pero al ser de

una forma irregular no toda ella va a reaccionar con el mismo valor de esfuerzo o

tensión. Después de realizar el análisis se ha visto como el punto crítico de máxima

tensión tiene un valor de 227.1 MPa.

Sin embargo, el material que mejor ha pasado la prueba es el carbono con una

deformación de 9,11mm. Los dos plásticos han proporcionado a la aleta una

deformación de 911,87mm. Todos los datos obtenidos se encuentran en la siguiente

tabla:

Módulo de

Young (MPa)

Valor máx.

de tensión

(MPa)

Valor máx. de

deformación

(mm)

Densidad

(g/cm3)

Masa aproximada

del prototipo (g)

Carbono 108000 227,1 8,99 1,64 716,84

PA6 1060 227,1 911,87 1,14 498,30

PLA 3450 227,1 911,87 1,25 546,38



8. CONCLUSIONES

El primer paso del proceso de diseño ha sido la realización del modelaje 3D de la

aleta. Este paso ha sido primordial para poder saber las dimensiones finales y el área

de la aleta, que tiene un valor de 0,02914 m2.

Seguidamente, se ha encontrado el valor de la fuerza de reacción que ha de realizar

la aleta. Ha sido obtenida mediante un análisis de diagramas de cuerpo libre de los

diferentes elementos del aparejo (navegante, vela y tabla). La fuerza es de 539,44 N.

El cálculo de la fuerza juntamente con la superficie de la aleta, crean el esfuerzo total

al que está sometida con un valor de 18512,01 Pa. Gracias al esfuerzo total, es posible

el análisis de tensión, en el que obtener los puntos críticos del diseño.

Los resultados del análisis de tensión muestran un punto crítico situado en la unión

del ala con la caja. Si comparamos el valor máximo de tensión con los límites elásticos

de los materiales estudiados (Carbono, PA6 y PLA), concluimos que ningún material

provocaría que la aleta se rompiera durante la navegación. Los límites elásticos tienen

un valor de 108000 MPa (Carbono), 1060 MPa (poliamida) y 3450 MPa (ácido

poliláctico), mientras que el valor máximo de tensión de la aleta en el punto crítico es

de 227,1 MPa.

En cuanto a la deformación, el material que mejor ha respondido a este análisis ha

sido el carbono, con un valor de desplazamiento máximo de 8,99mm. En cambio, tanto

el PA6 como el PLA, han dado como resultado el mismo valor de 911,87mm. Por lo

tanto, obtenemos como conclusión que los materiales plásticos tienen características

de deformación muy parecidas entre sí, pero se deforman mucho más que el carbono.

El valor tan alto de deformación de los dos materiales, traducidos a la navegación,

podrían suponer una limitación. La aleta es el elemento que se encarga de que el

windsurf siga una trayectoria recta, por lo tanto, tiene que sufrir el mínimo de

deformación posible para garantizar un funcionamiento correcto.



Aunque el PA6 y el PLA hayan obtenido los mismos resultados de deformación, no

hay que olvidar que el ácido poliláctico es un plástico compostable proveniente del

maíz. Mientras que la poliamida proviene del petróleo, haciéndola más perjudicial para

el medioambiente. El compostable también destaca por tener un límite elástico

superior y un precio de venta más económico.

En base a los resultados, una aleta hecha de PLA sí que podría funcionar en tablas

de iniciación. Sabemos, por los resultados obtenidos, que no llegaría a romperse y

para navegantes que se inician en el windsurf puede ser una buena alternativa. Para

una navegación profesional, el material óptimo seguiría siendo el carbono por su

escasa deformación.

Basándonos en los resultados, en trabajos posteriores podría ser interesante

desarrollar un prototipo en PLA pensando únicamente en un perfil de iniciación. Y

poder comprobar su comportamiento en el agua.

Otra opción de continuidad podría ser profundizar en el estudio de nuevos materiales

disponibles para impresoras 3D, siguiendo con la filosofía del movimiento maker y

cumplir así el sueño de poder fabricarnos nuestra propia aleta.



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Lista de Figuras: Fig.2. Primer prototipo por Newman Darby (hullonwindsurf.com) 10

Fig.3. Planos del prototipo avanzado de Drake y Schweitzer (hullonwindsurf.com) 11

Fig.4. Federación Internacional de Vela (sailing.org) 11

Fig.5. Partes de un windsurf (escolagarbí.com) 12

Fig.6. Vela de windsurf (escolagarbí.com / suerfer-word.com) 13

Fig.7. Partes de una tabla (escolagarbí.com / tabou-boards.com) 14

Fig.8. Aleta de windsurf (windparadise.com) 15

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https://windsurfsobreruedas.es/blog/que-aleta-de-windsurf-elegir/



Fig.9. Tipos de cajas (magicwave.es) 16

Fig.10. Ala de una aleta (windsurfsobreruedas.es) 16

Fig.11. Partes de una embarcación (oceanicanautica.es) 17

Fig.12. Rumbos de navegación. (escolagarbí.com) 18

Fig.13. Fuerzas de la embarcación (diseñovelerosmaltiempo.com) 19

Fig.14. Efecto Bernoulli de la vela. (Elaboración propia) 19

Fig. 15. Tabla freeride. (jp-australia.com) 20

Fig. 16. Aleta freeride (jp-australia.com) 21

Fig. 17. Tabla Freestyle (jp-australia.com) 21

Fig. 18. Aleta freestyle (jp-australia.com)) 22

Fig. 19. Tabla fórmula. (jp-australia.com) 22

Fig. 20. Aleta fórmula (jp-australia.com) 23

Fig. 21. Tabla freewave. (jp-australia.com) 24

Fig. 22. Aleta freewave (jp-australia.com) 24

Fig. 23. Tabla de aprendizaje. (Tabou-boards.com) 25

Fig. 24. Tamaños de vela (techno293.org) 26

Fig. 25. Categoría RSX (neipryde.com) 26

Fig. 26. Material oficial de iQFoil (iqfoilclass.org) 26

Fig. 27. Fabricación de una aleta por molde (windsurf-spot.blogspot.com) 28

Fig. 28. Impresora 3D (amazon.es) 28

Fig. 29. Fases del comportamiento material (360enconcreto.com) 29

Fig. 30. Fragilidad y ductilidad (monografías.com) 30

Fig. 31. Grafica de deformación de los materiales (sciencedirect.com) 30

Fig.32. Fibra de carbono (carbosystem.com) 31

Fig. 33. Fibra de carbono en carrocería (motoryracing.com) 31

Fig. 34. Esfuerzos de la aleta (Elaboración propia) 32

Fig. 35. Tabla de propiedades mecánicas del Carbono/Epoxi en Plancha (GoodFellow) 33

Fig.36. Engranaje de PA6 (plásticosymetales.net) 34

Fig. 37. Tabla de propiedades mecánicas del PA6 (ensinguerplastics.com) 35

Fig. 38. Propiedades mecánicas del PLA (MakeItFrom.com) 37

Fig. 39. Medidas finales de la aleta (Planos del modelo 3D) 39

Fig. 40. Sección inicial (CreoPTC) 40

Fig. 41. Extrusión del ala (CreoPTC) 41

Fig. 42. Secciones de la extrusión (CreoPTC) 41

Fig. 43. Parte final del ala (CreoPTC) 42

Fig. 44. Forma de la caja (CreoPTC) 42

Fig. 45. Extrusión de la caja en 3D (CreoPTC) 43

Fig. 46. Acabado final de la caja (CreoPTC) 43

Fig. 47. Acabado final del ala (CreoPTC) 44

Fig. 48. Plano a detalle de la unión caja-ala (CreoPTC) 44

Fig. 49. Plano proyectante de la aleta 45

Fig. 50. Planta de la aleta 45



Fig. 51. Medidas de la tabla (Elaboración propia) 47

Fig. 52. Medidas de la vela (Elaboración propia) 47

Fig. 53. Medidas importantes del patrón/navegante (Elaboración propia) 48

Fig. 54. Fuerzas en todo el aparejo (elaboración propia) 49

Fig. 55. Cálculo del centro vélico (Elaboración propia) 49

Fig. 56. Diagrama de cuerpo libre del patrón (Elaboración propia) 50

Fig. 57. Diagrama de cuerpo libre de la vela (Elaboración propia) 51

Fig. 58. Diagrama de cuerpo libre de la tabla (Elaboración propia) 52

Fig. 59. Material con ángulo de avance 0 (Elaboración propia) 54

Fig. 60. Aleta en ángulo 0 (Johansen, 2015) 54

Fig. 61. Fuerzas en ángulo 0 (Elaboración propia) 55

Fig. 62. Material con ángulo de avance diferente a 0 (Elaboración propia) 55

Fig. 63. Aleta con un ángulo diferente a 0 (Johansen, 2015) 56

Fig. 64. Diagrama de fuerzas de la aleta (Elaboración propia) 57

Fig. 65. Spin out en la aleta ( 57

Fig. 66. Spin out en el material ( 57

Fig. 67. Caso de estudio 59

Fig. 68. Barra de herramientas (loads y constraints) 59

Fig. 69. Inicio del análisis. 60

Fig. 70. Pantalla de carga del análisis 61

Fig. 71. Plano a detalle de la zona afectada 62

Fig. 72. Plano general de la zona afectada 62

Fig. 73. Dibujo explicativo del punto crítico 63

Fig. 74. Grafica sobre la tensión de la aleta 63

Fig. 75. Características del carbono. 64

Fig. 76. Deformación en carbono 65

Fig. 77. Valores de deformación en carbono 66

Fig. 78. Gráfica de deformación en carbono 66

Fig. 79. Características del PA6 67

Fig. 80. Deformación en PA6 68

Fig. 81. Valores de deformación en PA6 68

Fig. 82. Gráfica de deformación en PA6 69

Fig. 83. Características del PLA 70

Fig. 84. Deformación en PLA 70

Fig. 85. Valores de deformación en PLA 71

Fig. 86. Grafica de deformación en PLA 71



10. ANEXO



ANEXO I

En el primer anexo están las medidas tomadas a mano de diferentes aletas y las

medidas de la caja elegida (Deep-Tuttle-Box).



ANEXO II

En el segundo anexo se han puesto todas las fotos realizadas del proceso del modelo

3D de la aleta.



ANEXO III

En el tercer anexo, se muestran los cálculos de diagrama de cuerpo libre, utilizados

para la obtención de la fuerza de reacción de la aleta.



ANEXO IV

En el último anexo están las fotos realizadas de los dos análisis. (Tensión y

deformación)

viabilidad de una aleta de windsurf con materiales

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