Sr. Pera viernes, 15 de julio de 2011

Entre los aficionados a los deportivos es un tema tabú, muy pocos pueden hablar con autoridad sobre lo que pasa con el aire que fluye alrededor de un coche en marcha, y lo cierto es que tiene una importancia crucial. Es cierto que la aerodinámica es un apartado donde poco podemos modificar, pero si lo entendemos primero, seguro que lo poco que podamos hacer, nos sirve para mejorar bastante. Y como bonus, tenemos un truquito para evitaros el túnel de viento...


Vamos a empezar por lo más básico: La aerodinámica consiste en estudiar determinadas formas para que el flujo de aire que rodea al coche sea más provechoso. Cuando un objeto cruza el aire, lo divide como una cuchilla, y ese aire pasa dividido por ambos lados del objeto. Pues bien, la relación y las diferencias entre el aire de un lado y el aire del lado opuesto generan enormes fuerzas. De hecho, es lo que hace que los aviones vuelen, los barcos naveguen, y los Red Bull ganen casi siempre.


Es decir: Si el aire por debajo de un objeto pasa más lentamente (y por tanto a mayor presión) que el que fluye por encima, se produce un efecto llamado "sustentación", que permite que el objeto venza la fuerza de la gravedad, y como su propio nombre indica, se "sustente" en el aire e incluso se eleve aún más. La parte superior (que hace una curva convexa) se llama "extrados", y la inferior (con curva cóncava) se llama intrados. Lo importante, por decirlo brevemente, es el extrados, y lo que hace con el aire, pues genera una cierta succión hacia arriba de todo el ala (mientras que el intrados puede ser recto). Es el principio que utilizan las alas de los aviones para funcionar. Para conseguirlo, el objeto tiene una forma que facilita ese efecto diferenciado: hacer que el aire por arriba tenga un recorrido distinto al que pasa por abajo. Es el denominado perfil alar.

Esa forma y los efectos que genera son de enorme interés, porque es lo mismo que un coche pero al revés: Por eso se dice que un F1 es como un avión boca arriba. Se trata de utilizar el mismo principio que la sustentación, pero de forma invertida: Que en lugar de mantener el coche volando, lo pegue al suelo lo más posible. Eso es el famoso "downforce".

El Downforce es lo que hace que en teoría un F1 pueda andar por el techo de un túnel (eso suponiendo que la gravedad no influyera en partes del motor y la lubricación provocando su rotura, hablamos de aerodinámica pura), y que en las calles del circuito urbano de Valencia o Mónaco haya que sellar las alcantarillas, pues de lo contrario la succión del aire del difusor arrancaría las tapas y las lanzaría por el aire (y en el caso del GP español alguno se la llevaría a su casa). Pero lo bueno del downforce es que a diferencia de un alerón convencional de los que van por encima del coche, no frena apenas el avance del coche. Es decir, si cargas mucho el ala de un alerón superior, consigues mayor apoyo, pero frenas la velocidad del coche, mientras que con la aerodinámica inferior consigues también un apoyo muy necesario, pero no creas esa resistencia al avance.


La idea consiste en que el aire que pasa por debajo del coche fluya con la menor presión posible, de forma recta (sin desviarse ni hacer turbulencias), y que al final se eleve al salir por debajo, provocando que dicho aire que pasa por debajo haga cierta fuerza del mismo hacia abajo (igual que el aire que pasa por encima del ala de un avión "tira" de él hacia arriba). Por ello es tan importante todo el asunto de los suelos planos, difusores y splitters sobre los que ahora hablaremos.

El difusor es la pieza imprescindible, es la que realiza la función del ala de avión pero al revés. Por eso lo mejor es que tenga un perfil parecido al perfil alar, si bien puede ser recto (aunque consigue menor eficacia). El resto de piezas que le acompañan lo que hacen es predisponer dicho aire para que llegue al difusor en una forma optimizada y aprovechar al máximo su efecto:


El suelo plano hace que el aire no se desmadre en los bajos del coche, y llegue de la forma más recta posible al difusor. Además puede ser plano-plano o tener pequeñas paredes que canalizan el aire para que tampoco se desvíe lateralmente, y viaje aún más recto todavía (y a mayor velocidad).

Y aún antes, en el morro, el splitter: Se trata de un elemento que va en la parte inferior del morro, y cuya misión es dirigir el aire del morro para que la menor parte del mimo pase al suelo del coche. Habíamos dicho que cuanto menos aire entre por debajo más downforce conseguimos (si consiguiéramos que no entrara nada de aire, y hacer el vacío, sería óptimo). El aire de la atmósfera, cuando lo azotamos a 120 km/h (antes 110) con nuestra chatarra incide en gran parte sobre el morro. Ese aire sobre el morro se divide, una parte se va por arriba y otra hacia el suelo del coche. El splitter trata de evitarlo deslizando dicho aire hacia los lados del parachoques y que no penetre por debajo.


Incluso en muchos casos, los coches con preparaciones más borricas tipo Time Attack, suelen llevar unos "Canard" en los laterales del parachoques. Esas piezas con forma de bigotes intentan perfeccionar ese efecto de evitar que el aire se baje al suelo del coche como sea, y en ese caso tratan de que el aire que choca  en el morro y resbala hacia los lados, al llegar al borde y salir por los laterales, lo haga hacia arriba y no hacia abajo. Todo suma.


Pero resulta que la historia aerodinámica no acaba ahí (ya os lo imaginabais, nunca acaban ahí, siempre lo complicamos todo, vale, ok). La manera en que se comporte el aire que abandona el coche también puede retenerlo, generando un efecto llamado "Drag". El aire que fluye abandonando el coche, tiende a quedarse unido a él unos metros, como si llevara una coleta. Si dicha coleta no es correcta, puede sujetar al coche por detrás provocando su retención. Por eso el perfil aerodinámico perfecto es el de una gota de agua cayendo. Y es que no todo el campo es orégano. Dicho drag se puede paliar, o en cambio utilizar cuando sea beneficioso.

Sí, las turbulencias son beneficiosas en algunos casos. No lo sabíamos, pero resulta que sí. Una capa de aire turbulento tiene mayor fuerza, y de paso, dura más distancia. Por eso a veces se utiliza en determinados alerones para mejorar su eficacia. Hoy no lo detallaremos, porque es largo, pero os adelantamos que el aire laminar (el que fluye correctamente sin desmadrarse, con suavidad, con chulería) puede generar una "burbuja" por encima de una superficie en la que no apoya, al no apoyarse no genera fuerza sobre el objeto, y lo hace inservible. En cambio si aplicamos una pequeña turbulencia sobre el mismo, haremos que se apoye en toda la superficie, y funcione. Sobre esos aditamentos hablaremos en la siguiente entrega. Y os lo mostraremos con el invento casero definitivo para probar estas cosas sin túnel de viento. Aunque suene a "los apaños de Juan Baños", y de bastante vergüenza salir con ello a la calle, os adelantamos que es de eficacia demostrada, y que tan sólo requiere un rollo de papel celo, un buen cordel de lana, y un amigo que te siga en otro coche. No pongáis cara de "hoy es el día en que han perdido la cabeza del todo", o de "empezasteis a columpiaros hace tiempo, y hoy ya empezáis a abusar", porque os demostraremos que no es así, que el invento funciona, y que no somos los primeros ni los más famosos en utilizarlo. Misterio misterio...

Ya hemos sentado las bases, y en los próximos días ahondaremos un poco más en todo ello. De momento, pasad buen fin de semana...

Para la redacción de este artículo y los que continúan sobre el mismo tema, contamos con la dirección técnica y asesoramiento de nuestro amigo Francisco, ingeniero industrial en potencia y gran amante (y experto) en todo el tema aerodinámico; que nos lo sugirió esta entrada y nos ha deleitado con abundante material de interés. Esperemos ser capaces de traducirlo todo para que se entienda con facilidad, y después trasladarlo al glosario...

12 comentarios:

Anónimo dijo...

no me imagino a porsche sin tunel de viento y usando cordeles de lana pegados por todo del coche...Me gusta lo que haceis, seguid asi

Sr. Pera dijo...

Jejeje, pues precisamente Ferdinand Porsche en aquellos maravillosos años utilizaba una técnica idéntica en sus coches!
Gracias por los ánimos, pronto desvelamos el invento de los cordeles de lana...

Sr. Fresa dijo...

Desaparezco unos dias y os encuentro hablando de aerodinamica... Creo que me queda un duro trabajo para ponerme al dia! Animo seguid asi!

Sr. M dijo...

Interesante y bastante claro. Tengo curiosidad por saber sobre los tales "vortex generators" que llevan algunos japos wanganeros, o esa especie de cresta en el techo de los ultimos LanEvos. A ver si lo tratais en la siguiente entrada!

javier dijo...

Muy buen artículo, estoy deseando ver la prueva con la lana.

Cuando hablas de que un F1 adopta la forma del ala de un avión creo que no es correcto:
Esto fue así durante unos años, pero se prohibió. Es cierto que siempre existe un efecto suelo, pero no es vital para la aerodinámica del vehículo como sí lo es el "downforce" creado por por la parte superior. Es más, los F1 llevan el morro muy levantado para evitar el efecto suelo.

Al hacer una zona de baja presión por debajo del coche, en cuanto este pasaba un bache y se levantaba, el coche salía volando.
La aerodinamica de un f1 se basa en canalizar el aire empujando el coche desde arriba hacia abajo, no creando un efecto ventosa desde debajo del vehículo. El difusor ayuda haciendo que el aire que pasa por debajo dé más "downforce", pero no crea efecto suelo.

Paso un par de enlaces:
http://www.que-formula1.com/index.php/ingenieria/como-funciona-el-difusor-de-brawn-gp/
http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_suelo

Saludos!

Anónimo dijo...

PrueBa!!! que andan muy cerca la "v" de la "b" en el teclado.

Anónimo dijo...

Javier tienes razon en que hoy en dia no se usa el efecto suelo como tal, puesto que no se usan faldillas activas y todo eso, pero si que intentan evitar lo maximo posible que les permite la normativa la entrada de aire al fondo plano y difusor al menos por los laterales, puesto que es vital para conseguir mas downforce, fijate en el uso de divisores de flujos laterales o el splitter central que llevan, no se si me entiendes.
Por cierto para ver la relevancia de la altura respecto al suelo y como afecta al downforce:
http://oi52.tinypic.com/v81k7d.jpg
http://oi55.tinypic.com/10qfkvk.jpg

pablo, stagro dijo...

¡que gran tema técnico¡
además muy de moda con la f1.¿los escapes sopladores aprovechan la fuerza de dichos gases para crear downforce,no?

Sr. Pera dijo...

Javier: Exacto, tema aclarado por Anónimo, así da gusto!

M: Los Vortex Generator los trataremos sin falta.

Pablo: Bueno, del tema de los escapes sopladores (o difusores soplados) no tengo mucha idea como para hablar a ciencia cierta. Se ha hablado mucho de ellos, se ha explicado muchas veces, pero no me fío de las fuentes, y no queremos contribuir a que cosas de dudoso origen se difundan.

Anónimo dijo...

Transcribo lo que pone en el libro de Simon Mcbeath de aerodinamica, que ojo ya tiene unos años, osea que lo de los difusores soplados no es nada nuevo.
"La accion de los escapes se refiere a la practica de encauzar la salida de gases del motor haacia el difusor trasero.El pricipio aqui es que los gases que salen a altas velocidades del escape se inyectan en el flujo del difusor y aumenta la succion en esta area.(...)Todo esto suena como buen metodo de usar la energia que de otro modo se desperdiciaria, hasta que se tiene en cuenta que el efecto varia segun las RPM y el acelerador, por tanto el beneficio no resulta constante...(...)La ganancia de carga aerodinamica gracias al flujo de los gases de escape se dice que es relativamente pequeña, pero algunos F1 todavia usan este efecto para conseguir esos pequeños beneficios"

Sr. Pera dijo...

El invento no es nuevo, la novedad es mapear la centralita del motor para que siga explusando gases de escape sin acelerar, y de esa forma nunca cese el impulso aerodinámico del escape sobre el difusor (algo similar a algunos sistema antilag en coches turbo de competicion pero con otra finalidad).
Un jaleo.

Miguel Ángel dijo...

Además de en la F1 en el bugatti veyron también se peude ver la aplicación de la aerodinámica. Resulta especialmente vistoso en el alerón retráctil que sale para crear carga aerodinámica y mantenerlo bien pegado al suelo. Desde luego para alcanzar grandes velocidades la aerodinámica es indispensable.

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