MUCHA / POCA CARGA

La F1 es un deporte donde la carga aerodinámica juega un papel fundamental. Si tuviéramos que colocar en un lado de la balanza el valor que ejerce  todo lo relacionado con lo aéreo y en el otro la  mecánica está claro que el plato del primero sería más pesada. La irrupción de la nueva normativa sobre unidades de potencia y sobre todo las limitaciones que ha impulsado la FIA para restringir la aerodinámica han permitido que el desequilibrio que había hasta el año pasado se vea reducido pero aún así sigue siendo importante.

Cuando llevas mucho tiempo analizando los elementos  que se van introduciendo en los coches ves como  año tras año algunos elementos vuelven a la fisionomía del coche cual golondrinas que regresan al patio de mi casa por primavera. Hasta ahora normalmente solía mencionarlos pero ahora me parece más interesante dedicarle más tiempo para intentar que todos podáis ver hasta qué punto cambian dichos elementos. Me estoy refiriendo a las configuraciones extremas en cuanto a carga aerodinámica. Cuántas veces hemos escuchado decir que en Mónaco la carga de los coches es máxima gracias a que se aumenta la superficie alar y por el contrario en Monza se utilizan la mínima expresión en alas, pues aprovechando que estamos en el Gp de Italia veremos detenidamente esas diferencias. Vamos a verlas.

Máxima carga aerodinámica:

El objetivo fundamental de los ingenieros cuando configuran un coche con valores de carga aerodinámica altos es buscar la máxima tracción posible y para ello suelen aumentar tanto la superficie de los distintos alerones como la inclinación de los mismos. ¿Qué consiguen con eso? Al incidir el aire sobre dicho alerones se produce un empuje hacia abajo que permite a las ruedas transmitir más potencia sin patinar, incrementando la aceleración máxima posible. Cuanto mayor sea la velocidad a la que circula el coche mayor será la fuerza. Un ejemplo. A 300km/h la fuerza ejercida sería similar al peso de un elefante montado sobre el coche.

El inconveniente es que al aumentar la superficie y la inclinación de las alas se aumenta la resistencia que produce el aire al avance del coche reduciendo así su eficacia.

Mínima carga aerodinámica:

En objetivo ahora es reducir al máximo la resistencia aerodinámica (drag) para que el coche sea veloz en las rectas. Para ello se hace todo lo contrario, reducir la superficie alar y dejarla en la mínima expresión. Inconvenientes, se reduce el agarre mecánico y todo lo que lleva asociado a él. El coche a pasado de cargar un elefante sobre sus espaldas a tener una simple vaquita lechera haciéndolo inestable en las zonas de curvas rápidas y más lentos en las salidas de curvas lentas ya que ha perdido mucha capacidad de tracción.

Los dos elementos principales que permiten variar la carga son el alerón delantero y  sobre todo el trasero. Una muestra de como varía la cantidad de flujo desviado con dos configuraciones extremas en los alerones traseros podemos verlo en la siguiente imagen generada por CFD.

Si os fijáis, en la parte superior se aprecia como se desvía una mayor cantidad de aire. Ese es el ejemplo de un ala con mucha carga. El la parte inferior vemos que la cantidad de aire desviado es casi nula. En ella se representa una configuración de carga muy baja.

La tendencia actual en los alerones delanteros parece haber variado con respecto a los últimos años y parece que todos han optado por la vía que marcara, como no Red Bulle en los dos últimos años. Vamos a explicarlo un poco y lo entenderéis.

Un F1 es una balanza equilibrada, metafóricamente hablando. Cuando los ingenieros  actúan en una parte del coche también tienen que hacerlo sobre otras ya que el coche se descompensaría y me explico. Si yo quiero aumentar carga de la parte trasera por fuerza tengo que aumentar también algo en la delantera ya que la balanza dejaría de estar compensada. Si se aumenta la carga atrás se genera mayor empuje hacia el suelo en las ruedas traseras (el elefante gana diez kilos de peso). Esta acción hace que el empuje  generado por el alerón delantero se vea reducido generando subviraje. Cuando el coche alcanza velocidades muy altas el peso generado detrás es tan alto que bajan la trasera del coche y “levanta” la delantera. Un ejemplo. Imaginaros un coche de calle vacío. En esa situación el chasis está horizontal. Si llenamos el maletero de peso vemos como la trasera está más baja, generando más agarre en las ruedas traseras pero por el contrario las ruedas delanteras reciben menos peso y por tanto pierden agarre. Cuando los cambios son pequeños se pueden compensar fácilmente inclinando un poco los elementos del alerón delantero o añadiendo lastre en la delantera del coche pero a grandes cambios hay que realizar modificaciones importantes. Por tanto para obtener estabilidad en el conjunto del coche hay que actuar tanto en la delantera como en la en la trasera del coche pero hacer cambios importantes en el alerón delantero tiene más consecuencias de las esperadas.

El ala delantera es la encargada de distribuir el flujo de aire que llega por la parte delantera al resto del coche. Permitir que la mayor cantidad de aire pueda sortear las ruedas es vital pero permitir que llegue aire libre de turbulencias a la zaga del monoplaza no lo es menos. Diseñar esa pieza bien es muy importante ya que puede comprometer el diseño del resto del coche. La tendencia anterior era crear alerones específicos, con mayor o menor número de aletines, planos, etc para algunas carreras que unidos a los alerones traseros produjeran la estabilidad pero la mayoría de las veces variaban la tan deseada circulación a lo largo del monoplaza rediciendo la eficacia  del difusor. Red Bull optó por un modelo distinto y más eficaz. Ellos tenían un diseño de alerón estándar que conseguía enviar la mayor cantidad de aire a la salida del difusor y sobre ese diseño solo realizaban pequeñas modificaciones. Añadían o eliminaban pequeñas piezas, variaban las inclinaciones de los elementos, añadían o quitaban en otras partes del coche aletines según las necesidades del circuito pero siempre siguiendo un diseño que les permitía alcanzar la “perfección”. Si esa pieza va bien ¿Para qué cambiarla? Podías ver el alerón usado por el RB9 en Hungaroring y en Monza y las diferencias, que en principio deberían ser muy grandes eran realmente sutiles. En fin, lo dicho, son muchas son las horas de diseño, túnel de viento, etc que permiten hacerlo y todos parecen seguir dicha línea.

Una vez explicados estos conceptos vamos a ver ejemplos prácticos. Mi intención es hacer una comparativa con algunos equipos. Por ahora solo puedo mostraros la de Red Bull pero a medida que vaya obteniendo buenas imágenes haré lo mismo con los demás. Como dicen que una imagen vale más que mil palabras, ahí la tenéis.

La posición del coche en las dos imágenes que forman la comparativa son un poco diferentes pero prácticamente no altera el resultado. Están realizadas en Hungaroring y en Spa, dos pistas antagonistas. Vemos que la configuración del alerón delantero es muy similar a pesar de ser dos pistas que necesitan cargas muy diferentes. No solo de modificaciones en los alerones viven los ingenieros en aerodinámica. Como dije realizar modificaciones en la superficie o inclinación del ala trasera varía considerablemente el drag. Llegados a un punto poner más ángulo en los planos del alerón o aumentar su superficie genera más perjuicios que beneficios y optan por otras vías intermedias que no consiguen tanta carga como las actuaciones anteriores pero sí ayudan en el proceso y no produce tanta resistencia. Ahí entran en juego los monkey seat, un dispositivo situado en la trasera del coche que añade carga debido a la estructura alar que presenta. Su función es realmente otra pero ya la veremos en un futuro artículo pero como digo ayudan en el proceso.

Monkey seat bajo el alerón trasero.

 Ya os digo, quiero hacer lo mismo con más coches, pero eso será otra historia.