Aerodinámica de un Fórmula 1
Las ruedas
En estas semanitas que vamos a tener sin GP, F1aldía comienza una serie de entradas que esperemos que os sirvan para entender un poco mejor las cuestiones técnicas de la F1, que como ya sabéis son una parte más que fundamental de cada carrera.
Para empezar, vamos a ver un diseño de 1967, en el que apenas se hace uso de la aerodinámica, sino que sólo se optimiza el coche para las rectas. Se buscaba la mínima resistencia aerodinámica.
Sin embargo, algunos revolucionarios pensaron en mejorar la velocidad en las curvas. Aunque no sea muy intuitivo, ser rápido en las curvas tiene mucha más repercusión que serlo en las rectas para conseguir mejores tiempos (quizá sí sea intuitivo) por vuelta. Con esta idea se implementó el alerón trasero en la parte trasera del automóvil. ¿Qué función tiene? Pues bien, el perfil del alerón es como el del ala de un avión pero al revés. En vez de conseguir una fuerza hacia arriba como en los aviones (sustentación), obtenemos una fuerza hacia abajo que mejore el agarre teniendo un efecto equivalente a ir lastrado. Sin embargo, ello acarreaun aumento de la resistencia aerodinámica (tenemos más superficie enfrentada al aire). En balance, incorporar el alerón era "rentable", los tiempos eran menores.
Así comienza una serie de desarrollos que hicieron que el gran circo nunca fuera el mismo.
Mientras que los F1 parecen estar gobernados por consideraciones de diseño relacionadas con la aerodinámica, que lo están, mucho más importante es que están gobernados por normas que mantienen las velocidades por debajo de unos límites de seguridad. Y es que, como alguna vez he escuchado, "si un coche de Formula 1 no vuela, es porque no interesa".
A partir de este punto todos los días, hasta acabar con el tema, vamos a publicar una entrada relacionada con los elementos del coche que dan cuerpo a su configuración aerodinámica. Hoy empezaremos por las ruedas, y en lo sucesivo ilustrare cada componente con una foto del Honda 2007, que va de ecologista y queda bastante bien.
Ruedas
Si hay un elemento que define la aerodinámica de los F1 son las ruedas expuestas al aire, a diferencia de los turismos convencionales en que van carenadas. Curiosamente, lo óptimo aerodinámicamente es precisamente el carenado, ya que por un lado las ruedas libres aumentan la resistencia y además tienen una componente sustentadora (recordemos que no queremos que el coche vuele). Además dejan una estela turbulenta que es inútil de cara a alimentar de aire a otros dispositivos del coche. De hecho, la forma tan parecida a una botella de Coca-Cola de las ruedas delanteras viene en parte a reducir la turbulencia de la estela (lo que facilita la admisión de aire en los difusores del motor) y no dejar el aire tan irregular alrededor del coche.
Los alerones
Sin duda, los alerones son un factor importantísimo de cara al agarre. Generan alrededor del 66% de la fuerza hacia el suelo del coche. Lo normal es que lleven secciones de perfil aerodinámico multi-elemento (similar a los que se despliegan en los aviones en fase de aterrizaje o despegue, en la foto) optimizados para velocidades pequeñas (recordemos que estos términos vienen de la industria aeronáutica, donde las velocidades punta de los Fórmula 1 son más bien lentas frente a cualquier vuelo de crucero).
En cada extremo lleva superficies transversales para reducir la resistencia inducida. ¿Y qué es esta resistencia? Se suele denominar también resistencia de borde de ala, de punta de ala, de ala finita... varios nombres que describen lo mismo: una resistencia inevitable, pero sí reducible (con estas superficies o winglets) existente por el hecho de que vivimos en un mundo en tres dimensiones en el que al aire le es más fácil irse por el lateral del alerón que por donde debe ir, generando un torbellino que da resistencia.
El alerón delantero
El alerón delantero carga con el 33% de la fuerza hacia abajo total del coche (la mitad del grupo alerón), y al margen de lo dicho de forma general en el párrafo anterior, tiene la función añadida de enviar la corriente de aire a las ruedas de forma que no generen mucha resistencia, y alimentar en parte a los bajos. Otra función interesante que realiza el alerón delantero gracias a su forma, es la de deflectar aire hacia los frenos para mejorar su refrigeración. La idea y el problema principal en diseño es buscar una solución de compromiso entre la generación de fuerza vertical y el desvío de aire a otras partes del coche.
El alerón trasero
La otra mitad de la fuerza vertical del grupo alerón lo produce el alerón trasero. También es multi-elemento. Como función añadida , la parte de abajo extrae aire de los bajos del coche.
El chasis
Los bajos
Las normas de la FIA son bastante claras cuando prohiben un diseño de los bajos que haga venturis (una succión) y aumente la fuerza hacia al suelo. También es obligatorio que estén a cierta altura y que usen una plancha debajo del coche de tecnología no muy sofisticada (puede llegar a ser hasta de madera). Sin embargo, aún se da forma la zona para que combinado con la parte inferior del alerón trasero tengamos el 25% de la fuerza vertical total del coche.
El chasis
La forma de la cubierta trasera del motor viene dada por las ruedas traseras. Por un lado vemos como se estrecha para evitarlas y también para mantener el aire "pegado" al chasis (si el aire se desprendiera, surigiría una estela y la resistencia sería mucho mayor). La zona justo antes de las ruedas delanteras tiene unos deflectores para entregar el aire más alineado a las ruedas, y también llevan unos winglets para lo mismo que comentábamos ayer, reducir la resistencia inducida. Hay unas placas que "rompen" el flujo generando un punto de remanso en la zona superior y así consiguiendo parte de fuerza vertical. Los puntos de remanso son aquellos en los que la velocidad del aire es nula, y son de presión máxima. De ahí que si esa presión está por encima genera una fuerza hacia abajo.
Conductos y detalles
Entrada de aire para el radiador de refigeración
Como los aficionados del mundo del motor ya sabrán, los motores deben ser refrigerados para evitar el gripado, entre otras cosas. Una de estas funciones la suele llevar a cabo el aceite, pero del aceite hay que quitar también ese calor con aire. Quizá algún día veamos más en detalle este tipo de temas técnicos. De momento nos sirve saber que el aire debe entrar de la forma más homogénea y a relativamente alta presión hacia el radiador. Tiene cierta forma también de perfil aerodinámico para crear un poquito de fuerza vertical.
Admisión de aire al motor
Necesitamos que la entrada de aire al motor se sitúe encima del piloto para coger aire relativamente poco distorsionado y al que llegue el mínimo de calor del pavimento y el radiador. Además dirige el aire de forma que saquemos provecho del efecto "ram" (impacto) al frenar el aire súbitamente (aumenta la sección de paso del gasto de aire, es un difusor).
Soportes deflectores
Situados detrás de la rueda, inicialmente se pensaba que tenían la misión de proteger al difusor de la estela turbulenta de la rueda. Ahora se diseñan de forma que se generen vórtices que alimenten de flujo de alta energía al difusor, aumentando su eficacia.
Suspensiones
Hasta en esto se cuida el diseño expuesto al aire, para que veáis cómo algo tan aparentemente trivial para la configuración general aerodinámica del coche se cuida igual que otras partes. En vez de tener una sección transversal circular típica, se le da forma de perfil alar para minimizar la resistencia aerodinámica (bien diseñada reduce hasta 10 veces la resistencia de su equivalente circular).
Bueno eso es todo por ahora
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