Tutoriales: Aerodinámica en un F1

La aerodinámica es una rama de la mecánica de fluidos que se ocupa del movimiento del aire y de otros fluidos gaseosos, además estudia las fuerzas ejercidas sobre los cuerpos que se mueven en esos fluidos. Esto os parecerá una definición más o menos sencilla, pero en realidad esta rama es bastante compleja, por lo que trataré de hacerlo lo más comprensible posible y no profundizaré mucho.

La aerodinámica es una parte fundamental en el rendimiento de los monoplazas de F1, sobre todo debido a las actuales limitaciones en cuestiones de desarrollo de motores, suspensiones etc. Por ello, se invierten grandes cantidades de dinero para mejorar este aspecto. Cuando se habla de aerodinámica, una de las palabras que vendrá a tu cabeza será avión. Pero no sólo está relacionada con la sustentación de un avión, también con los coches, los aerogeneradores...
Para entenderlo mejor, primero explicaré ciertos conceptos básicos de la aerodinámica en general, para después ver las aplicaciones en la F1.

El Teorema de Bernuolli tiene mucha importancia en la aerodinámica. Este teorema dice que al aumentar la velocidad de un fluido (el aire por ejemplo), su presión disminuye, y lo mismo ocurre al contrario. De aquí podemos sacar muchas conclusiones. La sustentación se produce debido a este teorema. Los aviones tienen alas, las cuales les permiten sustentarse. ¿Pero cómo? El ala es plana por la parte inferior, pero por la parte superior presenta una abultación. Para que lo entendais mejor, coged una gota de agua, partirla por la mitad y girarla hacia la derecha (todo esto mentalmente, no lo intentéis). Ese es el perfil de un ala de avión. El aire incide sobre ella, el de la parte inferior tiene una velocidad x, pero el de la parte superior tiene un recorrido mayor (debido a ese ``abultamiento´´) que debe efectuar en el mismo período de tiempo que el de la parte inferior. Para ello debe aumentar su velocidad. Como ya hemos dicho, esto causa una menor presión. Por tanto, al haber más presión en la parte inferior que en la superior el ala hace que el avión se eleve. Para ello, obviamente, debe haber un flujo de aire, que se conseguirá con la velocidad proporcionada por el empuje de los motores. Además este flujo debe ser considerable para que este fenomeno se produzca, no vale un simple soplo de aire (en un avión).

La resistencia aerodinámica o rozamiento es la resistencia producida en sentido contrario al movimiento de un cuerpo debido a su forma. Cuando el aire tiene que modificar su trayectoria, se crea na resistencia. Esto depende de la forma del objeto. Un plano aerodinámico (ala) crea menos que una esfera, yesta menos que una superficie cuadrangular (una pared). En esto influyen también las turbulencias creadas tras el paso del cuerpo. En los coches esta resistencia se indica como Cx. Cuanto mayor sea, más resistencia, lo cual originara mayores consumos, menos aceleraciones y velocidad punta etc. El perfil más aerodinámico sería más o menos el de una gota de agua (sin partirla) girada hacia la derecha (suponiendo que se vaya a mover hacia la izquierda). Es un buen ejemplo el Audi A2, el cual es posiblemente el coche más aerodinámico del mercado.

Mencionaré también la capa límite, que es la capa de aire que se encuentra en contacto o más cerca del cuerpo. Esta capa debe tenerse en cuenta ya que se pueden producir perdidas de sustentación al desprenderse. Puede ser laminar o turbulenta. En una esfera se desprende más fácilmente que en un plano aerodinámico, lo cual produce turbulencias. No entraré en más detalles ya que no es necesario por ahora.

Todo lo anterior es teoría, que varía en función de muchos factores (temperatura, presión, densidad...). Pero toda esta teoría, ¿cómo la aplicamos a un F1?

Comencemos con el teorema de Bernuolli. En un avión se usa para que vuele, pero eso no es necesario en un F1. Este teorema se usa en los F1, pero invertido. Esto significa que en vez de producir sustentación para elevarse lo hace para descender, para pegarse más al asfalto. Pero, ¿para qué vale esto? Como ya he explicado en otros tutoriales, las curvas producen fuerza centrífuga que expulsa al coche de ella. Para vencer esta fuerza, es necesaria una gran adherencia que se consigue con esto. Esta adherencia producida por la aerodinámica se llama Downforce. La contraria es la lift force (hacia arriba). Vale, mejora en las curvas, pero, ¿en las rectas? En las rectas empeora su velocidad punta, pero actualmente es muy importante el paso por curva. Este empeoramiento se debe a el Drag (resistencia aerodinámica). Producir Downforce no es muy complicado, el problema es hacerlo produciendo la menor cantidad de resistencia. Esta relación se llama Ef (eficiencia aerodinámica) y es el valor que se intenta mejorar siempre (Downforce/Drag). La resistencia (al igual que la Downforce) depende en gran parte del ángulo de ataque del ala, es decir de la inclinación de éste. Los monoplazas son debido a su forma casi como un ala. Se puede pensar que el Cx de los monoplazas será más bajo que el de los turismos normales, pero esto no es así. Es el precio de generar mucha downforce. Para ganar Ef, trabajan en el túnel de viento, que produce corrientes de aire a gran velocidad para estudiar su incidencia en el monoplaza. También se usa el CFD (simulación por ordenador) . La función de la aerodinámica en un F1 es la de proporcionar la máxima downforce (que se transmite a los neumáticos suponiendo mayor adherencia) con la mínima resistencia inducida (drag). Se intenta mejorar el flujo del aire y crear las mínimas turbulencias. Para ello se usan: Alerones (delantero y trasero), pontones, efecto suelo, difusor y otros apéndices (aletines, sidepods, paliers...). Más o menos se producen unos 1400 kg de Downforce (30 % del alerón delantero, 40 del trasero y 30 de los pontones y laterales). Explicaré que es el efecto suelo y el difusor,el resto (alerones, aletines etc.) son alas invertidas (más o menos) que pueden tener varios planos para limitar las turbulencias y mejorar la Ef. El efecto suelo se produce cuando la distancia entre el suelo y el coche es baja. Es un efecto de succión, el coche se pega más al suelo, más downforce. Pero esta prohibido. El difusor es un elemento situado en la parte trasera del monoplaza. Se usa para extraer el aire que circula por la parte inferior del monoplaza. El efecto suelo se consigue creando una menor presión en la parte inferior del monoplaza. Para ello se usaban unos canales por debajo del monoplaza que conducían el aire. El problema surgía cuando había un bache, ya que este efecto dejaba de producirse y el coche se volvía inestable (alguna vez habreís visto como ``despegan´´).

Como vereís la aerodinamica es algo complicada, pero espero haberos aportado algún conocimiento más.