Aerodinámica aplicada a la Fórmula 1

Este artículo, lo he creado en base a material que apareció hace algunos años en mi carpeta P2P de descargas. Apenas sé nada de él salvo que la autoría original indicaba ser de la familia Ramos Delgado el 16/02/2004, y su título era Aerodinámica aplicada a la F1.

Por el estilo, es probable que sea de alguien en hispanoamérica, quizás un trabajo escolar o de instituto. En todo caso, tuve que aplicar bastantes cambios y correcciones al texto, aunque el material gráfico me pareció muy didáctico, y lo he incluido tal cual.

Con un campeonato mundial de fórmula uno cada vez más exigente en este sentido, y con la importancia de la aerodinámica y el DRS (Drag Reduction System) a partir de la temporada 2011, creo que sigue gozando de máxima vigencia.

La aerodinámica es una rama de la mecánica de fluidos que trata el movimiento del aire y otros gases fluidos, una de las leyes fundamentales que gobiernan el movimiento de fluidos es el principio de Daniel Bernoulli, el cual, en pocas palabras, nos dice que la presión disminuye si la velocidad aumenta. El principio de Bernoulli es usado en la aerodinámica para explicar el levantamiento del ala de un aeroplano en vuelo.

Un ala está diseñada de tal manera que el aire fluye más rápidamente por la parte superior de su superficie que por la parte inferior, provocando así una presión baja en la parte superior comparada con aquella presión en la parte inferior, esta diferencia de presiones origina la fuerza que mantiene al aeroplano en vuelo. Si al ala se le da la vuelta, la fuerza resultante seria hacia abajo, esto explica como coches veloces, fórmula uno, son capaces de dar vueltas a tan grandes velocidades, la fuerza resultante empuja los neumáticos hacia la pista dándoles así mayor agarre.



En adición a la mejora que esto produce para dar vueltas a altas velocidades, la fuerza resultante permite la transmisión de mayor potencia de empuje con menor rotación del neumático produciendo así una mayor aceleración.

El arrastre o drag es otro concepto importante de la aerodinámica, este no es más que la resistencia que actúa sobre cuerpos que se mueven a través del aire, las fuerzas de arrastre que actúan sobre un aeroplano por ejemplo tienen que ser vencidas por la fuerza de empuje que produce el motor.

Estas fuerzas de arrastre pueden ser disminuidas haciendo la forma del cuerpo u objeto con mejor penetración al aire, por ejemplo, la potencia necesaria para manejar un vehículo a baja o alta velocidad es principalmente consumida para vencer las fuerzas de arrastre. Mientras más aerodinámico sea el coche, menor será la potencia necesaria para llegar a altas velocidades, y por ende menor consumo de combustible.



Las alas invertidas producen cerca de la mitad de la fuerza total, direccionada hacia la pista. Por esto es que todos los equipos dentro de la F1 y dentro de las carreras de coches se interesan en el diseño de nuevos alerones y la repercusión de éstos en la producción de fuerzas mas altas contra la pista.

De cualquier forma la producción de una fuerza mayor produce inevitablemente la producción de una fuerza de arrastre mayor. Por lo que los diseñadores lo que buscan son alerones que produzcan la mayor fuerza posible con el menor aumento en la fuerza de arrastre.



Para evitar que la fuerza de arrastre melle grandemente el rendimiento de los coches de competición, éstos estaban provistos de un mecanismo que controlaba automáticamente el grado de incidencia con que el alerón atacaba al aire, de esta manera en un recta el ángulo era cero y de esta manera se minimizaba al fuerza de arrastre, pero en una frenada o en la entrada de una curva el ángulo de crecía en forma negativa para crear una fuerza de agarre mayor.



El túnel de viento virtual es una herramienta muy importante dentro del diseño de nuevas partes aerodinámicas para mejorar el rendimiento de los coches de competición, los prototipos virtuales son examinados en velocidad, presiones, áreas de turbulencia, sustentación y arrastre, etc.

A continuación se presentan algunas fotos e las diferentes pruebas que se pueden lograr con este software.











6 comentarios en “Aerodinámica aplicada a la Fórmula 1”

  1. … hasta que llegaron las computadoras y todo eso se fue al carajo. Un avión que requiera una altitud de vuelo considerable y una maniobrabilidad destacable se diseña precisamente para que sea inestable (el B2). Quien lo mantiene en vuelo no son ni las alas, ni los alerones, ni los ángulos de ataque o de salida: son las computadoras.

    Gran reportaje y gran acierto que pongas a la Fórmula 1 como ejemplo de tecnología aerodinámica… lástima que llegue veinte años tarde. Porque la Fórmula 1 ya no es lo que era en materia tecnológica, si lo fuera la informática tendría más presencia y las manos del piloto casi ninguna importancia. Qué se puede decir de una competición que tiene prohibidos dispositivos tan básicos como el control de tracción. Lamentable. Cualquier coche de calle tiene más tecnología hoy que un Fórmula 1. Para morirse de risa. A mi la F1 actual me parece una competición totalmente alterada y manipulada sola y exclusivamente dirigida a engordar las carteras de unos cuantos multimillonarios interesados. No es competición ni es nada, es un cúmulo de despropósitos tras otro.

  2. Estoy de acuerdo en que la F1 no evoluciona hacia tecnología, sino hacia negocio, es decir, espectacúlo.

    En los años 80, si que era tecnología, motores de 1500 CV en clasificación, suspensiones pilotadas, …

    Creo que la FIA debería regular en base a los objetivos que se quieren conseguir. Por ejemplo, queremos motores eficientes, en ese caso, no es necesario limitar el motor como hasta ahora. Basta dejar el límite de consumo como está, y que los motoristas se busquen la vida para conseguir como sea la mayor potencia con el consumo justo.

    ¿Por qué limitar el peso mínimo? ¿No es acaso interesante el desarrollo de compuestos ultraligeros que puedan trasladarse a los coches de calle?

    Sobre la aeronáutica, estoy de acuerdo. Desde un avión comercial de última generación con el fly-by-wire, hasta el B-2, o sin ir más lejos el F-16 diseñado a finales de los años 70, no serían capaces de volar sin la monitorización y corrección que hacen los ordenadores de vuelo.

  3. Estoy totalmente de acuerdo contigo respecto a los cambios que se deberían dar en la F1, Guti. Lástima que los que tienen que tomar esas decisiones no les interese o no les apetezca.

    Sobre la aviación, cuando en los setenta había dinero de por medio fíjate hasta dónde podían llegar diseñando aviones en vuelo por computadora en unos años que los ordenadores solo eran para unos pocos privilegiados. Creo que el futuro está en los cazas furtivos de tipo no tripulado, y en los drones. Eso a medio plazo. A un plazo más largo ni eso: directamente con inteligencia artificial (si la humanidad llega a ello, que tal como están las cosas a saber…). Lástima que a mí la inteligencia artificial me va a pillar criando malvas 😀 Porque personalmente creo que la IA en todo (desde medicina a la conducción autónoma) tiene infinitas ventajas y, por lo general, un ser humano se encuentra mucho más relajado y con mejor disposición ante un robot que ante un humano. Bueno… o al menos yo 🙂 Y ni qué decir tiene que ante un avión pilotado por un humano a uno pilotado por una máquina, yo me subiría en el pilotado por la máquina sin dudarlo. Sin pensarlo. El problema es que la única inteligencia artificial que la mayoría de personas entiende es aquella de la voz sintetizada que venía en algunos modelos del Renault 25 de los ochenta, jejeje.

  4. En mi caso, tenía muchas espectativas con la Fórmula-E, pero realmente le queda camino por recorrer, pese a que la semilla ya está allí.

    Sobre la potencia de cálculo, es obvio. Cualquier dispositivo con sensores más rápidos que los humanos, podrá tomar decisiones más rápidas. Lógicamente eso no es todo, y hay que ver cuánto influye la experiencia y la intuición en esa tarea para decir que sería mejor que un humano.

    En todo caso, ahí tenemos a Audi, con un coche que ha pilotado por el circuito de Nürburgring a buena velocidad, y sin riesgo alguno. Y me temo que si el enfoque hubiera sido conseguir buenos tiempos a costa de algo de riesgo, habría quedado muy cerca de un piloto profesional.

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