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 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.



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.



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".



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.



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.



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.



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.



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.



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.