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martes, 17 de abril de 2018

AERODINÁMICA 6: LA ERA DE LOS VÓRTICES


Llegamos por fin a la penúltima entrega sobre el desarrollo aerodinámico en la F1. En las dos últimas entregas os he conducido por los avances más destacados en esta materia desde los orígenes de la aerodinámica en la competición a casi nuestros días. Como ya dije todos los protagonistas han entrado en escena, aunque veremos como irán aumentando su potencial a medida que se van perfeccionan. La evolución ha sido extraordinaria con el paso de los años, tanto en prestaciones como en elegancia. Una vez asumidos los conceptos lo que se busca el la “perfección”.
Obtener carga es fácil, lo difícil es librarla de los elementos negativos (resistencia) y en ese aspecto los equipos invierten muchos recursos e ingentes cantidades de dinero. Aunque nos parezca escaso  reducir la resistencia un 2%  implica que el coche corra más y consuma menos. En una competición donde las diferencias se miden en milésimas de segundo, cualquier ventaja es bien recibida y servirá de base para la siguiente mejora. Grano a grano se hace granero.
Después de pasar "con vida" el famoso efecto 2000 llegamos por fin, en mi modesta opinión a la década dorada de la aerodinámica. Los primeros años del nuevo milenio llegaron marcados por la aparición de infinidad de aditamentos, perfiles, aletines en cualquier parte del coche que dieron a los F1 un aspecto “galáctico”. El objetivo era reducir la resistencia (sobre todo en las ruadas traseras) y elevar los niveles de carga. El BMW Sauber F1.08 fue el mejor exponente de todo ello.
 La mayoría de los equipos ya contaban con su propio túnel de viento y los hacían funcionar hasta 3.600 horas (150 días) por año. Si a esto unimos la inestimable ayuda que supone los programas de diseño asistidos por ordenador (CFD, CAD, etc) el perfeccionamiento de las formas era cuestión de tiempo. Los ingenieros moldean la geometría de las piezas a la carta en función a las necesidades de la pista: si se quiere enviar o limitar la cantidad de flujo de aire en determinadas partes del coche, originar vórtices que lleguen potentes a la zona del difusor, sortear “eficazmente” parte de las ruedas, etc.
A medida que se consiguen las mejoras que disparaban las prestaciones la FIA metía la tijera para reducirlas. Una de ellas fue elevar la altura mínima de trabajo de los alerones para reducir efecto suelo. Los equipos  aprovecharon una  laguna legal en el reglamento para elevar solo los extremos y dejar la parte central baja y para compensar la pérdida de carga empezaron a añadir elementos extras en los extremos como se puede apreciar en la imagen del R26. Esos apéndices (precursores de las cajas de flaps) fueron creciendo en tamaño, tanto que llegaron a unirse en la parte superior del morro.


Los niveles de carga eran tan altos que las turbulencias creadas impedían a los coches situados en la zaga fueran capaces de alcanzar y sobre todo adelantar a los que le precedían. Este es el cuento de nunca acabar, una batalla que se lleva librando desde hace muchos años entre los equipos y la FIA.Corría el año 2009 cuando el órgano rector  decidió atacar de nuevo y cortó de raíz la historia en busca del ansiado espectáculo perdido, los adelantamientos. La solución fue radical: una reducción del 40% en los niveles de carga, medida que hacía a los monoplazas menos sensible a las perturbaciones. También decidieron dejar una zona neutra justo debajo del morro donde no se podía crear carga. El contraataque no se hizo esperar y  los diseñadores aprovecharon la medida para crear morros cada vez más altos que favorecieran el tránsito de aire por debajo del habitáculo, diseños que fueron prohibidos hace unos años por el riesgo que suponía para el piloto en caso de colisión fronto lateral. 

Pese a que el trabajo de “pulido” ha sido y esta siendo la tónica general en el diseño durante la última década había espacio para que diera un paso adelante el último de los grandes protagonistas en cuanto a aerodinámica se refiere en la F1: los generadores de vórtices. Estás piezas, lejos de la revolución que supuso otros diseños en el pasado, están brindando una potente herramienta de captación y canalización del flujo de aire. Como suele pasar en la F1 el “engendro” ya se había utilizado con anterioridad, de hecho el alerón delantero del Williams FW14B lo llevaba pero siempre a pequeña escala. Ahora su caché se ha elevado y son, con diferencia los protagonistas indiscutibles de la aerodinámica actual. Tanto es así que grandes analistas en esta materia determinen la época actual como la era de la vorticidad, de ahí que sea necesario prestarle un poco más de atención. Pues nada, abrocharos el cinturón que arrancamos.

La era de los vórtices.
Seria conveniente recordar a los más rezagados que los generadores de vórtices son unas placas, aletines, terminaciones, etc. que se emplean para provocar que el aire ordenado que pasa a su lado salga a partir de ahí formando una espiral, torbellino, remolino o pequeño tornado, según queráis llamarlo. Estas piezas tienen muchas utilidades aunque se emplean más para reducir resistencia que para crear carga aunque  está surja de manera indirecta. Permitir que el aire pueda sortear eficazmente las ruedas, “sellar” el fondo plano o alejar de la carrocería las turbulencias indeseables son tres ejemplos de los muchos que podría enumerar.
Si tuviera que elegir el generador de vórtices más importante empleado en la F1 está claro que me inclinaría por el famoso Y250 que está situado en el alerón delantero. Destaca por su potencia aunque en la actualidad su eficacia aumenta gracias al trabajo conjunto que realiza junto a las cascadas de los extremos del alerón delantero ¿sabéis para qué sirven? Si la respuesta es no os toca seguir leyendo con atención ya que su labor es muy, muy interesante. Vamos a verlo.

Vórtice Y250 y vortice de punta de ala en el alerón trasero
Su origen surge de la necesidad impuesta por la FIA de reducir en 2009 los niveles de carga en todo el coche y en el alerón delantero en particular para mejorar los adelantamientos. Antes mencioné que los ingenieros se dieron cuenta que elevar el morro de los monoplazas permitía liberar de obstáculos una zona del coche vital, la situada debajo del habitáculo del piloto permitiendo así canalizar a lo largo del coche una cantidad ingente de aire libre de turbulencias que tiene como destino la zona del difusor, generando así gran cantidad de carga aerodinámica libre de resistencia a la vez que se disminuye las turbulencias de estelas. Librar de turbulencias al difusor  mejora considerablemente su eficacia de ahí que obtener un flujo “limpio” sea tan importante. Cuánto mayor sea el diferencial de presiones entre el aire situado sobre el suelo del monoplaza y el que circula por el difusor mayor será la carga (downforce) que genere.
La fuente de turbulencias por antonomasia en un F1 son las ruedas. No se pueden carenar y por mucho que se quiera no se puede evitar que el aire choque contra ellas y se produzca. Las delanteras son las que más quebraderos de cabeza dan ¿por qué, si las traseras son más grandes? Por dos motivos: primero porque las turbulencias creadas por esas ruedas afectan aguas abajo a la aerodinámica del resto del coche y segundo debido a que la carrocería realiza bien su trabajo. Voy a intentar explicarlo.

En el segundo artículo de la serie dediqué un espacio a una propiedad física con gran importancia en la competición del motor: el efecto Coanda. Recordad  que Coanda es la capacidad que tienen las superficies convexas de atrapar y pegar a su superficie los fluidos que están en movimiento, desviando así su trayectoria. En los F1 se diseñan muchas partes de la carrocería con superficies convexas, sobre todo pontones y costados con el fin de dirigir aire con facilidad a las zonas deseadas, generalmente a la trasera del coche, justo entre el difusor y el alerón para crear así mayor carga aerodinámica.Como sucede en muchos aspectos de la vida, todo lo bueno tiene su parte negativa. Coanda desvía el aire que pasa cerca pero no discrimina según su calidad. Si es ordenado mejor que mejor pero si está lleno de turbulencias también lo hará y eso trae malas consecuencias. Las turbulencias creadas por las ruedas pasan junto a los pontones, son atrapadas y canalizadas por ellos hacia el difusor como vemos en la imagen de abajo, reduciendo su eficacia.


   
Aprovechando que la normativa del 2009 obligaba dejar una zona neutra libre de elementos que generen carga en el alerón delantero McLaren fue el primer en ver la posibilidad de emplear un vórtice capaz de solventar en parte este problema. Es tan efectivo que el diseño empleado por los ingleses perdura hasta nuestros días. El generador de vórtices Y250, nombre que surge de la distancia que hay desde el centro del morro al punto de origen del remolino (250mm) crear una pared de aire en la cara interna de la rueda delantera que sirve de barrera para que el aire sucio no se mueva hacia el interior. Como veréis es una manera genial de desviar hacia fuera las turbulencias creadas por las ruedas y evitar así que sean captadas por la carrocería. Pero no se queda solo ahí, gracias a su sentido de giro también consigue extraer cierta cantidad de aire de los bajos del coche por los costados del suelo "sellándolo", consiguiendo incrementar la carga que produce el fondo plano gracias al efecto suelo.  

Su función es vital. Su potencia es suficiente para crear desviación pero si trabaja conjuntamente con otros aliados, los vórtices creados en los endplates y las cascadas  situados en el otro extremo del alerón sus prestaciones mejoran y la desviación se incrementa. Por su importancia será necesario dedicarle un poco más de tiempo para poder analizarlo en profundidad, pero eso será otra historia.

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