Aerodinámica

nani_ovi · Registrado: 18 Oct 2004 Mensajes: 450 Ubicación: Oviedo

He decidido abrir este post xq la aerodinamica me parece un tema apasionante, y creo q de esta forma y entre todos podremos aprender un poco mas. Espero q pongais articulos y todo akello que nos ayude a descubrir un poco más este aspecto tan importante de la F1 ok?

Besos! :wink:

nani_ovi · Registrado: 18 Oct 2004 Mensajes: 450 Ubicación: Oviedo

Si sacais la info d alguna web o algo asi, lo mejor es q pongais la fuente ok? por si la gnt quiere mirar algo mas o para cualkier cosa.

Ciaoooo

nani_ovi · Registrado: 18 Oct 2004 Mensajes: 450 Ubicación: Oviedo

La aerodinámica: ciencia misteriosa de la Fórmula 1

Cada pieza de la carrocería tiene su razón de ser y su función. Los túneles de viento donde estudian esas formas y el funcionamiento de todos los elementos que manejan el flujo de aire son centros secretos donde se trabaja sin parar en investigaciones. La clave de Ferrari está, entre otras cosas, en sus formas. Pero los otros equipos ignoran cuáles son los puntos favorables, y ahí tienen una distancia urgente por descontar.

Cuando nos hablan de la aerodinámica de un carro pensamos siempre en sus formas redondas, en las líneas fluidas y en un resultado estético proporcional a los avances que, se cree, la carrocería genera en velocidad.

Aerodinámica en la Fórmula I

Al tenor de la ley de la gravedad, la forma perfecta de un cuerpo que se desplaza en el aire es la de una gota. Al tenor de las necesidades de la Fórmula 1, los requisitos poco tienen que ver con esta premisa pues se buscan otros resultados del paso del aire por encima de una carrocería. En el pasado, los carros tuvieron este perfil redondo adelante y que moría como una flecha atrás. Hoy son casi al revés.

En un carro de Fórmula 1, los ingenieros buscan cosas diferentes: poca resistencia al avance, alto efecto del paso de la corriente de aire por la carrocería que genera un enorme peso adicional para pegar la máquina al piso con los alerones sin castigar mucho la velocidad y enfriar el motor canalizando el flujo por los radiadores sin mayor reacción. Es decir, por un lado, necesitan cortar el aire con el menor gasto posible de potencia del motor. Por el otro, buscan obtener gran apoyo. O sea, dos parámetros opuestos que deben convivir en perfecta armonía.

Diseñar un carro de Fórmula 1 en el campo aerodinámico es la tarea más compleja de todas. Al fin y al cabo, motores, cajas, llantas y electrónica se basan en principios comunes y su desarrollo es, aún dentro de la más elevada tecnología, algo que tiene una ruta conocida y lógica y, sobre todo, con muchos sabios a quiénes consultar. Por ejemplo, BMW y Michelin, en sólo tres años y con sus propios conocimientos e ingenieros han podido ganar carreras. Pero se han asociado con fabricantes de chasis que tienen los conocimientos de diseño aerodinámico que ellos no dominan.

Porque la aerodinámica de la F1 es una ciencia totalmente experimental, que dominan unos 10 o 20 gurús en el mundo a ese nivel y que requiere de una infraestructura de investigación e inversión colosales, en especial si está dedicada a un par de carros de un equipo y no a la gran producción de vehículos de turismo.

Cuando se dice que una de las grandes ventajas y diferencias a favor de los Ferrari es la aerodinámica, se ofrece una explicación muy liviana de algo muy complejo y que no es el resultado de un estudio afortunado del carro 2002, sino de muchos años de trabajo continuo, bajo la dirección de ingenieros que están en la tesis correcta.

Cuando hablamos que otros carros no son tan buenos, probablemente con las mismas herramientas de medición y recursos, quiere decir que sus ingenieros tienen unas teorías en una ruta menos eficaz y cuando siguen trabajando los modelos siguientes bajo ese mismo esquema, los defectos pasan de carro a carro, como puede sucederle a Williams, cuyos últimos fórmulas no han sido afortunados en este campo y se han quedado rezagados, al menos hasta este momento, con respecto a los avances de Ferrari.

Cada año, los reglamentos cambian pero los tiempos de vueltas siguen bajando. Es sabido que la FIA busca, con las reglas, reducir el efecto de la carga aerodinámica modificando los tamaños y colocación de los alerones. Por ejemplo, en el 2001 los alerones se levantaron 5 centímetros y limitaron el número de aletas atrás para reducir el apoyo y la velocidad en curvas. A pesar de eso, los ingenieros consiguieron hasta un 10% más de apoyo y para el 2002, al menos en Ferrari, aprovechando que los reglamentos son casi idénticos, la ganancia fue aún mayor. Esa es la esencia abstracta de este deporte que riñe con el espectáculo: sacarles el jugo a los reglamentos, a cualquier precio y por cualquier rendija.

A estas restricciones de la FIA se agregan otras obligatorias en el diseño de un F1, como tener las ruedas descubiertas, que son un tremendo ladrillo para el avance del vehículo. Si fueran cubiertas, como los prototipos, su velocidad sería mucho mayor en las curvas y rectas y los carros resultarían bastante más reales porque tendrían algún parecido con los de calle.

Cada equipo de la F1 es un laboratorio ambulante. Se estima que para poder hacer todas las pruebas aerodinámicas que los ingenieros sugieren, se necesitarán unas 5.000 horas/año de túnel de viento, por lo cual consideran la posibilidad de tener ¡dos! túneles que trabajan simultáneamente, según cálculos del equipo Renault. De todo ese trabajo, apenas el 20% de las propuestas suelen ser eficaces y se aplican en los carros que van a las carreras.

De ahí el celo con el cual cuidan sus secretos tapando los alerones cada vez que el carro se detiene y vetando la entrada a los pits. Aunque difícilmente el espionaje de componentes aislados es útil, porque hoy en día el tema de la aerodinámica es el conjunto de todo el carro y no de una aleta o deflector suelto.

Los puntos clave de la aerodinámica

1 ALERÓN DELANTERO: Además de los dos planos horizontales, tiene gran cantidad de lengüetas laterales y sobre el alerón para alejar el aire de las ruedas, que son elementos perturbadores.

2 TIJERAS INFERIORES: Uno de los últimos avances es perfilar las tijeras para que no distorsionen el paso del aire. Al levantar las narices, creció la cantidad de alerón delantero debajo de la trompa y el flujo en las piezas de la suspensión aumentó.

3 DEFLECTORES LATERALES: Su papel es canalizar el aire hacia los pontones donde están los radiadores y obligarlo también a que pase por debajo del carro.

4 "WINGLETS" o pequeñas aletas, con las cuales se busca carga hacia abajo, parecida a la de los alerones delantero y trasero y que ayudan a centrar el falso peso que genera sus formas. Es un truco nuevo, buscando usar una zona del carro que el reglamento no controla.

5 DIFUSOR: Un túnel que va en la parte baja y trasera del carro que juega el papel de "acelerador" de las moléculas de aire. Mientras más rápido salgan, porque el difusor las chupa, más vacío generan y se aumenta el apoyo. El 40% de la carga aerodinámica la da la forma del difusor inferior.

6 ALERÓN TRASERO: El reglamento solamente permite tres aletas. Esta pieza, a plena velocidad, produce una carga de hasta ¡600 kilos¡ contra el piso.

7 TOMA DE AIRE DEL MOTOR: Sin crear mucha resistencia, esta boca permite que al motor le entre todo el aire que necesita y con la velocidad, presuriza la admisión aumentando la potencia. Si un piloto es muy alto, con su casco puede reducir la cantidad de aire que llega y su motor baja de potencia por lo cual su estatura y posición de manejo se consideran en el diseño del F1.

8 PONTONES: Son un mal necesario. Sus grandes bocas crean mucha resistencia al avance y los radiadores que están adentro empeoran la situación. Además, su cara superior debe dirigir el aire hacia el alerón trasero.

9 CAPOT: Debe tener una forma muy corta y bajar rápidamente para no interferir con el flujo hacia el alerón trasero.

10 PISO PLANO: El piso es plano pero no liso porque el reglamento obliga a que tenga un tabique de madera que debe mantener ciertas medidas al final de la carrera. Esto es para que los carros no sean demasiado bajos y choquen contra el piso.

El tunel de viento

La herramienta fundamental para estudiar el comportamiento aerodinámico de cualquier carro es el tunel de viento. Pero en las investigaciones que llevan a cabo los grandes fabricantes de automóviles, su prioridad no es el rendimiento sino una combinación de formas y estética con la eficacia del vehículo. En la F1, la belleza de las formas no cuenta si éstas producen más velocidad.

Un túnel de viento es una obra colosal en tamaño y costos. Se trata de un edificio que puede ocupar un par de manzanas y en cuyo centro hay una enorme turbina, de unos 5 a 7 metros (3 pisos) de altura que chupa aire de la calle y lo impulsa a unos 250 kilómetros por hora a una cámara en la cual se coloca la maqueta a escala del carro ‑ o el verdadero‑ pues ya los túneles son al tamaño real, como los de Ferrari y Renault La velocidad del aire es calibrada perfectamente y su temperatura y humedad se controlan con gran exactitud, con error de más o menos medio grado. El piso se mueve por debajo del carro y hace girar las ruedas a la misma velocidad, como una banda rodante que camina hasta 300 kph. EL granulado de esa banda se modifica para hacerlo lo más similar al pavimento que habrá en la siguiente pista real.

El carro se puede colocar en posición de frenado, aceleración, en curva, con las ruedas torcidas, cubierto por otro, etc., para estudiar todas las condiciones que encontrará en la pista. La calibración del túnel toma varios meses y el desarrollo de sus equipos de medición otro tanto, pues estos son diseñados exclusivamente para los fines que quieren averiguar los ingenieros.

Últimamente, se sabe que ya no están usando sensores físicos colocados en sitios estratégicos del carro para medir las presiones, sino una pintura sensible a la presión y que cambia de color dependiendo de la carga que recibe. Eso lo lee un espectógrafo que dice cuánto aire y qué carga hace en cada centímetro cuadrado del carro. De esta manera la medición es perfecta.

Para visualizar el paso del aire, éste se colorea y se toman fotos de alta resolución y con gran velocidad, con cámaras como las que usan para estudiar las pruebas de choque.

Los túneles de viento son zonas de alta confidencialidad a donde pocos pueden entrar.

4.000 llantas para cada fin de semana

Para atender las necesidades de los 22 autos que corren un Gran Premio, Michelin y Bridgestone llevan unas 4.000 llantas de diversos compuestos de piso seco, además de dos o tres tipos de ruedas para pista húmeda, mojada y empapada. Cada piloto "Michelin" tiene a su disposición 140 llantas por fin de semana para todas esas eventualidades. Tiene derecho a usar 68 de ellas, correspondientes a 17 juegos, de los cuales 10 son para el piso seco con dos tipos de compuesto o fabricación de carcazas. Para lluvia debe seleccionar 7 juegos de los tres labrados citados.

El viernes en los ensayos se gastan 3 juegos de piso seco para evaluar el comportamiento de cada opción. Entre sábado y domingo, pueden usar siete juegos, pero entre ellos deben seleccionar y dejar marcados solamente 4, con los cuales obligatoriamente tienen que hacer la clasificación y la carrera, regla que hace crítica la escogencia adecuada de las ruedas y su consumo. Las llantas oficiales de competencia para clasificar y hacer el Gran Premio son marcadas y controladas una por una.

En lluvia, pueden utilizar los siete juegos a su discreción.

Fuente: http://www.transporte.cu/ignicion/cd2002/aerodina.htm

-=[NiNi]=- · Publicado: Mar Sep 20, 2005 8:09 pm **Asunto**:

Técnica de competición paso a paso - Presentación
Por Timoteo Briet Blanes - Turbulencia Engineering

El mundo de la competición de automóviles, ha sufrido, en los últimos años, un cambio radical, desde básicamente, 2 puntos de vista:

Tecnológico.
Publicidad y seguimiento masivo por parte de la gente, en todos los medios de comunicación.
Indudablemente, ambos aspectos van unidos, y son parte uno del otro de manera indivisible. Por esto mismo y esta es la razón primordial, el conocimiento no sólo en plan divulgativo o periodístico podríamos decir, sino el conocimiento técnico de ciertos aspectos importantes que intervienen en este mundo, supone un acicate no sólo para los propios equipos de competición y las rivalidades entre ellos, sino para los propios aficionados también.

De esta forma hay que entender el conocimiento, como herramienta de mejora, de investigación y de optimización; el mundo de la competición es complicado, pero lo será menos si se empieza a conocer en profundidad, o al menos, en aquellos puntos que hasta el momento, no se conocen apenas, y no se conoce la gran influencia que tienen sobre el conjunto.

Los amantes de la competición de coches, están deseosos de saber más, y este deseo, se convierte más tarde o más temprano, en un valor añadido, y este valor añadido, es el que hace avanzar y progresar a este apasionante mundo de la competición.

Introducción:

Como especialistas en el mundo de la competición y en nuestros años investigando sobre estos temas, nos hemos dado cuenta de muchas cosas, algunas de ellas, cuanto menos, curiosas y a veces hasta sorprendentes; vosotros mismos lo podéis comprobar: si conocéis a algún equipo de competición, y preguntáis o les planteáis una cuestión de índole aerodinámico por ejemplo, os daréis cuenta que la inmensa mayoría, si no todos, no saben responderla; cada uno dirá su “opinión”. ¿Opinión? ¿Opinión sobre temas aerodinámicos cerrados? Ya se empieza mal... evidentemente, pueden existir preguntas, y de hecho las hay y muchas, sobre las que cabe emitir una opinión o idea, y hasta es posible, que sean bastante diferentes entre sí, siendo todas no sólo aceptables, sino verdaderas y factibles; pero nos referíamos a preguntas cerradas, fáciles, sencillas y cuya respuesta es directa, para aquella persona que posee los mínimos conocimiento al respecto.
Por supuesto, que es lo que os dirán algunos de ellos, que cada uno sabe de lo que tiene que saber y por lo cual trabaja y desempeña su función; en parte es lógico, pero también es verdad que bajo el punto de vista de los aficionados, todos los integrantes de un equipo, deberían saber un poco de todo, y mucho de un poco (es lo que creía yo de pequeño); creemos que esto es la premisa básica, para que todo equipo de competición, funcione aceptablemente.

Desde que nos planteamos esta serie de artículos técnicos junto a TheF1.com , el objetivo fue justamente este: el de ofrecer una visión técnica integral del mundo de la competición de F1, y por extensión, del mundo de la competición en general.

Un coche de F1, es distinto que un coche de F3 o un coche de Fórmula GT; en cuanto al diseño estructural y en cuanto al diseño aerodinámico o termodinámico, las leyes, principios, teorías y fenómenos, son exactamente iguales; todo diseño se realiza usando las mismas herramientas, sólo que en algunos casos, por temas fundamentalmente económicos, los medios y materiales, son más sofisticados y de mayor calidad.

En esta serie de artículos, básicamente nos vamos a centrar en el coche de F1, si bien es cierto y así lo podréis comprobar, haremos incursiones en otro tipo de coches y fórmulas de competición, hasta incluso, incursiones y menciones sobre temas relativos a barcos y aviones; las estructuras, los materiales y los fluidos, son los mismos para todos ellos, y por supuesto, las leyes físicas y matemáticas de evolución dinámica.

Sabemos por experiencia propia, que información técnica y artículos técnicos aunque sean en plan divulgativo, y lo sabemos por experiencia propia, no existen apenas en la red. Podéis probar a buscar en internet por ejemplo, artículos técnicos sobre F1 o fórmulas análogas, o libros sobre diseño de coches de competición; supongo que os saldrán los mismos que a mí: artículos técnicos de escasa calidad, o artículos repetidos o traducidos mil veces, hasta el punto de encontrar 10 artículos, y darse cuenta que es el mismo... En cuanto a libros, podréis encontrar algunos, pero son extremadamente caros; en español apenas 2 relativamente serios y en inglés algo más, pero algunos de ellos, también repetitivos, tal vez sea, por que los autores, son los mismos casi siempre.

Por tanto, nos encontramos en un mundo, en que la técnica es esencial, por cuanto la aplicación de última tecnología es básica e imprescindible, y la información al respecto es prácticamente nula; esto me hace recordar algo que me pasó cuando acaba de estudiar la carrera: me enteré de una oferta para trabajar de programador de cierto sistema informático de la época; mi sorpresa fue mayúscula, cuando supe que este sistema de hardware y software no era comercial, y sólo se podía conocer, si habías estado en otra empresa que usase dicho sistema... en este mundo, aparentemente, pasa lo mismo: un equipo te contrata si has trabajado en otro equipo anteriormente.

Ésta es una práctica que debe desaparecer, si bien es necesaria y lógica, y en muchos casos, imprescindible; pretendemos ofrecer una formación de calidad a partir de estas líneas periódicas en la red, de tal forma, que todo aficionado pueda adquirir los conocimientos necesarios, para después avanzar como quiera, pero conociendo el panorama global, los problemas existentes, las múltiples soluciones y demás actividades que conlleva el diseño de coches de competición.

El mundo de la competición y más aún el del diseño de coches, es un mundo extremadamente complejo, en el que sólo aquellas personas con capacidad y con la formación adecuada, pueden acceder. Las demandas del público, que al fin y al cabo es el que paga todo esto, son grandes y muy exigentes.

Hemos apostado por esta formación, y desde estas páginas de TheF1.com y mediante estos artículos, fomentaremos el conocimiento, la afición y la pasión de este deporte que todos admiramos.
Como me dijo cierta persona muy relacionada con la F1, hace pocos meses: “Tenemos suerte de que Fernando Alonso sea español; es un buen comienzo para dar a conocer de forma real y seria, este deporte, en el que tantas y tantas actividades se realizan y en el que tantos y tantos conocimientos se necesitan”.

Estructura de esta sección técnica:

En el diseño de todo monoplaza, intervienen numerosas especialidades; entre ellas, destacamos las 6 siguientes:

http://img171.imageshack.us/img171/5052/articulo013018yt.jpg
lo siento por la imagen, pero no puedo hacer otra cosa, así que haced click y la podreis ver, :(

Las 6 disciplinas nombradas, están interconectadas entre sí; para diseñar correctamente un coche, es necesario unir todas ellas, tener en cuenta cada una de ellas con respecto a las demás, y además, unirlas y fusionarlas de una forma adecuada y óptima. Todo ello, como se verá, no es nada fácil.

Nos hemos dejado a propósito, una disciplina extremadamente crucial y necesaria, que también posee mucha importancia en el propio proceso de diseño; es la telemetría; también haremos mención de ella en este serie técnica: sensores y tipos, circuitos electrónicos, metodología de adquisición, software, análisis y tratamiento, resultados, conclusiones, aplicaciones, etc.

En esta serie de artículos, haremos hincapié en la Aerodinámica (la telemetría está muy unida a ella, como veremos), puesto que quizás sea la más importante de todas ellas, si bien también es cierto y así lo podréis comprobar, haremos relaciones con las demás disciplinas, puesto que algunas de las cosas que diremos, detallaremos y explicaremos, no se pueden entender sin la participación del resto.

La estructura de cada artículo, vendrá determinado en principio por el tema propio a tratar, aunque se intentará seguir el siguiente esquema:

Introducción.
Descripción del problema, tema o actividad.
Estado de la técnica.
Soluciones / desarrollo del tema / metodología de diseño.
Conclusiones.
Éste quizás sea, un esquema típico, modelo de cualquier artículo técnico, e intentaremos seguirlo. Por otra parte, queremos que sea una sección eminentemente 'real', con casos reales, con diagramas, fotos, esquemas y tablas sacadas de casos, investigaciones y estudios reales; la teoría es importante y así la veremos, pero la práctica y la realidad, lo son también, y muchos cursos o documentación, adolecen de ellas.

Pretendemos además, y estamos seguros de conseguirlo, que a partir de este trabajo para TheF1.com , cualquier aficionado o especialista que quiera ampliar sus conocimientos, pueda imprimir todos los artículos de esta serie, de tal forma, que reúna una documentación técnica única en español, de última generación, con los últimos avances, y que le permitirá conocer en profundidad muchos aspectos desconocidos para el gran público, del diseño de coches de competición.

Por último, decir que estamos abiertos a todas vuestras preguntas y sugerencias, que intentaremos resolver, contestar y procesar todo lo rápido que podamos. Para ser éste, el primer artículo de la serie, optamos por reseñar algunas pequeñas cosas relativas al mundo del diseño y su proceso, que nos parecen muy interesantes.

Proceso de diseño: NEBSED

Cuando hablamos del proceso de diseño de un coche de competición, estamos hablando del mismo proceso utilizado en prácticamente todos los campos de la ingeniería; evidentemente, los vehículos así diseñados, son diferentes tanto en forma como en medio o contexto de utilización, pero intrínsecamente poseen parecidas peculiaridades, las cuales, hacen que el proceso de diseño sea cuanto menos, extraordinariamente parecido o análogo.

http://img191.imageshack.us/my.php?image=articulo013020kh.jpg
1. El primer paso en todo diseño, es la necesidad; dicha necesidad corresponde a la optimización y al grado de mejora alcanzable, en el caso de mejorar algo ya diseñado; en el caso del diseño desde un principio para crear algo nuevo, la característica fundamental son los objetivos o las prestaciones a conseguir. Estas son las 2 necesidades básicas que todo diseño posee en un principio. Lógicamente, en el caso de diseñar algo nuevo, las prestaciones han de ser aquellas que conviertan al objeto a diseñar, en competitivo.

2. Una vez sabemos la necesidad y por tanto, dónde queremos llegar, debemos averiguar el estado de la técnica; es decir: qué se ha hecho hasta el momento en relación a lo que queremos diseñar, bien sea desde un principio, o mejorando algo ya hecho. Cuando un ingeniero, por ejemplo, ha de construir una presa para un pantano, jamás intentará crear un nuevo diseño de presa; desde hace miles de años, las presas tiene la misma forma, y así será eternamente; simplemente ha de copiar o imitar las presas ya construidas, con las especificaciones en particular que su proyecto tenga, pero no inventar. De hecho, y así se lo explico a mis alumnos, la copia o imitación, es uno de los primeros y más importantes pasos en todo diseño.

3. Una vez ya sabemos el estado de la técnica, pasamos a una decisión importante, en la cual, la experiencia es todo un grado; se trata de elegir, de entre todas las soluciones, métodos o sistemas. Ello comporta un acierto o un fallo, irremediablemente, pero es necesario dar ese paso; con estas decisiones, se elabora un boceto preliminar, que por supuesto no es definitivo, pero que si la elección anteriormente citada está bien hecha y argumentada, el tiempo total de diseño, se acorta enormemente, y esto, en el mundo que nos movemos, significa mucho ahorro de dinero (de ahí que la experiencia se cotice bien, y muy bien...).

4. Una vez ya tenemos dibujado el modelo convenientemente (esto lo veremos en un artículo posterior), pasamos a realizar la modelización numérica o simulación CFD (Codes Fluids Dynamics); este tipo de Software es extremadamente caro y difícil de usar (lo analizaremos también en posteriores artículos) y sólo algunas Empresas y Equipos de competición, los poseen en propiedad; de hecho, entre los mismos equipos, compiten en ver quién tiene mayor capacidad y rapidez de cálculo. Con este tipo de simulaciones y análisis, obtenemos una serie de resultados que nos orientan acerca la eficiencia o no, del diseño o boceto elegido; en caso de no poseer las prestaciones requeridas y buscadas, volvemos a rediseñar el boceto, eligiendo otro tipo de soluciones o sistemas.

http://img191.imageshack.us/my.php?image=articulo013048ma.jpg
http://img191.imageshack.us/my.php?image=articulo013056ru.jpg

5. Una vez alcanzado este cuarto estadio, ya tenemos el diseño casi definitivo de nuestro modelo; de todas formas, fijarse que nos hemos basado en teorías y en simulaciones por ordenador; podrán ser todo lo exactas que se quiera, y podrán darnos ideas comparativas respecto la eficiencia (es lo mejor o ideal), pero no dejan de ser simulaciones de la realidad; la realidad manda, y se compite en el mundo real. Es el momento de pasar a la realidad; para ello, existen 2 formas:

Maqueta o modelo a escala para ensayar en túnel de viento.
Modelo a escala real, para ensayar en túnel de viento o en circuito.
En ambas, la telemetría es esencial, por cuanto nos ofrece los datos que las prestaciones o requerimientos demandan. De esta forma, podemos cuantificar e incluso, cualificar.
Pocas Empresas o Equipos también poseen túnel de viento; son máquinas extremadamente complejas y caras, con lo que su utilización, aunque sea en modelos a escala reducida, es escasa, si bien imprescindible en muchos casos; para ello, otra opción es alquilar los Servicios y uso de estas instalaciones. En posteriores artículos, también analizaremos el túnel de viento, sus aplicaciones, diseño, características, etc, y la modelización a escala.

Con los datos que nos aportan los ensayos, bien en túnel de viento o en pista, podemos volver, en su caso, a rediseñar el boceto primario para, bien simularlo con técnicas CFD de nuevo, o pasar directamente a modificar el modelo. De esta forma, y si las prestaciones coinciden con lo requerido en un principio, el proceso de diseño, prácticamente ha concluido.

6. Es el momento de fabricar el modelo definitivo; el proceso de diseño, ha finalizado. Pero incluso, llegado a este punto, es posible que a medida que avancen las carreras y la temporada, nos demos cuenta de determinados aspectos que no es que hayamos fallado en ellos, si no que con la infraestructura de cálculo y análisis utilizada, era imposible de determinar o prever; en este caso, se procede a la optimización del modelo.

Como ya hemos dicho, en todo diseño de un coche de competición, intervienen numerosos parámetros y disciplinas; ningún ingeniero es capaz de conocer a este nivel, todas y cada una de las especialidades necesarias para diseñar un coche en su totalidad; todo diseño y sobre todo un buen diseño, se basa en el trabajo en equipo; es algo que en muchas ocasiones se olvida; no existe esa persona, metida en su laboratorio o despacho, que sea capaz de inventar un coche nuevo y hacer que sea competitivo; se trata de un trabajo multidisciplinar, y como tal, requiere alta especialización y espíritu de colaboración

http://img191.imageshack.us/my.php?image=articulo013038au.jpg
http://img191.imageshack.us/my.php?image=articulo013050rz.jpg
Todos los elementos de un coche de Fórmula 1, están interconectados entre sí: el hecho de disponer de un neumático en concreto con una serie de características, implica que la suspensión ha de ser de una forma determinada y con unas características específicas; a su vez y por tanto, la carga aerodinámica ejercida por ciertos dispositivos sobre dichos neumáticos, ha de ser la necesaria para por ejemplo, que el subviraje sea mínimo; en definitiva, es imposible diseñar algo, sin tener en cuenta el resto. No estamos hablando del “Efecto Mariposa” (efecto falso incluso en la definición de caos, por cuanto existen sucesos conexos e inconexos), pero en este caso, los elementos sí son conexos. Ya iremos viendo estos aspectos en sucesivos artículos.

El próximo artículo, y a modo de introducción, versará sobre los principios fundamentales de la Aerodinámica y las propiedades del aire, herramienta básica e imprescindible, para poder avanzar.

Reseña sobre el autor: Timoteo Briet Blanes, Licenciado en Matemáticas y Doctor Ingeniero Industrial; Profesor Universitario de Mecánica de Fluidos y Aerodinámica; Especialidad en Simulación CFD y Aerodinámica; Gerente de "Turbulencia Engineering"; ha trabajado con diversos Equipos de Competición: Campeonato del Mundo de Motos de 125 y 250 cc, Fórmula 3, Fórmula GT, Renault Mégane Trophy, Diseño de Camiones y Autocares, Diseño de Cascos de Veleros para la Copa América de vela, Elementos Aerodinámicos de Automóviles, Cascos de Competición, Diseño de Aeronaves, Energías Eólica, Térmica y Mareomotriz, Aerodinámica Industrial, Diseño, Fabricación, Instalación y Puesta en Marcha de Túneles de Viento, etc. Posee diversas Patentes relativas al mundo de la Aerodinámica, así como numerosas Investigaciones al respecto.

esto sigue--->

-=[NiNi]=- · Publicado: Mar Sep 20, 2005 8:16 pm **Asunto**:

Técnica de competición paso a paso
Por Timoteo Briet Blanes - Turbulencia Engineering

PRINCIPIOS Y PROPIEDADES BÁSICAS

Abstract:

Cuando una persona, intenta conocer algo, intenta o pretende averiguar el proceso de cierta actividad, es irremediable empezar por las bases de dicha actividad; perece de perogrullo esta consideración, pero existen muchos campos y materias, sobre todo las técnicas, en que esta afirmación no se tiene en cuenta; si ello pasa, se está empezando la casa por el tejado; la adquisición de la base en general, de los principios fundamentales y todo lo que conlleva, implica un mejor conocimiento y una mejor adquisición de las herramientas que nos van a permitir desempeñar la actividad de modo seguro y sobre todo, eficiente. En el mundo de la Competición, ambos aspectos, son más que importantes.

Introducción:

La dinámica de cualquier fluido, viene determinada básicamente, por 2 aspectos:

Las propiedades de dicho fluido.
Las leyes o principios que regulan y marcan la evolución o dinámica.
Estas son las 2 cosas que vamos, en este artículo, a exponer; lo vamos a hacer de una forma sencilla, clara y concisa, sin aditamentos varios que ensombrezcan el fondo, sin ecuaciones matemáticas “raras”, sin demasiado número, si bien, entendiendo y sabiendo, que la aerodinámica, es una de las ciencias, en la que el conocimiento de las matemáticas y la física, tienen más importancia.
He conocido a mucha gente que cree que la aerodinámica es una actividad digamos de “vista”; incluso en equipos de alta competición, creen que diseñar cierto elemento aerodinámico, es simplemente ver y observar con “detenimiento” la estructura del coche, y como por arte de magia, te venga a la cabeza cuáles son las dimensiones y posición del apéndice o estructura aerodinámica que pretendes estudiar y colocar; es como si el hecho de observarlo atentamente, diese la capacidad extrasensorial de calcular mentalmente, de resolver ecuaciones complejas y sistemas sin ordenador alguno, etc. Todo diseño o actividad, como en este caso, conlleva un proceso, que no es posible omitir ni saltarse: una simulación CFD no es posible realizarla, si no se tiene el modelo del coche en formato CAD apto para el software CFD, por ejemplo.
En posteriores artículos, veremos esto con más atención, haciendo hincapié en el propio proceso, por ejemplo, de una simulación CFD, o de un ensayo, bien en túnel de viento, bien en circuito.
Las cosas se empiezan siempre, desde el principio, y desde estas líneas, así lo vamos a hacer.

Definiciones y Propiedades del aire

Partiendo desde esta última premisa o condición, empezaremos definiendo y analizando, las distintas propiedades del aire, puesto que el aire, es el fluido donde nos vamos a mover; de todas formas, las propiedades son extensibles automáticamente, a todos los fluidos, en general.

Fluido:

Un fluido es todo aquel material, que se deforma de manera contigua ante una fuerza, no importa de qué valor sea ésta. Un trozo de hierro, posee una fuerza mínima ante la cual empieza a deformarse, cosa que no pasa con el aire, por ejemplo. Muchas veces atribuimos la definición de fluido, a otros fenómenos que ocurren a nuestro alrededor: decimos que el tráfico de una ciudad es más fluido que otro (es falso, pero bueno....), en cuanto no hay atascos y los coches van más sueltos, por ejemplo; son asignaciones que hacemos casi inconscientemente, pero que en cierta forma, son válidas. De todas formas, más adelante veremos que esto, no es exactamente así.

Densidad:

Todos los fluidos, incluido el aire, están formados por un número extremadamente grande de moléculas; todas ellas están ligadas entre sí, y separadas ciertas distancias (no todas iguales); cuanto más unidas están todas las moléculas, decimos que el fluido posee más densidad que otro; lógicamente, un fluido con más densidad que otro, pesa más, por cuanto tiene mayor masa, al tener más moléculas; por otra parte, estas consideraciones, no tiene valor, si no se referencian respecto un volumen; por tanto, definimos densidad, como la cantidad de moléculas por unidad de volumen.
Sea “V” el volumen y “m” la masa; la densidad se define como: densidad=m/V.

La densidad es un parámetro muy importante, por cuanto caracteriza de forma esencial, cualquier fluido, y más aún, lo caracteriza desde el punto de vista termodinámico, cosa muy importante por ejemplo, para conocer la eficiencia del motor.

A mayor densidad, la cantidad de aire es mayor (muchas moléculas) y por tanto la eficiencia del motor es mayor; de ahí, que los días de calor (baja densidad como veremos) el motor funciona peor que los días de frío; o lo que es lo mismo: a principio del día, los motores funcionan mejor, que durante las horas centrales del día.

Presión:

Esta característica, está muy unida a la densidad. Existen, podríamos decir, 2 tipos de presiones: la atmosférica y la no atmosférica.

La presión atmosférica, es la fuerza (o peso) que hay sobre cierto punto o cuerpo, debida a la cantidad de moléculas de aire que hay sobre dicho punto o cuerpo.

Esta columna de aire, se sitúa desde dicho cuerpo, hasta el fin de la atmósfera. Otro de los factores importantes relacionados en cierta forma con la presión, es la altura con respecto al nivel del mar; cuanto más altura tengamos, el aire es menos denso, por tanto la presión atmosférica es menor, y debido a todo ello, un cuerpo pesa menos cuanta a más altura midamos ese peso; recordemos que el peso es una fuerza, que equivale a la masa multiplicada por la aceleración de la gravedad, y se mide en Newtons (no hay que confundir peso y masa).

Por todo lo dicho, a mayor presión, las moléculas de aire están más unidas, la densidad es mayor y de esta forma y como consecuencia de ello, el motor, por ejemplo, es más eficiente.

La fuerza no atmosférica, es la presión relativa; es aquella presión que no tiene en cuenta la presión atmosférica; la suma de ambas, se denomina presión absoluta; la presión relativa, por ejemplo, es la causada por la propia dinámica del aire, y es básica, para poder diseñar un coche de competición, entre otras cosas, porque la presión atmosférica, hagamos lo que hagamos, siempre va estar presente y no podemos prescindir de ella.

Ambas presiones, son las que se encargan de mantener más o menos unidas a las moléculas de aire; de esta forma, al aumentar la presión, aumenta la densidad y viceversa; más adelante, veremos las dependencias entre todas ellas.

Viscosidad:

Cuántas veces hemos confundido densidad y viscosidad; un aceite es menos denso que el agua (por eso flota en ella), pero es más viscoso.
http://img191.imageshack.us/my.php?image=articulo014011ob.jpg
La viscosidad es la resistencia que posee todo fluido a deformarse por la acción de una fuerza cualquiera. No tiene nada que ver con la densidad, que es la que cuantifica la cantidad de moléculas por unidad de volumen; la viscosidad es una propiedad digamos dinámica; mientras no existe movimiento, no se hace patente y no se puede cuantificar.

La viscosidad es la propiedad del aire más importante; sin su existencia, no existiría ningún fenómeno dinámico, tal como la sustentación por ejemplo. Como veremos más adelante, es la responsable directa de la existencia de la llamada capa límite y sin ella, no existirían las fuerzas aerodinámicas; de hecho, las ecuaciones que rigen la dinámica del aire, son muy complejas; para resolverlas, existen muchos procedimientos matemáticos, y uno de ellos, es la simplificación de dichas ecuaciones o modelos matemáticos para que sea más fácil el resolverlos; la simplificación inicial (y burda o irreal) es la de suponer que la viscosidad es nula; bajo esta hipótesis, resulta que las turbulencias no existen; el modelo se podrá entonces resolver, pero no es más que una simplificación, no la realidad; en la vida real, el 99.9% de todas las dinámicas de cualquier fluido, son turbulentas.

La viscosidad la definimos como la inversa de la fuerza (tiempo) que ofrece todo fenómeno al movimiento o evolución temporal; cualquier fluido, intenta alcanzar el estado de mínima energía; un fluido o en general fenómeno, más “perezoso” que otro, tendrá una viscosidad mayor, puesto que le cuesta más alcanzar dicho estado.

Hemos oído hablar o tildar en multitud de ocasiones, al tráfico de automóviles de una ciudad, como viscoso; una de las veces que estuve en una cola de coches, esperando que un semáforo se pusiese en verde para arrancar, observé que pasó cierto tiempo, desde que el disco se puso en verde, hasta que pude mover mi automóvil; si divido dicho tiempo entre la cantidad de coches que tengo delante entre, obtengo “PTr”; éste, es el factor de viscosidad no adimensional; cuanto mayor sea “PTr”, mayor viscosidad tendré.

Relaciones:

Tanto la presión, densidad y viscosidad, como otras propiedades quizás menos importantes, están ligadas entre sí; ello significa que el hecho de variar una de ellas, conlleva la variación de las otras; las ecuaciones o expresiones matemáticas que relacionan todas estas variables, se denominan ecuaciones de estado; existen diversos tipos, atendiendo al contexto de trabajo, pero en definitiva, son relaciones entre ellas.

Una de las propiedades o mejor dicho, parámetro no intrínseco al propio fluido, es la temperatura; estas ecuaciones de estado, también dependen de la temperatura.

Otras:

Existen otras propiedades de los fluidos, como la tensión superficial por ejemplo, pero son menos importantes y poco decisorias en el diseño de un coche de competición.

Leyes de la Aerodinámica:

Una vez hemos visto las propiedades más importantes del aire, hemos de pasar a las leyes o principios que rigen toda dinámica o evolución temporal. La verdad es que en un principio, cabe decir que existe sólo una ley universal que rige toda dinámica; de hecho, con tan sólo una ley, principio o como se quiera llamar, está definida toda la Aerodinámica, sea de coches de competición, Aeronaves, Motos, barcos, etc.... alucinante verdad? Pero es así; la ley dice:
“Todas las partículas tienden a situarse en aquel estado de mínima energía”. Ya lo decía Einstein: “El Universo es perezoso”.... cuánta razón tenía...

Por ello mismo, por ejemplo, el aire siempre circula desde una zona de alta presión hacia otra de baja presión.

Parece simple, pero no lo es; existen diferentes tipos de energía; básicamente 3: por altura o cota, por velocidad y por presión. Por si fuera poco, existe otra ley de termodinámica que dice (seguro que la recordaremos) que la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma; pues ya lo tenemos todo: hemos definido los 3 tipos de energía existentes, y encima hemos encontrado la relación entre ellas ¡¡¡¡. La ecuación matemática o modelo matemático que recopila todo lo dicho, se denomina Ecuaciones de Navier-Stokes; resolviendo dichas ecuaciones o modelo, seríamos capaces de averiguar cualquier aerodinámica o dinámica en cualquier contexto; incluso podríamos saber si dentro de 3 años, 2 días y 45 segundos, lloverá o no lloverá.... pero existe un problema: son unas ecuaciones que no se pueden resolver analíticamente; hay que resolverlas numéricamente, es decir: con ordenador y técnicas CFD (ya veremos esto en posteriores artículos).

Esta dinámica y su modelización, conlleva una serie de efectos, sin los cuales, no podríamos diseñar coche de competición alguno, y gracias a ellos, podemos disfrutar de nuestro deporte (al igual que volar, navegar, etc....).

Efectos

Venturi / Bernouilli:

Prácticamente ya lo hemos definido; sabemos que existen 3 tipos de energía; la potencial (por cota o altura), la cinética (por velocidad) y la de presión; al tener que conservarse, en todo proceso, la cantidad total de energía, la suma de las 3 energías, ha de permanecer constante. Esa es la ecuación o principio de Bernouilli; de esta forma, si la presión aumenta, la velocidad ha de disminuir y viceversa; esto es algo, que todos hemos oído en alguna ocasión: que la presión es inversa a la velocidad.

El efecto Venturi, también es una consecuencia directa: si en cierto fenómeno por donde pasa el aire, hay un cambio de sección, por ejemplo de mayor a menor, la cantidad de aire que entra ha de ser la misma que la que sale (cosa lógica por otra parte), con lo que por la sección mayor, la velocidad del aire será menor que la velocidad del mismo aire al pasar por la sección menor. Esto es el efecto Venturi: al aumentar la velocidad, la presión disminuye y viceversa.

http://img191.imageshack.us/my.php?image=articulo014024pp.jpg
Bajo este principio, podemos entender y comprender la sustentación de un ala cualquiera (o perfil aerodinámico en general):

http://img191.imageshack.us/my.php?image=articulo014036rg.jpg

En la zona “A” la velocidad es mayor, pues ha de recorrer una distancia mayor, con lo que la presión disminuye; esta depresión chupa el ala hacia arriba en este caso, produciéndose sustentación.

http://img191.imageshack.us/my.php?image=articulo014044qs.jpg
Capa Límite:

En la evolución del aire alrededor de un cuerpo cualquiera, dicho aire se pega sobre el cuerpo, creando una capa muy fina de moléculas en principio. Al discurrir sobre esta fina capa, más moléculas del mismo aire, y debido a la viscosidad principalmente, éstas últimas ralentizan su velocidad, debido a que discurren sobre otras moléculas; así capa tras capa, se forma una capa de moléculas de aire, cuya última, posee ya casi la misma velocidad del aire que circunda al cuerpo; esta capa se denomina capa límite; técnicamente se define capa límite y su espesor, como el espesor a partir del cual, la velocidad es del 99% del flujo real.

http://img191.imageshack.us/my.php?image=articulo014057am.jpg

En cuerpos relativamente pequeños como lo es un coche de competición, suele tener como máximo unos pocos milímetros, y ni tan siquiera tanto.... todo depende de la longitud del cuerpo, en relación al sentido de la dinámica; por esta razón, en trenes y al final de ellos, la capa límite puede llegar hasta 0.5 metros; de hecho y si lo pudiéramos hacer, podríamos sacar la mano al final y sobre el techo de este último vagón, y apenas notaríamos la velocidad del aire.

Podemos concluir diciendo, que la velocidad del aire, justo en la superficie de todo cuerpo en movimiento, es cero. Esta capa límite, es la responsable del siguiente efecto que podemos apreciar.

Coanda:

Todo fluido, tiende a pegarse sobre una superficie; este es el efecto Coanda; parece simple y de hecho hasta lo es, pero también es extremadamente importante y decisivo en todo diseño, por cuanto podemos, en cierta forma, canalizar aire allí donde queramos o necesitemos, sin necesidad de deflectarlo “ a lo bestia” con la resistencia que ello supone.

En algunos aviones de transporte, y dado que transportan mucha carga, y sobre todo en el despegue, los motores a reacción o las hélices en su caso, descargan su flujo directamente sobre las alas (debidamente protegidas claro), y aumentando el ángulo de incidencia de las mismas, el aire no se despega de ellas, generando una fuerza de sustentación inmensa.

http://img191.imageshack.us/my.php?image=articulo014024ce.jpg
http://img191.imageshack.us/my.php?image=articulo014072ap.jpg

Cuando hemos visto el fenómeno de la sustentación, podíamos apreciar que el aire se pega sobre la superficie, observando también el efecto Coanda sobre ella.

Conclusiones:

Hemos intentado, como siempre vamos a hacer, dar una visión general, de las propiedades y características que todo fluido tiene, así como las leyes o principios que rigen y marcan cualquier dinámica, en nuestro caso la aerodinámica.

Hemos intentado desarrollar y explicar todos los términos de una forma sencilla y clara, sin ecuaciones matemáticas, si bien es cierto, que en posteriores artículos, necesitaremos utilizarlas para poder cuantificar.

Estamos seguros que más de un lector, pensará que nos hemos olvidado incluso de algún parámetro o propiedad, o quizás piense que nos hemos dejado algún principio importante; pues no; todo el mundo piensa, y no le falta razón en absoluto, que la aerodinámica y el diseño en particular, es algo complicado, arduo y difícil, y en realidad es así, pero ello no implica que se pueda definir de una forma sencilla y clara, tal y como lo hemos hecho desde estas líneas.

Cuantas menos y más simples sean las fuerzas primarias que gestionan o describen un fenómeno, más desorden y caos con respecto al tiempo y también al espacio, existirá: por ejemplo, es más sencillo predecir la evolución de la bolsa, que la evolución o dinámica de un fluido, las variaciones de un péndulo o simplemente dónde puede caer una piedra lanzada por nosotros. Pero también: cuanto más fácil nos parezca un problema, tanto más difícil nos será encontrar su fundamento, leyes e interdependencia entre factores, y tanto más difícil simular su evolución en el tiempo. Sin caos, no hay evolución, vida o cambio de ningún tipo.

Esto nos lleva al enunciado de una nueva visión del caos: cuanto más impredecible sea y más difícil sea la resolución de un problema o un fenómeno, tanto más sencillos y simples serán sus fundamentos y las leyes que lo rigen.

Esta es la esencia de la Aerodinámica: es extremadamente compleja, luego por lo tanto y así lo es, las leyes son simples y escasas.

En el próximo artículo, analizaremos las formas aerodinámicas principales, el porqué de ellas y sus distintas aplicaciones en un coche de Fórmula 1.

Reseña sobre el autor: Timoteo Briet Blanes, Licenciado en Matemáticas y Doctor Ingeniero Industrial; Profesor Universitario de Mecánica de Fluidos y Aerodinámica; Especialidad en Simulación CFD y Aerodinámica; Gerente de "Turbulencia Engineering"; ha trabajado con diversos Equipos de Competición: Campeonato del Mundo de Motos de 125 y 250 cc, Fórmula 3, Fórmula GT, Renault Mégane Trophy, Diseño de Camiones y Autocares, Diseño de Cascos de Veleros para la Copa América de vela, Elementos Aerodinámicos de Automóviles, Cascos de Competición, Diseño de Aeronaves, Energías Eólica, Térmica y Mareomotriz, Aerodinámica Industrial, Diseño, Fabricación, Instalación y Puesta en Marcha de Túneles de Viento, etc. Posee diversas Patentes relativas al mundo de la Aerodinámica, así como numerosas Investigaciones al respecto.

Sé que tanta letra aburre un poco, pero si kereis más, mañana tengo algo más que me guardo
Mañana:
FORMAS Y FUERZAS AERODINÁMICAS

alonsi-madrid · Registrado: 03 Abr 2005 Mensajes: 1548 Ubicación: MadriZ

Aerodinámica
La aerodinámica es tal ves el aspecto más importante en el diseño de un monoplaza de carreras.

Se define no sólo por el aspecto de la carrocería, sino también por la posición de cada uno de los componentes que la conforman y la función para lo que fueron creados.

Un vehículo de Fórmula Uno posee tanta carga aerodinámica que podría desplazarse de forma inversa (boca abajo) en velocidades superiores a los 160 kilómetros por hora.

--------------------------------------------------------------------------------
Alerón delantero
--------------------------------------------------------------------------------

El alerón delantero es la primera parte del vehículo que entra en contacto con el aire, de ahí radica su importancia.

Afecta el flujo de aire que transita a lo a largo de la carrocería y pequeños cambios en los reglajes podría modificar radicalmente el comportamiento y las prestaciones generales.

--------------------------------------------------------------------------------
Alerón trasero
--------------------------------------------------------------------------------

Este componente pega, casi literalmente, la parte trasera del vehículo a la superficie de la pista, aunque también contribuye a alcanzar la máxima velocidad.

Esta es la razón por la que los diseñadores están constantemente modificando el ángulo de las partes dependiendo de las exigencias del circuito.

El compromiso radica en que a mayor adherencia, menos velocidad en recta y viceversa.

--------------------------------------------------------------------------------
Suelo (diffuser)
--------------------------------------------------------------------------------

El suelo o la parte de abajo del vehículo, conocido en inglés como diffuser, tiene como función reducir la influencia el flujo de aire y garantizar una salida suave y rápida sin interrupciones.

Los diseñadores incorporan y modifican las partes con diferentes formas y ángulos porque al lograr una salida más rápida del aire que circula se consigue mayor carga aerodinámica y una mayor velocidad.

--------------------------------------------------------------------------------
Alerones laterales
--------------------------------------------------------------------------------

Los laterales del monoplaza también ofrecen diferentes versiones de alerones pero que buscan una misma función.

Se trata absorber el aire desviado por el contacto con los neumáticos y dividirlo en dos direcciones. Una hacia los radiadores que enfrían el motor y otra hacia el exterior para evitar que interfieran en otros componentes.

--------------------------------------------------------------------------------
Plancha
--------------------------------------------------------------------------------

Todos los coches F1 incorporan una plancha de 10mm elaborada de madera que busca limitar las prestaciones de velocidad.

Estas planchas garantizan que se mantenga la distancia establecida entre el la superficie de la pista y la parte inferior de la carrocería.

Si la plancha se gasta en 1mm debido al contacto con la pista por las irregularidades de ésta, el vehículo y piloto son descalificados.

marga35 · Registrado: 27 Jun 2006 Mensajes: 1

[saludo] quiero aprovechar para felicitarte por tus articulos sobre aerodinamica me parecen excelentes y super bien explicado todo

un beso

marga ripoll