Aerodinámica

La aerodinámica en la Fórmula 1

Junto con la mecánica, la aerodinámica es uno de los conceptos fundamentales de un monoplaza de Fórmula 1. Su correcto análisis y aplicación dará al monoplaza un rendimiento óptimo en conjunción con los elementos mecánicos. Antes de pasar a analizar una a una las distintas partes del coche vamos a explicar brevemente que és la aerodinámica.

Flujo de aire a través del monoplaza

La aerodinámica estudia el comportamiento y acciones que aparecen sobre un cuerpo sólido en movimiento (en este caso el monoplaza) y el fluido que lo baña (el aire), es así como los ingenieros diseñan los Fórmula 1 para generar poca resistencia al avance y maximixar el efecto que tiene la corriente de aire en la carrocería, ya que dicho flujo aéreo genera un enorme peso adicional para “pegar” el coche al suelo sin disminuir la velocidad, esta es la función principal de los alerones. Este efecto también es conocido como efecto suelo; también se busca enfriar el motor canalizando la corriente de aire a los radiadores y el motor. Por eso se pueden alcanzar velocidades superiores a los 300 Km/h. en la mayoría de los circuitos.

EFECTO SUELO

Es el fenómeno aerodinámico que se da en un cuerpo, con una diferencia de presiones entre la zona que hay por encima de él y la que hay por debajo, está muy cerca de la superficie de rodadura, lo que provoca unas alteraciones en el flujo de aire creando, en el caso de los Fórmula 1, una sustentación invertida.

SUSTENTACION Y SUSTENTACIÓN INVERTIDA

La sustentación es una fuerza generada sobre un cuerpo que se desplaza en el aire en dirección contraria al flujo del viento gracias a la diferencia de presiones superiores e inferiores, esto es lo que permite que un vehículo con alas (como el avión). En la Fórmula 1 se busca el efecto contrario: es decir, mantener el vehículo pegado al suelo, por eso se le denomina “sustentación invertida”.

PARTES DE UN MONOPLAZA

Para comprender mejor la función aerodinámica de cada elemento de un monoplaza vamos a dividirlo en partes para analizarlas una por una:

• Colchón de aire
• Alerón Delantero
• Neumáticos
• Alerones laterales (Winglets)
• Tapa motor
• Alerón trasero
• Difusor

COLCHON DE AIRE

Es la corriente de aire que pasa por debajo del monoplaza desde la parte delantera hacía atrás y actúa como un acelerador de aire. Mientras mas rápido circule por la aspiración del difusor, mas vacío se genera y se aumenta el apoyo. Es importante saber que el 40% de la carga aerodinámica la proporciona el difusor.

Flujo de aire bajo el monoplaza

ALERON DELANTERO

El alerón delantero es el responsale del 33% de la fuerza que empuja el coche hacía abajo. Está formado por dos planos (o tablas) en paralelo que dan apoyo vertical y lengüetas laterales (endplates) que se encargan de retirar lo mas posible el flujo de aire que va hacía las ruedas quitando el frenado extra de este flujo sobre las llantas. El alerón delantero forma parte de todo el conjunto del morro llamado nosecone y debe estár bien anclado para resistir la fricción del aire.

Aleron delantero de McLaren

NEUMATICOS

Los neumáticos generan una corriente de aire turbulenta que es inútil para alimentar la entrada de aire que se usa para refrigerar el motor. La forma de las ruedas reduce la turbulencia de dicha estela en los deflectores laterales haciendo que la corriente de aire que circula a través del monoplaza sea mas uniforme.

ALERONES LATERALES ( WINGLETS )

Con estos se busca generar carga extra hacía abajo, parecida a la de los alerones delantero y trasero y ayudan a centrar el falso peso que generan los dos alerones principales. Son partes fijas ya que la FIA no permite que este tipo de aletines sean moviles o regulables. Hoy en día estos elementos están prohibidos.

Winglets

TAPA MOTOR

También llamado “capó” es la parte de chasis que se coloca sobre el motor. Con el diseño actual de los monoplazas debe de ser muy corta y bajar rapidamente para no interferir en el flujo de aire que se dirige hacía el alerón trasero.

ALERON TRASERO

Este alerón es capaz de generar una carga de hasta 600 Kg. a máxima velocidad dependiendo del ángulo en el que se encuentre. Este ángulo es variable en función del setup (ajuste) que se use en cada circuito. En la siguiente imagen vemos la diferencia entre un ajuste de carga máxima en Mónaco y un ajuste de carga mínima en Monza:

Alerón trasero con setup para Mónaco (Izquierda) y para Monza (Derecha)

La FIA permite que este elemento tenga un mínimo de flexibilidad. Aplicando un peso de 100 Kg. que tire del alerón hacía atrás, éste no puede variar de posición en más de 5 mm.

DIFUSOR

Está colocado en la parte de atrás y por debajo del coche, justo entre las ruedas traseras y tiene dos cometidos:

Difusor

1.- Crear un área de baja presión debajo del coche, de forma que la succión creada se sume a la carga aerodinámica total.
2.- Al extraer el aire de debajo del coche elimina las turbulencias ocasionadas por el movimiento del aire entre el coche y el suelo y que trabajan en contra de la carga aerodinámica.

La corriente de aire que circula por el coche no se emplea sólo para obtener carga aerodinámica, además se emplea para la refrigeración del motor y para ello cuenta con tres elementos:

Toma de aire del motor: que se sitúa justo por encima del casco del piloto. Esta pequeña toma de aire permite que al motor de llegue una corriente de aire óptima para refrigerarlo. La pequeña entrada permite que este aire entre a mucha velocidad y a medida que va llegando al motor se hace mas amplia para reducir la velocidad del aire.

Toma de aire

Los Pontones: Son dos grandes entradas de aire situada justo a los lados del cockpit (asiento del piloto). Oponen una gran resistencia al avance del monoplaza pero conducen el aire hasta los radiadores de agua (refrigeración) y de aceite (lubricación). La cara superior del pontón debe dirigir el aire hacía el alerón trasero para ejercer menos resistencia.

Pontón (entrada lateral de aire)

Deflectores laterales: Se diseñaron para optimizar el flujo de aire que llega hasta los pontones y derivar las ráfagas sobrantes por debajo del monoplaza.

Deflector lateral

La suspensión delantera: Los triángulos de suspensión han variado notablemente su aspecto desde que el morro de los monoplazas se elevó. Desde entonces el flujo de aire circula con mas intensidad, por ello los tirantes se hicieron mas planos orientandolos al sentido de la marcha de manera que ejerzan menor resistencia al avance y dejen paso a una corriente de aire limpia hacía los pontones.

Suspensión delantera