Aerodinmica

La aerodinmica es aplicada tanto en la aeronatica como en el automovilismoEl apartado de Aerodinmica abarca las siguientes lecciones: 1.1.1. Introduccin a la Aerodinmica 1.1.2. Fundamentos Bsicos de Aerodinmica 1.1.2.1. Propiedades de los Fluidos 1.1.2.1.1. Densidad 1.1.2.1.2. Presin 1.1.2.1.3. Viscosidad 1.1.2.1.4. Relaciones 1.1.2.2. Leyes o Principios de la Aerodinmica 1.1.2.2.1. Efecto Venturi 1.1.2.2.2. Efecto Capa Lmite 1.1.2.2.3. Efecto Coanda 1.1.2.2.4. Drag 1.1.2.2.5. Efecto suelo 1.1.3. El Alern

1.1.4. Elementos de la aerodinmica 1.1.4.1. Alern Delantero 1.1.4.2. Chasis 1.1.4.3. Aletas de Cono 1.1.4.4. Deflectores Laterales 1.1.4.5. Toma de Admisin y Anclaje para Gra 1.1.4.6. Pontones 1.1.4.7. Aletas de Pontn 1.1.4.8. Tapa Motor 1.1.4.9. Alern trasero 1.1.4.10. Fondo Plano 1.1.4.11. Difusor 1.1.4.12. El Casco 1.1.5. El Tnel de viento 1.1.6. El CFD 1.1.7. Novedades Aerodinmicas 1.1.7.1. Alerones Flexibles 1.1.7.2. Aleta Dorsal 1.1.7.3. Ala Delta 1.1.7.4. Alas de Cabina 1.1.7.5. Alas Dumbo 1.1.7.6. Aletas Tabique 1.1.7.7. Aletas Oreja 1.1.7.8. Carenados 1.1.7.9. Cuernos de Vikingo 1.1.7.10. Morro Canalizado 1.1.7.11. Doble Alern Delantero 1.1.7.12. Variacin del ngulo de ataque del Alern 1.1.7.13. Difusor Doble 1.1.7.14. Llantas Monotuerca 1.1.7.15. F- Duct 1.1.7.16. Toma de Admisin Doble 1.1.7.17. Difusor Soplado por los Escapes 1.1.8. Nomenclaturas Tcnicas Aerodinmicas 1.1.9. Conclusiones

Introduccin a la Aerodinmica

Comportamiento aerodinmico del flujo de aire al paso por un monoplaza de F1Cuando uno considera la Aerodinmica tiende a pensar en la Ingeniera Aeroespacial, es un hecho que la aerodinmica es una rama de la Mecnica de Fluidos y que fue desarrollada coda a codo con las aeronaves y que es una disciplina inconcebible sin las mismas. Y efectivamente as es; uno puede exigirle a un ingeniero aeroespacial un avanzado conocimiento en aerodinmica.No obstante, cuando uno habla de aerodinmica debe ensanchar su mente y empezar a considerar otros procesos o aspectos de las ciencias aplicadas que requieren de estudios aerodinmicos. Estamos hablando de procesos a altas velocidades. Con esa visin ampliada uno puede incluir casi cualquier vehculo, especialmente automviles, edificios afectados por el viento, transporte en conductos, procesos internos en motores y un largo etctera. De este modo, rpidamente se nos ocurre considerar la Frmula 1.Normalmente los coches de Frmula 1 alanzan velocidades de hasta 350 km/h en algunos circuitos, de hecho, antes del recorte de prestaciones del motor, velocidades de 370 km/h eran fcilmente alcanzables en las rectas de algunos circuitos. Por consiguiente, la media de velocidad de estos blidos no es inferior a los 160 km/h. No hay duda entonces de que la aerodinmica juega en este juego, un papel muy importante. Aunque parezca contradictorio hicieron falta casi 20 aos para que los ingenieros de la Frmula 1 se dieran cuenta de la gran importancia que tena la aerodinmica.Por ello, los principios que permiten volar a un avin son fcilmente aplicables a un coche de carreras. La nica diferencia se encuentra en la forma en la que el ala o alern est montado: justo al revs produciendo downforce en vez de Sustentacin.

Fundamentos Bsicos de la Aerodinmica

Recorrido del flujo de aire en todo automvilLa aerodinmica es la parte de la mecnica de fluidos, que estudia el comportamiento del aire, el fluido en cuestin, al paso por un cuerpo.Pero, qu es exactamente un fluido?Un fluido es todo aquel material, que se deforma de manera contigua ante una fuerza, no importa de qu valor sea sta. Un trozo de hierro, posee una fuerza mnima ante la cual empieza a deformarse, cosa que no pasa con el aire, por ejemplo. Muchas veces atribuimos la definicin de fluido, a otros fenmenos que ocurren a nuestro alrededor: decimos que el trfico de una ciudad es ms fluido que otro (es falso, pero bueno.), en cuanto no hay atascos y los coches van ms sueltos, por ejemplo; son asignaciones que hacemos casi inconscientemente, pero que en cierta forma, son vlidas.Parece simple, pero no lo es, ya que la dinmica de cualquier fluido, viene determinada bsicamente, por 2 aspectos:

DensidadTodos los fluidos, incluido el aire, estn formados por un nmero extremadamente grande de molculas; todas ellas estn ligadas entre s, y separadas ciertas distancias (no todas iguales); cuanto ms unidas estn todas las molculas, decimos que el fluido posee ms densidad que otro; lgicamente, un fluido con ms densidad que otro, pesa ms, por cuanto tiene mayor masa, al tener ms molculas; por otra parte, estas consideraciones, no tiene valor, si no se referencian respecto un volumen; por tanto, definimos densidad, como la cantidad de molculas por unidad de volumen. Sea V el volumen y m la masa; la densidad se define como: densidad=m/V.

La densidad es un parmetro muy importante, por cuanto caracteriza de forma esencial, cualquier fluido, y ms an, lo caracteriza desde el punto de vista termodinmico, cosa muy importante por ejemplo, para conocer la eficiencia del motor.A mayor densidad, la cantidad de aire es mayor (muchas molculas) y por tanto la eficiencia del motor es mayor; de ah, que los das de calor (baja densidad como veremos) el motor funciona peor que los das de fro; o lo que es lo mismo: a principio del da, los motores funcionan mejor, que durante las horas centrales del da.

PresinEsta caracterstica, est muy unida a la densidad. Existen, podramos decir, 2 tipos de presiones: la atmosfrica y la no atmosfrica.La presin atmosfrica, es la fuerza (o peso) que hay sobre cierto punto o cuerpo, debida a la cantidad de molculas de aire que hay sobre dicho punto o cuerpo. Esta columna de aire, se sita desde dicho cuerpo, hasta el fin de la atmsfera. Otro de los factores importantes relacionados en cierta forma con la presin, es la altura con respecto al nivel del mar; cuanto ms altura tengamos, el aire es menos denso, por tanto la presin atmosfrica es menor, y debido a todo ello, un cuerpo pesa menos cuanta a ms altura midamos ese peso; recordemos que el peso es una fuerza, que equivale a la masa multiplicada por la aceleracin de la gravedad, y se mide en Newtons (no hay que confundir peso y masa).Por todo lo dicho, a mayor presin, las molculas de aire estn ms unidas, la densidad es mayor y de esta forma y como consecuencia de ello, el motor, por ejemplo, es ms eficiente.La fuerza no atmosfrica, es la presin relativa; es aquella presin que no tiene en cuenta la presin atmosfrica; la suma de ambas, se denomina presin absoluta; la presin relativa, por ejemplo, es la causada por la propia dinmica del aire, y es bsica, para poder disear un coche de competicin, entre otras cosas, porque la presin atmosfrica, hagamos lo que hagamos, siempre va estar presente y no podemos prescindir de ella.Ambas presiones, son las que se encargan de mantener ms o menos unidas a las molculas de aire; de esta forma, al aumentar la presin, aumenta la densidad y viceversa; ms adelante, veremos las dependencias entre todas ellas.

ViscosidadCuntas veces hemos confundido densidad y viscosidad; un aceite es menos denso que el agua (por eso flota en ella), pero es ms viscoso.La viscosidad es la resistencia que posee todo fluido a deformarse por la accin de una fuerza cualquiera. No tiene nada que ver con la densidad, que es la que cuantifica la cantidad de molculas por unidad de volumen; la viscosidad es una propiedad digamos dinmica; mientras no existe movimiento, no se hace patente y no se puede cuantificar.La viscosidad es la propiedad del aire ms importante; sin su existencia, no existira ningn fenmeno dinmico, tal como la sustentacin por ejemplo. Como veremos ms adelante, es la responsable directa de la existencia de la llamada capa lmite y sin ella, no existiran las fuerzas aerodinmicas; de hecho, las ecuaciones que rigen la dinmica del aire, son muy complejas; para resolverlas, existen muchos procedimientos matemticos, y uno de ellos, es la simplificacin de dichas ecuaciones o modelos matemticos para que sea ms fcil el

resolverlos; la simplificacin inicial (y burda o irreal) es la de suponer que la viscosidad es nula; bajo esta hiptesis, resulta que las turbulencias no existen; el modelo se podr entonces resolver, pero no es ms que una simplificacin, no la realidad; en la vida real, el 99.9% de todas las dinmicas de cualquier fluido, son turbulentas.La viscosidad la definimos como la inversa de la fuerza (tiempo) que ofrece todo fenmeno al movimiento o evolucin temporal; cualquier fluido, intenta alcanzar el estado de mnima energa; un fluido o en general fenmeno, ms perezoso que otro, tendr una viscosidad mayor, puesto que le cuesta ms alcanzar dicho estado.Hemos odo hablar o tildar en multitud de ocasiones, al trfico de automviles de una ciudad, como viscoso; una de las veces que estuve en una cola de coches, esperando que un semforo se pusiese en verde para arrancar, observ que pas cierto tiempo, desde que el disco se puso en verde, hasta que pude mover mi automvil; si divido dicho tiempo entre la cantidad de coches que tengo delante entre, obtengo PTr; ste, es el factor de viscosidad no adimensional; cuanto mayor sea PTr, mayor viscosidad tendr.

RelacionesTanto la presin, densidad y viscosidad, como otras propiedades quizs menos importantes, estn ligadas entre s; ello significa que el hecho de variar una de ellas, conlleva la variacin de las otras; las ecuaciones o expresiones matemticas que relacionan todas estas variables, se denominan ecuaciones de estado; existen diversos tipos, atendiendo al contexto de trabajo, pero en definitiva, son relaciones entre ellas. Una de las propiedades o mejor dicho, parmetro no intrnseco al propio fluido, es la temperatura; estas ecuaciones de estado, tambin dependen de la temperatura.

Leyes o principios de la Aerodinmica Una vez hemos vistas las propiedades ms importantes del aire, hemos de pasar a las leyes o principios que rigen toda dinmica o evolucin temporal.La verdad es que en un principio, cabe decir que existe slo una ley universal que rige toda dinmica; de hecho, con tan slo una ley, principio o como se quiera llamar, est definida toda la Aerodinmica, sea de coches de competicin, Aeronaves, Motos, barcos, etc.. alucinante verdad? Pero es as; la ley dice: Todas las partculas tienden a situarse en aquel estado de mnima energa. Ya lo deca Einstein: El Universo es perezoso cunta razn tenaPor ello mismo, por ejemplo, el aire siempre circula desde una zona de alta presin hacia otra de baja presin.Parece simple, pero no lo es; existen diferentes tipos de energa; bsicamente 3: por altura o cota, por velocidad y por presin. Por si fuera poco, existe otra ley de termodinmica que dice que la energa ni se crea ni se destruye, slo se transforma; pues ya lo tenemos todo: hemos definido los 3 tipos de energa existentes, y encima hemos encontrado la relacin entre ellas. La ecuacin matemtica o modelo matemtico que recopila todo lo dicho, se denomina Ecuaciones de Navier-Stokes; resolviendo dichas ecuaciones o modelo, seramos capaces de averiguar cualquier aerodinmica o dinmica en cualquier contexto; incluso podramos saber si dentro de 3 aos, 2 das y 45 segundos, llover o no llover. pero existe un problema: son unas ecuaciones que no se pueden resolver analticamente; hay que resolverlas numricamente, es decir: con ordenador y tcnicas CFD (ya veremos esto en posteriores artculos).

Esta dinmica y su modelizacin, conlleva una serie de efectos, sin los cuales, no podramos disear coche de competicin alguno, y gracias a ellos, podemos disfrutar de nuestro deporte (al igual que volar, navegar, etc.).Esta serie de efectos, son los siguientes:-Efecto Venturi /Principio Bernouilli -Efecto Capa Lmite-Efecto Coanda -Drag-Efecto suelo

Efecto Venturi /Principio Bernoulli

Esquema del Principio de Bernoulli.Sabemos que existen 3 tipos de energa: la potencial (por cota o altura), la cintica (por velocidad) y la de presin. Por ello, al tener que conservarse, en todo proceso, la cantidad total de energa, la suma de las 3 energas, ha de permanecer constante. Esa es la ecuacin o principio de Bernouilli.

Donde: V = velocidad del fluido en la seccin considerada. g = aceleracin gravitatoria z = altura en la direccin de la gravedad desde una cota de referencia. P = presin a lo largo de la lnea de corriente. = densidad del fluido.

Para aplicar la ecuacin se deben realizar los siguientes supuestos:

Viscosidad (friccin interna) = 0 Es decir, se considera que la lnea de corriente sobre la cual se aplica se encuentra en una zona no viscosa del fluido.

Caudal constante Flujo incompresible, donde es constante. La ecuacin se aplica a lo largo de una lnea de corriente o en un flujo

irrotacionalDe esta forma, si la presin aumenta, la velocidad ha de disminuir y viceversa. Por ello todos hemos odo en alguna ocasin: que la presin es inversa a la velocidad.

Esquema del efecto VenturiEl efecto Venturi, tambin es una consecuencia directa: si en cierto fenmeno por donde pasa el aire, hay un cambio de seccin, por ejemplo de mayor a menor, la cantidad de aire que entra ha de ser la misma que la que sale (cosa lgica por otra parte), con lo que por la seccin mayor, la velocidad del aire ser menor que la velocidad del mismo aire al pasar por la seccin menor. Esto es el efecto Venturi: al aumentar la velocidad, la presin disminuye y viceversa.

Esquema del recorrido del flujo de aire en el efecto Venturi

Por tanto, si observamos la imagen siguiente, en la zona A la velocidad es mayor, pues ha de recorrer una distancia mayor, con lo que la presin disminuye. Esta depresin chupa el ala hacia arriba en este caso, producindose sustentacin.

Esquema flujo de aire al paso por un alaEn automovilismo, se invierte la figura y se produce as el empuje contra el suelo. Es decir, en la zona B la velocidad ser mayor, pues habr de de recorrer una distancia mayor, con lo que la presin disminuir. Esta depresin chupar el ala hacia abajo en este caso, producindose as una fuerza de atraccin al piso.

Esquema flujo de aire al paso por un alern

Efecto Capa Lmite

Ejemplo de capa lmite laminar. Un flujo laminar horizontal es frenado al pasar sobre una superficie slida (lnea gruesa). El perfil de velocidad (u) del fluido dentro de la capa lmite (rea sombreada) depende de la distancia a la superficie (y). Debido al rozamiento, la velocidad del fluido en contacto con la placa es nula. Fuera de la capa lmite, el fluido se desplaza prcticamente la misma velocidad que en las condiciones iniciales (u0).En la evolucin del aire alrededor de un cuerpo cualquiera, dicho aire se pega sobre el cuerpo, creando una capa muy fina de molculas en principio. Al discurrir sobre esta fina capa, ms molculas del mismo aire, y debido a la viscosidad principalmente, stas ltimas ralentizan su velocidad, debido a que discurren sobre otras molculas; as capa tras capa, se forma una capa de molculas de aire, cuya ltima, posee ya casi la misma velocidad del aire que circunda al cuerpo; esta capa se denomina capa lmite; tcnicamente se define capa lmite y su espesor, como el espesor a partir del cual, la velocidad es del 99% del flujo real.En cuerpos relativamente pequeos como lo es un coche de competicin, suele tener como mximo unos pocos milmetros, y ni tan siquiera tanto. todo depende de la longitud del cuerpo, en relacin al sentido de la dinmica; por esta razn, en trenes y al final de ellos, la capa lmite puede llegar hasta 0.5 metros; de hecho y si lo pudiramos hacer, podramos sacar la mano al final y sobre el techo de este ltimo vagn, y apenas notaramos la velocidad del aire.Podemos concluir diciendo, que la velocidad del aire, justo en la superficie de todo cuerpo en movimiento, es cero. Esta capa lmite, es la responsable del siguiente efecto que podemos apreciar.

Efecto Coanda

Efecto Coanda del agua al pegarser a un recipiente, debido a la viscosidad de estaTodo fluido, tiende a pegarse sobre una superficie. Este es el efecto Coanda. Parece simple y de hecho hasta lo es, pero tambin es extremadamente importante y decisivo en todo diseo, por cuanto podemos, en cierta forma, canalizar aire all donde queramos o necesitemos, sin necesidad de deflectarlo a lo bestia con la resistencia que ello supone.Una buena manera de explicar en qu consiste el efecto Coanda es con un ejemplo:

Esquema del efecto CoandaSupongamos una superficie curva, por ejemplo un cilindro, tal como est en la ilustracin. Si sobre l vertemos algo slido (arroz, por ejemplo) rebotar hacia la derecha. El cilindro, por el principio de accin-reaccin, tender a ir a la izquierda. Esto se puede ver en la primera parte de la ilustracin.Si repetimos esta experiencia con un lquido, debido a su viscosidad, tender a pegarse a la superficie curva. El fluido saldr en direccin opuesta. En este caso, el cilindro ser atrado hacia el fluido.Si nos imaginramos el lquido que cae como miles de capas de agua, las capas que tocan al cilindro se pegarn. Las capas contiguas, por el rozamiento, se pegarn a esta y se desviarn un poco. Las siguientes capas, igualmente, se desviarn algo ms.En algunos aviones de transporte, y dado que transportan mucha carga, y sobre todo en el despegue, los motores a reaccin o las hlices en su caso, descargan su flujo directamente sobre las alas (debidamente protegidas claro), y aumentando el ngulo de incidencia de las mismas, el aire no se despega de ellas, generando una fuerza de sustentacin inmensa.Viendo el fenmeno de la sustentacin, se puede apreciar que el aire se pega sobre la superficie, observando tambin el efecto Coanda sobre ella.En definitiva este efecto, se utiliza para canalizar el aire donde se desee en ciertas partes del chasis del monoplaza sin tener que deflectarlo en demasa, evitando gran resistencia aerodinmica.

Drag

Efectos producidos por el drag, en diferentes cuerpo, con diferentes coefiecientes de resistencia aerodinmicaTambin conocido como resistencia aerodinmica o resistencia al arrastre, es la combinacin de los efectos anteriores sobre un objeto que se desplace a travs de cualquier fluido (aire en nuestro caso). La cantidad de esa resistencia al avance depender de:

La densidad del fluido a atravesar. El ngulo de incidencia entre el objeto y la componente direccional de

avance (de lo que se deduce que cada forma de objeto tiene una resistencia especfica).

La cantidad de superficie en contacto con el fluido. De la velocidad a la que se desplaza el objeto a travs del fluido (o

viceversa).Resumiendo, su frmula simple es: D = 0.5 * (Densidad) * (v2) * (S) ( Cd)Donde: D = Drag, Arrastre, o Resistencia aerodinmica.Densidad = Densidad del fluido (para nosotros densidad del aire)v = VelocidadS = Superficie de impacto (superficie frontal que choca contra el viento)Cd = Coeficiente aerodinmico del objeto.De lo que se desprende que la resistencia aerodinmica es proporcional al cuadrado de la velocidad.

Lista con diferentes cuerpos y sus coeficientes de resistecia aerodinmica

Efecto Suelo En el mundo de automovilismo, generalmente de competicin, se busca, al contrario que en aeronutica, crear una zona de alta presin por encima del vehculo y una de baja presin por debajo, lo que provoca una succin que aplasta al vehculo contra el suelo, mejorando el agarre, lo que se traduce en la posibilidad de trazar curvas a mayor velocidad.

Dibujo de un monoplaza con efecto suelo. Se pueden observar los faldones en el fondo plano (amarillo), y el paso del flujo de aire que provaca este efecto (en rojo).Este efecto se introdujo en la Frmula 1 a finales de los aos 70 por parte de Lotus, mediante faldones y un diseo especial de la parte inferior de la carrocera, y por su efectividad no tard en ser copiado por los dems equipos.

Lotus 78, primer monoplaza en hacer uso del efecto suelo.

Otra tcnica que se utiliz, concretamente en el Brabham BT46B, era la extraccin del aire de debajo del vehculo mediante un ventilador situado horizontalmente, pero fue prohibida inmediatamente.

El Brabham BT46B usaba el efecto suelo, todo y que con un ventilador en la parte posterior del monoplaza, para sacar el flujo de aire a mayor velocidad, lo que hace que aumente este efecto.Sin embargo, esta tcnica tena el problema de que en cuanto no hubiese una presin lo suficientemente pequea por debajo del vehculo, cosa que por ejemplo poda pasar si se pasaba a gran velocidad por encima de un bache y el vehculo daba un saltito, ste poda volverse muy inestable e incluso poda salir volando.Se podra pensar errneamente que aumentando el peso del vehculo, se lograra un mayor efecto suelo ya que el aumento del peso del vehculo se traducira en mayor friccin de los neumticos contra el suelo y por ello en un mayor agarre. Lo cierto es que al aumentar la masa del automvil, aumenta proporcionalmente la fuerza centrfuga y esto hace que esta fuerza venza a la friccin entre los neumticos y el suelo, perdindose el agarre casi por completo.Lo interesante del efecto suelo es que aumenta considerablemente la friccin entre los neumticos y el suelo aerodinmicamente, sin aumentar la masa del automvil haciendo que el agarre sea mayor a mayores velocidades. El problema se presenta cuando los materiales de la banda de rodadura de los neumticos llegan al lmite de adherencia contra el suelo, o cuando por accidente se levanta una rueda o el coche avanza ladeado. Cuando esto ocurre, el vehculo simplemente se vuelve incontrolable.Esta condicin fue la causa del accidente del canadiense Gilles Villeneuve en la tanda clasificatoria del GP de Blgica de 1982, quien al golpear con una de sus ruedas delanteras con la rueda trasera de otro coche, su Ferrari sali prcticamente volando despidiendo por

los aires a Villenueve, que muri en el acto. Tras este accidente se prohibi o limit la utilizacin del efecto suelo por motivos de seguridad.

El accidente de Gilles Villeneuve, en 1982, hizo que se prohibiera el efecto suelo.

El Alern Cuntas veces hemos odo eso de que un Frmula 1 es un avin al revs? Pues es totalmente cierto, al menos en lo que respecta al chasis es claramente un avin dado la vuelta. Voy a intentar explicar de manera ligera los conceptos que hacen verdadera esta afirmacin con respecto a los alegrones de los monoplazas.

Recorrido del flujo de aire, a lo largo del ala de un avin.En imagen tenemos un ala de un avin. El hecho de que un avin despegue se basa en el diseo de las alas. Estas tienen una mayor superficie en la parte superior y por tanto menor que la inferior. Esa mayor superficie superior provoca que el aire que circula por la parte superior aumente su velocidad con respecto al aire de la parte inferior, esto provoca una reduccin del la presin en la parte superior y que por tanto exista una mayor presin en la parte inferior que termina empujando hacia arriba la aeronave. Es lo que se conoce como la fuerza de Bernoulli.Pues en Frmula uno se invierte los procesos, buscando una mayor presin en la parte superior de los alerones para empujar hacia abajo a los monoplazas. Por tanto la parte inferior de los alerones ser la que tenga una mayor superficie para as reducir la presin.

Este es el concepto, en la siguiente imagen del alern trasero de un F1 podemos observar perfectamente como los alerones son unas alas como las de la imagen anterior pero invertidas.

Esquema del alern trasero de un F1. Como se puede observar, esta formado por dos planos superpuestos, que son dos alas invertidas, con el fin de lograr el efecto contrario a la sustentacin, es decir el donwforce.Sin duda, los alerones son un factor importantsimo de cara al agarre. Generan alrededor del 66% de la fuerza hacia el suelo del coche. Lo normal es que lleven secciones de perfil aerodinmico multi-elemento (similar a los que se despliegan en los aviones en fase de aterrizaje o despegue, en la foto) optimizados para velocidades pequeas, ya que recordemos que las velocidades punta de los Frmula 1 son ms bien lentas frente a cualquier vuelo de crucero.En cada extremo lleva superficies transversales para reducir la resistencia inducida. Y qu es esta resistencia? Se suele denominar tambin resistencia de borde de ala, de punta de ala, de ala finita varios nombres que describen lo mismo: una resistencia inevitable, pero s 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 ms fcil irse por el lateral del alern que por donde debe ir, generando un torbellino que da resistencia.

Elementos de la aerodinmica A continuacin se indican y se explican todos los diversos elementos aerodinmicos, que intervienen en la aerodinmica de un monoplaza de F1, ya sea en mayor o meno medida:

Alern Delantero Chasis Aletas de Cono Deflectores Laterales Toma de Admisin

Pontones Aletas de Pontn Tapa Motor Alern trasero Fondo Plano Difusor El Casco

Alern Delantero

Alern delantero de F1El alern de un Frmula 1 est construido en fibra de carbono y es la primera parte del coche en contactar con el flujo de aire. El flujo alrededor de este es mayor que en cualquier otra parte del coche puesto que es la parte en la que el aire incide con menos perturbacin. El alern est diseado para producir downforce y guiar el aire que se mueve aguas abajo.Flaps y winglets (pequeos alerones y apndices aerodinmicos) se usan para guiar el aire pasadas las ruedas hacia las entradas del radiador y la panza del coche. El aire turbulento que se mueve hacia la parte trasera del coche impactar sobre la eficiencia del alern trasero. La eficiencia del alern se basa en tres parmetros bsicos: el alargamiento, el ngulo de ataque y la resistencia:

1. El Alargamiento: La cantidad de downforce producida por un ala o alern se determina por sus medidas. Cuanto mayor sea el alern mayor downforce produce. Llamamos alargamiento a la relacin entre longitud/anchura. Cuanto mayor sea el alargamiento, menor es la resistencia creada por los vrtices en las puntas de los alerones. El alargamiento es la longitud (la dimensin alargada perpendicular al flujo de aire) dividida por su cuerda (la dimensin paralela al flujo).

2. El ngulo de Ataque: La eficiencia de un alern depende tambin de la relacin downforce/resistencia. La cantidad de downforce generada tambin depende del ngulo o inclinacin del alern. Cuanto mayor es el ngulo de ataque mayor es el downforce producido.

3. La Resistencia: Al incrementar el downforce en un alern tambin crece la nunca deseada resistencia. La downforce generada por el alern

trabajo en sentido vertical, hacia el suelo, mientras que la resistencia acta en la direccin opuesta al flujo de aire.

Esquema alern delantero de F1. En rojo el recorrido del flujo del aire, a travs del alern.En la puesta a punto del alern delantero, los ingenieros deben considerar lo que suceder al flujo de aire cuando este viaje aguas abajo recorriendo todo el coche. En un esfuerzo de limpiar el flujo perturbado, se suelen hacer pequeos ajustes en forma de apndices aerodinmicos o de acomplejizacin de las superficies en la parte delantera del coche. Las turning vanes (deflectores) se usan para desviar la estela (la estela es un pequeo volumen turbulento de baja presin causado por el paso de un objeto a travs del aire que produce resistencia de presin) de flujo turbulento lejos de las ruedas delanteras y el alern delantero. Este efecto, aleja al aire perturbado de las entradas de los radiadores y de la panza del coche. En los circuitos ms lentos tambin se pueden montar pequeos secciones de verticales en alern, ineficientes en circuitos rpidos por su produccin de resistencia aerodinmica.Los alerones para las configuraciones de circuitos rpidos son muy pequeos y funcionan ms bien como elementos estabilizadores que como generadores de downforce. Dicha configuracin es capaz de producir una fuerza de 6.650 N.

Alern delantero Red Bull temporada 2009Las ruedas delanteras y traseras son la mayor fuente de resistencia de un Frmula 1. Esto provoca hasta un 60% de ineficiencia aerodinmica (el aporte en la resistencia total suele ser de un 40%). El conjunto del alern delantero tiene unas placas perpendiculares en sus bordes laterales para reducir la turbulencia que hay alrededor de las ruedas y ayudar al flujo de aire a moverse hacia los radiadores y alrededor de los sidepods. Cualquier cambio realizado en la parte delantera del coche afectar al flujo de aire que se mueve hacia la parte trasera. El equipo de ingenieros tiene que considerar que cualquier cambio en el alern delantero tendr un impacto sobre la eficiencia aerodinmica general de todo el coche.

Alern Ferrari de la temporada 2005

En resumen, es decir, el alern delantero carga con el 33% de la fuerza hacia abajo total del coche (la mitad del grupo alern).Para entender su funcionamiento, que es lo ms importante, lo mejor es pensar en una tabla horizontal que es la que nos dar apoyo vertical, y un conjunto de lengetas laterales (y alguna sobre el propio aleron) destinadas a alejar en lo posible el flujo del aire de las ruedas (que son un completo freno).A parte de generar el 33% del downforce total del monoplaza, y enviar la corriente de aire a las ruedas de forma que no generen mucha resistencia (gracias al conjunto de lengetas laterales nombradas antes), tiene la funcin aadida de alimentar en parte a los bajos, y canalizar el flujo de aire de la forma deseada hacia la popa del monoplaza. Otra funcin interesante que realiza el alern delantero gracias a su forma, es la de deflectar aire hacia los frenos para mejorar su refrigeracin.

Alern Mclaren de la temporada 2009La idea y el problema principal en diseo es buscar una solucin de compromiso entre la generacin de fuerza vertical y el desvo de aire a otras partes del coche.Como curiosidad comparar el tipo de alern delantero que se usaba hasta la temporada 2008 y el tipo de alern que se utiliza desde la temporada 2009.

Tipo de alern utilizado hasta la temporada 2008

Tipo de alern utilizado desde la temporada 2009

Chasis

El chasis de un F1, desde arriba y de perfil.El chasis de un Frmula 1 est diseado, como todo elemento en un F1, para producir el mximo de downforce minimizando a su vez la resistencia. Para conseguirlo la parte superior del coche est diseada para cortar el aire tan finamente como sea posible, mientras que su parte inferior se disea para crear una zona de baja presin entre el coche y el asfalto que empuje el coche hacia el suelo. Antao el diseo de debajo de los sidepods recordaba a un perfil aerodinmico invertido. Dichas superficies que propiciaban el efecto venturi fueron restringidas por motivos de seguridad (este efecto conjuntado con los alerones era conocido como el efecto suelo), y se impuso un fondo plano para los monoplazas, an as el chasis an es capaz de producir downforce.

Los primeros Frmula 1 que utilizaron alerones, fueron los de los aos sesenta.El desarrollo del efecto suelo empez en los aos setenta cuando los ingenieros empezaron a usar alas montadas en los coches para generar downforce en las ruedas traseras, tal y como puede apreciarse en la imagen anterior. Por razones de seguridad esos alerones primitivos fueron prohibidos y los ingenieros fueron a la caza de otras fuentes de downforce. Esto condujo a un rediseo de la panza del monoplaza y se introdujeron los sidepods del coche que contenan los radiadores que introducan el aire debajo del coche hacia sus tneles. Dichos tneles se estrechaban en el centro y se ensanchaban hacia la parte posterior del coche. Tal y como el aire se mova hacia los tneles, se creaba un rea de baja presin entre el coche y el suelo. Esto produca que el coche fuera succionado hacia el suelo. Al progresar las pruebas con estos nuevos diseos, los ingenieros se dieron cuenta de que reduciendo el flujo lateral debajo del coche mejoraba an ms el efecto suelo. De esta forma se adjuntaron faldas ajustables (verticalmente) en los sidepods de los coches para reducir el flujo lateral, de nuevo esto resulto en una mejora a nivel aerodinmico pero el organismo regulador de entonces tom cartas en el asunto.Actualmente las regulaciones de la FIA estipulan que los Frmula 1 deben tener un fondo plano y prohben dichas faldas. De este modo se reduce la forma de perfil invertido y se pierde downforce, que reduce la velocidad en las curvas y por lo tanto incrementa la seguridad, factor que dcada tras dcada ha ganado mucha importancia en la Frmula 1.A pesar de todas estas limitaciones, la geometra de la panza del coche sigue teniendo una importancia vital en la configuracin aerodinmica del coche.

Aletas de Cono Estos elementos son aletas destinadas a la correccin de los flujos de aire pasantes por el cono hacia la parte media y luego a la trasera.

Independientemente de su orientacin, su funcin no es la generacin de empuje, sino el redirigir, dividir y/o repartir el flujo de aire incidente en ellas.Su funcin es solucionar inestabilidades, vibraciones o decaimientos de rendimiento en elementos que estn por detrs en el flujo de aire, y como ocurre siempre, son elementos aadidos tras la deteccin de una anormalidad en algn sitio posterior.Por esto mismo, son especficas para cada problema y cada coche. Adems suelen tener cortos periodos de vida, pues suele haber soluciones menos costosas en cuando al arrastre (aunque ms difciles de implementar en el blido).Debido a todo lo anterior, a cada uno de los tipos que aparecen se les suele poner un nombre particular. Ejemplos de ello son:

Tabiques

Orejas

AletasAqu hay que puntualizar que esas aletas gruesas y con una banda negra, no las colocan los equipos sino que las impone el reglamente para todos los blidos y llevan alojada una mini cmara de Tv, de dnde salen algunos planos de visin frontal.En esta zona, est el famoso tubo Pitot, en primer trmino, y despus la o las antenas de radio. De este, ya hablaremos ms adelante en la seccin de este nivel dedicada a la electrnica.

Deflectores Laterales

Esquema de un deflector de un monoplaza de F1A principio del siglo XXI hubo un debate sobre si los deflectores deberan seguir formando parte de los F1, Adrian Newey afirm que estaba pensando en suprimirlos en sus prximas creaciones y que los futuros McLaren ya no llevaran deflectores, pero estos apndices aerodinmicos se quedaran en la F1 y cobraran cada vez ms importancia.Los deflectores al contrario que otros elementos aerodinmicos no cumplen la funcin de generar apoyo o downforce es decir no se encargan de empujar el coche hacia abajo. Los deflectores tienen una funcin distribuidora de los flujos del aire.Principalmente dos, la primera sera la de canalizar el aire hacia los pontones para mejorar la refrigeracin, si os fijis, los deflectores imitan la forma del chasis y suelen ir sujetos a la esquina inferior exterior del pontn en cuestin. La segunda cualidad sera la de orientar los flujos de aire por debajo del coche, sobre todo por la zona de los pontones pero orientando el flujo del aire hacia su parte inferior. Seguidamente el fondo del coche redirige esos flujos de aire hacia el difusor mejorando as el apoyo aerodinmico, ya os apunto aunque lo trataremos ms detenidamente en otro post que el difusor es el elemento del coche que genera ms apoyo aerodinmico por s slo. Por tanto, si los deflectores mejoran el flujo de aire hacia el difusor la eficacia aerodinmica es mayor

Deflectores laterales de Force IndiaLas funciones del sistema de deflectores, son cuatro:

1-Redirigir el aire sucio (turbulento) de las ruedas hacia fuera de los pontones.2-Separar el flujo de aire hacia la toma de refrigeracin.3-Sellar el fondo para aumentar el efecto suelo.4-Generacin de empuje.1) Tanto la zona exterior de los deflectores de la zona de suspensin, como el deflector, estn diseados para que el aire sucio desprendido de las ruedas sea canalizado hacia el exterior de los pontones, de forma que ese aire con tantas turbulencia no incida en la carrocera del vehculo.2) Sin embargo, las zonas inferiores de esos deflectores que separan el aire sucio, tienen como misin mantener el aire limpio (laminado y con pocas perturbaciones) dirigido hacia la toma de aire de los radiadores que estn en los pontones.3) Al igual que con el alern frontal, se pretende generar un sellado de los laterales de los bajos del coche, de tal manera que se potencie la generacin de esos vrtices de alta energa, cosa que se produce en la interseccin de la placa vertical con el aspa de giro.4) Y evidentemente generar un leve empuje en los extremos en un punto muy bajo, y que generalmente suele ser asimtrico, ya que los circuitos al ser cerrados, suelen tender a cargar ms curvas a un lado que al otro, as compensamos parte de las necesidades de carga de un costado y otro (haciendo las placas levemente distintas, entre otras medidas).

Deflectores laterales de Mclaren

Toma de Admisin y Anclaje para Gra

Toma de aire y anclaje de la gra del R30El anclaje para gra, es la parte elevada por encima de la cabeza del piloto, que tiene una entrada de aire ms o menos grande y est rematada por el alern superior de la cmara, impuesto por reglamento, al igual que la

apertura necesaria para poder levantar el coche mediante una gra, en caso de tal necesidad.

Es una buena zona para colocar aletas, que pueden tener mltiples aplicaciones, desde generar un alto empuje en la zona central, o redirigir los flujos de aire hacia el alern trasero, hasta corregir inestabilidades o vibraciones innecesarias.

Pontones

Pontn izquierdoSon la parte ancha y baja de la carrocera, que se extienden desde cada lado del habitculo del piloto hasta el extremo final de los radiadores cubrindolos, obviamente no cubre las tomas de aire. Desde ah hacia atrs, se van estrechando hacia la zona central trasera, de tal manera que dan un forma de botella de coca-cola a la silueta del blido.Esa forma no es causal en la F1, ya que se basa en una regla del diseo aeronutico, la llamada Regla del rea. Esta regla de diseo sirve para reducir la resistencia de onda producida en el avance de un cuerpo a travs de un fluido (relacionada con la compresibilidad del aire), sobre todo en altas velocidades. Resumiendo, la regla consiste en reducir en lo posible las variaciones bruscas de seccin trasversal del objeto que se desplaza.

Pontn derechoEn aviones es fundamental si se quiere sobrepasar el Match 1 de velocidad, en los barcos tambin se usa, y en los coches es asumible para reducir las vibraciones estructurales. Lo que se traduce en estabilidad estructural y facilidad para el piloto, que no temblar tanto por este motivo, las vibraciones por el motor y suspensin son otro asunto.Es en los pontones donde se colocan aditamentos como las famosas branquias y tambin, obviamente, las aletas de pontn, las chimeneas, as como los escapes que estn en la parte trasera de esta cubierta.

En los pontones se sitan las branquias de refrigeracin, y los escapes, as como otros aditamientos aerodinmicos.Estos aditamentos nombrados cumplen diferentes funciones.

Aletas de Pontn Parecera evidente que disponiendo de una zona tan amplia como los pontones, se pudiesen llenar con uno o varios dispositivos aerodinmicos que produjeran una gran cantidad de empuje, pero resulta que no es necesario tanto empuje, ya que precisamente esta es la zona de mayor peso (motor, transmisin, refrigeracin)En lugar de esto, es preferible, ya que se gana ms, mejorar el resto de prestaciones que debe cumplir la zona, a saber:1)Canalizar mejor el aire en la entrada de los radiadores.2)Separar el flujo de aire incidente en las ruedas traseras.3)Dirigir el flujo de aire para que incida mejor en el alern trasero.4)Evacuar el aire caliente proveniente de los radiadores.5)Evitar que los flujos de aire incidan en el chorro de los gases de escape.6)Generacin de empuje vertical.Diferentes tipos de aletas de pontn:

Imagen a)a)Se puede observar desde lejos la presencia de unas enormes placas en la parte anterior de los pontones. Su funcin es doble, incrementar lo estrictamente necesario la cantidad de aire para la refrigeracin (demasiado aire produciran un efecto caja), y canalizar el resto del flujo para las zonas posteriores.

Imagen b)b)Separar el flujo de aire incidente en las ruedas traseras, lo mismo que ya vimos para las ruedas delanteras en el alern frontal.

Imagen c)c)Dirigir el flujo de aire para que incida mejor en el alern trasero. Esta es la misin fundamental de los llamados alerones o aletas en R (por similitud con la letra r la de un lado, la del otro estar reflejada o invertida, como es el caso de Ferrari).

Imagen d)

d)Evacuar el aire caliente proveniente de los radiadores. Por algn sitio tendr que salir, y no parece ser recomendable que ese aire ya caliente bae otra vez al motor.Para ello hay varias soluciones, desde la colocacin de rendijas por las que evacuar el aire caliente, hasta la colocacin de chimeneas con su funcin evidente, pasando por sistemas mixtos de unos y otros, inclusive hasta abrir el chasis con agujeros para que salga directamente desde los radiadores.Tambin hubo quien (dependiendo del clima de la carrera) mediante carenado del interior del pontn, los llevaba por dentro, para soltarlos por la parte trasera, pero no resultaban tan eficaces como pretendan.

Imagen e)e)Evitar que los flujos de aire incidan en el chorro de los gases de escape. Esto puede parecer menos claro, pero en esencia es evitar que los flujos limpios y fros que venimos transportando desde el frontal, incidan o se mezclen con los gases calientes y turbulentos de los escapes, lo que reducira enormemente la eficacia del alern trasero. Para ello una solucin simple y con beneficios aadidos consiste en digamos hacer hueco para el chorro de gases de escape, de tal manera que no se pierda la direccin correcta del flujo limpio para el alern trasero y la ruedas, y por diferencia de velocidades, tirar del aire caliente, mejorando la extraccin de los gases y ganando potencia en el motor.

Imagen f)f)Generacin de empuje vertical. La forma intrnseca del chasis del pontn contribuye a ello, adems de los empujes generados por los elementos deflectores de los apartados b) y c) de esta seccin. Sin olvidarnos de que la parte baja de esta seccin, est remada por una especie de faldn, para tratar de mantener el indispensable efecto suelo.

Tapa Motor

Tapa MotorEs la parte que se eleva desde la zona horizontal de los pontones, la joroba del carenado de fibra de carbono. No incluye la caja de aire, es decir la toma de aire para la combustin del motor, que est carenada en otra pieza aparte.No se suele llevar ningn tipo de aditivos aerodinmico, pues no tiene puntos resistentes para la transmisin de fuerzas al cuerpo del vehculo. Claro que espordicamente, aparece incorporado algn tipo de divisor de flujo o algn aletn de estabilizacin

Alern Trasero

Alern traseroLa configuracin del alern trasero se determina (de forma incluso ms crtica que en el caso del delantero) segn el tipo de circuito en el que se corra.Existen segn el actual reglamento tcnico de la Frmula 1 tres tipos de configuraciones:

Baja downforce Estndar downforce Alta downforce

De nuevo el compromiso est en conseguir una ptima relacin downforce/resistencia. El alern trasero de tres alas en cascada (puede asimilarse a una pequea cascada de labes) se usa en los circuitos lentos y es capaz de producir una fuerza de hasta 13.000 N que tambin maximiza la resistencia. El alern estndar de utilizado en circuitos mixtos est formado por dos alas que producen menos downforce y resistencia. El alern usado en circuitos rpidos es el ms pequeo de todos, consta solamente de un ala casi plana y produce la mnima resistencia.Al moverse el flujo de aire hacia la parte posterior del coche, este es cada vez ms turbulento. La estela del alern delantero, los espejos, el casco del piloto, las ruedas delanteras, los sidepods y otros elementos influencian el flujo de aire y provocan que este sea totalmente turbulento al llegar a la parte trasera del coche. Consecuentemente, el alern trasero no es tan eficiente como el delantero y an as este debe generar ms del doble de downforce para equilibrar el monoplaza. Por tanto el alern trasero est diseado para producir un alto downforce. Por consecuencia el alern trasero, junto a las ruedas es el elemento responsable de la mayor parte de la resistencia, de nuevo la clave reside en la relacin downforce/resistencia, la downforce es necesaria para entrar y salir rpidamente de las curvas, y la baja resistencia para alcanzar altas velocidades en las rectas. La eficiencia del alern trasero depende de los mismos parmetros que el alern delantero (Alargamiento, ngulo de ataque y resistencia).

Alern trasero Ferrari temporada 2009Por tanto, podemos decir que el alern trasero tiene dos misiones fundamentales:

Generar el mximo de empuje vertical (downforce) con el mnimo arrastre y vibracin. (drag).

Crear una zona de baja presin debajo de l, o lo que es lo mismo, encima del difusor.

Esto, es algo fcil de decir, pero extremadamente difcil de conseguir. Sobre todo si se tiene en cuenta lo anteriormente dicho y explicado sobre la multitud de zonas anteriores a esta, que hacen que el comportamiento exacto de este alern dependa de la propia constitucin de estas y de la calidad del aire incidente de estas.

Alern trasero Mclaren temporada 2009

La normativa que se le aplica a este alern, es de lo ms estricto, ya que tiene una flexin limitada, unas alturas limitadas, unos materiales limitadosComo curiosidad comparar el tipo de alern trasero que se usaba hasta la temporada 2008 y el tipo de alern que se utiliza desde la temporada 2009.

Tipo de alern trasero usado hasta la temporada 2008

Tipo de alern trasero usada desde la temporada 2009

Fondo Plano El fondo plano, es la parte ms baja del monoplaza, ya que este es la superfcie sobre la que va todo el monoplaza en si. Es decir, el fondo plano son los bajos de los monoplazas de F1, y por ello son la parte que ms cercana est al asfalto.

El objetivo de todo ingeniero, en lo que respecta al fondo plano, es hacer que circule la menor cantidad de flujo de aire posible por debajo del coche, para que el dowforce del monoplaza aumente. Para tratar de conseguir esto existen diferentes mtodos:

Vrtices del alern delantero en un determinado sentio, para extraer aire de debajo del coche.

Apdices colocados debajo de la abertura de los pontones, para desviar y alejar el flujo de aire de la parte baja del coche.

Lbios en los extremos de la superfcie del fondo plano, justo debajo de los pontones ( a cada lado de la cubierta motor) con el fin de extraer aire de debajo del coche.

En la parte central de este, se suele colocar como una tabla de madera, para evitar que se desgaste el fondo. Esta tabla la impone el reglamento para evitar que el bajo del coche este demasiado cerca del suelo, ya que segn la normativa tiene que haber una distancia mnima de 100mm entre el fondo plano y el asfalto. De lo contrario, si la la tabla se desgasta ms de lo que permite el reglamento (1mm), la escuderia puede ser sancionada.Por cierto, se admite otro material que no sea madera, con la condicion de que la densidad de dicho material est entre 1,3 y 1,45 g/cm3.En la imagenes siguientes, se puede apreciar el fondo plano de un monoplaza de F1.

Fondo plano del RB5. Junto con este, se pueden observar el difusor y la tabla de madera.

Fondo plano del MP4-24. Junto con este, se pueden observar el difusor y la tabla de madera.

Fondo plano del MP4-24. Junto con este, se pueden observar el difusor y la tabla de madera.

Final del fondo plano del MP4-24, en el cual se puede observar, el final de la tabla de madera, y el difusor completo.

Difusor

Difusor de F1Un ltimo elemento aerodinmico de mucha importancia en un Frmula 1 es el difusor. Gran parte de la downforce se obtiene de un difusor que se endereza de la parte de debajo del eje de las ruedas traseras y tiene una geometra tal que mejora las propiedades aerodinmicas del coche, optimizando la transicin entre el flujo de alta velocidad de debajo del coche con el flujo mucho ms lento de la parte superior (a presin atmosfrica, contrastando con el flujo a baja presin de debajo del coche).Funciona proporcionando un espacio para el flujo de debajo del coche para desacelerarse y expandirse de forma que la capa entre el flujo de aire del coche y el externo sea menos turbulenta. Tambin proporciona cierto grado de estela de relleno.

Recorrido del flujo de aire por el difusor

De esta forma el flujo de aire debajo del coche se controla mediante el difusor trasero. Su diseo es de una importancia vital, puesto que cunto ms rpido el aire sea capaz de salir del coche, ms downforce se produce.Como se puede observar en las imagenes siguientes, un difusor est formado por una sola pieza.

Difusor visto por delante

Difusor visto desde atrsPor ltimo, decir que el difusor suele formar parte del fondo plano, al unirse con este. Esto es algo que se puede apreciar, ms que bien, en la imagen siguiente.

El difusor forma parte del fondo plano del monoplaza

El Casco

Recorrido del flujo de aire, a su paso por el casco del pilotoEl casco de los pilotos, como moderno yelmo de los antiguos caballeros medievales, muchas veces nos habla de la personalidad de su propietario.Pero ms all de las fbulas y de los entronques histricos que la imaginacin quiera establecer, los cascos de nuestros pilotos tienen una funcin clara y concreta: la proteccin de la integridad de sus propietarios.

No obstante, siendo esta la aplicacin primaria del los cascos integrales, que se utilizan en la mayora de las disciplinas deportivas automovilsticas, no hay que olvidar el principio bsico de toda competicin.Por definicin de competicin, todos y cada uno de los elementos que componen un coche destinado a este fin, sirven para algo: no hay nada intil.Existe una premisa bsica en competicin, que dice as: si he de colocar un elemento por causas mayores, he de disearlo de forma y manera que sirva o cumple otra funcin beneficiosa para la dinmica del coche.Bajo este prisma de diseo, el casco, como elemento indispensable y necesario, hay que disearlo de forma que acte de forma beneficiosa en alguna medida.

Anlisis del comportamiento aerodinmico de un casco de F1 mediante CFDPrincipios del casco de F1Dado el lugar donde se ubica el casco, podemos, en principio, hacer que acte en 2 aspectos:1. Adecuando el flujo hacia la toma de admisin:Ya que en funcin de si se canaliza o no, mediante un apndice colocado en el alern delantero, el flujo de aire, se podran obtener aumentos de potencia de hasta 5 CV o quizs ms.2. Adecuando el flujo de aire hacia la popa (alern trasero y difusor):En este caso, la eficiencia del alern trasero y tambin del difusor aumentan de forma considerable.En un principio y ello es verdaderamente as, los diseos de un casco son diferentes en funcin de la categora donde se dan. Las funciones son diferentes y por lo tanto, los diseos han de ser diferentes.

Si se pretende canalizar de forma idnea el flujo de aire hacia la toma de admisin, el diseo del casco ha de permitir un flujo superior enfocado hacia la toma de admisin, teniendo en cuenta una desviacin de flujo no necesario o excedente.

Si se pretende canalizar el flujo de forma adecuada hacia la popa del coche, el diseo ha de permitir un flujo a su alrededor con baja resistencia, siendo la popa del casco zona importantsima para que el flujo no sea turbulento o cause alteraciones en el mapa de presiones o turbulencias peridicas-

Por si fuera todo esto poco, notar lo siguiente: en un coche de GP2, la variacin de tan slo 2 cm de la altura del casco, produce una variacin de 5 kilos en la resistencia; al fin y al cabo, estos kilos de resistencia son caballos de potencia que se restan.Por todo lo dicho, se hace indispensable un diseo a medida de cada piloto, competicin y dems variables que intervienen.

El Tnel de Viento

Tnel de VientoLa mayora de los tneles de viento de la industria automovilstica son una instalacin que consiste en un circuito cerrado donde el aire es acelerado por una turbina y que cuentan con una zona en la que se establece el rea de pruebas, que es donde se colocarn las maquetas de los vehculos sobre los que se van a efectuar los ensayos.Adems la superficie sobre la que se apoya el vehculo es mvil. Esto es para poder realizar las pruebas aerodinmicas con las ruedas en movimiento.Bsicamente el tnel de viento sirve para estudiar el comportamiento aerodinmico del coche: calcular coeficientes aerodinmicos, fuerzas aerodinmicas, centro de presiones y momentos aerodinmicos.

Esquema de un tnel de vientoA continuacin veremos cmo se calculan estos factores y cmo influyen en la estabilidad y el rendimiento del vehculo.Lo primero que se ha de hacer es una maqueta a escala del vehculo sobre el que se van a efectuar las correspondientes pruebas. Esta maqueta se llena de transductores (sensores) de presin por gran parte de su superficie. El objetivo es obtener una distribucin de presiones a partir de la cual calcular numricamente fuerzas.En cada punto de la superficie del vehculo se producen dos fuerzas que tienen que ver con su movimiento en un fluido como es el aire. Una es la fuerza de presin que ejerce el fluido (normal a la superficie) y otra la fuerza de rozamiento con el fluido debida a efectos viscosos (tangencial a la superficie).

Distribucin de fuerzas en un monoplaza de F1Con los ensayos en el tnel se obtienen distribuciones de presin con las que luego mediante mtodos numricos se obtienen distribuciones de fuerzas, las cuales sumamos, y calculamos as la resultante que aplicamos en el centro de presiones del vehculo previo calculo de este. El centro de presiones (cdp) del vehculo es donde se aplica la resultante de todas las fuerzas aerodinmicas. Es distinto del centro de gravedad (cdg), que es donde se aplica la resultante de todas las fuerzas de gravedad del vehculo. Si estos dos centros divergen demasiado en su posicin el vehculo ser inestable, de ah que oigamos en los entrenamientos muchas veces que estn ajustando el reparto de pesos. Lo que estn haciendo es intentar ajustar la posicin del centro de gravedad para que coincida lo mximo posible con el centro de presiones aerodinmico de cara a que el vehculo sea lo ms estable posible. Si no coinciden se producen pares de fuerzas que producen momentos y con ello inestabilidad en el vehculo.Pero por el momento centrmonos en las fuerzas resultantes que se producen:

Fuerzas resultantes que se producen en un monoplaza de F1Podemos ver que las resultantes de las fuerzas aerodinmicas tienen una componente en el eje X que se opone al avance del vehculo llamada Fuerza de arrastre (Fx) o Resistencia aerodinmica, y una componente en el eje Y que tiende a elevar a este llamada sustentacin.En la Formula 1 se persigue el equilibrio que minimice la fuerza de arrastre y la fuerza de sustentacin, incluso en cuanto a esta ltima se refiere, se persigue que en lugar de hacia arriba vaya hacia abajo (downforce) para favorecer as el agarre y la traccin del vehculo.Influyen otras fuerzas aerodinmicas, pero son menos significativas, siendo de las dos que hemos analizado la ms significativa la de presin, que viene a ser un 70-80% de las fuerzas aerodinmicas totales que influyen en el vehculo, la de rozamiento aerodinmico vendra a influir aproximadamente un 10%.Una vez se obtienen las fuerzas se sacan unos coeficientes adimensionales, que son los coeficientes aerodinmicos. En Formula 1 es de especial inters el coeficiente de arrastre (Cx) que obedece a la frmula:

Donde el Coeficiente de Arrastre (Cx) es igual a la Fuerza de Arrastre divida por la mitad del producto de la densidad del aire por la velocidad al cuadrado y por una superficie de referencia cualquiera. Como superficie de referencia suele elegirse la frontal.A partir de los ensayos realizados en el tnel de viento se tienen valores de la Fuerza de Arrastre para una determinada densidad del aire y para una determinada velocidad de este, pudiendo entonces calcular de forma experimental, sustituyendo en la frmula, el Coeficiente Aerodinmico de Arrastre que podemos suponer constante para cualquier velocidad y/o densidad en los intervalos en los que se mueve un Formula 1. El producto CxS se utiliza para comparar diferentes configuraciones del vehculo o diferentes vehculos. Cuando en un gran premio reglan los alerones, el morro, etc, lo que estn

haciendo es variar este coeficiente y con ello claro est la fuerza aerodinmica de arrastre. El Cx de un Formula 1 suele ser el doble de un coche de calle, siendo un poco ms alto en aquellos grandes premios donde no es demasiado importante la velocidad punta y es ms importante el agarre. Estando su valor entre 0,7 (Monza) y 1,1 (Mnaco) aproximadamente.Como antes comentbamos, si el centro de presiones est desplazado respecto al centro de gravedad se producen momentos que hacen inestable al vehculo. Si el cdp esta adelantado respecto al cdg por ejemplo, si la sustentacin que se produce es positiva y no hay downforce se producira un desgaste menor en los neumticos delanteros y un menor agarre de estos provocando subviraje (tendencia a seguir recto en curva). Si no hay downforce y el cdp est retrasado respecto al cdg se producir menor agarre en los neumticos traseros y sobreviraje (tendencia a girar ms de lo debido).Si aparece viento lateral y el cdp y cdg estn desplazados en funcin de la direccin de este podra aumentar la posibilidad de producirse sobreviraje o subviraje.Es por esto que se busca la mayor estabilidad del vehculo regulando para cada circuito el centro de presin y el de gravedad, para ello se puede actuar sobre superficies aerodinmicas y sobre el reparto de pesos del coche respectivamente hasta dar con los reglajes que proporcionen el mejor comportamiento del monoplaza. Entre otras cosas es a esto a lo que se dedican en las sesiones de entrenamientos libres del viernes.

Tnel de VientoHoy en da, la mayora de equipos de F1, por no decir todos, cuentan con su propio tnel de viento, en sus respectivas fbricas. Aqu, es donde prueban las piezas, diseadas en la misma fbrica, que luego llevarn a los circuitos.

Tnel de viento del equipo Renault F1 Team

El CFD

Anlisis del comportamiento aerodinmico de un monoplaza mediante CFDEl CFD, es son las siglas de Computational Fluid Dynamics, en ingls. En espaol, Mecnica de Fluidos Computacional o mediante computadora.El CFD es una de las ramas de la mecnica de fluidos que utiliza mtodos numricos y algoritmos para resolver y analizar problemas sobre el flujo de sustancias. Los ordenadores son utilizados para realizar millones de clculos requeridos para simular la interaccin de los lquidos y los gases con superficies complejas proyectadas por la ingeniera. Aun con ecuaciones simplificadas y superordenadores de alto rendimiento, solo se pueden alcanzar resultados aproximados en muchos casos. La continua investigacin, sin embargo, permite la incorporacin de software que reduce la velocidad de clculo como as tambin el margen de error al tiempo que permite analizar situacines cada vez ms complejas como los fluidos transnicos y los flujos turbulentos. La verificacin de los datos obtenidos por CFD suele ser realizada en tneles de viento u otros modelos fsicos a escala.El clculo mediante ordenador (CFD) permite sin necesidad de fabricar una pieza simular su comportamiento, con lo cual se ahorra tiempo y dinero y se tienen los resultados que le pida al programa.

Anlisis aerodinmico del BMW Sauber F1.06 mediante CFD

Anlisis termodinmico del BMW Sauber F1.06 mediante CFD

Anlisis aerodinmico del BMW Sauber F1.07 mediante CFD. (Vista delantera)

Anlisis aerodinmico del BMW Sauber F1.07 mediante CFD. (Vista trasera)Pero, cmo s que las simulaciones obtenidas del ordenador son ciertas?, aqu es donde entra la correlacin entre los datos obtenidos en el tnel real y en el tnel virtual. Por ello se debe realizar la simulacin virtual en las mismas condiciones en las que funciona el tnel de viento y solo entonces se podrn comparar los resultados reales y virtuales.Llegados a este punto, podr realizar un ajuste del modelo virtual (cosa bastante complicada por otra parte) para que se ajuste a la realidad y as obtener unos resultados virtuales fiables. Una vez conseguido un modelo virtual ajustado, se podr realizar tantas simulaciones como se quiera o se pueda, teniendo en cuenta todos los parmetros y variaciones que se necesiten.El CFD permite analizar, no slo el monoplaza en conjunto, sino que tambin las diferentes partes de este.

Anlisis aerodinmico, mediante CFD, de un alern delantero de F1.

Anlisis termodinmico, mediante CFD, de un bloque de un motor de F1.

Novedades Aerodinmicas A continuacin se citan una serie de mejoras aerodinmicas que han sido posibles gracias a la introduccin de la CFD en el proceso de diseo de un Frmula 1. Tomando esta disciplina ms importancia temporada tras temporada, ella junto con el desarrollo en el tnel de viento, asegura a los ingenieros aerodinmicos y a los diseadores que dichas mejoras son realmente mejoras y que los coches les permiten escoger entre las mejores configuraciones para reducir la resistencia y aumentar el downforce.

Alerones Flexibles Aleta Dorsal Ala Delta Alas de Cabina Alas Dumbo Aletas Tabique Aletas Oreja Carenados Cuernos de Vikingo Morro Canalizado Doble Alern Delantero Variacin del ngulo de ataque del Alern Difusor Doble Llantas Monotuerca F- Duct Toma de Admisin Doble Difusor Soplado por los Escapes

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Alerones Flexibles

Ilegales, prohibidos. As es como estn considerados los alerones que flexan durante el movimiento del coche. Por tanto, y segn la normativa, las piezas aerodinmicas no pueden moverse ms de 5 mm al aplicar una fuerza vertical de 500 Newtons sobre el plano del alern y no pueden diferir ms de un grado horizontal al aplicar una fuerza de 1000 Newtons en los extremos del plano del alern simultneamente.Ejemplo de este tipo de alerones flexibles, fue una de las trampas de Ferrari ms flagrantes de la historia con respecto a este artculo del reglamento (que es mucho ms extenso y tiene muchas condiciones ms acerca de la flexibilidad), atentos al vdeo.Si os habis fijado bien en el video, en las recta el plano inferior del alern trasero, se flexiona, anulando as la funcin de este en recta. Por el contrario, al llegar a las curvas, este vuelve a su posicin inicial y vuelve a cumplir con su funcin inicial. Estas flexiones e inflexiones, son debidas a que al acelerarse el flujo del aire (lo que pasa en recta), el plano inferior del alern trasero, es opuesto a una mayor fuerza vertical hacia abajo, que cuando la velocidad del flujo de aire es menor (lo que ocurre en las curvas). Por ello se flexiona en recta, y en curvas se inflexiona, es decir, vuelve a su posicin inicial.En la imagen siguiente se puede observar el funcionamiento de este alern trasero flexible.

Esquema del funcionamiento del alern trasero flexible de ferrari. (Con borde blanco la posicin inicial del alern, y con borde rojo la posicin flexionada del alern, en recta)Aparte de los alerones traseros flexibles, por supuesto que tambin existen los alerones delanteros flexibles. Ejemplo de ello, es el siguiente alern diseado por ferrari.

Alern delantero flexibles de Ferrari. (Las flechas indican el movimiento de la flexin, de los diferentes planos del alern)Como indican las flechas de la imagen, en recta, este alern tiende a separarse del morro del monoplaza, por los dos planos superiores que van unidos a este. De esta manera los planos superiores entran en prdida, es decir no realizan su funcin, ya que no generan ningn drag, con lo que se reduce al resistencia aerodinmica. Por otra parte, el plano inferior se flexiona hacia abajo, anunlandocasi por completo el ngulo de dicho plano del alern, con lo que este tampoco genera resistencia al avance.Por el contrario, en la curvas, los diferentes planos vuelven a su posicin, con lo que el alern vuelve a realizar su funcin inicial, generando el downforce necesario para tomar las curvas.En la seqencia de imagenes siguiente, se puede observar claramente el funcionamiento de este alern delantero mvil.

Seqencia de imagenes, donde se puede observar el funcionamiento del alern delantero mvil de Ferrari.Una vez visto esto, podemos decir que los beneficios de un alern flexible, son que:

1. Ofrece menor carga aerodinmica en rectas lo que reduce la resistencia al aire y permite araar unos segundos con una mayor velocidad punta.

2. Ofrece una mayor carga en zonas de curvas lo que permite un mayor agarre aumentando la velocidad de paso por curva sumando otras dcimas de ganancia cada vuelta.

Los circuitos medios, que no son ni rpidos ni lentos, siempre plantean el dilema a los ingenieros de la configuracin aerodinmica, el caso ms claro es Indianapolis. Su zona interior es tremendamente lenta y revirada, pero la parte del valo es de velocidad pura. Por tanto los elementos flexibles solucionaban en parte este problema de decisin. Del mismo modo las configuraciones aerodinmicas dependan antes del da de carrera, es decir si he calificado en la parte media de la parrilla (pongamos un Ferrari que sabemos que va a remontar) el ingeniero probablemente sugiera una configuracin que sacrifique las zonas lentas para tener ms velocidad punta para adelantar con mayor facilidad a los rivales. De salir en la pole y segn veamos a nuestros rivales nos centraremos en un paso por curva consistente o un balance aerodinmico totalmente neutro.Ahora bien, esto hoy en da no es tan ajustable. El rgimen de parque cerrado al que son sometidos los coches despus de la clasificacin impide que las aerodinmicas sean retocadas. As pues el balance aerodinmico de los coches para la carrera tiene que estar configurado el sbado, para evitar este tipo de alerones flexibles o mviles.

Aleta Dorsal

El Renault R30 presenta aleta dorsalA principios de la temporada 2008, Red Bull Racing introdujo la aleta dorsal o aleta de tiburn en el recubrimiento del motor, dicha introduccin en la parte posterior del chasis dio un aspecto radicalmente distinto a los monoplazas. Lentamente dicho elemento fue introducido o probado por el resto de equipos a lo largo de la temporada hasta que hoy da. Por ello a da de hoy, la montan la mayora de equipos.

Primera aleta de tiburn o aleta dorsal inventada. Fue montada en el Red Bull RB4.Dicha aleta est diseada para mejorar la eficiencia cuando el coche realiza un viraje, debido a que redirige el flujo para prevenir una reduccin de la downforce cuando el coche gira. Conceptualmente hablando, esta aleta se trata de una superficie plana, que tiene la funcin de encauzar adecuadamente el flujo hacia el alern. Esto se obtiene, gracias a que esta separa el flujo proveniente de la proa del monoplaza, en dos flujos (uno por la derecha de esta, y otro por la izquierda), con lo que impide que ambos flujos se junten, y as lleguen ms limpiamente al alern trasero, es decir con menos turbulencias, con lo que se obtiene un mayor rendimiento de este.Esta es la primera aplicacin. De todas formas y teniendo en cuenta este objetivo, dicha aleta, trabaja de dos maneras:1-Por una parte, divide al coche por la mitad, con lo que impide fsicamente que el flujo pase de un lado a otro, mitigando las turbulencias que se producen. El flujo que resbala por la superficie de la aleta, y debido al efecto Coanda, se adecua a la superficie pegndose. Ello es as debido a la viscosidad y por tanto a la friccin, bien es cierto que aumentar la drag, pero los beneficios alcanzados en trminos de lift, son mayores, con lo que compensa una cosa con otra.

Una de las funciones de la aleta dorsal es separar el flujo que circula por el lado derecho del monoplaza (en verde), del flujo que circula por el lado izquierdo (en amarillo).2. Por otro lado, existen otros dos aspectos muy evidentes:

Por una parte, sirve para estabilizar la dinmica del coche en curvas, ya que como hemos dicho antes, evita que los diferentes flujos se junten, con lo que cada uno de ellos tiene su propio recorrido, sin toparse en su camino con los otros flujos, todo e independientemente de la dinmica del monoplaza.

Por otra parte, tambin ayuda para situar el centro de presin lateral y global del coche, all donde se requiera en cada momento. Ya que dependiendo de la dinmica del coche en cada momento, el centro de presin lateral y global del coche variarn a depender de esta.

Aleta de tiburn Ferrari F2008

Ala Delta

Ala DeltaEl ala delta, es un tipo de alern delantero que inicialmente fue introducido por BMW Sauber en la temporada 2008. La funcin de la cual es sencillamente generar downforce extra, siendo constituida por un perfil simple, con inclinacin nula y de un pequeo espesor.

Esquema Ala Delta

Alas de Cabina

Alas de cabina sealadas con dos flechas rojas

Son un tipo de apndice aerodinmico, la funcin de las cuales son estabilizar el flujo alrededor de la cabina del piloto y permitir que el alern trasero produzca un mayor downforce.

Esquema alas de cabinaDesde su creacin, se han desarrollado diferentes versiones, ya sea sin incidencia, con ngulo de ataque positivo o con torsin, terminando en ngulo de ataque nulo. Esta ltima configuracin intenta prevenir la aparicin de vrtices en la punta de dichas alas.

Alas de cabina rodeadas por dos circunferencias rojas.

Alas Dumbo

Alas Dumbo u Orejas de elefanteConocidas como alas dumbo o las orejas de elefante fueron desarrolladas e introducidas por Honda Racing en 2007 y desde entonces muchos otros equipos las han introducido y creado su propia versin, a gusto de las necesidades de cada uno.La funcin de estas, es de nuevo controlar el flujo de aire en la parte delantera del monoplaza, para canalizarlo de la manera deseada hacia la parte trasera del monoplaza.

Alas Dumbos u Orejas de elefante, rodeadas por una circunferencia roja.

Aletas Tabique

Aletas tabique rodeadas por una circunferencia rojaLas aletas tabiques, son un tipo de aletas de cono, destinadas a la correccin de los flujos de aire pasantes por el cono hacia la parte media y luego a la trasera.Su funcin no es la generacin de empuje, sino el redirigir, dividir y/o repartir el flujo de aire incidente en ellas. Aparte de esto, tambin son diseadas para solucionar inestabilidades, vibraciones o decaimientos de rendimiento en elementos que estn por detrs en el flujo de aire, y como ocurre siempre, son elementos aadidos tras la deteccin de una anormalidad en algn sitio posterior. Por esto mismo, son especficas para cada problema y cada coche, ya que han de crearse en idea a toda la geometra del coche. Esto se debe, a que el tipo de aleta tabique que sea buena para un coche, quizs no lo sea para otro, ya que este segundo tendr una diferente geometra, respecto del primero.

Esquema aletas tabique

Aletas Oreja

Aletas oreja rodeadas por una circunferencia rojaLas aletas oreja, son un tipo de aletas de cono, destinadas a la correccin de los flujos de aire pasantes por el cono hacia la parte media y luego a la trasera.Su funcin, al igual que la del resto de las aletas de cono, no es la generacin de empuje, sino el redirigir, dividir y/o repartir el flujo de aire incidente en ellas. Aparte de esto, tambin son diseadas para solucionar inestabilidades, vibraciones o decaimientos de rendimiento en elementos que estn por detrs en el flujo de aire, y como ocurre siempre, son elementos aadidos tras la deteccin de una anormalidad en algn sitio posterior. Por esto mismo, son especficas para cada problema y cada coche, ya que han de crearse en idea a toda la geometra del coche. Esto se debe, a que el tipo de aleta oreja que sea buena para un coche, quizs no lo sea para otro, ya que este segundo tendr una diferente geometra, respecto del primero.

Esquema aletas oreja

Carenados

Carenado o Tapacubo de F1Los carenados, tambin conocidos coloquialmente como tapacubos, fueron introducidos, por primera vez, en las ruedas de un F1, por Ferrari en la mitad de la temporada 2007 para producir una refrigeracin de los frenos ms eficiente.

Esquema carenadoDesde entonces, todos los equipos han ido diseando sus propias versiones, y equipndolas en los monoplazas, hasta que fueron prohibidos a partir de la temporada 2010 por la FIA.

Tapacubo del equipo Honda en la temporada 2008La funcin de los mismos, en un principio, era buscar una mejor refrigeracin de los frenos del coche, por ello no eran cerrados completamente y se consegua ventilar el freno por la parte exterior del mismo y no por las toberas del interior, mejorando claramente el rendimiento de los mismos. Seguidamente dieron una vuelta de tuerca al ingenio de los

carenados. Se dieron cuenta de que imitando una llanta lenticular en los carenados delanteros, se consegua acelerar el flujo del aire. Interesante no? Si aceleramos el flujo del aire conseguiremos que este aire al pasar por la parte inferior de alern trasero, apndices y dems elementos aerodinmicos reduzca su presin de manera que en la parte superior la mayor presin generar algo de carga extra.

Tapacubo o carenado delanteroEn cuanto a los carenados traseros, poco aportan a la eficiencia aerodinmica y su diseo ms bien se establece para reducir las turbulencias alrededor de las ruedas traseras. Que recordemos, que para un ingeniero aerodinmico suponen (las turbulencias en la zona de las ruedas) un autntico suplicio.

Tapacubo o carenado trasero

Cuernos de Vikingo

Cuernos de Vikingo del Mclaren MP4-22 rodeados en amarilloLos cuernos de vikingo fueron introducidos por McLaren en la temporada 2006, y fueron los primeros apndices aerodinmicos de esttica impactante introducidos en un GP, ya que a simple vista resaltan bastante. Estos se sitan encima de la cabeza del piloto, a lado y lado de la toma de admisin, por lo que parecen unos autnticos cuernos de vikingo, de ah el nombre.Estos cuernos fueron diseados con el simple o complejo objetivo de controlar de mejor manera el flujo de aire hacia el alern trasero. Lo que nos ayuda a obtener un mayor rendimiento de este.Los cuernos de vikingo, fueron copiados y probados por todos los equipos, todo y que tan slo los mantuvieron en BMW Sauber y en Mclaren.

Esquema de los Cuernos de Vikingo

Morro Canalizado

Morro CanalizadoEl morro canalizado es una revolucin aerodinmica introducida por Ferrari a principios de la temporada 2008 con el fin de aumentar la eficiencia (downforce) en el alern delantero.En un morro convencional, el flujo de aire golpea la parte de abajo del cono del morro creando una resistencia adicional as como reduciendo la eficiencia del alern delantero. Por ello, aqu es donde Ferrari se ingeni el invento. Este consiste, en que abriendo un canal que conecta la parte de abajo con la superior se consigue minimizar ese lastre que es mucho ms crtico que la resistencia adicional que esta configuracin proporciona a la parte superior del morro. Pero adems, no solamente suaviza el flujo debajo del morro sino que adicionalmente, crea una zona de baja presin debajo del morro cuyos efectos beneficiosos, proporcionan un mayor downforce.

Esquema morro canalizado. (La flecha azul indica el recorrido del flujo de aire a travs del morro canalizado)

Doble Alern Delantero

Doble Alern Delantero

El doble alern delantero, fue inventado por el equipo Mclaren en la temporada 2007, y constaba de, como su propio nombre indica un doble alern delantero. Me explico, no es que fuera un doble alern delantero, sino que era un alern delantero normal y corriente, nada ms que con otro plano encima del ya original, es decir, con un plano superpuesto encima del de siempre. Claro, que para ser correctos, hubiera sido mejor llamarlo alern delantero con dos planos superpuestos.

Esquema alern doble de Mclaren 2007Para explicar el funcionamiento de este, se han de recordar varios aspectos, que conviene separar y diferenciar, y en algunos casos, unir. Estos son:1. Flexin.2. Aumento de la Down-Force.3. Canalizacin ptima del flujo hacia la popa.4. Aumento de la potencia del motor.Como se ver, algunas se pueden volver contraproducentes, ya que la normativa tcnica es muy clara: cualquier elemento ha de flexionar una cierta cantidad o un cierto porcentaje como mximo.Entonces, Para qu se querra flexionar este dispositivo? En el caso del plano inferior del alern delantero, el que est ms prximo al suelo, es evidente, puesto que cuanto ms cerca est del asfalto, ms down-force generar el coche en s mismo. Pero, en el caso que nos atae, la cuestin es ms difcil de explicar, puesto que si deflecta desde su parte central, la down-force no aumenta directamente. Es posible que si deflecta una cierta cantidad, (se supone que dentro de los lmites que marca la Normativa), haga que el alern trasero o el propio cuerpo del coche, genere indirectamente ms down-force. Pero esta es una cuestin que as, en principio, es imposible de saber sin conocer exactamente la geometra del coche en su conjunto. Para que debido a la deflexin en sentido longitudinal

(que el borde de ataque descienda y el borde de fuga ascienda) y por tanto aumente la down-force, ha de estar muy bien calculado, puesto que cuanta ms down-force se genere, ms sucio ser el flujo que reciba el resto del coche.

Alerones dobles de Williams 2008Cabe sealar tambin, que otros equipos, han adoptado en varias ocasiones soluciones parecidas a esta. La cuestin que todas ellas tenan un soporte central, para evitar una deflexin excesiva y por tanto, penalizable. Al no llevar soporte central el sistema de McLaren, cabe pensar otras cosas, puesto que sera una solucin sencilla y fcil. El hecho de doblarse por la parte central, sin cambiar su ngulo de incidencia, slo modifica el flujo hacia la popa, no produciendo en s mismo, y directamente, un aumento de la down-force. Si nos ceimos a la posible modificacin o alteracin del flujo, podemos decir que es posible adecuar convenientemente el flujo hacia la popa, con el objetivo de que el alern trasero sea ms eficiente. Tambin es posible adecuar el flujo, de manera que los pontones generen ms down-force e incluso, adecuando el flujo se produzca una mejor refrigeracin del motor. Todos estos casos son muy complicados de determinar y conocer, si no se ha seguido el diseo desde un principio, y sobre todo, conocer sus razones y objetivos.

Alern doble de Ferrari 2008 Quizs poca gente lo sepa, pero el diseo del casco es extremadamente importante en la cuantificacin de la potencia del motor. De hecho, cualquier elemento que este por delante de la toma de admisin, afecta directamente a la potencia del motor, incluso el pitot. Esto es algo que ser comentado en lecciones posteriores.Desde este punto de vista, es posible que la colocacin del nuevo dispositivo, responda a este objetivo, pero es algo difcil tambin de responder, si no se tiene la geometra completa del coche Dicho todo lo dicho, una ltima y decisiva apreciacin: Si aadimos a lo mencionado, la constatacin de que el ala no posee soporte central, nos daremos cuenta de que lo que se est pretendiendo es interferir lo mnimo posible en el flujo hacia la toma de admisin, ya que en caso de existir este soporte, alterara negativamente dicho flujo. Por tanto y como resumen, dir que se trata de una solucin aerodinmica cuyo objetivo es aumentar la potencia del motor, adecuando el flujo hacia la toma de admisin. Cuantificar en qu grado aumenta dicha presin, como siempre, es muy difcil sin tener la geometra total del coche.

Variacin del ngulo de ataque del Alern delantero

Grados de variacin del alern delantero

Dentro del contexto del reglamento implantado a partir de la temporada 2009, enfocado a aumentar los adelantamientos bsicamente, encontramos que el alern delantero sufri muchas modificaciones como: la neutralizacin del perfil central (adis a los complicados perfiles ideados por los equipos), la nueva anchura y finalmente el ms importante (y seguramente la modificacin aerodinmica ms importante): la variacin del ngulo de ataque del alern delantero por parte de los pilotos.Al pi de la regla se trata de toda una revolucin en la Frmula 1, de hecho no es una novedad: la variacin del ngulo de ataque de los alerones fue prohibido en los setenta poco despus de la revolucin de la aerodinmica con la entrada en juego del efecto suelo en la Frmula 1. La razn de que esto sea revolucin reside en las ventaja que proporciona: al variar el ngulo de ataque del alern, se modifica el ngulo de incidencia del flujo de aire limpio que lleva al coche, cuanto ms pronunciado es el ngulo de ataque mayor es la presin que ejerce el aire sobre el alern y por lo tanto mayor es la fuerza resultante sobre este, por consiguiente aumenta el downforce a la par que aumenta la resistencia aerodinmica. Existen por lo tanto dos consecuencias ventajosas:

Velocidad Mxima/Downforce Mximo: Brinda la posibilidad de que el monoplaza alcance la velocidad punta en una recta (ngulo de ataque nulo) cuando minimizamos la resistencia en el alern y luego aumentar el ngulo de ataque para obtener ms downforce y realizar a mayor velocidad las curvas rpidas.

Facilitacin de Adelantamientos: Su uso ms importante (y la filosofa por la cual fue introducido) es la de facilitar los adelantamientos. Esto se produce puesto que cuando un monoplaza sigue de cerca a otro, debido al aire sucio se produce una prdida de downforce en la parte delantera del monoplaza que termina traducindose en subviraje para el monoplaza. De esta forma, ajustando el alern se puede compensar esa prdida de downforce y evitar en la medida de lo posible el subviraje.

Segn la normativa, los pilotos deben de ser capaces de realizar, como mximo, dos ajustes en el perfil principal del alern delantero (normalmente se trata del segundo perfil de la cascada de perfiles), dos veces por vuelta, un rango de 6 (-3 a +3 des de la posicin neutral).Control del ala mvilEl modo en que los equipos han incorporado el alern mvil sobre sus monoplazas viene a ser el mismo, aprovechando el plano vertical en los extremos del alern (que sirve para controlar el flujo de aire antes de su incidencia en las ruedas y para disminuir los torbellinos al final de un ala que provocan resistencia. El equivalente en los aviones son los Winglets en los bordes de las alas, los equipos han montado un eje en la base del ala mvil adjuntada a los planos laterales, para hacer girar el ala sobre su eje, del mismo modo que se controlan los flaps en los aviones pero a una escala mucho ms pequea.La mayora de los equipos han optado por la solucin de montar un pequeo motor enganchado al alern que a travs de un pequeo y sencillo sistema neumtico se encarga de mover el alern y lo que es ms importante (y determina las especificaciones del motorcito): aguantar la fuerza que el aire ejerce sobre el ala para mantener el ala en esa incidencia a travs de una varilla que une el motor con el ala mvil.Cmo primera aproximacin a la dimensionalizacin de dicho motor (cada equipo ha optado por montarlo en una parte distinta del alern), podemos considerar una fuerza

ejercida por el aire de unos 2800 N. Esta fuerza aplicada sobre la superficie mojada de una de las alas mviles produce una fuerza aproximada de 300 N significa que el par que debera vencer el motor sera de unos 150 Nm.Dicha cantidad es la que debe ejercer el motor de forma constante para aguantar el ala mvil en una cierta posicin o para llevarla a una posicin fija. La implementacin de un motor de estas caractersticas no presenta grandes problemas para las escuderas puesto que el peso de un micro motor neumtico puede llegar a ser de unos 100 g y su funcionamiento est bastante extendido.

Difusor Doble El difusor doble, es como su propio nombre indica, un difusor, que fue diseado por el equipo Brawn GP, en la temporada 2009, y que dio mucho que hablar alrededor de su legalidad. Claro, que finalmente lo acabaron montando todos los equipos.Veamos la pieza en cuestin para posteriormente pasar a verla en funcionamiento en conjunto con el resto del monoplaza.

Doble Difusor del equipo Brawn GPAh lo tenemos. Se trata de una pieza que va colocada en altura un poco por debajo del eje de giro de las ruedas traseras y un poco por detrs de este. La parte de delante del mismo, que no se aprecia en la foto, lleva una especie de rampa inclinada a ambos lados de atrs a delante y hacia abajo, y en el centro una especie de V con una inclinacin ms suave.Segn apuntan por numerosos sitios lo que parece aportar este difusor es un mayor efecto suelo en el coche. Y alguien pensar Qu es eso del efecto suelo? Habra que decirle,

que se revise la leccin en la que hablamos de l, pero de todas maneras, ya para ahrrale trabajo se lo recordamos.Pues muy sencillo, es un efecto que se produce por diferencia de presiones en los lados de un cuerpo cuando se acerca al suelo. En la Formula 1 normalmente est motivado por un efecto que descubri un tal Venturi (efecto Venturi) que consiste en que cuando un fluido es canalizado y se produce en el canal por donde pasa un estrechamiento, el fluido pasa a mayor velocidad por ese estrechamiento disminuyendo en el mismo la presin. Produciendose una especie de succin.Existe otro efecto suelo utilizado en aeronutica, pero que es distinto a este. Y por el momento no nos interesa demasiado. Para no desviarnos del tema que nos ocupa.Dado que siempre vale ms una imagen que mil palabras, aqu una ilustracin del curioso efecto venturi:

Tubo efecto VenturiBueno, pues veamos que es lo que pasa en un monoplaza de Formula 1. Advertir que el efecto suelo en un Formula 1 es muy peligroso, ya que si alguien disea un coche basando su estabilidad y su traccin solamente en ese efecto de succin aerodinmica, podra pasar que si el coche coge un bache y pierde esa succin que lo mantiene pegado al suelo, ya nada le retendra en el mismo y podra salir vola