Las Notas de Jero, Un lujo a nuestro alcance... Opciones

[tenista]

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://twitter.com/jeroitim/status/1342857480716611590

[Jero]

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).



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.



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.




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.



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



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.



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.