Parece, y no lo digo yo sino la cantidad de ingenieros que hay trabajando para las escuderías, que la clave de todo está en el aire. Porque, dependiendo de cómo se lo trabaje, puede ser el peor enemigo o el mayor amigo. El yeite de todo esto está explicado por los principios que establece y estudia la rama de la física que se llama aerodinámica, que trata de describir, básicamente, cómo interactúa el aire con los cuerpos en movimiento.
Cuando leemos la palabra aerodinámica seguramente a la mayoría se nos aparece una imagen o representación mental similar: algo que tiene una formita que le permite ir rápido, ágil, con prolija facilidad. Una flecha, el avioncito de papel con la punta perfecta, la Ferrari más linda que hayas visto jamás, el Batimóvil quizás. Y es que la forma de los objetos es un factor clave para hacer que un objeto mejore su aerodinámica, sea menos resistente a las fuerzas del aire que se oponen a su movimiento y, por lo tanto, pueda ir más rápido.
Hablemos un poco, entonces, de las fuerzas que actúan cuando un auto se mueve rodeado de atmósfera, que es lo mismo que le pasa a cualquier cuerpo u objeto moviéndose en un fluído. Resulta que, producto de la interacción entre el cuerpo y el fluído, aparecen dos fuerzas: la resistencia y la sustentación (o carga aerodinámica); la resistencia es paralela a la dirección del movimiento, y la sustentación es perpendicular.
Esa sustentación es la que hace que las alas del avión le permitan “mantenerse a flote”, pero también es la misma que empuja el auto de Colapinto contra el piso, haciendo que pueda ir muy rápido sin despistar (condición necesaria, no suficiente, hay otro montón de cositas que pueden fallar, preguntale a Kimi Antonelli). Esta carga aerodinámica, en los autos, se obtiene, principalmente, a través del efecto suelo (ya vamos a hablar en detalle de esto) y el uso de alerones (delantero y trasero) que modifican la circulación de aire y por lo tanto las fuerzas de sustentación. Dado que estas superficies puede generar mayor resistencia, el desafío de los ingenieros (y las ingenieras) está en buscar un equilibrio de optimización.
Pero veamos un poquito más en detalle cómo se producen estas fuerzas. Por un lado, la resistencia se produce en un cuerpo de dos maneras:
- Fricción entre las capas del fluido y la superficie en contacto con el fluido, debido a la viscosidad del fluido. Un fluido más viscoso como la miel producirá más resistencia que un fluido menos viscoso como el agua. Esto se llama resistencia aerodinámica.
Con la viscosidad del aire no podemos hacer nada, lo que podemos hacer es usar materiales para las distintas partes que componen el auto, que minimicen el roce.
- Diferencia de presión entre los dos extremos del cuerpo, ya que la fuerza actúa desde una zona de alta presión hacia una zona de baja presión, a esto se le llama arrastre inducido.
Cambiando la forma del auto podemos hacer que la diferencia de presión entre la trompa y la cola baje, lo que bajaría el arrastre que tiende a frenarlo.
Cuando un cuerpo se mueve a través de un fluido se produce otra fuerza, la elevación, que actúa de forma opuesta al peso. Así como en el caso del avión dijimos que la idea es que esta fuerza lo haga subir, en la Fórmula 1 puede representar un problema ya que despegar el auto del piso implica perder fricción, lo que dificulta el control del auto por parte del piloto, sobre todo a altas velocidades.
Una parte importante del diseño de los autos de F1 está destinada a generar una fuerza que se contraponga a la elevación, y que se llama carga aerodinámica; las distintas partes de un auto de F1, como el alerón delantero, el alerón trasero y las placas de suelo, están diseñadas para producir la máxima carga aerodinámica posible.
Esta fuerza tiene, como casi todo, un lado positivo y un lado negativo: por una parte produce tracción, le da al conductor un mejor agarre y aumenta la velocidad, y por otra parte genera gran cantidad de resistencia. Uno de los trabajos centrales de los equipos de ingeniería, entonces, está en lograr un equilibrio entre estas fuerzas, intentando encontrar formas de producir carga aerodinámica sin resistencia.
Algunas de las partes del auto que influyen en la aerodinamia, son aquellas que ayudan a controlar el flujo de aire en el monoplaza son:
- El alerón delantero: El alerón delantero está diseñado con una forma opuesta a la del perfil aerodinámico, ya que se supone que produce sustentación negativa (carga aerodinámica). Esta parte se llama plano principal. Al plano principal hay muchos componentes unidos para aumentar la funcionalidad, lo que hace que el diseño del alerón delantero sea muy complejo.
El alerón delantero genera una carga aerodinámica equivalente al doble del peso del coche. Es el único dispositivo generador de carga aerodinámica expuesto al aire libre y es la primera parte del automóvil con la que el aire entra en contacto. El plano principal y el flap ajustable son las dos partes principales involucradas en la generación de carga aerodinámica.
- Nosecone: Es la parte del automóvil que une el alerón delantero al chasis. Se requiere que el morro pase una serie de pruebas de choque de la FDA, ya que sostiene el alerón delantero y absorbe la energía del impacto en caso de una colisión frontal. El morro también juega un papel en el efecto suelo al dirigir parte del aire que golpea el alerón delantero hacia el piso del auto (sobre el efecto suelo vamos a hablar en otra ocasión).
- El suelo del coche: Es el área entre el coche y la carretera. Aerodinámicamente, el suelo del coche es uno de los aspectos más importantes de un coche de F1: produce alrededor del 60% de la carga aerodinámica total. Normalmente, la generación de carga aerodinámica se produce a costa de la resistencia debido a la separación del flujo de aire; sin embargo, la carga aerodinámica producida por el piso del automóvil crea mucha menos resistencia. Esto se debe a que no hay posibilidad de separación del flujo de aire en la parte inferior del automóvil. El suelo del vehículo funciona según el efecto Venturi. Cuando el aire que fluye libremente ingresa al piso del automóvil a través del cono de nariz, se contrae y, por lo tanto, su velocidad aumenta y la presión disminuye. Debido a esto, hay un gradiente de presión con alta presión arriba y baja presión debajo del automóvil. Este gradiente genera enormes cantidades de carga aerodinámica. Esta producción de carga aerodinámica en el suelo del coche se denomina efecto suelo. Crea una especie de succión que empuja el coche hacia el suelo.
- Ala trasera: El alerón trasero según la normativa FIA es la “Carrocería detrás de la línea central de la rueda trasera”. El alerón trasero es la última parte de un coche de F1 y produce entre el 15 y el 25 % de la carga aerodinámica del coche, dependiendo de la pista. El alerón trasero es la única parte del coche de F1 que más cambia con las pistas, dependiendo de cuántas curvas haya. El alerón trasero es un perfil aerodinámico invertido en comparación con el ala de un avión. Esto se debe a que produce carga aerodinámica.
Las modificaciones sobre estas partes que se hacen año a año, están destinadas a intentar aprovechar más y mejor la potencia de los motores (sobre motores también vamos a hablar más adelante), intentando garantizarle al piloto la mayor estabilidad posible; es decir que el auto vaya muy rápido y no se mueva de más. En esto último influyen también otros factores como las ruedas y las condiciones de pista, e incluso la habilidad del piloto.
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Esta semana hubo un poquito de runrun entre algunas escuderías, porque Red Bull y Ferrari acusaron a McLaren y Mercedes de usar alerones más flexibles de lo que permite el reglamento y la FIA (que es como la FIFA pero de los autos, con la parte turbia y todo) dijo que nadie incumplió nada, así que se espera que los que estaban reclamando vayan a toquetear algunas cositas, para ponerse la aerodinámica a favor. Vamos a ver cuánto se estira la interpretación de la norma y qué ajustes sobre el reglamento nos trae más adelante esta situación. Y recuerden chicos: reglas claras conservan la amistad.
