Carga Aerodinámica. Concurso ATM. Ganador. 1ra. pregunta

Texto: Alonso Labrada Reyes

Un ala puede hacer volar un avión pero si la invertimos totalmente puede hacer que los monoplazas NO vuelen. Es importante conocer que los aviones y los helicópteros vuelan cuando la fuerza de sustentación que genera la Aerodinámica es mayor que el peso del avión. 

La F1 tiene como objetivo ser la máxima exponente de todas las categorías de los deportes a Motor. Obtener la máxima velocidad, ser el más rápido es su principal objetivo. Para ser el más rápido necesitamos potencia pero existe un límite que se puede poner al suelo, para aumentar este límite se deben aplicar mayor fuerza sobre las ruedas esto se puede conseguir aumentando el peso del coche pero esta solución empeora el manejo del coche y requeriríamos mucha más potencia del motor, así que necesitamos un peso que no sea "físico" Aquí aparece la Carga Aerodinámica obtenida del tremendo flujo de aire que circula alrededor del auto y aparece el DAWNFORCE.

Este término Carga Aerodinámica siempre debemos entenderlo como la fuerza que empuja al coche contra el asfalto. Sin embargo este flujo de aire que circula a gran velocidad alrededor del auto que es la que genera el DAWNFORCE también trae consigo una penalización que es la resistencia al avance del auto, conocida como DRAG.  Este Drag es fuerza de arrastre creada por el coche en su intención de hacer el mejor tiempo.

La relación entre fuerza Aerodinámica  y resistencia al avance es el secreto. Ya que a más carga Aerodinámica  más resistencia  al avance. También a más velocidad del aire mayor fuerza Aerodinámica.

 
Este DAWNFORCE  genera fuerzas sobre los neumáticos que disminuyen en gran medida la posibilidad que estos patinen aumentando las prestaciones. Según pruebas llevadas a cabo por software especializados en F1 estos autos SIN los elementos generadores de la Carga Aerodinámica (alerones difusores suelo) llegan a alcanzar velocidades de Patinaje hasta de 160km/h SIN PODER traccionar sobre la pista.

¿Cómo se crea el DAWNFORCE?

Según el teorema de Bernoulli, un físico suizo, dice que:
"Cuando un fluido se acelera y aumenta su velocidad su presión disminuye". Este es el santo grial de la Aerodinámica.

Al pasar el aire a través del perfil del ala por el diseño especial de los mismos, por la parte superior del ala (en los aviones) el aire tiene que recorrer más espacio por tanto tiene que acelerarse y aumentar su velocidad para salir por el borde de salida a la misma vez que el que viaja por debajo del ala, por tanto aparece una baja presión sobre el ala y esta diferencia de presión es la sustentación en los aviones. En un F1 es lo mismo ya que todos los perfiles y posiciones de los mismos se invierten, provocando entonces Sustentación Negativa, o DAWNFORCE.

 

Esa es una de las dos fuerzas Aerodinámicas que dan Sustentación la otra es provocada por la fuerza del aire al salir por los bordes  de Salida de los mismos alerones y por la 3ra Ley de Newton que plantea: "Para cada acción aparece otra igual y contraria en dirección opuesta". Este aire expulsado por los bordes de salida hacia arriba crea una fuerza contraria que empuja al auto también hacia abajo. Esto sucede ya que los alerones en los F1 están dispuestos con el borde de ataque hacia abajo (contrario a los aviones).

Hasta aquí una breve explicación de cómo surge o se obtiene la Sustentación o el DAWNFORCE.

Es fácil entonces imaginarnos la enorme fuerza generada por las alas de los aviones que es capaz de sustentar miles de toneladas que pesan los grandes aviones actuales. Esta misma tecnología es aplicada por los aeromodelistas de la F1. El ejemplo más contundente  de la influencia de la carga Aerodinámica en los F1 ocurrió en la temporada del 2009 gracias al genio del Diseñador Ross Brawn. Que aprovecha una "grieta" en el reglamento para diseñar y colocar el doble difusor en sus Brawn GP modelos  BGP OO1. Se convirtió en el único equipo de la F1 que en su año de debut obtiene ambos galardones.

Este ardid aerodinámico que permitió a los Brawn GP ganar el campeonato con un auto que le compró a BAR le adaptó un motor Mercedes que utilizaba McLaren y Force India, con dos pilotos sin muchos logros, casi llegó por los pelos a la primera carrera, ya que realizaron menos prácticas que los demás y ganaron 1 y 2  en su carrera de debut. Todo esto solo gracias a la Aerodinámica.
Falta el efecto Coanda que asegura que todo fluido en contacto con cualquier superficie tiende a no separarse  de la referida superficie

Conclusiones Influencias principales:

-Asegura mayor Grip o adherencia del auto al asfalto.
- Por tanto casi total aprovechamiento de la potencia disponible.
- Mayor control  de la estabilidad de Sub y Sobre Viraje.
-Es conocido que todos los circuitos tienen más distancia a recorrer en las curvas que en las rectas y este DAWNFORCE  permite a los monoplazas un aumento considerable de la velocidad  en el paso por curvas. Este es uno de los efectos más importantes de la fuerza Aerodinámica. Ya que logró disminuir considerablemente  los tiempos por vuelta.
-Menor desgaste de los neumáticos por mejor estabilidad al derrapar menos.
-Por la misma razón mejor operación de los frenos al calentarse menos.
-Mejor refrigeración  de los radiadores al incorporarse winglets a la entrada de las tomas de aire  que no son más que pequeños alerones que guían el aire dentro de las entradas. 
- Cada circuito lleva una puesta a punto distinta desde el punto de vista de la Aerodinámica. Por tanto hay circuitos de alta carga Aerodinámica  y otros de menor carga.  El equipo que logre la mejor puesta a punto tiene más probabilidades de obtener el triunfo y es lograr una relación óptima entre carga y Drag.
Mónaco es de alta carga al igual que Hungría por ser de bajas  velocidades y muchas curvas. Monza es el de menor carga por ser uno de los más rápidos del año.
- DRS  Drag  Reduction Sistem. Este sistema permite "Abrir" los alerones traseros en lugares y condiciones muy bien reguladas por reglamento.  Estos alerones generan carga Aerodinámica cuando están en posición normal pero como hemos explicado también generan resistencia al avance del monoplaza, cuando operan reducen este Drag y el auto logra aumentar su velocidad en ese momento hasta 20 km/h lo cual permite adelantamientos en rectas.

Para cada acción aparece una reacción igual y contraria. Nótese que esta ala es de un avión en los F1 el ángulo es contrario por tanto el aire No Es expulsado hacia abajo como muestra la figura sino hacia arriba y genera una reacción hacia abajo.
Demostración.

Cuando un flujo de aire aumenta su velocidad su presión disminuye. Cuando el aire pasa sobre el ala aumenta su velocidad y crea un área de baja presión sobre el ala. Esta diferencia de presión entre la parte superior del ala y la parte inferior es la que hace que aparezca la fuerza de Sustentación en los aviones. 

Lo mismo sucede en los F1 al invertir el ala así como su ángulo de ataque al aire. Entonces se le llama Sustentación Negativa o DAWNFORCE.

En un próximo trabajo explicaremos el Efecto Suelo.