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 jueves.

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



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.



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.



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).



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



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.



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).



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.



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:



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.