Fórmula Autocity

Una vez que se ha decidido como va a ser la carrocería de un coche de Fórmula 1, hay que hacer estudio del rendimiento aerodinámico de la misma para comprobar su efectividad. Para eso se usan habitualmente dos herramientas: el Túnel de Viento y la CFD (Dinámica de Fluidos Computacional).

Un Túnel de Viento es un conducto en el que se coloca un modelo del vehículo, habitualmente a escala, que se va a estudiar. Por ese conducto se envía aire con una serie de ventiladores, simulando el desplazamiento del monoplaza por la pista. Conectando ese modelo a una balanza de fuerzas se puede medir la cantidad de fuerza de sentido descendente que se obtiene. Es decir, si vemos que hemos obtenido más fuerza descendente en sentido vertical podemos decir que hemos tenido más éxito. Los resultados obtenidos en ese modelo a escala se pueden aplicar al modelo de tamaño real. Para que esto se cumpla, se trabaja con un valor o coeficiente, llamado Número de Reynolds, que se calcula en función de la densidad y de la velocidad del aire, de la longitud del modelo y de viscosidad del aire. En ambos modelos, el Número de Reynolds de la escala y del modelo real han de ser los mismos, o al menos estar muy cercanos, o habrá diferencias entre el comportamiento del modelo a escala y el real.

Las paredes del conducto también influyen en los resultados obtenidos. Si esta influencia es muy grande los resultados obtenidos pueden ser equivocados cuando el grosor del modelo a estudiar es mayor del 10% del grosor del conducto. De ahí que se usen modelos a escala en vez de modelos a tamaño completo, ya que el uso de un modelo completo haría que se necesitará un conducto mucho más grande, lo que influye en el coste del túnel de viento. El número de indicadores, por ejemplo para medir la presión ejercida, sería mucho mayor y por lo tanto más costoso si se usaran modelos en escala real.

Además, se emplean métodos para ver el flujo del aire, como partículas suspendidas en el aire, ya éste es invisible

Para verlo más claro, os pongo este video de YouTube del túnel de viento de la escudería BMW Sauber. La lástima es que está en inglés, pero aunque no entendáis el audio creemos que merece la pena verlo.

La CFD es una técnica basada en el diseño asistido por ordenador. Se usa para simular el comportamiento del flujo de aire sobre el monoplaza mediante cálculos con el ordenador y obtener una imagen visual. Ésta se analiza y se llegan a conclusiones sobre el rendimiento aerodinámico en función de la turbulencia generada. Lo primero que hay que hacer es almacenar en el ordenador los datos relativos a la posición de puntos del monoplaza respecto a un punto de referencia: sus valores de alto, ancho y largo respecto a ese punto (o dicho más formalmente: coordenadas respecto a un eje de referencia). Con esta serie de puntos podemos obtener una representación del coche a tamaño real en el ordenador, también llamada malla, y aplicar a dicha malla los cálculos matemáticos que simulan el comportamiento del aire a lo largo del monoplaza. Una vez que hemos hecho la simulación, se obtiene una imagen en colores sobre los resultados obtenidos para analizar.

Los problemas que tenemos con la CFD es que, al ser simulación, se dan por hecho ciertas suposiciones y consideraciones que, en algunos casos, pueden hacer que los resultados obtenidos sean diferentes a lo que realmente pasa. Otro problema es la generación por ordenador de la malla del monoplaza: la obtención de los puntos que la componen. Debido a que hay que establecer simplificaciones en los límites de las superficies (es totalmente imposible diseñar todas y cada una de las superficies que hay en un monoplaza de Fórmula 1) esto puede llevar a resultados erróneos si no se hace con cuidado. Además, debido a que se requieren un gran número de puntos para tener una malla con suficiente detalle, el tiempo para la obtención de los resultados es elevado, y se necesitan ordenadores realmente potentes

Sin entrar en detalles, ambos métodos son complementarios y uno puede ayudar a resolver los problemas que aparecen en el otro.

Os ponemos una imagen de como se vería un coche de F1 con CFD. En el video anterior, en la última parte, también salen imágenes obtenidas por CFD.

Original Image courtesy of Symscape

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Fidel C. Garbajosa