¿FLIPAMOS CON EL AIRE? Opciones

[Raquel]

No sé en dónde podría derivar todo esto. Sólo sé un punto por el que se puede empezar y que a mí me ha ayudado a reconocer -junto a otros documentos, artículos, consejos, explicaciones...- que, cada vez que pretendo plantar cara un poquito a todo esto, me guste más .

La aerodinámica plantea un reto invitable (e inesquivable) en la proyección de un monoplaza F1. Si además de las carreras te gusta, como es mi caso, todo lo que envuelve de una forma interdisciplinaria a la construcción del coche más veloz sobre la tierra... ¿cómo obviarla?

Que el punto de partida sea un libro que, en concreto, me cuesta mucho: "Aerodinámica del automóvil de competición", de Simon McBeath.

A donde nos lleve no soy capaz de precisarlo justo al empezar. Ya veremos...

Pero me vais a permitir que, en adelante, no resuma textos -lo cual me resulta francamente aburrido-, sino que os los pase tal y como intento comprenderlos yo. Obviamente, habrá muchos puntos o párrafos entrecomillados donde quizás sea lo mejor la cita textual del autor.


INTROCUCCIÓN: Un reto muy difícil

Prólogos a el libro de Simon McBeath, "Aerodinámica del automóvil de competición".

Palabras extractadas de Enrique H. Scalabroni. Ex ingeniero de Williams, Ferrari, Lotus y Peugot.

¿Cuánta bibliografía podríamos encontrar sobre diseño de coches de competición? ¿Cuánto sobre la preparación de los motores, el estudio de las suspensiones, composites y materiales empleados, la dinámica de estas máquinas que deben volar sin despegarse del asfalto, la estructura de este ensamblaje de piezas, el chasis, amortiguadores y un sinfín de sistemas, mecanismos y piezas?

Y, sin embargo, muy poco tenemos al alcance de las manos cuando nos enfrentamos a la aerodinámica de estos coches de competición. Curioso, sí, pues lo 1º que uno se pregunta es por qué se da esta carencia de documentación en un terreno que representa un 40% aproximado en el éxito de este tipo de coches, teniendo en cuenta, además, que este porcentaje sólo sería equiparable a las necesidades de un motor (el resto representa un 20%). La razón parece estar en el propio secretismo del trabajo de los aerodinamistas y diseñadores; en un intento de salvaguardar los intríngulis de su trabajo ante el competidor o rival.

Prólogo de Gordon Murray, director técnico de Mclaren Cars Motorsports :

"La aerodinámica de los automóviles de competición es, sin duda, una de esas extrañas maravillas que se pueden encontrar en las librerías."

Pero G. Murray empieza su prólogo señalando: "Durante la corta historia de las carreras de coches, se han escrito pocos libros dedicados al diseño, desarrollo y areodinámica de los bólidos de competición que hayan tenido una lectura accesible. Recuerdo haber estudiado de punta a punta el libro Racing and Sports Car Chasis Desing , de Phipps y Costin cuando diseñaba mi 1er coche de carreras a los 18 años y, como era el año 1965, no había ninguna sección dedicada a la aerodinámica. El libro tuvo un valor incalculable para mí en aquella época, ya que representaba el único trabajo práctico que trataba sobre el diseño de un coche de carreras."

¿Qué tal si nos atrevemos con los 1º principios del tema?
Simon McBeath nos dice: "Que la fuerza te acompañe" . Pues en este caso intentaremos analizar cómo es posible que una fuerza tan sutil a nuestra percepción más inmediata -salvo excepciones-, como es el AIRE, sea capaz de crear potencia suficiente como para...

Levantar un pesadísimo y cargado artilugio volador: un avión

¿Quién no ha sido niño y no se lo ha preguntado alguna vez? Cuando vemos a un avión recorrer aceleradamente una pista, la primera sensación intuitiva vendría a ser: ¿cómo pude despegarse "semejante bicho-pesado"? Y, más allá de nuestro asombro al comprobarlo, reseguimos con la mirada mientras nos deja cómo se mantiene al vuelo, para volvernos a preguntar: ¿qué hace que esté en el aire?

Y, quién lo diría a simple vista... son sus alas estilizadas las que, cortando el aire, crean las fuerzas necesarias como para que el propulsor de tal imponente máquina sea eficaz en el vuelo.

Tan increíble o más que la ingenuidad producida ante esa percepción de un avión en vuelo, lo son las causas que permiten entender que un F1 posea la suficiente capacidad de generar sustentación negativa -o carga aerodinámica- y no volar. El ejemplo que se nos pone más bien parece de ciencia ficción: un monoplaza de F1 podría mantenerse, cabeza abajo, sobre un techo de un espacio grande, desafiando a la propia gravedad sin llegar a caerse. Es evidente que para poder observarlo en las alturas se haría necesaria la dimensión o amplitud de un lugar que le permitiera alcanzar la suficiente velocidad.

Hay experiencias muy simples por las que todos podemos pasar y son capaces de mostrarnos cuán caprichosas son las formas con las que le gusta al aire jugar. Sacamos un brazo por la ventanilla de un coche en marcha. Inmediatamente sentimos la presión que su fuerza ejerce sobre esa extremidad. Abriendo la palma de la mano con una inclinación hacia arriba o hacia abajo, percibimos que la fuerza del aire nos empuja en esa dirección y, a su vez, se nos lleva el brazo hacia atrás.
Lo malo del problema empieza cuando ahondamos en el intento de comprender otros efectos más sutiles que escapan a una "percepción de andar por casa", por decirlo de alguna manera. Y los efectos pueden ser muy significativos. Vayamos a un experimento un pelín más complejo:
"Un profesor de Física me enseñó el siguiente experimento que ilustra de una manera gráfica cómo se crea la sustentación gracias al aire que circula por una superficie . Tome una hoja de papel corriente del tamaño DIN-A4 (297mm x 210mm) por las esquinas de uno de los lados cortos, con los dedos índice y pulgar de cada mano. (Ojo con los datos, eh! , que para eso se especifican con todo detalle). Ahora sujete la hoja de papel a la altura de su boca, tocando su labio inferior, de tal modo que el borde cerca de su boca quede horizontal y la flexibilidad del papel le permita colgar hacia abajo. Ahora sople de forma horizontal a lo largo de la superficie de la hoja. ¿Ve lo que ocurre? La hoja de papel se dobla hacia arriba en dirección al flujo de aire que sale de su boca. Se puede ver claramente que hay una fuerza actuando sobre el papel que hace que suba contrarrestando la fuerza de gravedad. Es el flujo de aire el que causa esta fuerza de sustentación, sin embargo, la fuerza está actuando de manera perpendicular a la dirección del flujo de aire. ësta es la fuerza que mantiene a los aviones en el aire. También es la fuerza que empuja a los coches de carreras contra el suelo".

Pues nada, ya sabéis, ¡a probar ! De momento... ¿qué tal si lo dejo con el experimento???

[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]

Muchas gracias! En ello estaba ahora, sacando intentando describir la causa de por qué la hoja sobre la que soplamos desafía a la ley de la gravedad elevándose hacia arriba. Pero... resulta que los comportamnientos de la luz son más caprichosos aún que los del aire: cuando ya lo tenía casi hecho este trozo va y salta la luz!!!! Con el apagón se perdió la explicación. Qué le vamos a hacer... Pues yo, de entrada, he dado unas cuantas patadas al vuelo para soltar la rabia Confío en poder seguir mañana.
Muy buenas noches a todos Gajes del oficio...

[Sergio]

Bueno, yo espero la continuación . Muchas gracias Raquel por el trabajo y además que es muy interesante, complicado pero interesante .

"Lo demás es historia contemporánea".

[Raquel]

Pues muchas gracias Prometo que la continuación "está en marcha", casi casi ya iba a colgarla, y que sólo otro accidente contra mi voluntad, como ayer por la noche, podría hacer que eso no sucediera. Esperemos que no o... ¡me daría un ataque!

[Raquel]

Bien, sigo por donde lo había dejado y vamos a ver ahora las razones que dan cuenta de ese experimento tan sencillo para comprender que el soplo ( o flujo) que aplicamos sobre la hoja de papel está creando una fuerza de sustentación. Y que esta fuerza, además, actúa de forma perpendicular a la dirección del flujo.

La fuerza de sustentación es la misma causa que nos permite interpretar qué mantiene a un objeto suspendido en el aire y atro adherido o pegado al suelo. La cuestión está en saber aprovechar esos planos o superficies aerodinámicas ("aerofoil") para sacar provecho de las virtudes del aire.
Se me ocurre otro ejemplo que me pusieron una vez: el caso de una cometa o un ala parapente. Quienes hayan tenido oportunidad de probarlas habrán comprobado, sin duda, la enorme fuerza que se genera por su forma inclinada hacia abajo y cómo son capaces de elevar un cuerpo según la magnitud o dimensión que tengan. Me decían que, en ocasiones, si la cometa es muy grande, quien la está manejando debe atarse a algún sitio para no volar con ella .

Creo que conocemos todos el principio que nos permite describir el comportamiento de un fluido como el aire, al igual que hemos oído muchas veces hablar del físico que lo teorizó: Bernoulli, en el S. XVIII, al estudiar la dinámica de los fluidos. Si bien, es cierto que los intentos de explicación de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo en movimiento se remontan hasta Aristóteles. Pero aquí no vamos a hacer historia ahora, y ni siquiera detenernos más de lo necesario para aclarar estas leyes.

¿De dónde proviene el pretendido apoyo aerodinámico por el que tanto se trabaja sobre un coche?
Este apoyo es una fuerza resultante debida a la diferente presión que se da entre las superficies inferior y superior de un cuerpo con forma de ala que corta con su movimiento un flujo o corriente de aire.

Bernoulli (1738) hizo posible que entendiéramos la ecuación que establece la correlación entre la velocidad y la presión que ejerce un fluido en movimiento . Si bien fue Leonhard Euler quien, pocos años después (1755), dio expresión matemática a dicha ecuación.
La fórmula diría lo siguiente: "donde el flujo alcanza su mayor velocidad, la presión alcanza su mínimo". Es decir, que cuando un fluido (nos centramos en el aire aquí) circula sobre el perfil de una forma dada (un ala), la presión y velocidad de dicho fluido se convierten en formas de energía intercambiables. Significa lo siguiente: un aumento de velocidad en el flujo conlleva una disminución o reducción de la presión del aire y viceversa.
¿Lo aclaramos un poquito más? Viéndolo en un gráfico es mucho más simple, pero supongo que todos estamos hartos de ver el archiconocido esquema de una forma de ala y la representación del flujo indicando con líneas paralelas el paso del aire por encima/debajo de ella y, marcando la dirección con vectores o flechas, el dibujo que representa la resistencia al avance, la fuerza aerodinámica total y la sustentación negativa o carga aerodinámica.
Teniendo esta imagen en mente, sigamos. Si nos centramos en la sección de un ala de un F1, comprobamos que la superficie inferior del ala -que presenta una forma curva- posee mayor distancia que la correspondiente a su parte superior. Podríamos indicarlo de la siguiente manera de un modo más preciso: desde el borde de ataque (o delantero) del ala al borde de fuga o salida (borde trasero), el ala presenta mayor recorrido por su parte inferior. Lo aerodinamistas llaman "cuerda del ala" a esta longitud que mide la distancia de punta a punta de la misma.
¿Qué consecuencias tiene todo esto al calcular el recorrido de un flujo a través de ella? Pues que las partículas de aire que se desplazan sobre ella prenentan 2 condiciones distintas: las que circulan por la cara inferior deben recorrer una superficie mayor hasta alcanzar el borde de salida o fuga que las partículas de aire que hacen su recorrido por la parte superior. eso hará que las moléculas de aire que fluyen por el inferior se desplacen con más rapidez o velocidad para llegar al mismo tiempo hasta el borde de fuga del ala que las que la circulan por la parte de arriba.

Lo que establece la ecuación de Bernoulli es que a medida que se da un aumento en la velocidad del flujo inferior se propuce, a su vez, el efecto contrario en cuanto a presión: ésta se reduce. De este diferencial de presión surge el pretendido apoyo aerodinámico que hace posible que los neumáticos del vehículo permanezcan adheridos o pegados al suelo, a pesar de enfrentarse en los giros a esas elevadas fuerzas laterales que afectan sobre el monoplaza al tomar una curva.
El coche, en tanto que móvil impulsado por un motor, tiende a seguir una trayecctoria recta de un modo natural. Para hacerlo virar a fin de seguir la trazada de la curva, se necesita aplicar una fuerza perpendicular a esta trayectoria recta. Esta fuerza resulta del hecho de torcer el volante para que los neumáticos delanteros giren; el peso aerodinámico de los alerones permiten el empuje necesario para que las ruedas no se despeguen del asfalto de la pista y el vehículo tuerza a gran velocidad siguiendo la trayectoria curva. Esto, claro, explicado de forma muy somera...
Pero, en realidad, resulta francamente difícil saber aprovechar convenientemente el flujo de aire sobre el monoplaza para conseguir que éste avance pegado al suelo. Sin embargo, es la clave que permitirá al piloto negociar correctamente las curvas a la máxima velocidad, buscando así siempre por dónde pillar "una décima extra". Y si tenemos en cuenta que muchos factores aerodinámicos se repelen, es fácil compdrender cuán complejo puede llegar a ser el dominio de ese flujo.

De seguir adelante con todo esto , deberíamos intentar estudiar (pasando a vuelo rasante para no caer en complicadas ecuaciones y gráficas matemáticas) cuáles son las fuerzas implicadas en la carga aerodinámica y de qué modo se podrían determinar los coeficientes de sustentación.

Acabemos antes con una nueva comparativa para el caso del avión. El avión se mantiene en el aire gracias a su velocidad. Si bajáramos ésta, la sustentación disminuiría y el avión descendería también. La difícil maniobra de aterrizaje permite verlo bien. La velocidad debe descender mucho; las alas en configuración de vuelo a velocidad reducida de aterrizaje no son capaces de mantener al avión en el aire. Pero evidentemente, para evitar que el avión caiga en vertical sobre el suelo (menudo choque tremendo sería, hay que acercarse muy despacio sobre la superficie de la pista para que sus reudas sean capaces de absorber la fuerte energía cinética con que el avión toca suelo. Para ello se cambia el tamaño de las alas cuando se produce la maniobra de aterrizaje: las alas se despliegan -como habremos comprobado todos si nos toca ir sentados en ventanilla junto a ellas- y aparecen los flaps que permien seguir volando a velocidades bajas, de modo que "el gigantón" toma más suave el nuevo terreno.

Hasta aquí por ahora...
Gracias por vuestra atención , cómo no.

[Pep79]

bravo raquel.....

[Relente de Luna]

Me reitero, muy bueno el topic. Me estoy enganchando como si fuese una telenovela

[Raquel]

Muchísimas gracias!!
No sabéis cuánto me alegro, siceramente.
Pues al ataque otra vez Intentaré continuar adelante hoy con esas fuerzas implicadas.

Muy buenos días a todos Fríos y blancos (de nieve) hasta en la costa, pero todos contentos porque cada vez queda menos.

[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 .

[PHILIP]

Raquel, te prometo que me leeré el tópic a conciencia y te responderé cuando pueda. De momento he llegado a lo del avión de papel... ya te diré como va... por cierto... yo son un as haciendo aviones de papel... así que cuidadín!

[Raquel]

Muchísimas gracias "ingeniero Philip" por hacerme tal promesa de leerme (ya tienes moral, chico! ) y advertirme no sé qué de que sabes hacer aviones de papel. A eso sí que no me enfrento (jajajaja) mis capacidades manuales y la paciencia requerida están reñidas con la buena voluntad que sería capaz de ponerle.

Por cierto: yo no he conseguido nunca acabar el experimento de la "hoja voladora" porque me entra ataque de risa (será de vergüenza ajena/propia por el ridículo) y soy incapaz de soplar bien. No me sale la simulación.

[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

[Relente de Luna]

Buenos días.

Raquel, quería hacerte una pequeña corrección, eso sí, no desmerece para nada el topic que me parece realmente maravilloso.

Espero que no lo haya interpretado yo mal y me esté equivocando. Ahí va.

Según has puesto en tu último post, "el coche de sport produce alrededor de un 15% menos de carga aerodinámica qque un F1 a la misma velocidad".
Según tus datos el coche de sport produce el 15% de la carga generada por el F1, no el 15% menos, que es bien distinto. La expresión correcta sería o que produce el 15% de la carga del F1 o que produce el 85% menos de carga.

Nada más, espero lo continues porque es realmente genial, ya me lo he leído en el foro y acabo de imprimirlo para darle otro repaso.

Un saludo y muchas gracias por tus aportaciones.

[Raquel]

Buenos días
Muchísimas gracias por tus amables palabras, Relente de Luna (un nombre precioso, pero qué largo... ) y, sobre todo, porque me plantees una corrección. Me puedo equivocar muy a menudo al intentar comprenderlo e interpretar hasta cierto punto esos contenidos. Pero en este caso en concreto, pues no sé qué decirte, ya que si te fijas toda esa parrafada de la comparativa de cálculos en los 2 coches está copiada textualmente de ese libro (no se podía resumir, no tendría sentido). Por lo tanto, si se trata de un error... quizás pudiera deberse a la traducción que se haya hecho en la edición del libro. Teniendo en cuenta que a mí estas estadísticas y datos de procentaje se me escapan totalmente de las manos, no hubiera sido capaz de cuestionármelo a no ser que alguien, como tú has hecho, "me abriera los ojos" creando la duda. En este punto soy muy ingenua y simple: "si él me lo dice y lo ha medido o calculado, pues yo me lo creo ". Pero ahora, pues no me conformo, claro! Voy a intentar "preguntar" e investigar un poquito a ver si sacamos algo en claro. Le daré la paliza, como de costumbre a mi amigo aeronáutico (jejeje..no sé cómo me aguanta!) más que nada para ver qué piensa él o si podría decir algo más al respecto. Aunque a mí me encantaría que cualquiera interviniera aportando su opinión sobre el dato que tú cuestionas o sobre lo que sea.

Mil gracias, de verdad, por tu interés. Eso es siempre una motivación para seguir cada día un trocito más, aunque hay ratos que se hace un tanto "pesado y durillo". Pero merece la pena: yo lo disfruto también.
Si sé, os diré algo...

[Relente de Luna]

Buenas de nuevo Raquel, no hace falta que se lo preguntes a ningún ingenierio aeronaútico, es tan sólo un error en la forma de expresarse.

Según los datos que has puesto el coche de calle produciría tan sólo el 15% del total producido por el F1, es decir que produciría el 85% menos de carga (100-85=15) .

Mientras que en el texto dice que produce el 15% menos, es decir el 85% del total. Es un fallo de expresión o de transposición de cifras.

Además luego te lo aclara diciendote que el coche de F1 es 5 veces más eficiente aerodinámicamente que el coche de calle, por lo que no puede tan sólo perder el 15% de carga.

Un saludo.

P.D.: Por cierto, gracias por decir que mi nick es bonito.

[850 coupé]

Por esta tierra sí que hay muchos paisanos que flipan con el aire.

Sobre todo cuando está extremadamente ventoso.

...Y el índice de suicidios se dispara.
Cierto, cierto.

[Raquel]

quote:

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Por esta tierra sí que hay muchos paisanos que flipan con el aire.

Sobre todo cuando está extremadamente ventoso.

...Y el índice de suicidios se dispara.
Cierto, cierto.

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Perdona, pero no entiendo el comentario. ¿Te importaría aclarar un poco más a qué te refieres o la razón de esa referencia a cómo afectan ciertas climatologías en el estado psicológico de las personas?
Muchas gracias.

PD: Relente de Luna: gracias por la explicación de esos porcentajes. Dicho así parace mucho más lógico lo que tú expresas.
Gracias A no ser que haya nuevas objeciones, lo dejamos de momento y seguiremos adelante con el tema. Ok?

[Raquel]

Todos conocemos el importante compromiso que supone en un F1 compensar las necesidades mecánicas y aerodinámicas, y cómo estos elementos siguen a menudo criterios incompatibles. Es decir, el beneficio de la carga aerodinámica para poder acelerar, frenar y girar ejecutando con mayor rapidez y eficacia una trayectoria de rectas y curvas, comporta la desventaja de incrementar esos índices de rozamiento en el avance exigiendo un mayor esfuerzo. La resistencia generada por el uso de los apéndices aerodinámicos influye sobre la potencia del motor y la capacidad para alcanzar velocidad punta. Y, así, podríamos continuar con una amplia lista de casos y/o ejemplos. Por lo tanto, el tema más crítico viene a ser encontrar el mejor equilibrio entre las ganancias y pérdidas que aparecen mutuamente implicadas.



Antes de seguir con los puntos que nos tocarían tratar a continuación (resistencia/potencia; catga aerodinámica/agarre) me gustaría hacer un inciso para comentar algo que podría resultar clarificador respecto a estas relaciones que venimos definiendo y describiendo.

Hemos podido observar muy bien cómo dentro de las últimas tendencias en la conceptualización aerodinámica se da una propensión casi generalizada hacia formas o líneas más dúctiles, "blandas" o fluidas evitando, de este modo, elementos angulosos que describan trazos rectos o cuadrados. Posiblemente, el aire se hace así más fácilmente deformable y el monoplaza lo corta al avanzar oponiéndose a él de manera más "sencilla". Tengamos en cuenta lo que se dijo días atrás: al aire no se le puede gonernar caprichosamente, simplemente, porque no se deja. Las consecuencias de un error de concepto al perseguir someterlo a nuestra voluntad (léase: "voluntad de los aerodinamistas) podrían ser desastrosas al rebelarse el flujo y marchar en guerra contra el propio coche perturbando un comportamiento correcto. Casi mejor conseguir "educarlo" o converlo haciéndolo pasar por formas más plásticas o maleables donde resulte más simple conducirlo y adpatarlo a nuestras necesidades. Ofreciendo la mínima resistencia, también, la mínima resistencia ya que tratamos de oponernos a la energía o fuerza que se genera.

No sé si me estoy yendo demasiado por las ramas con el uso de tanta palabra, pero lo que intento explicar es que me parece que tender hacia esa "ductilidad" o docilidad al reconducir el fujo desde formas más flexibles o curvilíneas, tiene como objetivo hacer cambiar de dirección al aire llevándolo sin oponer resistencias que describan ángulos.



Veámoslo, por ejemplo, en el caso del diseño del alerón delantero de 2005. Bajo el requerimiento de poder cumplir el reglamento sin escatimar esfuerzos por recuperar el rendimiento aerodinámico perdido, el alerón presenta, por lo general, una mayor extensión o envergadura. Esto supone suministrarle mayor poder o fuerza para el ejercicio de su trabajo en el coche. Por otra parte, observamos cómo, para hacerlo más eficiente, la sección central del alerón se desplaza más cerca de la superficie suelo/pista, con lo cual se consigue una mejor distribución de pesos. Algunos equipos ha hecho uso de la forma de "cuchara" para reconducir convenientemente los flujos. Como también puede apreciarse muy claramente la tendencia a inclinar hacia arriba (o combar) la parte de las derivas.

La finalidad de lograr apoyo lleva a diseñar alerones compuestos por 2 elementos. Ahora bien (y aquí entra un poco lo que decía al principio), la desventaja consecuente es que el aire, al pasar por estos 2 elementos, produce un rastro o estela que "descompone" o altera el flujo que circula sobre el coche. Un alerón de 3 elementos, como desarrolla McLaren, podría ser la mejor respuesta ante el problema. Con todo, hay que decir que el diseño de estos 3 elementos, teniendo presente que cada uno posee su forma tridimensional, es francamente muy complicado y complejo.

Hay un "detalle" concreto del alerón de Ferrari (del modelo híbrido) que a mí me llamó poderosamente la atención: sobre los elementos del alerón han colocado un pequeño semicírculo en forma de medio anillo o arandela. A golpe de vista "da la sensación" de ser una especie de argolla que permitiera unir entre sí esos elemntos centrales del alerón. Lo que se me ha comentado -y no deja de ser una opinión-, al preguntar la razón del uso de ese "extraño circulito blanco" que parece de plástico, es que pudiera ser que sirviera para separar zonas con diferente presión y evitar desplazamientos laterales del aire. Las distintas trayectorias generan velocidades diferentes que producen distintas presiones (lo hemos ido viendo reiterativamente en este tema). Este efecto se da no sólo en vertical: el variante de presión por encima y dejado del ala, sino que también ocurre en horizontal. De ahí la posible "utilidad" de ese pequeño objeto sólido en forma de anillo. Los aerodinamistas pretenden siempre que el aire que se desplaza lo haga en la dirección correcta sin pérdidas de energía por mover aire en direcciones no deseadas.

Lo mismo podría suceder en cuanto a ese apéndice que se le ha colocado al ferrari bajo la parte central del alerón; el "famoso bigotillo" que lo acerca más al suelo. Aunque su aspecto estético desmerezca bastante la belleza del monoplaza, quizás responda a la necesidad de "preparar" los flujos de aire para dirigirlos por debajo del coche. Los bajos de un monoplaza siempre son problemáticos desde un punto de vista aerodinámico. Incluso podríamos pensar que ese "artilugio" suspendido bajo el alerón (o cogido a él) tenga algún otro elemento por debajo que no llegamos a ver, y se lograra así optimizar de una forma más ventajosa la corriente o flujo que circula bajo el coche.



Lo que sí da muestras de quedar bastante claro con todo esto es que no cabe duda de cómo hay que ingeniárselas hasta conseguir las ventajas que permita el "juego" con la aerodinámica parta ganar partida al choque con el fluido de aire y, en otro frente, las imposiciones nosmativas del reglamento. El fin siempre es el mismo: mejorar los tiempos y hacer el paso más rápido posible por las curvas.

Pero la funcionalidad de toda esta amplia gama de apéndices y demás que se despliega en el diseño de un monoplaza F1 no puede aislarse, bajo concepto, de otros requerimientos y necesidades técnicas a las que hay que atender. Y no sólo eso: lo difícil es dar con ese equilibrio donde ventaja/desventaja pueda verse del mejor modo compensada.



Volvamos a ese punto del libro que llevamos entre manos y tiremos un poco más pa´alente .

De nuevo frente a las relaciones implicadas en el desarrollo aerodinámico:





¿Qué factores se hayan comprendidos entre la velocidad punta capaz de alcanzar un coche y la potencia disponible del motor? ¿Por qué es tan conveniente la carga aerodinámica y su efectividad en el paso por curva? ¿Qué efectos comporta sobre la dinámica del coche y fuerzas generadas en el agarre?



Potencia y resistencia



Hay una relación directa entre la velocidad punta capaz de alcanzar un coche y la potencia disponible del motor. Se utliza esta expresión "potencia disponible" para referirla a la potencia disponible en las ruedas y que va a hacer posible acelerar y superar, también, la resistencia que nos encontramos al avanzar. Dicha potencia se calcula sin obviar algunas variables o factores que ejercen su influencia, como las cargas del alternador, ventiladores, resistencia de los neumáticos... Partiendo del conocimiento del dato CV en el volante motor, es posible evaluar esa disponibilidad de potencia en rueda haciendo algunas correciones.

Esra relación entre resistencia y potencia disponible presenta un planteamiento matemático que se basa en la fórmula para calcular la resistencia al avance. Los caballos de resistencia constituyen un partámetro muy sensible a la velocidad.

La fórmula exprasa lo siguiente:



CV absorbidos por la resistencia = al cociente de dividir: coeficiente de resistencia x área elevada al cuadrado x velocidad al cubo entre 1.225.



Para alcanzar una velocidad punta de vértigo el coeficiente de resistencia debe ser "bajo".

El uso de túnel de viento permite obtener valores concretos de este coeficiente de resistencia. Si no es así, la estimación de ese cáculo debe hacerse de un modo menos preciso en pista de pruebas (calculando los distintos valores implicados).

La importancia de poder establecer el coeficiente de resistencia se hace muy significativa a la hora de responder a qué cantidad de resistencia adional - que vendría inducida por la creación de carga aerodinámica- es la tolerable en el caso de unos circuitos en concreto y cuánta habría que restar o quitar en otros.



¿Lo dejamos aquí? ¿Bastante por hoy? Yo creo que sí . Domingo noche, resaca de cansancio tras el 1er GP de la temporada, pupurri acelerado de datos... Lo mejor es decir:



Que disfrutéis de una buena noche que aumente la disponibilidad de fuerzas para enfrentarse un día más al trabajo.

A dormir y a descansar!

[Raquel]

Lo siento . Hago un "quote" para doder corregir elguna errata que hace incomprensible el texto:

quote:

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Tengamos en cuenta lo que se dijo días atrás: al aire no se le puede gonernar caprichosamente, simplemente, porque no se deja. Las consecuencias de un error de concepto al perseguir someterlo a nuestra voluntad (léase: "voluntad de los aerodinamistas) podrían ser desastrosas al rebelarse el flujo y marchar en guerra contra el propio coche perturbando un comportamiento correcto. Casi mejor conseguir "educarlo" o converlo haciéndolo pasar por formas más plásticas o maleables donde resulte más simple conducirlo y adpatarlo a nuestras necesidades. Ofreciendo la mínima resistencia, también, la mínima resistencia ya que tratamos de oponernos a la energía o fuerza que se genera.

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"gonernar" = gobernar
"converlo" = convencerlo
"ofreciendo la mínima resitencia, también, la mísima resistencia" (pues sobra una mínima resistencia) = ofreciendo, también, la mínima resistencia...