¿FLIPAMOS CON EL AIRE? Opciones

[Relente de Luna]

Me parece muy interesante el tema y me encanta la forma en la que está contado. Espero este topic tenga continuaciones.

S2

[Raquel]

El principio básico de todas las presiones que actúan sobre un cuerpo

De todo lo dicho hasta ahora queda claro, pues, que un ala invertida produce apoyo o carga aerodinámica: al acelerarse el aire en su parte inferior se genera una succión hacia abajo.
Es fácil suponer que los aerodinamistas desarrollan complejísimos cálculos para describir con la mayor exactitud posible esta sustentación. Las leyes aerodinámicas no se pueden gobernar al azar: obedecen a una necesidad natural y ellos tratan de encontrarla ajustándose a los criterios más rigurosos de que puedan disponer. Así, por ejemplo, cuando explican la forma en que se crea la sustentación negativa, recurren a un modelo matemático que yo sólo voy a citar "de pasada" para que sepamos que existe y ahí está. Establecen una figura que describe un recorrido circular del aire en torno al ala. En esta representación las líneas aerodinámicas actúan como si hubiera un cilindro de aire, rotando y moviéndose, que está alineado al eje del ala. Se entiende como un vórtice o movimiento rotatorio en una parcela de aire en virtud de cuya fuerza se calculan las fuerzas de sustentación.
Aquí lo dejamos aparacado para quienes deban realmente enfrentarse a ello. Es un modelo abstracto y matemático que bien poco nos solucionaría a nosotros, dado que no corresponde exactamente a una representación física o real que describa el cómo -que es lo que a nostros más bien nos interesa- sino el cálculo puro para operar con él.

Sigamos en lo nuestro. ¿Qué fuerzas están implicadas en las presiones sobre un cuerpo? ¿Cuáles son los componentes de la fuerza aerodinámica?
Son dos: resistencia y sustentación .
La resistencia aerodinámica es el componente de esta fuerza aerodinámica que es paralelo, pero opuesto, al movimiento de un cuerpo que corta o pasa por el aire. Así, un coche puede verse afectado por 3 tipos de resistencia:

-Resistencia de forma : se produce por lo general cuando hay presiones más altas en la parte delantera que en la trasera. Por lo tanto, ésta se da por la distribución de presión en general. Se le llama también "resistencia de presión". En el caso de un coche, este componente de resistencia, por su propia forma, adquiere un valor muy significativo. Si tomáramos el ejemplo de un cuerpo en forma de "gota" veríamos que la resistencia aquí es más baja.

- Resistencia inducida : se trata de la porción o parte de resistencia que viene determinada por la propia creación de sustentación.

-Resistencia al rozamiento : la que deriva del rozamiento entre el aire y la superficie del cuerpo (coche, en nuestro caso).

La sustentación, como hemos visto, es el componente de la fuerza aerodinámica que es perpendicular a la dirección en que se mueve un cuerpo.

Puesto que la resistencia y la sustentación son los dos componentes de la fuerza aerodinámica, podemos afirmar que esta fuerza es resultante de la combinación de estos dos vectores; y éste es el principio explicativo de las presiones que actúan sobre un cuerpo.

¿Cómo calcular esas diferencias de presión? Matemáticamente corresponden al coeficiente de presión multiplicado por la presión dinámica.

Vamos más despacio . Para convertir una presión en fuerza hay que multiplicarla por el área sobre la cual está actuando. Es decir: presión = fuerza/área . Así se llega a la ecuación de presión. Y de esta ecuación se deducen, a su vez, 2 ecuaciones para establecer la sustentación y la resistencia. Me salto las expresiones matemáticas de estos coeficientes calculados y vamos a intentar entenderlo de un modo más descriptivo y mediante ejemplos.

¿Cómo podríamos saber de un modo aproximativo sobre estos coeficientes que son capaces de producir un cuerpo en su avance? De una forma intuitiva sí podemos hacernos una idea sin llegar a entrar en cálculos complejos.
Para el caso del coeficiente de resistencia bastaría con fijarnos en la forma que presenta dicho cuerpo u objeto. Por ejemplo: una placa que posea una forma plana, colocada perpendicularmente a la corriente o flujo de aire, creará más resistencia que otro objeto con la misma anchura, pero que presente la una forma de "lágrima". Es evidente que a ojo de buen cubero, simplemente observando la forma dada, es imposible determinar el valor preciso del coeficiente de esta resistencia. Sería absurdo pretender una mirada tan penetrante del objeto y una capacidad intuitiva "casi omnipotente" que nos permitiera asegurar que la placa presenta un coeficiente de penetración de un aproximado 1.5 y, que para el caso del cuerpo con forma de lágrima -si su longitud es mayor unas 4 ó 5 veces que el ancho-, el coeficiente vendría a ser de 0´12. Lo que debe ayudarnos es la noción intuitiva resultante y saber que la forma del objeto determina el valor de este coeficiente de resistencia. Así que olvidándonos un poco de numeritos y cálculos ; con tal de poder decir: "tiene un alto o bajo coeficiente", deberíamos quedarnos ya bastante satisfechos.

Vamos a darle un poco de vidilla a este asunto con lo que nos gusta. Utilicemos los coches como ejemplo. Comparemos 2 coches:
-¿Qué tal un Mclaren F1 GTR, por ejemplo? Por mí perfecto , pero os prometo que el caso no lo he decido yo, que viene así en la explicación como modelo de un coche sport.
- Pues también un monoplaza McLaren de F1 (idem a lo que he dicho en el punto anterior).

Simplemente al observarlos (casi, casi yo diría "contemplarlos"), es fácil darse cuenta de que el coche de sport tiene estructura y apariencia de ser mucho menos resistente al aire que un monoplaza de F1. La forma en general de los 2 vehículos nos permite verlo pronto. Al fin y al cabo, sabemos que un monoplaza F1no presenta precisamente una forma que "correcta" aerodinámicamente hablando, ya que la normativa FIA estipula que los coches no puedan llevan carrocería ni cubrir sus ruedas. Pero ahí están los señores aerodinamistas (ingenieros y diseñadores) para solventar ese problema y conseguir la máxima eficacia desafiando a lo que sería lo correcto por sentido común. Se las ingenian para lograr lo más duro.

Si debiéramos ahora determinar el valor del otro componente, los coeficientes de sustentación, pues nos encontraríamos con que es más difícil llegar a una valoración subjetiva de los mismos. Pero, de nuevo, el autor nos saca de apuros y nos da unos cuantos ejemplillos para "adivinarlos" -según dice él mismo-. Mantenemos aún en mente el modelo de los 2 coches citados anteriormente. Vamos allá, que no es tan difícil: el F1 se supone que tiene un coeficiente de sustentación negativa más alto que el otro. ¿Por qué? Fácil respuesta: lo logra gracias a sus grandes apéndices aerodinámicos (alerones). Un coche de sport "de calle" no lleva alerones y, aunque de hecho su fondo plano es perfilado, su forma no asegura mucha carga aerodinámica.
Bien, alguien podría ahora objetarme: "vale, pero hay coches de sport en versión de carreras -no uso de conductores "pilotillos" que no son - que llevan alerón trasero y también divisores de flujo frontales". Pues ni aun así, evidentemente. En cuanto a capacidad para producir carga aerodinámica, o valorar su coeficiente de sustentación, el F1 le da más de mil vueltas.

Uf!, esta vez se ha hecho más durillo el asunto, ¿verdad que sí?
Más vale descansar un poco, sin forzar a todo gas y de golpe, si queremos que el motor aguante .