Aerodinámica en los automóviles de carrera

Republica Bolivariana de Venezuela
Ministerio de Educación
Instituto Universitario de Tecnología de Venezuela
VENTAJAS DE LA AERODINÁMICA EN LOS AUTOMÓVILES DE CARRERA
Caracas 10 de Junio del 2002
− Carrera: Informática.
− Semestre: I.
− Turno: Mañana.
− Materia: Metodología de la investigación.
INDICE GENERAL
CAPITULOS PP.
INTRODUCCIÓN ................................................................................. 5
I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Contexto ............................................................................................. 6
Formulación del problema ................................................................. 6
Objetivos de investigación .................................................................. 6
Justificación ........................................................................................ 7
Delimitación ....................................................................................... 7
II MARCO TEORICO
Historia de la aerodinámica en los autos de carrera ............................ 8
Teoría ................................................................................................... 9
III TIPOS Y NIVELES DE INVESTIGACIÓN A UTILIZAR
Tipo de investigación a utilizar ............................................................ 34
Nivel de investigación a utilizar ........................................................... 34
IV TIPOS Y OPERACIONALIZACION DE LA VARIABLE ................... 35
1
Tipos de variables presentes en el trabajo ............................................ 35
Operacionalizacion de la variable ........................................................ 35
CONCLUSIÓN ......................................................................................... 36
BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................... 37
GLOSARIO ............................................................................................... 38
INTRODUCCION
En este trabajo desarrollare el tema de la aerodinámica, específicamente en el área de los automóviles de
carrera. A continuación presentare una compleja investigación la cual nos dará a conocer las grandes ventajas
que brinda la tecnología de la aerodinámica en la maniobrabilidad de los automóviles de carrera.
El tema de la aerodinámica es relativamente nuevo, ya que se empieza desarrollar con muchos mas estudios y
pruebas a partir del año 1960, por la necesidad de tener vehículos de carrera más estables y seguros ya que los
carros poseían mucha potencia y tecnología a nivel mecánico y las velocidades se hacían cada vez mas altas y
peligrosas.
De aquí es que nace la necesidad de hacer la producción de una fuerza aerodinámica dirigida hacia abajo
(sustentación negativa) que empuje el vehículo contra el suelo y lo haga mucho mas seguro, estable y con un
nivel de competición mas alto.
CAPITULO I
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Contexto:
La aerodinámica es uno de los factores mas importantes en un auto de carrera ya que le brinda al piloto un
nivel mucho mas alto de seguridad del que se tenia hace 30 años y además el automóvil se vuelve mas eficaz
y maniobrable . La aerodinámica Es la ciencia del manejo de las corrientes de viento, aplicada a los autos de
carreras para añadir adherencia o agarre a los mismos, con el objeto de lograr mayor velocidad.
Formulación del problema:
− ¿ Que ventajas le da la aerodinámica al piloto de autos de carrera?
− ¿ Cuales son las características o accesorios que hacen al carro de carreras más estable y rápido?
− ¿ Cómo y porque se produce la fuerza aerodinámica ?
Objetivos generales de la investigación :
a) Conocer las ventajas y desventajas que la aerodinámica brinda con respecto a la maniobrabilidad del
automóvil de carrera en la pista.
b) Investigar como son diseñados, y de qué material están hechos los dispositivos aerodinámicos en los autos
de carrera.
2
c) Tratar los conceptos de la aerodinámica y como es aplicada en los autos de carrera, y cómo ayudaría si
fuera aplicada de una forma mas enfática y profesional a los vehículos en condiciones originales de fabrica.
Justificación :
Las razones que me llevaron a desarrollar esta investigación fueron indagar en el tema de la aerodinámica,
para luego, en trabajos futuros poder tratar mas de lleno otros temas relacionados con los vehículos de carrera;
por ejemplo: ¿ Como es la mecánica en los autos de carrera ?, ¿ Que cambios se tienen que hacer a nivel
mecánico, de chasis y del cuerpo de un carro para ponerlo en condiciones de competición siendo este un carro
en estado original ? ( un carro en estado original quiere decir cuando el auto mantiene los accesorios y
mecánica originales de fabrica ); para así tener una base mucho mas sólida a nivel de conocimientos a la hora
de tener que desarrollar un trabajo de investigación mucho mas complejo.
Por otra parte también se busca conocer todos los factores aerodinámicos que influyen en el desempeño de un
auto de carrera, como lo son: el chasis, cauchos, alerones, spoilers, etc; Para luego adquirir conocimientos mas
amplios y técnicos de la materia(aerodinámica) para en un futuro tratar de aplicarla de lleno a los automóviles
comunes y corrientes.
La investigación es poco viable ya que no se requiere de contactos en los autodromos del país y
lamentablemente Venezuela no a desarrollado con tanto empeño, como otros países, lo que es el área de
competición con autos de carrera. Hay pocos lugares donde se podría encontrar información, pero a pesar de
todos los inconvenientes se tratara de conseguir la mayor cantidad de información, ya sea en las pistas de
competición, por Internet o por la investigación en bibliotecas y enciclopedias.
Delimitación :
Se realizara un estudio de las utilidades y las ventajas que la aerodinámica brinda al piloto con respecto a la
velocidad y maniobrabilidad del auto de carrera. La investigación se tratara de realizar en 2 meses o menos, en
los autodromos del país como lo es Turagua, ubicado en la ciudad de Maracay.
CAPITULO II
MARCO TEORICO
Historia de la aerodinámica en los autos de carrera :
En el mundo de las carreras, la eficacia aerodinámica fue, durante décadas, concebida sólo como un método
para poder ir más rápido en las rectas, pero en realidad supone unas enormes mejorías tanto en el paso por las
curvas como en el frenado. El reconocimiento y la explotación de este hecho han significado, durante los
últimos 30 años, el desarrollo tecnológico más importante.
La importancia de la aerodinámica ha sido reconocida a través de gran parte de la historia de las competencias
de autos de carrera. Desde los comienzos de la carrera Indianápolis 500 (Indy 500), los carros ya eran
construidos con los cuerpos aerodinámicos. Sin embargo, la tecnología del motor, la suspensión, y los
neumáticos era más importante en aquella época. La aerodinámica del automóvil no fue estudiada
detenidamente sino hasta principios de la década de 1960. La reducción de la resistencia del aire sigue siendo
importante, pero un nuevo concepto (idea) ha tomado prioridad: la producción de una fuerza aerodinámica
dirigida hacia abajo (sustentación negativa), que es considerada más importante que la reducción de la
resistencia.
Desde el principio de las competencias de autos de carreras, los carros se han vuelto más y más rápidos. A
principios de la década de 1960, la velocidad ya habían alcanzado un nivel peligroso. Para disminuir la
3
velocidad y aumentar la seguridad, se decretaron algunas reglas para limitar la potencia del motor y talla de
los neumáticos. Puesto que la resistencia del aire producida por el vehículo y los neumático ya había sido
reducida, los diseñadores necesitaban encontrar alguna otra cosa que les diera a sus coches una ventaja sobre
los demás. Ahora, la mayoría de los automóviles producían sustentación. Conforme la velocidad aumenta, la
fuerza de sustentación aumenta y el auto se vuelve inestable.
Para contrarrestar el problema de la sustentación, los autos de carreras modernos están diseñados para
producir sustentación negativa. Esto significa que al auto se le agregan algunos dispositivos que causan que el
auto presione contra el suelo y se mantenga más cerca de él. Estos dispositivos neutralizan la sustentación
producida por el vehículo o crean de hecho sustentación negativa ( fuerza que apunta hacia abajo). Hasta el
día de hoy se siguen desarrollando estudios sobre la aerodinámica y como sacar el mayor provecho de la
misma.
Teoría :
Se denomina aerodinámica a la ciencia del manejo de las corrientes de viento, aplicada a los autos de carreras
para añadir adherencia o agarre a los mismos, con el objeto de lograr mayor velocidad y seguridad al piloto.
Hay varios métodos que se utilizan para reducir la sustentación o para crear fuerza hacia abajo. Estos métodos
incluyen interceptores aerodinámicos (spoilers) y efectos de tierra. El tipo de dispositivo utilizado depende de
la clase de competencia y de las restricciones (reglas) que hayan sido impuestas.
Como mencionaba anteriormente los alerones delanteros y trasero aumentan el apoyo aerodinámico y, por lo
tanto, la velocidad en las curvas. Los mismos se ajustan a las características de cada circuito. En los circuitos
rápidos, con largas rectas y pocas curvas, las alas son casi horizontales para reducir el apoyo aerodinámico y
la resistencia al avance (e incrementa la velocidad máxima ) en las rectas. En circuitos lentos, con pocas rectas
y muchas curvas, las alas tienen mucha más inclinación, pues se sacrifica la velocidad máxima en función del
agarre ( y con el la velocidad ) en las curvas, debido al aumento del apoyo aerodinámico. Un dato importante
y curioso a resaltar seria el hecho de que un auto de Formula Uno genera hasta cuatro veces su peso en apoyos
aerodinámicos ascendentes.
Los dispositivos disponibles más simples son un tipo de presas de aire delanteras e interceptores
aerodinámicos traseros. Estos dispositivos tienen realmente varios efectos positivos. Al reducir el flujo del
aire por debajo del vehículo, una presa de aire delantera reduce la resistencia del automovil. Además,
inmediatamente detrás de la presa de aire, la presión también se reduce, lo cual ayuda a que el radiador reciba
un flujo de aire fresco. Al mismo tiempo, la sustentación se reduce en la parte de enfrente del coche. El
interceptor aerodinámico trasero puede reducir la separación del flujo en la ventana posterior, lo cual reduce la
resistencia del aire. También hace que aumente el flujo del aire por debajo del auto, lo cual promueve la
generación de una fuerza hacia abajo en la parte posterior del coche.
Se utilizan alas reales (como las de un avión común y corriente) en los autos de carreras de Fórmula Uno,
Indy, y Grupo C. Sin embargo, las alas se invierten (se colocan con la parte de arriba hacia abajo) para
producir una fuerza hacia abajo en lugar de sustentación hacia arriba. Al instalar las alas cerca del suelo, se
pueden producir cantidades más grandes de esta fuerza que apunta hacia abajo. Esto se debe al aumento de la
velocidad del flujo entre la ala y el suelo. El aumento en la velocidad del flujo causa que la presión en la
superficie inferior de la ala disminuya, y que, por consiguiente, la fuerza hacia abajo aumente.
Otro de los dispositivos que se utilizan es el conocido como "strake". Estos dispositivos se usan comúnmente
en los aviones de alto rendimiento. En un avión, el strake produce sustentación. En un auto de carreras, la
mayoría de las veces el strake es utilizado en combinación con una ala montada en la parte de atrás para
aumentar la fuerza hacia abajo en la parte posterior del carro.
Los strakes también pueden estar instalados en la parte de enfrente del coche. Se utilizan en carros que no
4
tienen alas delanteras. Estos strakes se pueden ajustar para balancear la fuerza hacia abajo entre el strake
delantero y el strake trasero.
Otro dispositivo que se utilizaba para aumentar la fuerza hacia abajo eran las "faldillas", las cuales se
montaban en los lados del coche y cerca del suelo. Entre más cerca del suelo estaba la faldilla, mayor era la
fuerza hacia abajo que se producía. Pero si por alguna razón la faldilla se despegaba repentinamente, ocurría
una enorme pérdida de fuerza hacia abajo. Esto podía fácilmente originar que el piloto perdiera el control del
coche. Por tal motivo, se prohibió el uso de faldillas en la mayoría de las competencias.
La prohibición de las faldillas condujo al desarrollo de canales en la parte de abajo del carro. Estos canales se
extienden de la parte de enfrente a la parte de atrás. Conforme la velocidad del aire que corre a través de los
canales aumenta, la presión disminuye. Si se permite que entre aire de los lados, se forma un vórtice muy
fuerte. Este vórtice ayuda a estabilizar el flujo que corre por debajo de todo el vehículo. De esta forma, estos
canales aumentan la fuerza hacia abajo y disminuyen la resistencia del aire del vehículo.
En las carreras de Fórmula Uno y NASCAR, los canales en la parte de abajo de los autos no están permitidos.
Por lo tanto, se agrega una pequeña inclinación detrás del eje trasero. Esta inclinación tiene el mismo efecto
que los canales, sólo que en menor grado. Sin embargo, hay que recordar que en las carreras de autos
cualquier ayuda cuenta.
La fuerza hacia abajo tiene que estar bien distribuida entre la parte delantera y la parte trasera del coche. Si el
carro tuviera una carga más grande en la parte de enfrente que en la parte de atrás, no será estable. Cuando la
parte trasera tiene una carga más grande, el coche se estabiliza. El balance no deja de ser importante, porque si
el auto es demasiado estable, resulta difícil dar vuelta.
El instalar una ala en la parte delantera de un auto Indy podría causar problemas. La instalación de una ala
delantera causa que el flujo del aire se desvíe de las entradas de aire fresco. Esto se puede solucionar cortando
una porción de la ala cerca del encastre (la base de la ala). Esto puede resultar en una mucho mejor
distribución de la fuerza hacia abajo al mismo tiempo que se mantienen las entradas de aire despejadas para
una mejor circulación de aire fresco.
Para los prototipos de carreras, el uso de una ala delantera crea diferentes problemas. La ala puede hacer que
el flujo de aire se desvíe por encima del coche y se aleje de los canales de la parte de abajo del auto. La fuerza
hacia abajo en el eje trasero se reduce. Usando una superficie superior cóncava, los efectos de una ala
delantera se pueden simular (imitar) sin tener que desviar el flujo de la parte de abajo del coche. Esto puede
mejorar la distribución de la fuerza hacia abajo entre el eje delantero y el eje trasero.
La colocación de la ala posterior también podría resultar problemática. El papel principal de una ala posterior
única es ayudar al flujo que corre por debajo del coche. Pero la fuerza hacia abajo se reduce al instalar esta
ala. Para recuperar parte de la fuerza pérdida, una segunda ala se coloca más arriba, encima de la primera ala.
Las reglas de las competencias de autos de carreras limitan la altura a la que se puede colocar la segunda ala
en los prototipos y coches de Formula Uno, pero las reglas de las carreras Indy sólo permiten una ala en la
parte posterior del coche.
Las llantas también crean resistencia aerodinámica en los coches que tienen las ruedas descubiertas. Esto se
debe a la separación del flujo de aire detrás de los neumáticos. Se han utilizado varios artificios (trucos) para
tratar de disminuir esta resistencia. Generalmente se utiliza una simple placa para desviar el aire alrededor de
la llanta, reduciendo así la separación del flujo.
Los pilotos aprovechan la aerodinámica el día de la carrera para sacar ventaja. Siguiendo a otro coche lo más
cercano posible, un piloto puede lograr reducir la resistencia de su auto y gastar menos combustible (a esta
práctica se le conoce como "drafting" y es utilizada muy a menudo por los pilotos de NASCAR,
5
particularmente. La resistencia del carro de enfrente también disminuye porque la separación del flujo en la
parte posterior es menor debido al coche que lo sigue. Sin embargo, conforme los coches se acercan uno al
otro, la cantidad de sustentación y fuerza hacia abajo varía. Esto representa un problema porque significa
menos estabilidad para ambos coches.
Los prototipos y los autos de carreras Indy utilizan canales en la parte de abajo, lo cual hace que la práctica
del drafting no sea una buena opción. Estos canales provocan que el flujo de aire proveniente del coche de
adelante sea altamente turbulento (desordenado). Esto, a su vez, tiene un efecto negativo en los dispositivos
aerodinámicos del vehículo que va siguiendo al primero. Por lo tanto, en este tipo de carreras, el piloto que va
al frente podría utilizar los efectos aerodinámicos de su vehículo para hacer que los coches que lo siguen
pierdan velocidad al forzar a los demás pilotos a conducir en su estela (turbulencia).
Debido a la fuerza aerodinámica que se genera hacia abajo, la velocidad que alcanzan los autos de carreras ha
seguido elevándose. Constantemente se realizan cambios en las reglas que rigen el uso de dispositivos en el
vehículo, así como en los esfuerzos que realizan los diseñadores para desarrollar nuevos dispositivos que
aumenten la velocidad.
Conforme la aerodinámica de los autos de carreras cambia, también cambian las técnicas de los pilotos.
Pronto podría desarrollarse una nueva rama en la aerodinámica de los automóviles, ya que actualmente se está
intentando ¡romper la barrera de sonido en un automóvil !
A continuación desarrollaremos un poco mas de que trata la aerodinámica en los automóviles comunes y
corrientes, para poder entender de una forma mas clara en que se basa la aerodinámica en los automóviles de
carrera.
La aerodinámica tiene su mayor impacto en los carros y camiones modernos a través de su contribución a las
cargas sobre el carro. Las fuerzas aerodinámicas interactúan con el vehículo causando arrastre, sustentación,
fuerzas laterales, momentos y ruidos. Todo ello trae como consecuencia alteraciones en el consumo de
combustible, el manejo y la estética de un vehículo.
Los parámetros que rigen las formas de un auto de calle son muy diferentes a los de un auto de carreras.
Aunque los dos son producto de limitaciones impuestas por el hombre y por la naturaleza, estas imposiciones
surgen de requerimientos muy diferentes: mientras que en los autos de carreras la eficiencia aerodinámica, la
sustentación negativa y las reglas propias de cada categoría son las que le dan forma al auto, en los autos de
calle la estética, la funcionalidad, el consumo de combustible, la seguridad y el uso particular del carro son los
que determinan su forma.
A finales del siglo 19 y principios del siglo 20 la preocupación de los fabricantes de automóviles estaba
centrada en el desarrollo y optimización de los componentes mecánicos de un automóvil (motor y
transmisión). Por supuesto la estética jugaba un papel fundamental, pero básicamente los coches consistían en
un bastidor precario sobre el cual se montaba el motor, la transmisión y las tres o cuatro ruedas con su
respectivo sistema de dirección. Todo ello se remataba con una carrocería a la moda, generalmente diseñada
por carroceros italianos o ingleses, con un fin más estético que ingenieril.
En la década de 1930 los fabricantes de automóviles en los Estados Unidos de América y en otros países se
preocuparon por reducir el arrastre en la producción de modelos de automóviles y en esta forma introdujeron
la configuración aerodinámica.
La mayor parte de este trabajo era intuitivo por parte del diseñador, solamente desde 1945 los ensayos en
túneles de viento se utilizaron en forma extensa para el diseño de automóviles, llegando a formas
convencionales. A pesar de los esfuerzos, algunos diseños intuitivos que parecían bien delineados con forma
aerodinámica, usualmente tenían serios problemas de flujo de aire.
6
Los dos primeros automóviles producidos masivamente y con forma aerodinámica fueron estadounidenses, el
Chrysler Airflow (1934) con Cd = 0.50 y el Lincoln Zephyr (1936) con Cd = 0.45. Estos coeficientes de
arrastre fueron considerablemente menores que los de otros automóviles pero tuvieron un éxito comercial
limitado. En 1948 se produjo sin mucho éxito el Tucker Torpedo 51 (Cd = 0.39). El desarrollo a partir de esos
años fue grande y hoy en día la mayor parte de los automóviles tipo sedan tienen un Cd entre 0.32 y 0.35.
Mecánica de Fluidos a través de un vehículo
El flujo sobre el cuerpo de un carro está gobernado por la relación entre velocidad y presión expresada en la
ecuación de Bernoulli :
P estática + P dinámica = P total
(1)
Ps
+ ½ r V2 = P total
Antes de aproximarse al vehículo la presión estática es simplemente la ambiental. La presión dinámica es
producida por la velocidad relativa, que es constante para todas las líneas de corriente aproximándose al
vehículo. Por lo tanto la presión total es la misma para todas las líneas de corriente. Al aproximarse el fluido
al vehículo, las líneas de corriente se "parten", algunas van a la parte de arriba y otras a la parte de abajo del
vehículo. Por interferencia, una línea de corriente debe ir derecho al cuerpo y estancarse (generalmente en el
parachoques del carro), con lo cual la velocidad relativa se va a cero y la presión dinámica observada en ese
punto debe ser cero.
La situación de las líneas de corriente al aproximarse al capó es similar a lo que sucede con un fluido que pasa
a través de un cilindro . Para que las líneas de corriente se doblen hacia arriba la presión estática en esta región
debe ser mayor que la ambiente para así proveer la fuerza necesaria para doblar el fluido. De la misma forma
cuando el flujo se voltea para seguir la primera parte del capó, la presión debe ser menor que la ambiente de
tal forma que el fluido se "doble" hacia abajo y, por lo tanto, la velocidad se debe incrementar.
La ecuación de Bernoulli explica cómo la presión y la velocidad deben variar sobre el cuerpo de un auto. Si
no existiera la fricción el aire simplemente subiría hasta el techo del carro y bajaría por la parte de atrás,
intercambiando presión por velocidad como lo hizo adelante. Para este caso las fuerzas de presión en la parte
de atrás del vehículo balancearían exactamente las de enfrente (no se produciría arrastre). Pero se produce
arrastre como todos sabemos. El arrastre se debe en parte a la fricción del aire sobre la superficie del vehículo
y en parte a las alteraciones del flujo en la parte de atrás del vehículo. Estas alteraciones se producen debido a
la separación de la capa límite.
La capa límite en el frontal de un vehículo empieza en el punto de estancamiento. En ésta parte de la dirección
del flujo se produce el llamado "Gradiente de Presión Favorable", es decir, debido a que la presión va
disminuyendo desde éste punto, el gradiente de presión empuja el aire a lo largo de la capa límite impidiendo
su crecimiento. Desafortunadamente, cuando el fluido se voltea nuevamente, la presión se incrementa
nuevamente, desacelerando el flujo de la capa límite y haciéndola crecer ("Gradiente de Presión Adverso").
Existe un "Punto de Separación" donde el flujo cerca de la superficie es reversado debido a la presión . En
este punto el flujo principal ya no está adherido al cuerpo y ahora es capaz de romperse e irse en línea casi
recta. Debido a que trata de ingresar aire desde la región detrás del cuerpo, la presión en esta parte cae a
menos de la ambiente. Se forman vórtices y el fluido es muy irregular en esta región.
La presión en la región de separación es menor que la de la parte frontal del vehículo, la diferencia de estas
fuerzas totales de presión es la responsable del "Arrastre de Forma". La fuerza de arrastre resultado de la
7
acción de la fricción viscosa en la capa límite de la superficie del carro es la llamada "Arrastre de Fricción".
Distribución de Presiones sobre un vehículo
La distribución de presión estática es resultado del mecanismo básico explicado en el anterior punto. Una
presión negativa se desarrolla en la punta frontal del capó cuando el flujo que sube de la parte frontal intenta
seguir la forma horizontal del capó. El gradiente de presión adverso en este punto tiene el potencial de atascar
el flujo de capa límite creando arrastre en ésta área.
Cerca de la base del parabrisas el flujo debe ser doblado hacia arriba por lo cual se experimenta una alta
presión. Esta región de alta presión es el sitio ideal para colocar entradas de aire. La baja velocidad de esta
región hace adecuada la colocación de limpiabrisas.
La presión se hace nuevamente negativa sobre el techo cuando el flujo intenta seguir el contorno de éste. La
presión sobre el vidrio trasero y sobre el baúl continúa baja debido a la curvatura continua. Es en ésta región
donde sucede con más frecuencia la separación. El diseño de los ángulos y los detalles del contorno del
vehículo requieren una especial atención desde el punto de vista aerodinámico.
Debido a la baja presión en el techo, el flujo sobre los lados del carro intentará alimentar de aire esta región y
dará pié a potencial separación. Este flujo, combinado con el del techo, formará vórtices que se desprenden
desde atrás del carro.
La escogencia de los ángulos del vidrio trasero y de la longitud del baúl tendrá un impacto directo sobre el
control del punto de separación y las fuerzas aerodinámicas. A menor área del punto de separación, menor el
arrastre. Teóricamente, la forma aerodinámica ideal es una parte trasera en forma de gota con un forma cónica
afilada en un ángulo de 15º o menor. Desde 1930 ya se reconocía que, debido a que el área hacia la punta del
cono es muy pequeña, la punta de un vehículo ideal puede ser cortada sin una penalización muy grande del
área de separación, permitiendo de esta forma más espacio para las plazas traseras.
Componentes del Arrastre
El arrastre es la mayor y más importante fuerza aerodinámica encontrada en autos de pasajeros a velocidades
normales de autopista. El arrastre total en los vehículos se deriva de varias fuentes. Existe un gran potencial de
reducción de arrastre en esas áreas. Para un vehículo normal, aproximadamente un 65% del arrastre proviene
del la carrocería.
• Parte trasera: La mayor contribución de arrastre proviene de la parte trasera debido a la zona de
separación. Acá es donde existe el mayor potencial de reducción.
• Parte delantera: El arrastre delantero es influenciado por el diseño del frontal y del ángulo del
parabrisas. La localización de la altura de la punta frontal del vehículo establece el punto de
estancamiento y la separación del flujo hacia arriba y abajo del auto. El menor arrastre se obtiene con
una altura baja de éste punto y con una forma bien redondeada.
• Parabrisas: Ángulos bajos reducen el arrastre pero complican el diseño del vehículo pues inducen un
mayor calentamiento del interior e incrementan la distorsión óptica.
• Parte inferior: Las suspensiones, el exhosto y otros elementos protuberantes en la parte inferior de la
carrocería son responsables de arrastre.
• Protuberancias: Una segunda área de reducción de arrastre son las protuberancias de la carrocería. Por
ejemplo, las ruedas producen un flujo turbulento recirculante en las cavidades, aumentando el arrastre
.
• Flujo interno: El sistema de refrigeración , con el aire pasando a través del radiador, impactando el
motor y frente de la cabina produce presión dinámica que actúa como arrastre en esa zona . Un diseño
cuidadoso puede dirigir el flujo de tal forma que mantenga su velocidad.
8
Un caso de optimización
La optimización esta fundada en la premisa que el concepto de estilo del carro está establecido de antemano y
que las mejoras aerodinámicas sólo pueden ser logradas en la forma de cambios pequeños a detalles de estilo.
El poder de reducción en el arrastre debido a la atención en los detalles puede ser muy grande .
Como ejemplo tenemos el recientemente lanzado Mercedes−Benz Clase C. Uno de sus atributos más
impresionantes es el bajo coeficiente de arrastre aerodinámico. Los ingenieros de la Mercedes lograron
reducirlo en un 13% sobre la anterior generación de Clase C (ahora esta en 0.26). La compañía anota que el
arrastre puede ser responsable de más de la mitad del consumo de combustible en un auto de pasajeros.
La atención en los detalles es la causante de tan sorprendente número .Cinco medidas son las responsables de
esto:
• "Air Dams": "Spoilers" localizados debajo de la nariz del carro, reducen el arrastre y la sustentación e
incrementan el flujo de aire al radiador haciendo que se separe de la parte trasera de la carrocería con
poca turbulencia.
• "Spoilers" Traseros: Los "spoilers" y las superficies de sustentación funcionan así: al desviar el aire
hacia arriba, la presión es incrementada en la parte trasera creando una sustentación negativa.
• "Spoiler" en la ruedas: Estos pequeños elementos plásticos en las ruedas delanteras y traseras reducen
la presión trasera del aire en frente de las ruedas, reduciendo el valor del coeficiente de arrastre y la
sustentación.
• Encapsulación de la parte inferior: Los grandes y suaves paneles plásticos que llegan hasta el eje
trasero permiten que el flujo de aire fluya sin turbulencia.
• Encapsulación del compartimiento del motor: La total encapsulación del compartimiento del motor no
sólo permite el control acústico sino que también guía el flujo del aire acertadamente hacia abajo y
previene la formación de remolinos en el área del motor.
Ahora bien, ya habiendo desarrollado de una manera un poco amplia todos los factores que influyen en la
aerodinámica de un vehículo, se puede continuar indagando en el tema con mas conocimientos básicos sobre
la materia (aerodinámica ).
Los apéndices aerodinámicos, junto con los neumáticos, proporcionan a los carros de Fórmula Uno una
sensacional habilidad para girar. Así pueden llegar a generar fuerzas laterales de más de 3.5 G al pasar por una
curva. En comparación, un carro normal no puede llegar a sostener mucho más de 1G, ya que en ese punto
pierde el agarre y comienza a derrapar.
El apoyo aerodinámico es la clave para esta sensacional habilidad para girar: la creación de la <<sustentación
negativa>> que se consigue con apéndices aerodinámicos que realizan la función inversa a las alas de un
avión, empuja el carro hacia abajo y aumenta el nivel de adherencia de las llantas.
La nueva reglamentación introducida en 1998 tenía la intención de reducir los niveles de apoyo aerodinámico
por el bien de la seguridad. La reducción del apoyo atribuible a estos cambios fue de alrededor de un 15%
pero es tal el desarrollo en la Fórmula 1 que este déficit se compensó a lo largo del año.
La mayoría de las ayudas aerodinámicas de un carro de Fórmula 1 están compuestas de dos capas de fibra de
carbono envolviendo un perfil de aluminio en nido de abeja.
Un carro de Fórmula 1 es, en esencia, una forma <<sucia>> aerodinámicamente hablando, ya que la
reglamentación de la FIA dicta que los monoplazas no lleven carrocería y que las ruedas no vayan cubiertas,
por lo que la misión de lograr la eficacia aerodinámica es muy dura.
9
A pesar de que la pista es la meta final, el túnel de viento es donde se encuentra el verdadero desafío.
Así, se crea un modelo a escala , en lo que cada detalle relevante del carro auténtico es reproducido fielmente.
La mayoría de los túneles de viento de Fórmula 1 pueden alojar reproducciones de un 40−50 % del tamaño
real. Durante el transcurso de las pruebas se cambian docenas de pequeños detalles para comprobar si mejora
el rendimiento: morros alternativos con otras formas, difusores traseros, entradas de aire de los pontones,
alerones delanteros y traseros y una infinidad de cosas más. Los efectos aerodinámicos en diferentes zonas del
carro suelen estar relacionados entre sí, por lo que el proceso resulta muy complejo. Los aerodinamistas saben
también que los factores externos influirán en el rendimiento del carro: una ráfaga de viento, o el aire
turbulento producido por un coche que marcha adelante.
Los mejores equipos cuentan con hasta cinco aerodinamistas debido a la cantidad de factores que hay que
tener en cuenta. Las pruebas en los túneles de viento no están limitadas al período de gestación de un nuevo
coche, aunque ciertamente es cuando más se trabaja en ello. Esta tarea continúa a lo largo de la temporada, ya
que siempre se están creando refinamientos para mejorar resultados.
Hay mucho más en el túnel de viento de lo que se pueda parecer a la primera vista, Las fotografías publicadas
de túneles de viento en funcionamiento, normalmente, muestran el modelo a escala colocado sobre una base
conocida como la sección de trabajo, pero ésa es una parte muy pequeña de toda la instalación. Escondida se
encuentra una enorme turbina que genera el flujo de aire que pasa por la maqueta. El aire viaja a una distancia
considerable antes de alcanzar la zona de trabajo. Antes se acelera a través de las paredes, el suelo y el techo
convergiendo para formar lo que se conoce como tobera de concentración.
Tras llegar a la zona de trabajo, el flujo de aire vuelve a circular por la turbina para pasar por el modelo a
escala una y otra vez. Esto garantiza unos resultados más regulares, ya que el aire fresco del exterior
produciría fluctuaciones en la temperatura, lo que alteraría la densidad de manera impredecible.
Para simular las condiciones más parecidas a la realidad, la maqueta, sujeta desde arriba por un brazo, se
coloca sobre una cinta móvil que simula el movimiento de la superficie de la pista debajo del carro. El
<<suelo móvil>> como es conocido, se mueve a una velocidad correspondiente al flujo de aire, que pasa por
el túnel de viento, una vez más, para simular de manera precisa las condiciones reales.
Las cuatro ruedas/llantas no están fijadas al modelo de escala. En realidad, se encuentran situadas a cierta
distancia de él, sujetas a unas varillas horizontales montadas a cada lado del suelo móvil y reposan sobre éste,
que las hace girar a la velocidad apropiada. Esta solución permite la medición de los niveles de apoyo
aerodinámico independiente en cada llanta.
Debido a su gran tamaño, las llantas crean bastante resistencia aerodinámica: alrededor de un tercio del total
del carro. Los aerodinamistas intentan averiguar cómo los niveles de resistencia de las ruedas son
influenciados por los cambios realizados en otras partes del carro
El brazo que sujeta el modelo escala es parte del complejo sistema que mide las fuerzas aerodinámicas que
actúan sobre la maqueta. Los datos resultantes son enviados a un ordenador situado en la sala de control del
túnel justo enfrente de la zona de trabajo. Los aerodinamistas ponen en particular énfasis tres parámetros:
apoyo aerodinámico, resistencia aerodinámica y equilibrio de las fuerzas actuantes sobre cada eje.
Los niveles de apoyo aerodinámico deberían aumentar durante el transcurso de una sesión de trabajo en el
túnel de viento como resultado de las modificaciones llevadas a cabo sobre la maqueta. Es necesario tener un
dispositivo que crea succión, situado justo por debajo de la zona de trabajo, con el fin de de mantener plano el
suelo móvil, ya que, a pesar del modesto tamaño, la maqueta genera una considerable succión aerodinámica
que levantaría el suelo móvil
10
los niveles de resistencia juegan un papel crítico en el rendimiento aerodinámico, ya que no sólo reduce la
velocidad del carro sino que afecta al consumo de combustible. los aerodinamistas intentan aumentar el apoyo
sin que aumente también la resistencia.
El equilibrio, aplicado a la aerodinámica de un carro de carreras, es la sensibilidad del carro a los cambios de
altura del morro y la zona trasera ( denominado cabeceo) y la oscilación vertical. El cabeceo se reduce cuando
el carro sube el morro acelerando o lo baja cuando frena; esta causa que el centro de presión del carro mueva
hacia adelante y hacia atrás, desestabilizando. Los objetivos principales de las pruebas en el túnel de viento,
son a la vez, minimizar los cambios en la posición del centro de presión y mejorar la tolerancia del carro
cuando éstos ocurren. Los cambios en oscilación vertical son movimientos verticales, cambios en la altura del
carro con respecto al suelo, cuando el carro pasa por una ondulación en la pista; esto también lo desestabiliza,
ya que los niveles de apoyo varían de forma impredecible. Unos servos controlados por ordenador pueden
alterar los ángulos de cabeceo y la altura del carro mientras el túnel de viento está en funcionamiento, lo que
permite a los aerodinamistas comprobar los efectos de dichos movimientos en el equilibrio del carro
La mayoría de los equipos de Fórmula 1 cuentan con su propio túnel del viento. Jordan, por ejemplo,
construyó el suyo propio en 1997 con un costo de 2,7 millones de libras. Sin embargo, algunos equipos
realizan sus pruebas en otras instalaciones. Por ejemplo, McLaren tienen un acuerdo exclusivo para utilizar el
túnel de viento del Instituto Nacional Marítimo de Teddington, cerca de Londres, y Tyrrell, que venía
alquilando el túnel a la universidad de Southampton a un costo de 1.500 libras por día, finalmente consiguió el
suyo propio en el Aeropuerto Internacional De Bournemouth tras llegar a un acuerdo con un patrocinador,
European Aviation.
La cantidad de pruebas realizadas por un equipo varía dependiendo de si cuenta o no con su propio túnel de
viento o lo tiene que compartir con otras compañías, en caso, la disponibilidad y el presupuesto entran en
juego. El tiempo total de pruebas a lo largo de un año varía de un mínimo de 50 días pudiendo llegar hasta los
150.
La distancia no es un problema cuando la necesidad es urgente. El equipo Stewart, cuando se preparaba para
entrar en la Fórmula 1 al comienzo de 1997, realizaba sus pruebas un océano y un continente más lejos, en la
fabrica de Swift en San Clemente California.
El equipo Stewart está dirigido por el triple campeón del mundo Jackie Stewart y su hijo, Paul, y cuenta con
un gran apoyo de Ford. Con base en Milton Keynes, justo al norte de Londres, tuvo una temporada de debut
muy prometedora, marcada por el segundo puesto logrado por Rubens Barrichello en el Gran Premio de
Mónaco.
Los continuos avances de la tecnología alteran la naturaleza de las pruebas aerodinámicas. En el túnel del
viento se utilizan rayos láser para <<visualizar>> la turbulencia y medir el flujo de aire en determinadas
zonas. El laser ofrece el beneficio de ser capaz de medir de forma precisa las características del flujo de aire
sin interferir físicamente con él.
Además, las pruebas en el túnel del viento se complementan cada vez más con análisis por ordenador del
comportamiento del flujo de aire. Una rama emergente de la disciplina conocida como Dinámica de Fluidos
Computacional (Computacional Fluid Dynamics, CFD) permite predecir el rendimiento aerodinámico de los
objetos antes, incluso, de ser constituidos. La CFD también permite realizar comparaciones con las pruebas
físicas realizadas con la maqueta con el fin de aumentar la precisión de las técnicas utilizadas para probar.
Los alerones delanteros normalmente proporcionan un 25 por ciento del apoyo aerodinámico total del carro,
pero cuando un carro sigue de cerca a otro, puede llegar a perder hasta un 30 por ciento de ese apoyo debido a
que las turbulencias causadas por el carro de adelante reducen la eficacia aerodinámica . Esta es la principal
razón por la que los adelantamientos se han convertido en algo poco corriente en la Fórmula 1.
11
Ya se explicó al comienzo, de diseñadores que intentan llevar hacia adelante la mayor cantidad de peso
posible ,ya que los componentes más pesados se encuentran en la parte de atrás y desgastan con mayor
facilidad las llantas traseras.
Pero aparte del efecto favorable de la distribución del peso , existe un beneficio aerodinámico en la
transferencia del peso a las llantas delanteras.
Esto es así porque, cuando mayor peso haya en las llantas traseras, mayor es el apoyo aerodinámico necesario
para mantener el rendimiento al girar, y mayor es la resistencia aerodinámica. Por tanto es, es preferible
retribuir el peso hacia la parte delantera y después generar más apoyo con los alerones delanteros, lo que le da
al carro un mejor equilibrio.
Cada alerón delantero está compuesto normalmente por dos o tres apéndices aerodinámicos. Habitualmente
están montados sobre dos soportes que salen del morro, aunque también puede ser uno solo. En algunos carros
con doble soporte, éstos se encuentran en diagonal arqueados, en lugar de verticalmente para contribuir a la
rigidez lateral.
En los extremos de los alerones delanteros se encuentran las derivas. Estas canalizan el flujo de aire para
mejorar su eficacia evitando que se <<escape>> por los extremos del alerón y pierda efectividad. Además
ayudan a equilibrar el flujo de aire de las llantas. El flujo de aire cuando sale del alerón delantero y pasa por
debajo del carro, debe estar equilibrado y bien dirigido con el fin de que el fondo plano y el difusor trasero
funciones correctamente.
El espacio entre el alerón y el suelo puede ajustarse, así como los ángulos de los diferentes apéndices del
mismo. En principio, cuando mayor es el ángulo, mayor será el apoyo aerodinámico.
Para incrementar el apoyo la mayoría de los carros incluyen el <<perfil Gurney>> fijado en el borde de salida
del alerón delantero. llamado así en homenaje al legendario piloto americano Dan Gurney, se trata de una fina
tira de fibra de carbono que añade un pequeño borde a la forma del alerón , incrementando el apoyo que
genera (también se montan en el alerón trasero y en el difusor). Cuando se necesita incluso más apoyo
aerodinámico, algunos carros montan apéndices extras montados encima del principal. Estos <<bigotes>>
fueron introducidos por primera vez por el equipo Tyrell.
Montar el alerón delantero cerca del suelo aumentará su eficacia, pero existe una regla que marca lo cerca que
se puede situar. En 1993, la FIA subió la distancia obligatoria entre los derivas del alerón delantero hasta 40
mm, mientras que hasta ese momento había sido de 25mm.
En 1997, Ferrari introdujo un nuevo alerón construido con una fibra de carbono especial que hacía que se
torciera por las puntas cuando era sometido a la presión del aire. Haciendo eso, se lograba que la distancia con
el suelo se redujera , incrementando su eficacia al subir el nivel de resistencia aerodinámica. Cuando el carro
se encontraba en reposo, sin influencias aerodinámicas, los alerones cumplían perfectamente el reglamento,
pero un simple toque con la mano era suficiente para doblarlo, por lo que normalmente no se notaba nada a
simple vista.
El reglamento de la FIA prohíbe <<apéndices aerodinámicos móviles>> todo lo que tuviera alguna
importancia en la aerodinámica debía no moverse cuando el carro lo hacía, pero esto siempre se interpretó
como una prohibición de métodos mecánico que alteraran el ángulo de las ayudas aerodinámicas. El
reglamento especificaba lo duros que debían ser los alerones; por lo tanto , era un área por explotar. Ferrari
había seguido las reglas al pie de la letra en lugar de adaptarse a la lógica: algo bastante común en la Fórmula
1.
Todas las estructuras se tuercen bajo presión, tanto si se trata de un alerón de un avión o del mango de una
12
raqueta de tenis. Si fuera demaciado duros se ronperían. El innovador aleron de Ferrari, diseñado para tener
una capacidad de torsión, causó dolores de cabeza a los directivos de la Fórmula 1. En el campeonato CART
americano, en el que se utiliza carros con muchas similitudes a los de Fórmula 1, los comisarios cuelgan pesos
de determinadas partes de la carrocería, incluidos los alerones, y después toman las medida para asegurarse de
que no pasen los límites impuestos. Esta solución fue incorporada en la Fórmula 1 por la FIA en 1998.
Vistos por primera vez en un Gran premio de 1994, los canalizadores laterales , también conocidos como
guías de flujo, van montados a los lados de los carros de Fórmula 1 con el fin de ayudar a controlar las
turbulencias salientes del alerón delantero. Si no se trataran, estas turbulencias disminuirían la eficacia de
otros apéndices aerodinámicos situados en la parte trasera.
La nueva reglamentación para 1998 ha tenido como resultado que ruedas delanteras influyan en el flujo de
aire controlado por los canalizadores laterales, por lo que su importancia es aun mayor.
Los canalizadores laterales se montan en diferentes formas, tamaños y combinaciones de acuerdo con los
requerimientos aerodinámicos de los carros en los diferentes circuitos, y debe de haber uso de huecos en
ciertos canalizadores laterales para permitir el paso a los elementos de la suspensión. Algunos canalizadores
laterales de poca altura y largos, extendiéndose hasta los pontones, mientras que otros son altos y cortos. Los
canalizadores laterales alargados se pueden ver en la foto del Minardi en 1997. Este pequeño equipo de
Faenza, Italia, ha sobrevivido en un mundo ultra competitivo que ha visto cómo han desaparecido nombres
ilustres como Brabham o Lotus. Carece del presupuesto, y con ello de las facilidades de los equipos grandes,
pero ha conseguido grandes resultados y ha lanzado a muchos pilotos de cabeza como Giancarlo Fisichella.
Los carros de Giancarlo Minardi, son obra del diseñador jefe Gustav Brunner, que trabaja bajo las ordenes de
Gabrielle tredozzi.
La tendencia de utilizar los morros elevados en los Fórmula 1, iniciada por el diseñado jefe de Tyrrell Harvey
Postlehwaite, tiene como objetivo permitir el paso a la mayor cantidad de aire posible debajo del carro, donde
pasa por el fondo plano y llega al difusor para generar más apoyo aerodinámico. El morro del Ferrari de 1998
estaba tan alto que tenía dos salientes para poder albergar un lugar de descanso para los talones del piloto.
El piloto de McLaren, David Coulthard, comparó la posición para pilotear un Fórmula 1 con estar metido en
la bañera mientras se utilizan los pies para jugar con los grifos.
Algunas protuberancias en los morros de los coches tienen la función de dirigir el flujo de aire alrededor del
cockpit y hacia los tomas de aire.
El director técnico de McLaren,Adrian Newey, es conocido como el diseñador de más talento de la Fórmula 1.
Sus ideas, llevadas a cabo en MP4/13 de 1998, han permitido a Ron Dennis, jefe del equipo, volver a colocar
a su equipo en lo más alto de la Fórmula 1.
El apéndice aerodinámico más importante de un carro de Fórmula 1 es casi invisible para los espectadores, a
menos que el carro sea levantado por una grúa. Se trata del fondo del plano: un panel de fibra de carbono y
aluminio, con tres superficies planas, una <<quilla>> con una superficie elevada a ambos lados que va unida
directamente a la parte inferior del chasis.
En 1998, el Lotus diseñado por Colin Chapman logró con éxito astronómico generando de una manera
revolucionaria más apoyo aerodinámico. El monoplaza contaba con unos grandes apéndices montados dentro
de los pontones y unos <<faldones>> que anulaban el espacio entre lotus, considerado completamente legal
fue copiado universalmente e hizo histórica la época conocida como la de los carros con <<efecto suelo>>.
Esa era llego a su fin en 1983, cuando se introdujeron unas nuevas normas con el fin de reducir el apoyo
13
aerodinámico y así limitar la velocidad de paso de curva de los carros de Fórmula 1, que para entonces se
habían vuelto muy peligrosos. A pesar de que esta regla impedía a los diseñadores introducir cualquier cosa
que creara más apoyo en el fondo plano, les daba libertad para introducir lo que desearan en el difusor trasero,
el apéndice curvado hacia arriba situado detrás del fondo plano.
La relación entre el fondo plano y el difusor trasero es crucial. La forma curvada hacia arriba amplia el
espacio entre la parte inferior del carro y el suelo, lo que hace que el flujo de aire pierda velocidad del mismo
modo que lo hace que salga más rápido de la parte trasera del difusor. Esto conduce el aire desde debajo del
fondo plano, acelerándolo, y según se acelera su presión disminuye, creando un apoyo aerodinámico que
<<chupa>>al carro hacia el suelo.
El nuevo reglamento introducido para 1998 estipulaba que los coches debían ser 20 cm, un 10%, más
estrechos que antes: se redujo de 200 cm a 180 cm. Los equipos respondieron acercando la rueda al carro,
acortando los brazos de suspensión, en lugar de reduciendo el cuerpo del propio carro, ya que esto habría
reducido el tamaño, del fondo plano y con ello del apoyo aerodinámico . Sin embargo las ruedas traseras
ahora interferían la zona ocupada por el difusor trasero reduciendo su área aproximadamente en un 25%, por
lo que la pérdida de apoyo fue irremediable.
Esculpido alrededor de la caja de cambios, el difusor trasero consta de varios túneles no muy largos que
ocupan virtualmente todo el espacio que hay entre las ruedas. Unos <<separadores>>situados en el difusor
canalizan el flujo de aire para maximizar su efecto: sus formas y posiciones son determinadas en las
interminables secciones del túnel de viento. Al igual que el fondo plano, el difusor trasero tiene una
construcción de fibra de carbono y aluminio . Aunque se trata de una extensión del fondo plano, va montado
sobre la estructura de absorción de impactos trasera, que a su vez está fijada sobre la caja de cambios.
En la parte delantera del fondo plano, en el centro, hay un <<separador>> vertical que dirige el aire a ambos
lados y debajo del coche.
Durante las pruebas en el túnel de viento, los aerodinamistas ajustan la longitud del fondo plano de acuerdo a
los cambios realizados en la forma del difusor trasero. Su objetivo es conseguir el nivel óptimo, no el máximo,
de apoyo aerodinámico ya que los diseñadores se deben preocupar del equilibrio del carro , buscando mejojrar
la estabilidad del carro cuando frena, acelera, o negocia ondulaciones de la pista.
La posición exacta en la que los tubos de escape penetran en el difusor trasero es determinada por el
aerodinamista durante las preubas del túnel de viento. Esto es debido a que la entrada de gases en esta zona,
que es muy sencible aerodinámicamente, puede tener una influencia crítica en la estabilidad del carro, y si no
son dirigidos corectamente, generaría suficiente apoyo extra como para hacer que el carro cabeceara de
manera impredecible cada vez que el piloto levantara el pie del acelerador. Las puntas de los tubos de escape
están anguladas
hacia arriba y situadas por encima del difusor en algunos coches y por debajo de otros.
Tan critica es la mescla de los gases de escape con el difusor trasero que durante las pruebas en el túnel del
viento se simula la fuerza de estos gases mediante cargas de aire comprimido para simular los efectos que
tendría. Además, ahora la reglamentación de la FIA considera los escapes como parte de la aerodinámica del
carro. Muchos equipos han llegado a alterar la posición de la luz trasera, que el piloto enciende cuando hay
poca visibilidad, con el fin de mejorar el flujo de aire y gases en esa zona. Debido a su función de seguridad,
la localización de cada luz está reglamentada por la FIA, pero girarla 45% es considerado legal y se consigue
que sus esquinas no interfieran tanto en el flujo de aire.
Entre los muchos factores que deben ser considerados a la hora de afinar la aerodinámica de un carro está el
de asegurarse de que los gases de escape no dañen los elementos de la suspensión trasera.
14
Ya que cuanto mayor es el nivel de apoyo aerodinámico mayor es la velocidad de paso por la curva, la FIA ha
introducido repetidamente nuevas medidas para restringirla en pos de la seguridad.
Para el comienzo de la temporada 1994, la FIA introdujo una nueva regla para forzar a los equipos a que
separaran sus carros del suelo lo más posible, reduciendo la efectividad del fondo plano y el difusor trasero.
La regla obligaba a que, debajo del fondo plano, debía ir montada una tabla de madera de jabroc de 10 mm de
grosor. Si el grosor de la tabla bajaba de 9 mm al final de la carrera, se asumiría que el carro había rodado por
debajo de lo permitido y sería descalificado.
En 1994, cuando los accidentes sufridos por Roland Ratzenberger y Ayrton Senna les costaron la vida a
ambos, la FIA se apresuró a introducir más los cambios que redujeran la velocidad en las curvas. Una vez
más, el objetivo era la reducción del apoyo aerodinámico: se creó una restricción en la longitud del difusor
trasero.
Para el comienzo de la temporada 1995, la FIA introdujo la así llamada norma de <<fondo escalonado>> con
el fin de reducir el apoyo una vez más. Esta norma exigía que el fondo plano tuviera dos <<<escalones>> de
50 mm de altura , uno a cada lado, lo que incrementaba significativamente la altura del carro con respecto del
suelo. Esto convirtió la norma de fondo plano creada en 1983 en una estructura de tres piezas y dos niveles
como la que conocemos hoy.
Al tener que seguir llevando la plancha de madera de 10 mm, la altura del carro con el nuevo fondo
escalonado era de 60 mm para todas las partes excepto para la situada inmediatamente debajo del chasis, que
consiguió siendo la misma.
Tal es la determinación y la genialidad de los diseñadores del la Fórmula 1 de superar todas las limitaciones,
que los niveles de apoyo aerodinámico se han recuperado rápidamente. Sin embargo, el aumento en la altura
del carro ha privado a los espectadores del espectáculo de la lluvia de chispas que producían los faldones de
titanio que antes se fijaban al fondo plano y a las derivas de los alerones con el fin de evitar que éstos dañaran
cuando el carro tocaba el suelo siempre que iba cargado de combustible.
Los pontones albergan los conductos de los radiadores y rellenan la mayoría del espacio entre las ruedas
delanteras y traseras con una estructura aerodinámica. El proceso de diseño necesario para definir la forma de
los pontones es un buen ejemplo del modo en que los efectos aerodinámicos en diferentes zonas del carro, se
interrelacionan, complicando el proceso de manera considerable. A la hora de determinar la altura de los
pontones, por ejemplo, se debe encontrar un equilibrio ya que deben ser lo suficientemente altos como para
albergar los radiadores, pero no tanto como para interferir con el flujo de aire que pasa a los alerones traseros.
La altura de los pontones también influye en el flujo del aire del coche como conjunto. El flujo , tras haber
pasado por llantas delanteras, debe transitar por la superficie superior de los pontones antes de llegar a las
ruedas traseras. La altura de los pontones influye en el modo en el que el flujo cambia de dirección al pasar
por esas zonas, lo que a la vez influye en el apoyo aerodinámico generado en el carro y, por lo tanto, en su
estabilidad.
La longitud del fondo plano influye directamente en la longitud de los pontones, debido a una regla de la FIA
conocida como la <<regla shadowplate>>. Ésta estipula que los pontones no deben extenderse más allá del
perímetro del fondo del plano, tal y como se ve desde arriba. Ya que la longitud, forma y altura de los
pontones influyen en el rendimiento aerodinámico del carro, lo que es un factor crítico, se debe intentar
encontrar un equilibrio en la fase de diseño.
Las formas de las entradas de aire a los pontones es importante, y viene determinada por las pruebas en el
túnel del viento. Es necesario conseguir que el flujo de aire entre lo más equilibrado posible por las entradas,
si no los radiadores no podrán trabajar con eficacia. El Prost AP01 de 1998 tenía unos bordes muy afilados
15
como entradas de aire. Además el AP01 contaba con unas protuberancias aerodinámicas justo delante de los
pontones que tenían una doble función aerodinámica, ya que ayudaban a que entrara aire a los radiadores y
canalizaban el flujo por debajo del carro.
creado del que era originalmente el equipo Ligier, el equipo Pros dirigido por el cuádruple campeón del
mundo Alain Prost, se encuentra en una nueva fábrica situada en Guyoncourt, cerca de parís, tras abondonar
las instalaciones de Magny−Cours. El diseñador jefe del equipo es Loic Bigois.
Dentro de los pontones se encuentran los conductos de fibra de carbono de los radiadores. Su forma, que
también determina en el túnel de viento, debe ser tal que el flujo de aire no se revolucione en su paso hasta los
radiadores. Si se vuelve turbulento, no habrá una distribución equitativa de aire refrigerante en cada radiador y
el motor tenderá a recalentarse.
Aumentar el tamaño de los radiadores para compensar las deficiencias de sus conductos no es una medida
aceptable, ya que la mayor área del radiador aumentaría no sólo el peso sino también la resistencia
aerodinámica.
Cuando el piloto se sale de la pista y rueda por las escapatorias de gravilla, gran parte de ésta entra en los
conductos de los radiadores. Si el piloto tiene la suerte de poder volver al circuito, le espera una sorpresa. La
primera vez que pise el pedal del freno con fuerza, un torrente de gravilla saldrá despedido por delante de él.
Conseguir que entre el flujo de aire equilibrado por la toma de aire de encima del piloto, con lo que el motor
funcione a su máximo rendimiento, es un objetivo primordial. Así, se llevan a cabo muchos intentos con el fin
de canalizar el aire turbulento de alrededor del casco del piloto e introducirlo limpiamente para la toma.
La reducción de los niveles de turbulencia alrededor del casco se ha convertido en una prioridad en los
últimos años, no soló porque puede mejorar las prestaciones del motor sino porque los efectos del aire pueden
afectar la concentración del propio piloto. Varios <<alerones>> y otras soluciones esculpidas sobre los cascos,
todas perfeccionadas en el túnel de viento, reducen ahora la tendencia de sustentación a altas velocidades a la
vez que suavizan el aire alrededor del mismo.
El flujo del aire alrededor de las llantas traseras debe ser controlado cuidadosamente para que el carro sea
aerodinámicamente eficaz. En la parte posterior del carro, los lados se curvan al estilo de una botella de
Coca−Cola con el fin de controlar el flujo del aire alrededor de las superficies internas de las llantas traseras y
así reducir la resistencia y maximizar la eficacia del difusor.
Unas extensiones del las secciones traseras posteriores de los pontones ( puentes de tablas ) generan apoyo
aerodinámico adicional y colaboran a que el flujo de aire pase por las llantas traseras. Estos deflectores se
denominan <<flip−ups>>.
En 1997 la mayoría de los carros contaban con unos pequeños alerones montados en los lados externos de las
derivas de los alerones traseros, justo por delante de las llantas traseras, con el fin de generar más apoyo
aerodinámico. De hecho, tan sólo Williams y Stewart no usaron alerones ese año. Para 1998 fueron prohibidos
por la FIA, por lo que los <<flip−ups>> se convirtieron en la única alternativa.
El alerón trasero es capaz de generar un tercio del apoyo aerodinámico total de un carro. Puede estar
compuesto de múltiples apéndices (en 1997 algunos carros usaban hasta cuatro tipos) o puede tener una
configuración mínima.
Esto se debe a que la cantidad de apoyo aerodinámica varía de un circuito a otro, y se debe encontrar un
equilibrio entre apoyo y velocidad punta. El Gran Premio de Alemania, que tiene lugar en el ultra rápido
circuito de Hockenheim, donde los carros pasan el 75% de una vuelta con el acelerador al máximo, se ven
16
normalmente alerones muy sencillos con el fin de alcanzar la mayor velocidad.
Sin embargo , la superior potencia de algunos motores permite a ciertos equipos montar alerones más
complejos para así incrementar la velocidad de paso por curva sin perder velocidad de punta. Todos los
elementos del alerón son regulables. La configuración habitual es de dos alas, y la inferior cuenta con un
diedro negativo en algunos carros. El ala inferior puede influenciar directamente la eficacia del difusor trasero
y el fondo plano, por lo que los aerodinamistas deben intentar comprender la compleja relación entre ellos.
Al igual que las derivas del alerón delantero, las del alerón trasero canalizan el flujo del aire para asegurar la
mayor eficacia, evitando que se pierda por los bordes y reduzca su efectividad. Sin embargo, en este caso,
también sirven como medio para montar elementos del alerón.. Algunos carros cuentan con una sola columna
para sujetar el alerón trasero, por ejemplo el Ferrari y el Benetton de 1998, mientras que otros utilizan varias.
En algunos carros, las derivas son planas , mientras que en otros tienen las formas muy definidas. En todos los
casos, están compuestas de dos capas de fibra de carbono y una central de aluminio.
Otro factor muy importante, y mas moderna herramienta, que es necesaria para desarrollar de una forma
exacta y científica la aerodinámica en los vehículos de carrera, es el túnel de viento. En este caso se conocerán
las características de un túnel de viento usado por una de los mas famosos constructores de autos de la F1,
como lo es la Escudería Ferrari.
En Fórmula Uno, la potencia y la aerodinámica lo son todo. Una empuja el coche a través del aire, la otra te
permite un mejor uso de esa potencia. Y mientras que los hombres del motor emplean su tiempo en el banco
de pruebas, los especialistas en aerodinámica pasan su tiempo en la pizarra y en el túnel de viento.
Un túnel de viento simula el paso de un coche por la pista, pasando a través del aire. Normalmente el coche
está representado por un modelo a media o tercera escala sobre una pista que va dando vueltas, simulando la
superficie de una pista real, y el paso del aire es simulado con unos enormes ventiladores. El modelo puede
ser fácilmente modificado para proporcionar diferentes soluciones aerodinámicas, mientras que los censores
muestran a los especialistas en aerodinámica los efectos de esos cambios.
Cada equipo pasa una enorme cantidad de tiempo en el túnel de viento. En algunos casos, los equipos tienen
sus propios túneles de viento, pero aquellos que no lo tienen, se ven obligados a alquilarlo. La investigación es
continúa, así que la primera solución es la mejor.
El más moderno túnel de viento en Fórmula Uno está a punto de entrar en funcionamiento . Ha costado 12
millones de dólares y ha sido diseñado por uno de los mejores arquitectos del mundo, Renzo Piano. Es una
parte espectacular de lo que él llama la ciudad de la investigación de Ferrari, un nuevo departamento técnico
que será construido en la base del equipo en Maranello.
Lo más extraordinario de este nuevo túnel de viento es que ha sido construido enteramente para su utilización
por parte del equipo de Gran Premio. Aunque el departamento de coches de carretera utiliza túneles de viento,
tienen parámetros diferentes a los del equipo de carreras, así que este nuevo elemento está dedicado solamente
al equipo de carreras. No sólo se puede utilizar el nuevo túnel para modelos a media escala que trabajan a
velocidades de más de 250 km./h, sino que también se pueden meter modelos de tamaño normal, que trabajan
a velocidades de más de 150 km./h con la pista rodante.
El nuevo túnel es capaz de medir más de 200 presiones o fuerzas. Y lo que es igual de importante, es que se
puede simular un coche tomando una curva, así que el movimiento, guiñada, grado de inclinación, dirección y
movimiento dinámico pueden ser también medidos. Esto se puede hacer electrónicamente, sin parar el túnel
de viento. También se puede controlar la climatización para permitir que la temperatura del aire pueda ser
controlada hasta en más de 0,5 grados centígrados.
17
CAPITULO III
TIPOS Y NIVELES DE INVESTIGACIÓN A UTILIZAR
− Tipo/s de Investigación a utilizar :
El tipo de investigación mas conveniente para el caso de La Aerodinámica en los Automóviles de carrera es
LA INVESTIGACION DOCUMENTAL, ya que se requiere adquirir mayor información sobre el tema y
analizar mas a fondo todos los factores que en ella influyen para alcanzar un nivel de velocidad y seguridad
mucho mas alto ( entre otras cosas ).
También se busca analizar datos sobre el desarrollo a nivel aerodinámico de los automóviles de carrera en sus
distintas categorías para luego poder compararlos y así llegar a conclusiones que faciliten el desarrollo del
trabajo.
− Nivel/s de investigación a utilizar :
Ya que en esta investigación se busca conocer muy detalladamente las características, forma y funciones de
las partes aerodinámicas de un auto de carreras así como también las ventajas que brindan ( mas en segundo
plano ) , se llego a la conclusión de que la investigación será a NIVEL DESCRIPTIVO.
CAPITULO IV
TIPOS Y OPERACIONALIZACION DE LA VARIABLE
− Tipos de variables presentes en el trabajo :
Los tipos de variables presente en el trabajo serán :
Variables Dependientes: Ya que se busca el efecto de agarre aerodinámica brinda a los automóviles de
carreras.
Variables Independientes: Teniendo en cuenta que una de las causas del problema es el rendimiento de los
carros de carrera en la pista.
− Operacionalización de la variable :
VARIABLE
Agarre
DEFINICIÓN
DIMENSIONES
INDICADORES
• Mayor o menor derrape
Es la capacidad de
cohesión del vehículo
• Mayor o menor agarre
del vehículo en las
en pista.
curvas.
con la pista producida
por la fuerza descendente • Control del automóvil
• Mayor o menor
derivada de la
en condiciones adversas estabilidad del vehículo
aerodinámica que posea
y extremas.
en condiciones adversas
y extremas.
el vehículo.
CONCLUSIÓN
En este trabajo se ha demostrado que la aerodinámica es uno de los factores mas importantes tanto en los
automóviles de carrera como en los autos comunes y corrientes, ya que por medio de la misma se pueden
perfeccionar muchos detalles que influyen en el desempeño del vehículo, ya sea en un pista de carreras o en
una autopista o carretera.
18
A medida que se siga desarrollando esta interesante ciencia se ira perfeccionando cada detalle que en ella
influye, y simultáneamente los automóviles se volverán mas versátiles, seguros y rápidos.
BIBLIOGRAFIA
Universidad de los Andes [ pagina web en línea ]. Disponible:
http://mecanica.uniandes.edu.co/~apinilla/documentos/revista/Vega/vega.htm [ consulta: 2002, Abril 10 ]
La Aerodinámica en el Equipo Deportivo, el Entretenimiento y las Máquinas − Autos de Carreras (2002) [
Pagina web en línea ]. Disponible:
http://wings.avkids.com/Libro/Sports/advanced/racecar−01.htm [ Consulta: 2002, Abril 10 ]
Car and Driver, Edición Especial , Formula Uno (2001) Hachette Filipacchi Médias Group, 149 rue Anatole
France, 92534 Levallois−Perret Cedex, France.
Enciclopedia Salvat del automovil (1974) Salvat, S.A. de Ediciones Arrieta, 25. Paloma − España.
19