¿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]

Seguimos con la resistencia y la sustentación. Lo último que habíamos intentado "descubrir" intuitivamente es cómo determinar un mayor o menor coeficiente de sustentación observando la estructura o forma en general de 2 tipos de coches.
No obstante, no habíamos hablado de un valor estimable que resulta fundamental: el ÁREA que presente ese cuerpo en movimiento cortando un flujo de aire.

¿Recordamos un momento la fórmula de presión?
presión = fuerza/área
En tanto que valor de cálculo, el área está implicada también en las 2 ecuaciones de los vectores (resistencia y sustentación) que producen fuerza aerodinámica.

Así pues, El tamaño es tan importante o significativo como la forma del objeto en cuestión (que es lo que se vio al final del punto anterior) a la hora de resolver la magnitud de lar cargas aerodinámicas generadas en un móvil. Newton ya lo tuvo en cuenta en el S.XVIII al analizar las propiedades de los fluidos (agua/aire) y cómo inciden los efectos de la velocidad y viscosidad de los mismos sobre un objeto dependiendo del tamaño y forma que lo caracterice.
Lo que se concluye es lo siguiente: con el mismo coeficiente de sustentación y a la misma velocidad, si un coche presenta un área frontal más grande que otro, el grado de resistencia al avance será también mayor lógicamente.

Pero... no siempre es así. ¿Os acordáis de que habíamos visto que el caso de un McLaren Sport parecía, por su forma, ofrecer menos resistencia que el monoplaza F1? Pues no nos equivocábamos en nuestra observación, a pesar de que el área frontal del coche sport es algo más grande que la del F1.
¿Y cómo es eso? En realidad no hay contradicción. Despejaremos esta duda mediante un ejemplo de cálculos de dimensiones de ambos vehículos, así como la razón que permite entender que el coche de sport pueda seguir pensándose como un vehículo menos resistente a un flujo o corriente de aire por el que penetra en su avance.
Tomo las palabras textuales del ejemplo para poder dar estos datos precisos:

"Vamos a ver un ejemplo basado en un coche real, utilizando muchas fuentes para conseguir los datos. Un F1 típico puede tener un área frontal de apenas 1´5 metros cuadrados (el resultado de esta medida aparece según los cálculos de varios valores representados en una figura que no os puedo copiar, pero lo importante es el valor final) y un coeficiente de resistencia de alrededor de 0´75 de acuerdo con varias referencias. Tomando la densidad del aire (y considerándola de ahora en adelante, y con el fin de eviatr unidades consfusas, 1´22 kg por metro cúbico, a 320 km/h u 84 m/seg.) la resistencia resulta 560 kg. A la misma velocidad, un McLaren F1 GTR de sport, con un área frontal estimada de 1´81 metros cuadrados, calculados con el ancho por la altura, generaba, a 320 km/h, unos 455 kg de resistencia. Así, el coche con el área frontal más grande produce bastante menos resistencia, lo que implica que su coeficiente de resistencia es inferior. Haga los cálculos al revés, y este coeficiente de penetración dará alrededor de 0´5. por lo que nuestra apreciación subjetiva del coche de G. Murray era correcta: el coche de sport es menos "resistente" que el F1. Y es lógico esperar que la versión de calle del mismo coche tenga un coeficiente de resistencia áún más bajo ya que no cuenta con los apéndices utilizados para generar carga aerodinámica y que inducen resistencia al avance .
Es interesante hacer la misma comparación con la carga aerodinámica generada por las 2 clases de coches y calcular los valores generales del coeficiente de sustentación. Se puede decir que un F1 de 1996 producía una cifra de alrededor de 1820 kg de carga aerodinámica a unos 320 Km/h en los rápidos circuitos de Monza y Hockenheim, donde se utilizan unas configuraciones que generan poca carga y donde esta velocidad suele superarse con normalidad. Si tomamos los aproximadamente 1820 kg y los reducimos hasta una cifra más conservadora, 1725 kg, estaremos, a la hora de hacer los cálculos, más cerca de la verdad. El McLaren F1 GTR generaba entre 273 y 682 kg de carga, dependiendo de su configuración. Para la comparación utilizaremos la cifra más baja, ya que es la configuración análoga a la del F1. Por tanto, el coche de sport produce alrededor de un 15% menos de carga aerodinámica qque un F1 a la misma velocidad. Haciendo de nuevo los cálculos a la inversa, vemos que los valores generales del coeficiente de sustentación son de 2´32 para el F1 y de 0´30 para el coche de sport. Ésta es una diferencia significativa y refleja, entre otros factores, los esfuerzos de los legisladores técnicos a la hora de intentar reducir la importancia de la aerodinámica y la de los aerodinamistas de la F1 para sobreponerse al reglamento".

Por lo que se demuestra en este ejemplo analizado, se puede deducir que un monoplaza de F1 es 5 veces más eficaz aerodinámicamente que el coche de sport. En cifras concretas, el autor señala que la relación estaría en: 3´1:1 del F1 / 0´6:1 del sport.

La eficacia aerodinámica que presente un ala o, en su caso, un "cuerpo u objeto aerodinámico" suele ser medida con frecuencia a partir de la relación entre la resistencia al avance y la sustentación capaz de generar.
Ahora bien, no deberíamos soslayar que la comparación entre dos coches construidos para objetivos distintos y que compiten en categorías diferentes, marcadas por restricciones normativas para cada caso, no es el punto de vista más interesante. Lo significativo de esa relación entre sustentación y resistencia al avance estaría en un análisis que permitiera ver un mismo tipo de coche, pero desarrollado según distintos fabricantes; lo mismo podría decirse en cuanto a la evolución de un coche según el paso del tiempo para adaptarlo a las necesidades requeridas por el momento.

El objetivo de pretender limitar progresivamente las prestaciones aerodinámicas ( a fin de reducir velocidad) de los monoplazas ha afectado a los parámetros de eficacia de una menos resistencia. A pesar de ello, más allá del freno puesto, lo que demuestran los coches es que se siguen batiendo récords. La razón es siempre la misma: el progreso técnico que se da en todos los aspectos de la construcción del monoplaza. La resistencia de los alerones para justarlos a la normativa ha aumentado, pero la potencia de los motores F1 sigue permitiendo cotas de velocidad de vértigo. El motor es otra pieza clave en el asunto.

En adelante podríamos ver 4 pinceladas referidas a las implicaciones: potencia/resistencia y carga aerodinámica/agarre.

Pero me gustaría dejar aquí también el enlace de ese magnífico topic: "Pico de pato versus morro de tiburón", porque en él se tratan de maravilla algunas de las
De todos modos yo me he tomado la libertad de copiar en este punto 2 párrafos que corresponden a las intervenciones de NRG y de URI por tratar ciertos puntos que hemos estado viendo y la forma en que las aplican en concreto a algunos elementos que van surgiendo a raíz de su discusión. Por supuesto que hay mucho más dentro del topic; es para no cargar tanto en este momento.

http://www.pedrodelarosa.com/pedrodelarosa...amp;S=Verdadero

NRG (08.11.200)

Hola XPG !!
A ver te cuento lo que yo se:

1) ahora llevan el morro levantao para que pase la mayor cantidad de aire por debajo del coche ¿para que? pues como dices el fondo plano produce una "downforce" que no es nada despreciable. La ventaja de conseguir carga aerodinámica con los bajos del coche es que no incrementa la resistencia al avance como lo hacen los alerones. El truco está en colocar el coche lo más bajo posible y siempre un pelín más alto de atrás que de alante. Evidentemente cuanto más aire pase por debajo, más efecto: por eso levantan el morro.

2)Problemas:
- perjudica (como tu dices) la aerodinámica: la resistencia al avance aumenta al levantarse el morro y desviar mucho aire por debajo. ¿adivinas ahora porque el Arrows es tan rápido en recta y tiene tantos problemas en las curvas rápidas? Efectivamente, parte de la culpa es del diseño de su morro: muy bajo. Mejor aerodinámica (+velocidad) pero menos apoyo debido al fondo plano.

3) El principio físico en el que se basa esa sustentación negativa no es ni sencilla ni intuitiva (no es un Venturi como algunos dicen). Yo me he hecho una simulación, si quieres te la mando.
Para que veas lo importante que es la carga que aporta el fondo plano, me salen entorno a 500kg a 200km/h (de un total de 1000kg que debe llevar: incluidos alerones).

Un saludo
Espero haber sido útil.



URI (08.11.200)

La ventaja principal de tener el morro elevado es que permite el paso de aire hacia el fondo del coche.
El hecho que la impresión visual sea que haga que el coche se eleve, es totalmente equívoca. Es cierto que se podría pensar que los alerones crean carga aerodinámica debido a que al estar inclinados, la fuerza del aire al chocar contra el alerón cree un fuerza hacia el suelo (creo que fue Newton el primero que introdujo esta idea). Pero esto no es así, supongo que muchos ya sabreis como funciona un alerón.
Es más, al tener el morro elevado, se puede conseguir algo de carga aerodinámica. Allá donde empieza el fondo plano (normalmente donde están situados los pies del piloto), el aire se encuentra con un obstáculo y se ve frenado, por lo que crea una zona de estancamiento aumentando la presión en esa zona. Si os fijais un poco, en esa zona sobresale una placa, donde empieza el fondo plano que gracias a esta sobrepresión que existe en esa zona, y a que el aire se ve acelerado por debajo (y por tanto reducir su presión) crea un poco de carga aerodinámica.

En cuanto al fondo plano, más que el fondo plano, lo que crea carga aerodinámica es el difusor trasero (supongo que todos mas o menos habeis visto uno).

Si consideras un paquete de aire que se "mueve" por debajo del coche, cuando llega al difusor se encuentra con un aumento de volumen. Como ese volumen se tiene que llenar de aire, y el aire no se crea de la nada, este paquete se verá acelerado antes de entrar en el difusor para así poder llenar todo el volumen. Al verse acelerado, bajará la presión, por lo que ya tenemos carga aerodinámica. El difusor, se encargará luego de devolver el aire a la velocidad "ambiente".

El efecto suelo, no deja de ser este mismo concepto, el hacer pasar aire entre una parte del coche y el suelo para acelerarlo y que su presión disminuya. Aunque esto no es tan sencillo. El aire tiene una cierta velocidad respecto al coche. Para conseguir carga aerodinámica tenemos que acelerarlo para que disminuya su presión, y luego frenarlo para devolverlo a la presión ambiente.

En los años 80, con los Wing cars, este concepto se llevó al extremo. Estos coches estaban diseñados de manera que los pontones laterales tenian forma de ala invertida de manera que se creaba una cantidad de carga aerodinámica bestial. Esto se conseguía gracias a las faldillas laterales, que sellaban el fondo del coche e impedían que pudiese entrar aire a la zona de debajo del coche.

Creo q esto es todo, aunque seguro que hay mucho más.

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Muy buenas noches a todos