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Pedro de la Rosa - Foro _ Fórmula 1 en español _ Las Notas de Jero

Publicado por: tenista el Dec 29 2020, 01:18 PM

Quiero presentaros a...

Jero
@jeroitim


Ingeniero Mecánico. Apasionado por la ingeniería de Competición, en especial F1. E interesado en la aviación militar.

Desde hoy hasta cuando él quiera, nos "aprovecharemos" de sus conocimientos, para aumentar los nuestros. Sirva como presentación el siguiente hilo, creo es bastante mejor a que yo siga escribiendo palabra tras palabra.


https://postimages.org/
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https://twitter.com/jeroitim/status/1342857480716611590

Publicado por: tenista el Dec 29 2020, 01:19 PM

https://postimages.org/
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https://twitter.com/jeroitim/status/1342857480716611590


Para finalizar, simplemente darte la Bienvenida y agradecerte tu participación en el Foro de Pedro de la Rosa.

Publicado por: Jero el Dec 29 2020, 05:58 PM

Muchas gracias tenista. Trataré de ir añadiendo cositas interesantes, aparte de los hilos que escribo en Twitter. Aquí lo haré más gráfico. wink.gif

Publicado por: tenista el Dec 29 2020, 07:39 PM

CITA(Jero @ Dec 29 2020, 05:58 PM) *
Muchas gracias tenista. Trataré de ir añadiendo cositas interesantes, aparte de los hilos que escribo en Twitter. Aquí lo haré más gráfico. wink.gif


Gracias a ti por todo.

Una pequeña duda, imagino que podremos preguntarte si no entendemos algo ¿verdad? wink.gif

Publicado por: Jero el Dec 29 2020, 09:50 PM

CITA(tenista @ Dec 29 2020, 07:39 PM) *
Gracias a ti por todo.

Una pequeña duda, imagino que podremos preguntarte si no entendemos algo ¿verdad? wink.gif



Por supuesto, sin problemas. wink.gif

Publicado por: tenista el Dec 31 2020, 10:48 AM

Para muestra, un botón... También tocando Aviación wink.gif

https://postimages.org/
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https://twitter.com/jeroitim/status/1216781811289919495

Publicado por: Jero el Jan 2 2021, 11:27 AM

Buenos días y feliz año nuevo.

Comienzo hablando, en relación al último hilo sobre el SR-71, de esta maravilla de la ingeniería.

https://postimg.cc/7CnLZVpP

Un avión muy especial por muchas razones, pero llaman la atención dos en concreto: su velocidad, superior a mach 3, y la forma de su fuselaje.

Respecto a su velocidad, gran parte de la responsabilidad recayó sobre los motores Pratt&Whitney J57. Motores muy especiales por juntar, en un solo elemento, dos tipos de motores: un turborreactor convencional en el interior de un estatoreactor.

https://postimg.cc/wtNs9Lk0

Además, el motor estaba diseñado para funcionar siempre con el postquemador encendido, por lo que el consumo era bastante alto a bajas velocidades, pero a velocidades superiores a mach 2 eran mucho más eficientes.
La manera de aumentar esa eficiencia era mediante el uso de unas tomas de aire y by-pass especiales, que hacían cambiar el modo de funcionamiento del motor de turborreactor a estatoreactor.
En la siguiente imagen, observarás unas tomas de aire en la parte superior de la góndola del motor.

https://postimg.cc/Jyjtfm1F

Aquí el esquema del funcionamiento del sistema de tomas de aire, con el cono frontal retráctil. Y este cono permitía derivar de una manera más eficaz el aire de entrada al motor.

https://postimg.cc/1nthpcYK

Por último, sobre sus motores, te pongo una imagen de pruebas del J57 con el postquemador encendido. La estela tiene un tamaño considerable, y esto hacía al avión fácilmente detectable por los radares. Eso sí, la velocidad superior a mach 3 que alcanzaba, lo hacía un avión imposible de derribar... durante gran parte de la Guerra Fría.

https://postimg.cc/Y4BCfV1z

Otra imagen más, con parte de las superficies de control de la aeronave, y verás una lista roja que rodea la zona ventral del avión. Era un indicador a los operarios de no pisar esas superficies, por no tener suficiente apoyo en la estructura y tratarse de paneles finos (para su fácil manipulación).

https://postimg.cc/zVdh7JBS

En fin, si os interesan más detalles de esta máquina, iré ampliando en cuanto encuentre tiempo.

Publicado por: tenista el Jan 2 2021, 01:22 PM

¿Está en uso en la actualidad Jero?.

Publicado por: Jero el Jan 2 2021, 03:05 PM

CITA(tenista @ Jan 2 2021, 01:22 PM) *
¿Está en uso en la actualidad Jero?.



No, dejó de estar en activo en el año 1998. La NASA lo siguió usando para experimentos en vuelo supersónico, pero oficialmente, la FFAA de los Estados Unidos, dejó de operar con el SR-71 en el 1998. Los costos de operación eran elevadísimos.

Publicado por: Jero el Jan 2 2021, 03:22 PM

Respecto a los motores J57 de Pratt&Whitney, les dediqué un hilo en Twitter.

https://postimages.org/
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https://twitter.com/jeroitim/status/1222089544478208000?s=20

Publicado por: Jero el Jan 3 2021, 01:01 PM

Buenos días y buen domingo.

Último hilo de la serie sobre composites publicado. Espero que guste wink.gif

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https://twitter.com/jeroitim/status/1345698481302765568?s=20

Publicado por: Jero el Jan 3 2021, 11:01 PM

Buenas noches. El anterior es el último ejemplo de hilo que expongo por aquí, pero dejo el enlace dónde podrás leer todos los hilos, tanto los escritos ya como los que escribiré.

Dedicaré estos post a explicar tecnología e ingeniería de competición automovilística, centrándome más en Fórmula 1.

https://twitter.com/jeroitim/status/1345698957880664064?s=21

Publicado por: jonrodriguez el Jan 4 2021, 08:41 AM

Muy interesante Jero, muchas gracias!!!!

Publicado por: tenista el Jan 4 2021, 01:52 PM

Me he perdido seguramente, el PMC o plástico reforzado de fibra de carbono ¿es el material que recubre la célula de supervivencia de un F1 o es el material del que está hecha dicha célula?.

Gracias Jero.

Publicado por: Raul Leiva el Jan 4 2021, 04:27 PM

mmmm interesante nuevo hilo e interesante nuevo miembro de la familia pedrodelarosiana.
Bienvenido Jero!

Publicado por: Jero el Jan 4 2021, 11:36 PM

CITA(jonrodriguez @ Jan 4 2021, 08:41 AM) *
Muy interesante Jero, muchas gracias!!!!



Muchas gracias wink.gif

Publicado por: Jero el Jan 4 2021, 11:39 PM

CITA(tenista @ Jan 4 2021, 01:52 PM) *
Me he perdido seguramente, el PMC o plástico reforzado de fibra de carbono ¿es el material que recubre la célula de supervivencia de un F1 o es el material del que está hecha dicha célula?.

Gracias Jero.



El cockpit está fabricado usando paneles sandwich de PRFC, o plástico reforzado con fibra de carbono. El recubrimiento es la pintura que cada equipo elige, para proteger a la resina epoxi de agentes externos y evitar delaminación que causaría un fallo catastrófico.

Publicado por: Jero el Jan 4 2021, 11:39 PM

CITA(Raul Leiva @ Jan 4 2021, 04:27 PM) *
mmmm interesante nuevo hilo e interesante nuevo miembro de la familia pedrodelarosiana.
Bienvenido Jero!


Muchas gracias, y encantado de que me dejéis escribir en este foro.

Publicado por: Jero el Jan 9 2021, 07:25 PM

Buenas tardes pedrodelarosistas

Aquí pongo un enlace a Twitter, con mi último hilo sobre un monoplaza de F1 muy especial.

https://twitter.com/jeroitim/status/1347971705734647809?s=20

Mañana, contaré más detalles sobre ese coche y la fibra de carbono.

Publicado por: tenista el Jan 9 2021, 08:14 PM

CITA(Jero @ Jan 9 2021, 07:25 PM) *
Buenas tardes pedrodelarosistas

Aquí pongo un enlace a Twitter, con mi último hilo sobre un monoplaza de F1 muy especial.

https://twitter.com/jeroitim/status/1347971705734647809?s=20

Mañana, contaré más detalles sobre ese coche y la fibra de carbono.


Duda que me surge... ¿Ese año solo corrió McLaren con el monocasco de fibra de carbono?

Lo digo, por si fue un pucherazo para la época, al estilo Brawn.

Mil gracias por el Hilo Jero.

Publicado por: Jero el Jan 9 2021, 10:46 PM

CITA(tenista @ Jan 9 2021, 08:14 PM) *
Duda que me surge... ¿Ese año solo corrió McLaren con el monocasco de fibra de carbono?

Lo digo, por si fue un pucherazo para la época, al estilo Brawn.

Mil gracias por el Hilo Jero.


McLaren tuvo el coche listo ya pasado el ecuador de la temporada.
Por otro lado, Lotus y Colin Chapman estaban desarrollando el suyo. En el 1982 ya estaban McLaren y Lotus usando chasis en PRFC, y no tardaron mucho tiempo en sumarse los demás. La diferencia con el McLaren era que Lotus, y luego Brabham y otros, usarÍan refuerzos en aluminio además de la fibra de carbono. La tecnología evolucionaría hacía el uso de los paneles de composite y eliminar esos refuerzos de aluminio, para aligerar.

Publicado por: Jero el Jan 10 2021, 12:24 PM

Buenos días y buen domingo.

Hoy voy a hablar de lo que se conoce como "crashworthiness", que no es más que el estudio de las estructuras y la medición de la capacidad de protección de su contenido. En el caso de los automóviles, y sobretodo en competición, esto es primordial para garantizar la supervivencia de los ocupantes del vehículo.

Para empezar, debes conocer bien que es un ensayo a tracción y que es la resiliencia. Comienzo por tracción, que no es más que el esfuerzo al que se somete un material, mediante la aplicación de dos fuerzas en la misma dirección pero de sentidos opuestos.

https://postimages.org/

Esto hará que la pieza, o estructura, sufra una elongación que será directamente proporcional a la fuerza aplicada, hasta llegar al límite elástico del material. Entonces el material comenzará a sufrir deformaciones plásticas, las cuáles son en parte permanentes y en parte elásticas (recuperables). Bueno, con un gráfico esfuerzo-deformación lo verás mejor. El límite elástico marcará el punto desde el cuál la pieza sufre deformaciones permanentes. La rotura se considera cuando llegue al punto D, ya que no se habrá producido aún fractura pero ese material es irrecuperable.
La zona de fluencia es aquella en la que el esfuerzo puede aumentar mínimamente, pero la deformación aumetna de manera exponencial. La zona de C a D se denomina de endurecimiento por deformación, porque el material empieza a acumular muchas tensiones internas y se necesita mucha más fuerza para obtener una pequeña deformación.

https://postimages.org/

Para calcular la resistencia a tracción, se realiza mediante un ensayo homónimo. Una máquina elongará una probeta y se medirán su deformación y los esfuerzos aplicados. Las probetas son de este tipo, y pueden ser de PRFC como estas que te enseño, o de cualquier otro material (incluídos materiales metálicos como acero, aluminio, etc).

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Ahora toca aprender, o repasar, el concepto de resiliencia. La resiliencia, en resistencia de materiales, es una propiedad de los materiales que nos indica la cantidad de trabajo externo que es capaz de absorber, mediante deformación y antes de fracturarse.
Este concepto es un poco más complicado, pero si te digo que lances una piedra contra un cristal y contra un tablón grande de madera, y te pregunto cuál se romperá antes... seguramente me contestes que el cristal. Pues ya entiendes un poco mejor que es la resiliencia, la cuál se puede decir que es la capacidad de absorción de impactos (a groso modo y siendo inexacto).
El ensayo para calcular la resiliencia se denomina "ensayo Charpy", y se usa una máquina conocida como péndulo Charpy. Esta, que te enseño en el esquema, consiste en un péndulo con una masa determinada (suele ser superior a 27 kg.) y se bloquea en un ángulo determinado (depende de la velocidad que quieras obtener). La probeta (con unas medidas estandarizadas), se coloca en un soporte que se encuentra paralelo al suelo, así el péndulo la golpeará en perpendicular, fracturará la probeta y se mide el ángulo que alcanza en el otro lado. La diferencia de ángulos nos indica la energía absorbida por la probeta.

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Toda vez que conoces estos conceptos, ya conoces mejor que es el crashworthiness. También te digo que se hacen ensayos a compresión, siendo muy parejos a los de tracción pero comprimiendo la pieza hasta romperla. Decirte que la resistencia a tracción suele ser superior a la de compresión, salvo en materiales cerámicos que suele ser al contrario.
Aquí expongo un par de ejemplos de ensayos a compresión:

https://postimages.org/
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En el segundo ejemplo, observarás dos comportamientos diferentes del PRFC (CFRP), y es que la colocación de las fibras de refuerzo (su dirección en el material) es muy importante. El caso casi isotrópico (es imposible la isotropía al 100%) se comporta mucho mejor que el caso en que las fibras están alineadas. El material metálico suele ser muy isotrópico y por eso se comporta de manera más homogénea.

Y, por último, un ejemplo de ensayo a tracción con dos tipos de PRFC. Uno en el que la matríz no está curada del todo (cocida al completo), y otra en el que la matríz si lo está.

https://postimages.org/

La diferencia es palpable, en el primer caso los esfuerzos no se han transmitido correctamente y la rotura es muy irregular, y las fibras están dispersas. En el segundo es mucho más homogénea, aunque también es una rotura frágil y este tipo de roturas no suelen avisar. Este último caso es el que suele ocurrir con elementos de los F1 como alerones, brazos de suspensión, y demás aditamentos que se rompen de manera frágil (aunque su límite elástico es elevadísimo).

Por último, añadir que es necesario comprender bien esto para poder realizar los ensayos conocidos como "crash test". Lo más importante en ingeniería es que las condiciones iniciales (o de contorno) del ensayo sean lo más fidedignas posibles a lo que pueda pasar en la realidad. Así, los datos obtenidos son relevantes y extrapolables.
Bien, espero que te haya gustado este post... al menos casi tanto como a mí escribirlo. Y pregunta cualquier duda que te surja.

Publicado por: tenista el Jan 10 2021, 06:35 PM

Impresionante Jero.

Ya que has mencionado los "crash test", si me gustaría peguntarte si cabe la posibilidad de que nos hables de ellos. De como se hace en un F1.


Muchas Gracias.

Publicado por: Jero el Jan 10 2021, 07:47 PM

CITA(tenista @ Jan 10 2021, 06:35 PM) *
Impresionante Jero.

Ya que has mencionado los "crash test", si me gustaría peguntarte si cabe la posibilidad de que nos hables de ellos. De como se hace en un F1.


Muchas Gracias.



Por supuesto, otro día que tenga tiempo explicaré un poquito en que consisten. De hecho, las condiciones para crash test de la FIA son públicas. Y luego hay varios organismos independientes que los realizan también.

Publicado por: Jero el Jan 14 2021, 07:18 PM

Buenas tardes

A colación del anterior post, con los principales test que se realizan a materiales para comprobar que son adecuados para el uso que se les va a dar, comento un poco sobre los crash test de la FIA para la Formula 1.

Son muchos y variados, así que hablaré de los principales.

Para empezar, lo que dice la normativa técnica sobre los test de impacto dinámicos (crash test):

https://postimages.org/
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Lo principal, los crash test que homologa la FIA (no los realiza directamente, sino que un delegado técnico viaja a las instalaciones) deben realizarse con una serie de premisas que la propia FIA exige. Hay centros, como el Cranfield Impact Centre, Universidades varias, organismo independientes, que realizan crash test homologados para los equipos de F1 y demás equipos de competición del automovilismo deportivo.

En este caso no se habla, como en crash test convencionales, de velocidades de impacto. En F1 se mide la desaceleración sufrida por la estructura de impacto, o elemento a probar. ¿Por qué? Porque es muy importante saber que cantidad de energía es capaz de absorber una estructura de impacto, debido a las altísimas velocidades a las que impactan los F1.

Como leerás, se trata de no superar unos picos de desaceleración (medidos en g de aceleración), en la zona que debe quedar intacta (en el caso de F1 sería la célula de supervivencia). Esto indicará que la estructura absorbe bien la energía considerada.

Adicionalmente la estructura dónde se ancla el elemento a probar, debe tener también unas medidas concretas, peso determinado, forma, material de construcción, etc. Esto para evitar que esa estructura de sujección pueda alterar los resultados de los test de impacto dinámicos.

En este test se prueba la "nariz" de un monoplaza de la Formula Student (con requerimientos parecidos a los de la F1). Los soportes dónde va anclado, deben quedar intactos después del impacto.
https://www.youtube.com/watch?v=JUhopbbHirA

Aquí, un vídeo dónde se ven test de impacto a la estructura de impacto trasera y a toda la estructura delantera (la nariz, parte del ala delantera y todo el morro junto a la célula de supervivencia). Se mide la desaceleración sufrida por el dummie, que debe tener un peso estipulado de 75 kg. Además, el anclaje verás que se realiza mediante eslingas, y esto es así para simular todo lo posible un impacto real (así no influye la estructura o carrito que lo lleva)
https://www.youtube.com/watch?v=guOq9cdFbJA

Más test dinámicos y simulaciones para entender mejor que ocurre. Los PRFC que se usan en estas zonas son lo más isotrópicos posible, para que no haya mal funcionamiento a la hora de absorber energía.
https://www.youtube.com/watch?v=GdDCjNpJyxY

Este test no es propio de la F1, pero el Charpy siempre es interesante para analizar como se comporta un material ante un impacto. Verás que el acero normalizado S235 tiene mayor capacidad de absorción de energía que el primer acero que prueban. Esto es porque el segundo acero es más resiliente que el primero, debido a su estructura interna.
https://www.youtube.com/watch?v=tpGhqQvftAo

Por último, una prueba a tracción de una probeta de PRFC. Verás que como es un material con alto límite elástico, apenas se inclina la línea que relaciona la fuerza ejercida frente a la deformación (estiramiento). Al final rompe de manera abrupta (rotura frágil) debido a esto que te comento.
https://www.youtube.com/watch?v=aH9vcV7jzG0

Espero que te sirva para comprender mejor como un material absorbe energía.

Publicado por: tenista el Jan 14 2021, 07:39 PM

Impresionante Jero ohmy.gif

No los había visto nunca y ahora entiendo porque se salva un piloto en nuestra época. Simplemente con ver los vídeos, ya transmite seguridad.


Va pregunta... por no buscarlo en San Google y pq me encanta lo que nos enseñas wink.gif

En el último vídeo, aplica algo más de 16000N a la fibra de carbono cuando se rompe. ¿Podrías poner un ejemplo comparativo de esa fuerza?.


Mil gracias.

Publicado por: Jero el Jan 14 2021, 09:18 PM

CITA(tenista @ Jan 14 2021, 07:39 PM) *
Impresionante Jero ohmy.gif

No los había visto nunca y ahora entiendo porque se salva un piloto en nuestra época. Simplemente con ver los vídeos, ya transmite seguridad.


Va pregunta... por no buscarlo en San Google y pq me encanta lo que nos enseñas wink.gif

En el último vídeo, aplica algo más de 16000N a la fibra de carbono cuando se rompe. ¿Podrías poner un ejemplo comparativo de esa fuerza?.


Mil gracias.


16kN de fuerza (16000 N) son 1631 kgf o kp. Un kp (kgf o kilogramo-fuerza) es una ud. antiguamente usada para medir fuerzas.

Para hacerlo más visual, imagina que ponemos la probeta (en posición igual a la del vídeo) sujeta por su parte superior al techo de una nave industrial que sea alta. Si cuelgas un coche compacto (de media unos 1300 kg. aprox.) a esa probeta, sujetará el coche sin fracturarse. Ojo, esa misma probeta que ves en el vídeo.

Esto te da una idea de la enorme capacidad que tiene el composite de fibra de carbono, el PRFC. Espero haber resuelto la duda.

Publicado por: tenista el Jan 15 2021, 09:06 PM

Por supuesto.

Gracias.

Publicado por: Jero el Jan 18 2021, 10:18 AM

Buenos días y buen lunes.

El próximo post, o los próximos, quiero que me propongáis el tema, o los temas, a tratar. Espero vuestras propuestas.

Publicado por: tenista el Jan 18 2021, 05:58 PM

CITA(Jero @ Jan 18 2021, 10:18 AM) *
Buenos días y buen lunes.

El próximo post, o los próximos, quiero que me propongáis el tema, o los temas, a tratar. Espero vuestras propuestas.


Como me gusta...

Alerón delantero, alerón trasero, Fondo Plano, suspensiones, frenos... ¿sigo?


Publicado por: tenista el Jan 18 2021, 06:15 PM

CITA(tenista @ Jan 18 2021, 05:58 PM) *
Como me gusta...

Alerón delantero, alerón trasero, Fondo Plano, suspensiones, frenos... ¿sigo?


A mi me gustaría tanto de un F1, como un LMP1 wink.gif

Publicado por: Jero el Jan 20 2021, 06:36 PM

CITA(tenista @ Jan 18 2021, 06:15 PM) *
A mi me gustaría tanto de un F1, como un LMP1 wink.gif


Sobre aerodinámica de competición, hay cositas muy interesantes y que no se suelen comentar habitualmente. Así que por ahí puede haber mucho que rascar.
Sobre frenos es cierto que no es tema que se trate a menudo, así que caerá otro.

En fin, puede que este fin de semana haya algo. biggrin.gif

Publicado por: tenista el Jan 20 2021, 07:48 PM

CITA(Jero @ Jan 20 2021, 06:36 PM) *
Sobre aerodinámica de competición, hay cositas muy interesantes y que no se suelen comentar habitualmente. Así que por ahí puede haber mucho que rascar.
Sobre frenos es cierto que no es tema que se trate a menudo, así que caerá otro.

En fin, puede que este fin de semana haya algo. biggrin.gif


Ya estas tardando tongue.gif

Muchas Gracias...

Publicado por: Jero el Jan 21 2021, 06:59 PM

Buenas tardes.

Unas nociones básicas de aerodinámica, por si no sabes bien como funciona. Para empezar, la aerodinámica pertenece a la mecánica de fluidos y se dedica al estudio de las fuerzas a las que se somete a un sólido cuando este se mueve a través del aire. Es decir, estudia las reacciones que ofrece ese fluido (aire) cuando es atravesado por un sólido en movimiento (tanto constante como acelerado).

Bien, te enseño ejemplos gráficos de los principales parámetros que estudia la aerodinámica. Hablo en general, no me centro en competición automovilística pero si te digo que se estudia de la misma manera.

Para empezar, lo más importante es saber que es la fuerza aerodinámica, la resistencia aerodinámica y como se generan. Por partes, ¿qué es la fuerza aerodinámica? Es la fuerza ejercida por el aire debido al movimiento del sólido que lo atraviesa, es decir que se encuentra "sumergido" en ese aire.

https://postimages.org/

La fuerza aerodinámica tiene dos componentes, como puedes ver en el gráfico:

1.- Sustentación, que es una fuerza "normal" (perpendicular) al movimiento del sólido, y que es debida a la presión que el aire ejerce sobre la superficie del sólido.
2.- Resistencia, que es una fuerza paralela al movimiento y que surge debido a la viscosidad del fluido (aire), haciendo que las partículas rocen con la superficie del sólido. Esto "roba" energía y frena el movimiento.

También se genera fuerza aerodinámica en las hélices de un rotor, generando empuje al mismo aire y provocando que el vehículo pueda moverse.

Como has leído, hay un parámetro muy interesante (para estudio) que es la viscosidad de un fluido. Se entiende por viscosidad dinámica a la resistencia que ofrece el fluido a deformarse. Por ejemplo, comparar agua y aceite de oliva. Si te pregunto cuál es más viscoso, seguro me respondes que el aceite, y es debido a que se resiste más a moverse que el agua, es decir "fluye" mejor el agua que el aceite.

https://postimages.org/

En este gráfico lo verás mejor. Imagina que es un sólido deformable y que ejerces una fuerza para intentar desplazarlo, el resultado será como el de la imagen c). Imagina diferentes capas, rozando entre si e impidiendo el movimiento de todo el conjunto.
Bien, con los fluidos sucede igual, sólo que no hay una unión tan fuerte de sus moléculas y pueden llegar a desprenderse si se ejercen fuerzas superiores a lo que la viscosidad permite.

Así llego a otro concepto que necesitas conocer. Este concepto es más complicado, pero lo vas a entender en su base. Me refiero a la "capa límite", que es la región espacial dónde la velocidad de desplazamiento de un fluido se ve perturbada por la superficie de un sólido que lo esté atravesando.

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En el gráfico ves lo que se llama campo de velocidades. Como verás, este cambia al pasar por la superficie del sólido, alterando el campo de velocidades del fluido. A la línea que ves que marca la diferenciación, se la denomina capa límite. Es muy importante estudiarla para que un perfil alar, o una carrocería, o cualquier otra pieza funcione bien al atravesar el aire. Llegado el caso de que la viscosidad no sea suficiente para mantener las capas ordenadas, el fluido comenzará a moverse de manera caótica, fenómeno conocido como "desprendimiento de la capa límite".

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En las diferentes figuras, observas el movimiento del fluido. En los casos 1, 2, 5, y 6, observas el fenómeno del desprendimiento de la capa límite. Esto sucede porque la viscosidad del fluido ya no puede mantener las moléculas ordenadas, y entonces pasa a moverse en régimen turbulento.

Bien, ahora paso a explicarte como genera sustentación en las alas de los aviones, y además sirve para explicar como generan carga aerodinámica los alerones de competición automovilística.

https://postimages.org/

Primero, conocer bien la geometría de un perfil alar. La sustentación, acuérdate, se generaba debido a la presión ejercida por el fluido (en este caso, aire). ¿Dónde? En el borde denominado intradós, el cuál tiene mayor radio de curvatura (curva más plana) que el extradós. Esto produce una diferencia de presiones que hace que el aire que se dirige por la parte superior se mueva más rápido que por la parte inferior.

Aquí tengo que explicarte el Principio de Bernoulli, el cuál nos dice que un fluido cualquiera, en circulación por un conducto cerrado, no observará variación de su energía total en todo el recorrido de ese conducto, sea cual fuere su forma, sección o secciones, y longitud. Esto derivó en la deducción de que cuando un fluido aumentaba su velocidad, disminuía su presión, y viceversa.

Esto, añadido a la Tercera Ley de Newton, nos da como consecuencia la generación de una fuerza normal a la trayectoria, y que depende de varios factores (explicados a groso modo, no quiero liarte mucho):

- Superficie alar.
- Velocidad de desplazamiento.
- Ángulo de ataque del ala. Este ángulo es el formado entre la cuerda del perfil y la horizontal. Cuánto mayor sea, mayor será la sustentación ejercida... hasta un límite, que produce el desprendimiento de la capa límite y, por ende, la entrada en pérdida de ese ala.

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El perfil de presiones, que observas en esta figura, puede modificarse debido al ángulo de ataque. Como ves, la presión es positiva en el intradós (se genera empuje) y negativa en el extradós (se genera succión).
Esto me lleva a hablarte del "centro de presiones", que es la zona dónde se aplica la resultante de todas las fuerzas de presión que ejerce el fluido sobre el ala.

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El centro de presiones depende del ángulo de ataque, a mayor ángulo de ataque más cercano al borde de ataque estará. A su vez, más resistencia aerodinámica se ejercerá.

De momento, creo que vale por hoy. Durante el fin de semana te seguiré hablando más sobre aerodinámica, centrándome en la resistencia aerodinámica. Espero te haya gustado. smile.gif

Publicado por: Jero el Jan 23 2021, 11:52 AM

Buenos días y buen sabado. Continuo con las explicaciones sobre aerodinámica, ahora si centrándome más en competición.

Volviendo al tema de la fuerza aerodinámica, que ya te expliqué en que consiste y como se genera, te pongo ahora la diferencia fundamental entre la generación de sustentación (lift) o de carga aerodinámica (downforce).

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Básicamente son la misma fuerza, lo que cambia es la curvatura del intradós y el extradós del perfil. Esto hace que la diferencia de presiones sea ahora la contraria que la de un ala de avión, y por lo tanto la presión del aire se aplique en dirección perpendicular al movimiento, pero con sentido hacia abajo.

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Esta es la ecuación general para el cálculo de la carga aerodinámica en un perfil alar. El cálculo es igual para la sustentación (caso de la ecuación), como para la carga aerodinámica (downforce).
Para empezar, el coeficiente de sustentación (o de carga aerodinámica) es un número adimensional. La aerodinámica es una disciplina experimental, mayormente, y este coeficiente es un número adimensional que se calculó mediante unos ensayos.
El Cl depende, principalmente, del ángulo de ataque y nos indica la capacidad de generar carga que tendrá un perfil alar. A mayor ángulo de ataque, mayor será la capacidad de generar carga.

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Bien, pero sólo con esto no se explica bien porqué el aire sigue el camino que le marcan las diferentes curvaturas, y no se desvía hacia otra zona. Aquí entra en juego el concepto del efecto Coanda.
El efecto Coanda fue descubierto por el ingeniero rumano Henri Coanda, el cuál destruyó en un experimento un aeroplano creado por él (año 1910). Observó, sin embargo, que los gases de la combustión producida por un incendio en el aparato, imitaban las formas de las diferentes superficies del aparato. Llegó a la conclusión de que los fluidos tienen a imitar la forma de la superficie que los atraviesa.

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Volviendo a la generación de carga aerodinámica, pongo de nuevo la ecuación.

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La superficie es también factor para saber cuánta carga se generará, cuánto mayor sea esa superficie, mayor será la carga generada. Aquí también hay que reseñar que hablo de perfiles alares, más tarde te diré que consecuencias hay por usar perfiles de mayor superficie, y que ocurre en otras superficies que no son perfiles alares.

La velocidad es el factor, sin embargo, más determinante de todos. Y es la razón fundamental por la que muchos aditamentos aerodinámicos no funcionan correctamente, algunas veces. La velocidad es un factor cuadrático, es decir que un aumento pequeño de la velocidad, provoca un aumento de la carga aerodinámica sustancial (recuerda que está esa velocidad elevada al cuadrado).
Por lo tanto, es inútil usar ciertos alerones en vehículos que no puedan alcanzar velocidades elevadas. Esto, además de no servir para generar suficiente carga aerodinámica, perjudica el consumo porque la resistencia aerodinámica siempre está presente (ya te hablaré de ella pormenorizadamente). Además, puede provocar inestabilidad dinámica en el vehículo, debido al desequilibrio que pueda producir debido al cambio de la velocidad y dirección del aire, además del campo de presiones que actúa sobre el vehículo.

Otro factor es la densidad del aire, siendo directamente proporcional. Es decir, a mayor densidad, mayor carga aerodinámica generada con el resto de parámetros constantes. Es por esto que en circuitos que están a mucha altitud sobre el nivel del mar, se ponen alerones con mayor inclinación y, sin embargo, puede que estén generando la misma carga aerodinámica que en otros circuitos alerones con menor inclinación. Esto se debe a que cuánto mayor sea la densidad, mayor masa de aire incide sobre el alerón y se genera más presión.

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En este gráfico puedes observar el aumento del coeficiente de sustentación, el Cl, según aumenta el ángulo de ataque. Pero todo tiene un límite, acuérdate del post anterior en el que te hablé de la capa límite. El efecto Coanda es una consecuencia, o es intrínseco, a la formación de la capa límite (íntimamente relacionados con la viscosidad del fluido).

Bien, esta lección la dejo aquí de momento. No quiero atragantar con muchos conceptos, y aún hay que atacar el otro pilar fundamental del cálculo aerodinámico... la resistencia aerodinámica. Hasta el próximo.

Publicado por: tenista el Jan 23 2021, 05:32 PM

Muchas gracias Jero, tremendo!!

Publicado por: Jero el Jan 24 2021, 05:14 PM

Buenas tardes y, espero, que buen domingo.

Hoy voy a hablar de la resistencia aerodinámica, que como recordarás es componente de la fuerza aerodinámica de la que te he hablado anteriormente. ¿Qué es la resistencia aerodinámica? Es una fuerza que se opone al movimiento de un sólido, "sumergido" dentro del aire. Esta fuerza tiene la misma dirección del movimiento, pero su sentido es el contrario al propio movimiento del sólido.

La resistencia aerodinámica se puede dividir en dos tipos principales:

- Resistencia parásita: Es la parte de la resistencia que no depende de la sustentación, o de la carga aerodinámica (downforce), es decir es resistencia generada por todas las superficies que no generan carga aerodinámica.

. Resistencia inducida: Esta resistencia se origina en las superficies, perfiles alares, que generan carga aerodinámica o sustentación. Es función directa, al igual que la carga aerodinámica, del ángulo de ataque del ala, o alerón, y a mayor ángulo de ataque, mayor resistencia.

Una imagen para que veas, a groso modo, que es la resistencia al avance que ejerce un fluido. Esto ocurre cuando un objeto sólido trata de moverse "sumergido" en un fluido. Creo que con una imagen es más sencillo comprender que es la resistencia fluidomecánica, particularmente la aerodinámica porque carecemos de capacidad para ver el aire. Aunque la imagen es de un barco, comprenderás al ver las estelas que deja el barco a su paso que es la resistencia fluidomecánica. La aerodinámica funciona igual, sólo que no podemos verla.

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Bien, vuelvo a la resistencia parásita. Ésta se puede subdividir a su vez en tres componentes que son la resistencia del perfil aerodinámico, resistencia adicional y resistencia por interferencia.

- Resistencia del perfil aerodinámico: Esta se puede dividir en dos componentes, que serían la resistencia de presión y la resistencia de fricción. La primera debida a la estela que deja el aire al atravesar el perfil alar, esto "culpa" del efecto Coanda. La segunda debida a la viscosidad del fluido, aunque recuerda que el efecto Coanda y la viscosidad están íntimamente ligados.

- Resistencia adicional: Resistencia que provocan todas las superficies del objeto, cuerpo, etc, que están en movimiento sumergidas en el fluido; las cuáles no generan carga aerodinámica ninguna. Es decir, resistencia provocada por la carrocería, y elementos adicionales a esta (espejos, ruedas, etc).

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- Resistencia por interferencia: Si recuerdas el fenómeno de capa límite, el cuál te he explicado anteriormente, es fácil llegar a la conclusión de que hay superficies en un vehículo que forman ángulos de 90º como mínimo, incluso águdos, entre sí. Esta cercanía entre superficies puede provocar que las diferentes capas límite de cada superficie, en la zona de encuentro entre estas, interfieran entre sí, alterando el flujo aerodinámico entre ellas.

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Una de las razones de que la punta de flaps de un alerón delantero actual y la punta de la nariz estén separadas a 250 mm. del eje central de esa punta de nariz, es por evitar o reducir la resistencia por interferencia. Las sujecciones del alerón delantero al morro del monoplaza, que ves en la imagen, podrían interferir con esas puntas de flap y restar fuerza al vórtice Y250.

Y ahora si, entro de lleno en la resistencia inducida. Es la producida por un perfil alar al generar carga aerodinámica (lift o downforce). Esta es totalmente inevitable, y se produce debido a que las corrientes de aire que viajan por el intradós y el extradós, se encuentran en la punta (terminal) del ala (o alerón). Es directamente proporcional al ángulo de ataque, al igual que el coeficiente de carga aerodinámica (del que te hablé anteriormente); y es que la ecuación para calcular la resistencia aerodinámica es prácticamente igual que para calcular la carga aerodinámica, salvo por el cambio de coeficientes.

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Debido precisamente a que la velocidad es un factor cuadrático, es por ello que la resistencia aumenta exponencialmente, conforme aumenta la velocidad linealmente. Es decir, pequeños aumentos de velocidad provocan aumentos significativos de la resistencia aerodinámica.

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En el gráfico puedes ver el aumento de la resistencias mecánica y aerodinámica, que el vehículo deberá superar si quiere aumentar su velocidad de desplazamiento. A partir de unos 80 km/h aprox., la resistencia aerodinámica será la principal resistencia a vencer. El gráfico es genérico, pero la diferencia de pendiente de las curvas si es extrapolable a otros vehículos.

Bien, pongo de nuevo la ecuación de la resistencia aerodinámica.

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De nuevo, la densidad del fluido es un factor a tener en cuenta. En el caso de la aerodinámica, como ya te dije, dependerá de la altura sobre el nivel del mar, y en menor medida de la temperatura.

El Cx, o coeficiente de penetración en aire (coeficiente aerodinámico), es un número adimensional que nos indica lo buena, o mala, que es una forma determinada. Aquí un ejemplo muy intuitivo:

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Y aquí los diferentes Cx que tienen diferentes formas geométricas:

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Ten en cuenta que cada forma está estudiada en esa posición geométrica. Si cambias su posición (con respecto a la dirección de movimiento), ya cambias su Cx.

Lo siguiente, al igual que con la carga aerodinámica, es la superficie frontal que se "enfrenta" al aire. Esto es un factor muy importante, ya que cuanto menor sea esa superficie, menor será la resistencia aerodinámica.
Aquí, además, surge el concepto de SCx, que no es más que el resultado de multiplicar el Cx por la superficie frontal del vehículo. Este número es un parámetro más importante que sólo el Cx, para saber si un vehículo ofrecerá más o menos resistencia aerodinámica.

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El concepto SCx es la razón por la que los cilistas, y los pilotos de motos, tratan de reducir su superficie frontal cuando circulan tratando de alcanzar la velocidad máx. posible.

Indagando aún más en la resistencia parásita, te enseño esta imagen de un F1 "untado" con parafina para estudio del comportamiento del aire.

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Cuando te expliqué el efecto Coanda, te comenté que era función de la viscosidad del fluido. Bien, para conseguir esa linealidad en el aire a su paso por las diferentes formas del monoplaza, habrás oido hablar de los generadores de vórtices (y lo necesarios que son hoy día). ¿Por qué? Bueno, cuando te hablé de la capa límite también te hablé de su desprendimiento. Si recuerdas, al desprenderse esa capa límite producía que el aire pasara a moverse en régimen turbulento (caótico) y, por lo tanto, esto produce que el aire se mueva en todas direcciones sin control.

Continuaré hablándote de resistencia aerodinámica en otro post, y de esos generadores de vórtices que ayudan a reducir la resistencia generada. Hasta el próximo.

Publicado por: Jero el Feb 4 2021, 11:37 AM

Buenos días y buen jueves.

Este post va a tratar sobre flujos aerodinámicos, más bien sobre regímenes laminar y turbulento. Aunque eso si, primero te hablaré sobre algo que estarás harto (o harta) de oír o leer. Me refiero a los archiconocidos vórtices, por las retransmisiones de las carreras de Formula 1. Si te pregunto por ello, seguramente me digas que son unos torbellinos de aire que salen de las puntas de las alas, generalmente. Y no andas muy desencaminado, pero es mejor conocer las cosas de una manera más exacta.

Bueno, la pregunta sería entonces, ¿qué es un vórtice? En aerodinámica, un vórtice es flujo turbulento en rotación en espiral, con líneas de corriente cerradas (como en un tubo). Es decir, el vórtice se retroalimenta para mantener el movimiento en espiral.

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En la imagen, ves un vórtice perfectamente definido, debido al humo de color rojo. Todo esto está genial, pero el porqué sucede esto hace que haya que ir a plantear la cuestión de que son los flujos laminares y turbulentos.

Un flujo laminar, en fluidomecánica, es aquél en que su movimiento está ordenado (estratificado) y es suave. Con agua se ven mejor estas cuestiones.

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Como ves, el agua sale de la tubería de una manera uniforme, manteniendo una velocidad más o menos constante (verás que se ve transparente). Esto es así porque cada partícula de fluido sigue su trayectoria propia, sin alterar las trayectorías de otras partículas adyacentes; y esto da como resultado que el mecanismo de transporte lateral es sólo molecular.

Se denomina flujo turbulento a la corriente de fluido cuyo movimiento es caótico e impredecible, ya no hay movimiento suave y estratificado.

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En flujo turbulento, las trayectorias de cada partícula se entremezclan y dan como resultado choques entre las mismas. Esto genera mucha diferencia de presiones entre volúmenes, por lo que el movimiento se vuelve caótico y las pérdidas de energía son altas.

Si recuerdas de anteriores post en los que te hable de viscosidad, esta es la responsable de que un flujo laminar se pueda volver turbulento en un momento determinado. El mecanismo es que cuando el flujo está estratificado (laminar), las partículas de diferentes estratos contiguos tratan de inducir rotación entre ellas mismas, debido a la fricción. Esta fricción hace que se pierda energía y, llegado un punto, esa pérdida de energía ocasiona que no se pueda superar la viscosidad del fluido. Es entonces cuando el flujo cambia de estado, y comienza a volverse turbulento porque hay zonas de fluido con poca energía que son empujadas por otras con más energía.

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En este gráfico puedes ver perfectamente que ocurre con el gradiente de velocidades. En flujo laminar, este está estratificado, siendo mayor la velocidad en el centro del conducto y menor en las paredes. La frición entre las diferentes partículas hace que ese gradiente vaya igualándose, hasta que se genera turbulencia porque las partículas interfieren entre trayectorias, ocasionando que el movimiento sea caótico.

Para determinar la frontera entre flujo laminar y turbulento hay que acudir a un nº adimensional, usado en cálculos de fluidomecánica, llamado "nº de Reynolds". Este se define como la relación entre fuerzas de inercia y fuerzas viscosas, es decir la relación entre la energía cinética que lleva el fluido y la capacidad del mismo de mantenerse ordenado (viscosidad).

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Esta será de las pocas ecuaciones que te ponga (no pretenden ser una clase de ingeniería estos post). En ella ves en que consiste el adimensional Reynolds (escrito Re). En el numerador verás la densidad, la velocidad y la distancia recorrida por el fluido respectivamente. En el denominador, la viscosidad dinámica o la viscosidad cinemática, si no tienes en cuenta la densidad del fluido.
¿Cómo interpretarlo? El Re para discenir entre regímenes laminar y turbulento es experimental, y depende de cada fluido y de la dimensión característica (D), la longitud que recorre el fluido. Pero, a grandes rasgos, si se quiere operar en régimen laminar hay que procurar que Re sea bajo, típicamente Re<2000. Si se quiere operar en régimen turbulento, entonces Re>3500.

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¿Recuerdas el concepto de capa límite? Pues está muy relacionado con el Re. Como ves en este gráfico, la capa límite es mayor en régimen turbulento que en laminar. Eso sí, este cambio de laminar a turbulento no ocurre instantaneamente, sino que hay una etapa de transición (régimen sin definir) y después, si las fuerzas de inercia siguen aumentando, la viscosidad ya no es suficiente para mantener el fluido cohesionado.

Y, ahora, viene lo mejor. Los ingenieros aerodinamicistas, hace tiempo ya, observaron mediante experimentos que el régimen turbulento posee más energía cinética (mayor inercia) que el laminar y que su capa límite se vuelve más "gruesa" (por decirlo en román paladino) y es más difícil que esta se desprenda. Es decir, el flujo turbulento es capaz de avanzar mayor longitud sin alterar su trayectoria general (recuerda que las partículas se mueven de manera caótica, pero el compendio de ellas pueden ir en la misma dirección).

Bien, hasta aquí este post sobre flujos laminar y turbulento. En el próximo ya entraré en materia con los famosos vórtices, y los generadores de vórtices.

Publicado por: tenista el Feb 4 2021, 03:00 PM

Puede que me equivoque o me equivoca el dibuja... pero el flujo laminar que vemos en la imagen que precisamente parece el morro de un F1, ¿tiene que ver con ello?...

Publicado por: Jero el Feb 4 2021, 05:47 PM

CITA(tenista @ Feb 4 2021, 03:00 PM) *
Puede que me equivoque o me equivoca el dibuja... pero el flujo laminar que vemos en la imagen que precisamente parece el morro de un F1, ¿tiene que ver con ello?...


¿A qué imagen te refieres? En todo caso estás en parte en lo cierto, ya que se trata de hacer que el flujo aerodinámico "aguas arriba" (por encima del morro) sea laminar, pero aguas abajo se trabaja hoy día en régimen turbulento (generando vórtices). Lo de la vorticidad y su uso lo explicaré más adelante.

Publicado por: tenista el Feb 4 2021, 06:33 PM

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Publicado por: Jero el Feb 4 2021, 07:56 PM

CITA(tenista @ Feb 4 2021, 06:33 PM) *
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Es una representación del flujo dentro de un conducto cerrado, y las flechas rojas son el campo de velocidades. Arriba, el laminar, observa mayor diferencia de velocidades que abajo, el turbulento. Esto es así por lo que he explicado de la fricción. wink.gif

Publicado por: tenista el Feb 6 2021, 09:33 AM

Gracias Jero

Publicado por: Jero el Feb 11 2021, 11:52 AM

Buenos días y buen jueves.

Continúo con el tema del flujo turbulento, más concretamente con los vórtices. Para que te sitúes mejor, una imagen.

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Si recuerdas del anterior post, en aerodinámica, se denomina vórtice a un flujo turbulento en rotación en espiral, con líneas de corriente cerradas (como en un tubo). Este movimiento es circular, o helicoidal (alrededor de una hélice) en el caso de haber desplazamiento en la dirección del movimiento del sólido. Ese desplazamiento del vórtice será de sentido contrario al del sólido, y el giro del mismo vendrá impuesto por las líneas de corriente.

Como con un ejemplo gráfico se ven mejor las cosas, primero un vórtice circular que te sonará muchísimo.

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Un huracán es un ejemplo perfecto de vórtice circular, dónde el desplazamiento del mismo se realiza por el propio giro del aire (desplazamiento lateral).

Segundo, un vórtice helicoidal (con líneas de corriente circulares) debido a que el desplazamiento se realiza a lo largo del eje central del "tubo" que forma el aire; por lo que el vórtice se desplaza longitudinalmente en forma de hélice.

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Las flechas rojas indican los vórtices de este tipo. Verás que se desplazan longitudinalmente (no lateralmente) y que forman como un tubo, debido al movimiento circular que forma una hélice en su desplazamiento.

En competición automovilística interesan estos últimos. ¿Surgen de manera espontánea o son provocados? En la naturaleza, surgen de manera espontánea. En competición, siempre que se usen superficies alares para generar carga aerodinámica, también surgen de manera espontánea. Esto es debido a la resistencia inducida, que recordarás de un post anterior. Si no recuerdas, te digo que es la resistencia producida por un perfil alar al generar carga aerodinámica (lift o downforce). Esta es totalmente inevitable, y se produce debido a que las corrientes de aire que viajan por el intradós y el extradós, se encuentran en la punta (terminal) del ala (o alerón).

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En aviación, y en competición también, interesa reducir esa resistencia inducida porque se pierde eficiencia a la hora de generar carga aerodinámica.

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En aviación se usan los "winglets", que no son más que unos perfiles planos colocados en la punta del ala, estos en posición vertical. Lo que hacen es evitar, en la medida de lo posible, que los flujos del intradós y el extradós interfieran entre sí en el terminal del ala. Es imposible reducir a 0 esa interacción, pero se consigue reducir bastante con diseños adecuados.

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En competición automovilística, se usan los conocidos como "endplates", que evitan también que interfieran de manera directa los flujos del intradós y el extradós. Además de aumentar la eficiencia, también ayudan a redirigir flujos aerodinámicos para reducir resistencia parásita de otras zonas de un monoplaza, como por ejemplo las ruedas.

Pero los vórtices no son siempre "mala señal", o indeseables. Hay casos en los que son muy interesantes, para reducir resistencia parásita, o conseguir mantener el flujo más energizado y, por ende, llevarlo a dónde interesa.
Un buen ejemplo de esto es el famoso vórtice Y-250, llamado así porque se genera a 250 mm. de separación de la línea de eje central del ala delantera. Este vórtice, que empezó a usarlo y generarlo el equipo RedBull allá por 2009, es un ejemplo del uso de un flujo turbulento para una ganancia aerodinámica.

https://youtu.be/ZlDnd3B1rhs

Como ves, su desplazamiento es en espiral (helicoidal). A mayor velocidad de desplazamiento, más potente será el vórtice. Su uso es, habitualmente, para ayudar a sellar el lateral del fondo plano, y evitar que se cuele flujo aerodinámico por debajo del mismo (provocando una elevación de la presión inferior y pérdida de carga aerodinámica).

Pero, ¿cómo se consigue esto? Usando un elemento llamado "generador de vórtices", o la punta de un flap de un ala para el mismo menester (caso del Y-250).

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Un generador de vórtices es un elemento aerodinámico que suele ser una pequeña aleta, cuya superficie es insignificante comparado con el fuselaje o carrocería. La función de este elemento es generar entre sus dos caras una diferencia de presión tal que se forme un vórtice, al igual que en un ala, pero esta vez más pequeño. Esto ayuda a mantener la "capa límite" adherida a la superficie más tiempo, siendo más fácil enviar ese flujo a dónde se necesita.

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Las flechas amarillas señalan esos generadores de vórtices. Viendo esa fotografía, ¿hacía dónde crees que se desplazará el vórtice? ¿Hacía afuera o hacía adentro del contorno del vehículo? ¿La rotación será en sentido de las agujas del reloj o al contrario? Un pista, en fluidomecánica (y termodinámica), el flujo siempre se moverá desde la zona con mayor energía a la que menor energía tiene. En el caso de la foto, la mayor presión se genera en la cara que da al exterior del vehículo, la menor en la cara que da al vehículo. Por lo tanto, el giro se producirá en sentido de las agujas del reloj, pero el desplazamiento del vórtice será hacía en interior del vehículo. Tal que así:

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Es una imagen un poco "chusca", pero creo que se entenderá bien. Recuerda que los flujos aerodinámicos siempre se desplazan desde la zona con mayor energía a la que menor energía tiene, debido a que todo sistema tiende a un equilibrio de energía.

Espero que te haya gustado, y hasta el siguiente post.

Publicado por: tenista el Feb 11 2021, 02:50 PM

ohmy.gif Tremendo Jero!!

Una duda, en la última foto ¿ese vórtice es para generar refrigeración en la tapa motor?... Lo mismo es un chorrada, pero...

Publicado por: Jero el Feb 11 2021, 06:45 PM

CITA(tenista @ Feb 11 2021, 02:50 PM) *
ohmy.gif Tremendo Jero!!

Una duda, en la última foto ¿ese vórtice es para generar refrigeración en la tapa motor?... Lo mismo es un chorrada, pero...


Esos concretamente sirven para, mediante el efecto Coanda, llevar más aire a la parte superior del difusor. Para refrigerar efcazmente el motor se generan más adelantados en el monoplaza, zona de los espejos y delantera del cockpit. smile.gif

Me alegra que te haya gustado wink.gif

Publicado por: Jero el Feb 28 2021, 11:46 AM

Buenos días y buen domingo. Feliz día de Andalucía a mis paisanos, y para celebrarlo me paso por aquí a explicar un efecto aerodinámico muy nombrado, pero a veces no muy bien comprendido.

Hoy voy a hablar del efecto suelo, de sobra conocido por lo nombrado que es en las retransmisiones de competición automovilística. Aunque a veces compruebo que no muy bien comprendido, o explicado. Bien, voy a tratar de explicarlo para todos los públicos, como siempre intento.

El efecto suelo (ground effect en inglés) es un fenómeno aerodinámico que sucede cuando un cuerpo sólido se desplaza muy cerca de una superficie, a velocidad suficientemente alta para que haya una diferencia significativa de presiones entre sus partes superior e inferior, lo cuál altera los flujos aerodinámicos "aguas abajo" (esto es en su parte inferior) y cambia el comportamiento del aire al paso del sólido de una manera distinta a la habitual.

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Esta imagen representa muy bien lo que el principio de Bernoulli viene a decir, "un fluido cualquiera, en circulación por un conducto cerrado, no observará variación de su energía total en todo el recorrido de ese conducto, sea cual fuere su forma, sección o secciones, y longitud". Así que si la energía tiene que ser constante, si la sección de paso disminuye el fluido debe acelerar (es decir, disminuir su presión), al igual que si la sección de paso aumenta el fluido se frenará.

En aviación es un efecto muy conocido, ya que se experimenta un aumento de la sustentación generada por las alas si el avión se desplaza a velocidad suficientemente alta y muy cerca de la pista.

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Como ves en la imagen, el avión ve "comprimidos" sus vórtices y esto significa que se genera una especie de "colchón de aire" que hace que se genere mayor sustentación aunque no cambie el ángulo de ataque de esas alas.
Esto se usó por parte de la URSS en los años 60 del siglo XX, concretamente en lo que la CIA denominó "el Monstruo del Mar Caspio".

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Este aparato que ves aquí, diseñado por el ingeniero soviético Rotislav Alexeiev, es lo que se denomina un Ekranoplano. Este aparato vuela usando el efecto suelo para ello, y se desplaza cerca de la superficie a velocidades elevadas (superior a 500 km/h). Eso sí, sus alas están diseñadas para funcionar bajo efecto suelo, si se eleva por encima de 2-3 metros pierde la sustentación y entra en pérdida.

Bien, en la competición automovilística también se ha usado el efecto suelo en diversas categorías. De hecho, al usar alas invertidas, el efecto suelo aumenta la eficacia de la generación de carga aerodinámica. Esto debido a la disminución de la presión inferior del vehículo, así que es fácil deducir que si se sigue generando la misma carga aerodinámica pero la presión inferior disminuye, la adherencia del neumático aumenta.

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El ejemplo más famoso del uso del efecto suelo en competición automovilística, es el de los Lotus 78 y 79 del genial sir Colin Chapman. En Lotus idearon un sistema muy ingenioso y sencillo, usando los pontones a modo de ala invertida y así generar un venturi en la zona frontal de los mismos. Este venturi provocaría una disminución alta de la presión inferior y un aumento de la adherencia del neumático.

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En la imagen observas el pontón visto por detrás. El área de entrada de aire es muy inferior al área de salida del mismo, por lo que se genera succión en ese área de entrada. Esto hace que la carga aerodinámica generada sea más eficaz y, por tanto, aumenta la adherencia del neumático. El Lotus contaba con la ventaja del uso del motor DFV Cosworth, esto permitía dejar un buen hueco para que el aire circulara por el pontón. Las faldillas laterales sellaban la zona exterior lateral, para evitar que entrara aire desde fuera y aumentara la presión.

En 2022, la F1 va a volver a permitir el uso de este efecto, prohibido desde el año 1983.

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En este diseño presentado por la propia FIA, ves que la entrada de aire a la parte inferior del fondo del monoplaza (que ya no sería plano) se realiza por una abertura con un área relativamente grande. Esta tiene divisores verticales que crean unos "conductos" para dirigir el aire, estrechándose en altura mientras llegan a la zona intermedia del monoplaza.

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La zona más estrecha es donde se produce el venturi necesario para que el efecto suelo aparezca. Aquí, y mediante el uso de los canales, se debe evitar la entrada de aire exterior que arruinaría el efecto suelo. El estrechamiento habrá que diseñarlo de tal forma que no se desplace el centro de presiones más de lo deseado, creando un buen balance aerodinámico o arruinando ese mismo balance. Será zona de diseño primordial para los aerodinamicistas.

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La sección de salida será de mayor área que la actual, potenciando el trabajo del difusor. A su vez, el ala trasera no tendrá los elementos actuales, para así evitar las distorsiones de flujo actuales y tratar de mejorar los adelantamientos.

En fin, espero que te haya gustado. Hasta el próximo post.

Publicado por: tenista el Feb 28 2021, 08:16 PM

Espectacular, como siempre, Jero.

Muy muy esclarecedor el tema del efecto suelo.

Y muy curiosos los monoplazas de las últimas fotos, yo no los había visto. ¿Cambiara tanto el fondo plano como se ve en la imagen?.

Publicado por: Jero el Feb 28 2021, 08:31 PM

CITA(tenista @ Feb 28 2021, 08:16 PM) *
Espectacular, como siempre, Jero.

Muy muy esclarecedor el tema del efecto suelo.

Y muy curiosos los monoplazas de las últimas fotos, yo no los había visto. ¿Cambiara tanto el fondo plano como se ve en la imagen?.


De hecho, para empezar dejará de ser plano. Si, cambiarán mucho su fisonomía los monoplazas de F1 y el fondo será de lo que más cambie, además de todas las superficies aerodinámicas. Ten en cuenta que el uso del efecto suelo hará que la aerodinámica de los monoplazas cambie radicalmente.

Me alegra que te haya gustado el tema. wink.gif

Publicado por: jonrodriguez el Mar 1 2021, 03:24 PM

Que maravilla leer estos temas por aquí, ¡¡¡¡muy interesante!!!!

Publicado por: Jero el Mar 1 2021, 05:55 PM

CITA(jonrodriguez @ Mar 1 2021, 03:24 PM) *
Que maravilla leer estos temas por aquí, ¡¡¡¡muy interesante!!!!


Muchas gracias wink.gif

Publicado por: revolutionman el Mar 1 2021, 11:49 PM

qué interesantísimo!!!

Publicado por: Jero el Mar 3 2021, 12:40 PM

CITA(revolutionman @ Mar 1 2021, 11:49 PM) *
qué interesantísimo!!!


Muchas gracias wink.gif

Publicado por: Jero el Mar 16 2021, 06:47 PM

Buenas tardes y espero que lleves un buen martes.

Tan solo pasaba por aquí para decir que no me he olvidado de seguir poniendo contenido. A ver si este fin de semana, que ya han sido los test de F1, pongo algunas curiosidades y explico un poco sobre los monoplazas de este año.

Hasta dentro de muy poco, y gracias por visitar estos post.

Publicado por: tenista el Mar 16 2021, 07:51 PM

CITA(Jero @ Mar 16 2021, 06:47 PM) *
Buenas tardes y espero que lleves un buen martes.

Tan solo pasaba por aquí para decir que no me he olvidado de seguir poniendo contenido. A ver si este fin de semana, que ya han sido los test de F1, pongo algunas curiosidades y explico un poco sobre los monoplazas de este año.

Hasta dentro de muy poco, y gracias por visitar estos post.


Te lo agradecemos y por supuesto que no nos olvidamos wink.gif

Entre los hilos de los equipos, las retransmisiones, etc... esperamos gustosos.

Publicado por: Jero el Apr 2 2021, 10:30 AM

Buenos días y buen viernes santo.

Siento haber tardado algo más en escribir de lo que me hubiera gustado. En fin, para compensar espero que el tema que traigo hoy sea de tu agrado.

Aunque la temporada de F1 ya está iniciada, quería hablarte de unos dispositivos que en test suelen verse bastante. Me estoy refiriendo a dispositivos aerodinámicos muy "vistosos", a muchos aficionados llaman la atención, denominados "kiel arrays" o parrillas kiel. Pero antes, mejor comenzar por lo más básico.

Para empezar, hablaré aquí del tubo de Pitot, o simplemente pitot. Invento presentado en el año 1732 por el ingeniero francés Henri Pitot, y que luego ha ido evolucionando mediante implementaciones realizadas en años posteriores... y siglos.
Bien pero, ¿qué es un tubo de Pitot, o pitot? Es un dispositivo usado en mecánica de fluidos, cuya finalidad es medir la velocidad del fluido (líquido o gas) para obtener la presión total del mismo. Aquí te pongo un esquema del dispositivo:

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Para no liarte mucho con matemáticas, decirte que en el punto 0 del esquema el fluido tiene una presión y velocidad desconocidas. Pero sabemos que en 1 (embocadura del tubo) se forma la conocida como presión total o presión de estancamiento, consecuencia de que la velocidad en ese punto es 0. Mediante la ecuación de Bernoulli, se puede calcular esa presión, haciendo las simplificaciones pertinenentes:

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Para las zonas 1-2, se calcula mediante esta simplificación:

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Por lo que se determina que la presión total depende directamente de la altura que alcance el fluido en el punto 2. Todo esto sirve para calcular la presión en ese punto concreto, dónde esté situada la pitot. En los F1 suelen ir situadas en la zona donde el cockpit se une al morro del monoplaza (bulkhead).

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En test se colocan en más sitios porque se necesitan obtener más datos en diferentes zonas. Recuerda que la pitot sólo mide en el punto concreto dónde esté situada, un volumen de control muy pequeño.

¿Qué ocurre si un equipo necesita medir esa presión en muchos puntos? Bueno, pues aquí es donde entran en funcionamiento las parrillas kiel (kiel arrays). Esto no son más que emparrillados de pletina de aluminio (habitualmente) que ocupan un área determinada (suele ser para cubrir un volumen significativo de aire) y a los que se les colocan tubos de Pitot con ordenamiento matricial, para que estén bien organizados. Estos tubos de Pitot se "enfundan" para que no haya problemas con las mediciones, en el sentido de que las pitot son sensibles al ángulo de inclinación y también podrían obtruirse en algunas zonas bajas del vehículo.

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Las pitot se conectan mediante cables eléctricos a la centralita, para tomar lectura de las presiones. Estos cables tienen que ser lo más finos posible, para interferir lo menos posible en la lectura. Adicionalmente, hay que tener en cuenta el retardo en la toma de datos, por lo que hay que hacer una pequeña correlación matemática de la información obtenida.
Aparte, las lecturas obtenidas sólo sirven para el área ocupada, si se colocan otros sensores más atrás de la parrilla, las lecturas serán erróneas porque el aire viene muy perturbado.

La finalidad de una parrilla kiel es obtener un campo de presiones en un área concreta del vehículo, y después de corregidos los datos, compararlos con los del túnel de viento y los CFD.

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Por último, otro ejemplo de un pequeño "kiel array", aquí situado por debajo del alerón delantero para medir que la presión es más baja que por la parte superior del mismo.

En fin, hasta la próxima y espero no tardar tanto. Gracias por tomarte la molestia de leerlo, y no dudes en preguntar cualquier duda que surja.

Publicado por: tenista el Apr 2 2021, 12:47 PM

ohmy.gif ¡Tremendo! Te juro que como no había mirado ni la procedencia del nombre, no me imaginaba que hacía tantos años del invento. Creía que era mucho más actual.

Me sorprende muchísimo la parrilla debajo del alerón delantero y que además sea más baja, creo que quedo explicado cuando hablaste del tema de los aviones, pq si fuera al revés saldría volando el monoplaza ¿verdad?.

Mil gracias ¡Profe!

Publicado por: Jero el Apr 2 2021, 02:38 PM

CITA(tenista @ Apr 2 2021, 01:47 PM) *
ohmy.gif ¡Tremendo! Te juro que como no había mirado ni la procedencia del nombre, no me imaginaba que hacía tantos años del invento. Creía que era mucho más actual.

Me sorprende muchísimo la parrilla debajo del alerón delantero y que además sea más baja, creo que quedo explicado cuando hablaste del tema de los aviones, pq si fuera al revés saldría volando el monoplaza ¿verdad?.

Mil gracias ¡Profe!



Gracias a ti wink.gif

Publicado por: Jero el Apr 22 2021, 10:54 AM

Buenos días y buen jueves

Hoy el post va a tratar de como se genera la succión en la parte inferior de un monoplaza, en su suelo. Porque si, es muy importante que se genere dónde debe y de la manera correcta, para el perfecto equilibrio del vehículo.

Para estas explicaciones me voy a apoyar en unos gráficos cortesía del profesor Timoteo Briet Blanes. Puedes seguirle en Twitter, en su cuenta @TimoteoBriet . Tiene material que siempre es interesante.

Al lio, empiezo por un primer gráfico en el que se ve la presión estática debajo del monoplaza. Quiero que observes que la gráfica y el modelo están en la misma escala, así que te harás una idea de como es esa presión inferior en el monoplaza.

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La línea roja representa un suelo que no está bien sellado. Ya te expliqué en su día como funcionan los vórtices y que una de sus funciones es sellar ese suelo del monoplaza, precisamente.
La línea azul representa un suelo bien sellado, y como ves su presión estática es inferior en casí toda su longitud. Sin embargo, coincide en la zona frontal y en la zona dónde comienza el difusor. ¿Por qué? Porque esas zonas son de cambio de sección de entrada, es decir que son zonas dónde la sección de paso del aire cambia.
En la zona frontal, el aire es estrangulado (efecto venturi). En la zona dónde comienza el difusor, el cambio es a mayor sección. Ese punto de inflexión se denomina "crack pressure" y es el verdadero responsable de la succión en el fondo plano. El difusor luego aumenta paulatinamente su sección, por lo que el aire aumenta también su presión y disminuye su velocidad.
Esto se ve mejor con un CFD.

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En este gráfico observas un monoplaza desde abajo. Y la zona delantera a la derecha de la imagen, por lo que el difusor está situado en la izquierda. Fíjate que te señalo cinco zonas, que son (de derecha a izquierda) la "bandeja del te" o quilla, el comienzo del fondo plano (zona de bargeboards), y el comienzo del difusor o "crack pressure".
En estas zonas el aire ve aumentada su velocidad (color azul) y disminuida su presión, por lo que se consigue un efecto de succión que aumenta la carga aerodinámica útil que ejerce el contorno del monoplaza sobre las ruedas.

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Los colores marcan la velocidad del fluido (aire). Las zonas que te señalo son el "crack pressure" y es por esto que están en azul. Como ves, la velocidad va disminuyendo y la presión va aumentando conforme el aire sale del difusor. Esto también es responsable de esta otra imagen.

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Observas que el agua sale despedida por el centro del monoplaza y hacía arriba y afuera. Esto es debido precisamente al trabajo del difusor, que no es otro que elevar la presión para que el fondo haga su trabajo de succión.

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En este CFD, correspondiente a un Formula E, se aprecian las líneas de corriente y como el difusor trabaja para que se genere succión en la zona delantera del fondo plano. Están señaladas en rojo las zonas de succión, siendo la principal la delantera.

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Por último, una imagen excelente en la que se ven las zonas dónde el aire acelera (disminuye su presión), para que la aerodinámica del vehículo permita mantenerlo "pegado al asfalto". Ves como las líneas de corriente se desplazan, y como se concentran en la zona de salida del difusor. Esto es debido a ese aumento de la presión, que hace que se eleve el aire por detrás del monoplaza.

En fin, una curiosidad que quería mostrar y espero que te haya gustado... y te haya enseñado también. Hasta el próximo post, y si te gustan estos temas no olvides seguir a Timoteo Briet en Twitter.

Publicado por: tenista el Apr 22 2021, 01:49 PM

Muchas Gracias Profe.

Pregunta, para no variar wink.gif

Los canales a la salida del fondo plano que hacen que el flujo vaya hacia el centro, si no estuvieran ¿afectarían a los neumáticos?.

Publicado por: Jero el Apr 22 2021, 02:48 PM

CITA(tenista @ Apr 22 2021, 02:49 PM) *
Muchas Gracias Profe.

Pregunta, para no variar wink.gif

Los canales a la salida del fondo plano que hacen que el flujo vaya hacia el centro, si no estuvieran ¿afectarían a los neumáticos?.



Los "strakes" (pletinas verticales) se colocan para que el flujo aerodinámico sea más uniforme. Sin esos canales, el difusor perdería eficacia y si que afectaría a los neumáticos, principalmente porque se generaría menos carga aerodinámica. Aparte que los flujos aero provenientes de las ruedas podrían distorsionar el flujo aero que viaja por el difusor.


Publicado por: tenista el Apr 24 2021, 05:40 PM

CITA(Jero @ Apr 22 2021, 03:48 PM) *
Los "strakes" (pletinas verticales) se colocan para que el flujo aerodinámico sea más uniforme. Sin esos canales, el difusor perdería eficacia y si que afectaría a los neumáticos, principalmente porque se generaría menos carga aerodinámica. Aparte que los flujos aero provenientes de las ruedas podrían distorsionar el flujo aero que viaja por el difusor.


Muchas gracias, no había pensado que sin ellos podrían ser de ruedas a difusor...

Publicado por: Jero el Apr 30 2021, 07:33 PM

Muy buenas

Me complace anunciar que inicio andadura en YouTube. Este es el enlace al primer vídeo, que espero te guste,

https://youtu.be/Q2Z9dzd0afE

Hasta el próximo post.

Publicado por: tenista el Apr 30 2021, 08:06 PM

CITA(Jero @ Apr 30 2021, 08:33 PM) *
Muy buenas

Me complace anunciar que inicio andadura en YouTube. Este es el enlace al primer vídeo, que espero te guste,

https://youtu.be/Q2Z9dzd0afE

Hasta el próximo post.


Suscrito, lo veré próximamente rolleyes.gif

Publicado por: Jero el May 1 2021, 11:11 AM

CITA(tenista @ Apr 30 2021, 09:06 PM) *
Suscrito, lo veré próximamente rolleyes.gif


Gracias tenista wink.gif

Publicado por: tenista el May 1 2021, 04:27 PM

CITA(Jero @ May 1 2021, 12:11 PM) *
Gracias tenista wink.gif


Pues que conste que me ha gustado wink.gif

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