Capítulo 6.2 : Montaje de elementos.

6.2  -  Montajes de elementos

=Esto presenta la FIA como modelo base

…..De aquí partimos …                     Hasta ahora tenemos esto

Como se puede ver claramente, lo que nos queda por colocar es todo lo relacionado con la aerodinámica (que no es poco precisamente), es decir:

• Alerón delantero.
• Placas de Barcaza.
• Aletas de cono.
• Retrovisores.
• Pontones.
• Aletas de pontón.
• Caja de aire.
• Tapas de motor.
• Escapes.
• Alerón trasero.
• Difusor.
• Luz Trasera

Se supone que esto es o será un automóvil de carreras, es decir se moverá rápido en su dirección de avance, pero ¿qué pasará si choca con algo?. Para esto, la FIA impone unas rigurosísimas medidas de seguridad para el piloto, encerrándole en un habitáculo prácticamente indeformable y que absorbe gran cantidad de la energía del impacto, eso si, el resto del coche “se desintegra”, recordemos el accidente de R.Kubiça en Canadá 2007, ¿y el piloto?… , pues con un leve esguince en el tobillo izquierdo, nada más.

• 6.2.1 – Alerón Delantero.

Puesto que el bólido no lleva parachoques, resulta ideal que todo lo que se pueda romper en la zona delantera sin provocar la retirada instantánea (daños mayores) se pueda cambiar rápidamente, es decir, el cono frontal con el alerón delantero, a partir de ahí ya afectaría a ruedas, dirección o suspensión, más difícil de seguir en pista y de reparar en caso de daños.

También conocemos de memoria el aspecto que tiene, y la gran variedad de cambios que se le efectúan en casi todas las carreras, pero esos cambios son siempre mejoras en alguno de los múltiples aspectos que esta pieza desempeña en el funcionamiento global del vehículo.

Las funciones del sistema de alerones delanteros, podemos clasificarlas en 5:

• a) Generación de empuje vertical, o simplemente “empuje”.
• b) Separar convenientemente el flujo de aire incidente en las ruedas delanteras.
• c) Adecuar el flujo que pasa por debajo del suelo y a los pontones de refrigeración.
• d) Adecuar el flujo  al casco del piloto y a la toma de aire del motor.
• e) Sellar el suelo, por métodos aerodinámicos.

a) La generación de empuje (Down-Force), como ya vimos en el artículo anterior, no es más que colocar el perfil adecuado, para que con un ángulo de incidencia determinado y una superficie determinada, se genere una fuerza vertical descendente dada.

b) Las ruedas de un coche de F1, generan, aproximadamente, el 40% de la resistencia total del coche; por tanto, si existe un lugar donde debemos hacer hincapié para reducir la resistencia, es justamente éste, pero ¿cómo podemos reducir la resistencia de las ruedas?
La respuesta es sencilla: haciendo que el flujo no incida directamente sobre las ruedas; para ello, aprovechando que el alerón está por delante, diseñamos dicho alerón para que desvíe el flujo alrededor de las ruedas, reduciendo así su resistencia aerodinámica. Cuanto más adelantados se encuentren los elementos deflectores, menor fuerza se necesitará que generen por ellos mismos, y que así las ruedas posean un empuje determinado (podemos pensar en el principio de la palanca). Obviamente, esta posición está legislada y limitada por los reglamentos.

Otra de las funciones añadidas que tienen estos deflectores de flujo delanteros o planos finales, es la de impedir el flujo de aire

desde la zona de alta presión a la zona de baja presión (a modo de pantallas de extremidad de ahí su nombre de “plano final”); De esta forma, la resistencia de todo el sistema, se reduce considerable y apreciablemente.

c) En lo que respecta al “efecto suelo”, el alerón delantero, adecua el flujo que ha de pasar por debajo del coche, con el fin de generar empuje; como ya vimos, el aire que pasa por debajo del coche, ha de acelerarse para así, reducir la presión por la parte inferior y provocar la “succión”del coche, evidentemente el suelo ha de ser lo más liso y plano posible.

En este efecto, también tiene gran influencia el difusor, por cuanto en líneas generales, el tamaño del difusor ha de ser tanto mayor, cuanto más aire pase por debajo del coche. Obviamente, el tamaño del difusor e incluso “casi” su geometría, viene muy limitado por Normativa, con lo que el resto viene ya dado y limitado.

También hay que tener muy en cuenta que los alerones delanteros, no han de dificultar la entrada de aire a los pontones de refrigeración , esto es vital; para ello, en la parte central de los alerones, no se colocan “demasiadas cosas”, que dificulten o impidan este flujo.

d) Aprovechando que los alerones de proa, son la pieza más adelantada del coche, podemos reducir o mitigar, ciertos efectos aerodinámicos que tienen lugar más adelante en el flujo de aire. Por ejemplo, en el 2005 se comprobó que el R25 de Renault, poseía unas pequeñas vibraciones aerodinámicas que afectaban al casco del piloto, con los graves inconvenientes que tenía esto; para evitarlas, se optó por modificar el alerón delantero (además de colocar unos pequeños apéndices laterales por encima del morro) que hacían desaparecer dichas vibraciones o turbulencias. O el alerón puente de McLaren 2007 que incrementaba la potencia del motor mejorando la calidad del flujo de aire en la admisión al motor.

e) Si se “cierran” los costados de los bajos, el efecto suelo se ve fuertemente potenciado (al evitar que el aire con mayor presión entre a la zona de baja presión de los bajos), pero las faldillas y demás dispositivos físicos están prohibidos. No obstante es posible “sellar” por métodos aerodinámicos el suelo; De esta forma, estamos “conservando” la depresión que se ha generado en la parte inferior, y por lo tanto, manteniendo el empuje por el efecto suelo.

Si generamos unos vórtices (turbulencias o remolinos) de alta energía, que discurran por todo el suelo, estaremos impidiendo que el aire entre en la zona de baja presión; Al igual que físicamente lo hacen los planos finales de los alerones como también vimos.

En nuestro caso, podemos hacer que el alerón delantero, sea el responsable de sellar el suelo, haciendo que genere una serie de dichos vórtices de alta energía, aunque debido a la distancia entre el alerón y los “faldones a cerrar” no sea altamente efectivo, no deja de ser una ayuda (o problema si no se hace muy bien).

Anteriormente comentamos el problema de la primera distribución de peso, en el que el balance entre peso y/o carga  en la zona delantera, media y trasera es fundamental, y observamos relación entre el alerón delantero y trasero. Es por ello que se hace necesario volver a indicar que el rediseño de un alerón conllevará por lo menos recalcular el del otro, y si el cambio se hace en el delantero, obviamente habrá que ver todo el diseño de las zonas posteriores al cambio, es decir “siguiendo el flujo”.

• 6.2.2 – Placas de Barcaza.

Después del alerón frontal nos encontramos con los tirantes de suspensión por los costados, el cono frontal por la zona superior, y por debajo con el fondo del morro, que desemboca en los bajos del coche.

Puesto que los tirantes de la suspensión no deben de  producir empuje, lo mejor que se puede hacer con ellos es simplemente “refinarlos” para reducir el arrastre, es decir, aplanar sus formas (sin perder prestaciones mecánicas, por supuesto).

Si nos fijamos en el modelo base de la FIA, veremos que justo detrás de las ruedas y separado del cuerpo del habitáculo, hay unas “placas” que siguen el perfil hasta el extremo de los pontones. Esas son las placas que se conectan a la barcaza.

En la siguiente foto se observan 3 tipos de placas, las negras de la zona de suspensión, la lateral azul y la gris brillante de debajo de la toma de aire en el pontón.  Los tres tipos son placas de barcaza, y la tercera, la horizontal, suele llamarse también “aspa de giro”.

Las funciones del sistema de placas de barcaza, podemos clasificarlas en 4:

• 1) Redirigir el aire “sucio” de las ruedas hacia fuera de los pontones.
• 2) Separar el flujo de aire hacia la toma de refrigeración.
• 3) Sellar el fondo para aumentar el efecto suelo.
• 4) Generación de empuje.

1) Tanto la zona exterior de las placas de la zona de suspensión, como la placa azul, están diseñadas para que el aire sucio desprendido de las ruedas sea canalizado hacia el exterior de los pontones, de forma que ese aire con tantas turbulencias no incida en la carrocería del vehículo.

2) Sin embargo, las zonas interiores de esas mismas placas que separan el aire sucio, tienen como misión mantener el aire “limpio” (laminado y con pocas perturbaciones) dirigido hacia la toma de aire de los radiadores que están en los pontones.

3) Al igual que con el alerón frontal, se pretende generar un “sellado” de los laterales de los bajos del coche, de tal manera que se potencie la generación de esos vórtices de alta energía, cosa que se produce en la intersección de la placa vertical con el aspa de giro.

4) Y evidentemente generar un leve empuje en los extremos en un punto muy bajo, y que generalmente suele ser asimétrico, ya que los circuitos al ser cerrados, suelen tender a cargar más curvas a un lado que al otro, así compensamos parte de las necesidades de carga de un costado y otro (haciendo las placas levemente distintas, entre otras medidas).

• 6.2.3 – Aletas de cono.

Estos elementos son aletas destinadas a la corrección de los flujos de aire pasantes por el cono hacia la parte media y luego a la trasera.

Independientemente de su orientación, su función no es la generación de empuje, sino el redirigir, dividir y/o repartir el flujo de aire incidente en ellas.

Su función es solucionar inestabilidades, vibraciones o decaimientos de rendimiento en elementos que están por detrás en el flujo de aire, y como ocurre siempre, son elementos añadidos tras la detección de una anormalidad en algún sitio posterior.

Por esto mismo, son específicas para cada problema y cada coche,  además suelen tener cortos periodos de “vida”, pues suele haber soluciones menos costosas en cuanto al arrastre (aunque más difíciles de implementar en el bólido).

Debido a todo lo anterior, a cada uno de los tipos que aparecen se les suele poner un nombre “particular”, “cuernos”,  “tabiques”, “orejas” …

Aquí hay que puntualizar que esas aletas gruesas y con una banda negra, no las colocan los equipos sino que las impone el reglamento para todos los bólidos y llevan alojada una mini cámara de TV, de ahí salen algunos planos de visión frontal.

En esta zona esta el famoso tubo de Pitot, en primer término, y después la o las antenas de radio. Aunque parezca difícil de creer, es el sistema más simple, de menor peso y que menos energía consume o elimina al conjunto del coche para realizar su función… tacómetro de velocidad, y muchísimo más preciso que cualquier otro. Está compuesto por tubos concéntricos y basándose en la diferencia de presiones se calcula matemáticamente la velocidad con precisiones del orden de 10m/h.

• 6.2.4 – Retrovisores.

Por reglamento debe de haber 2 en cada coche, uno a cada lado del cockpit, han de tener unas dimensiones mínimas de 150 x 50mm con un radio máximo en las esquinas de 10mm.

Su posición queda al arbitrio de cada equipo, pero hay unas normas de colocación a cumplir.

Al estar el espejo en una posición tan alta del coche, su peso es un aspecto fundamental para tratar de mantener el centro de gravedad del coche lo más bajo posible, así como obviamente su diseño de la carcasa exterior, ya que es seriamente impactada por el flujo de aire.

• 6.2.5 – Pontones.

Son la parte ancha y baja de la carrocería. Se extienden desde cada lado del habitáculo del piloto hasta el extremo final de los radiadores cubriéndoles, obviamente no cubre las tomas de aire. Desde ahí hacia atrás, se van estrechando hacia la zona trasera central , de tal manera que dan una forma de “botella de coca-cola” a la silueta del automóvil.

Esa forma no es casual (como casi nada en la F1), se basa en una regla de diseño aeronáutico, la llamada “Regla del área”.

Esta regla de diseño sirve para reducir la resistencia de onda producida en el avance de un cuerpo a través de un fluido (relacionada con la compresibilidad del aire), sobre todo en altas velocidades. Resumiendo, la regla consiste en reducir en lo posible las variaciones bruscas de sección trasversal del objeto que se desplaza.

En aviones es fundamental si se quiere sobrepasar el Match 1 de velocidad, en los barcos también se usa, y en los coches es asumible para reducir las vibraciones estructurales. Lo que se traduce en estabilidad estructural y facilidad para el piloto, que no temblará tanto por este motivo, las vibraciones por el motor y suspensión son otro asunto.

Es en los pontones donde se colocan aditamentos como las famosas “branquias” y también, obviamente, las aletas de pontón, las “chimeneas”, así como los escapes que están en la parte trasera de esta cubierta.

• 6.2.6 – Aletas de Pontón.

Parecería evidente que disponiendo de una zona tan amplia como los pontones, se pudiesen llenar con uno o varios dispositivos aerodinámicos que produjeran una gran cantidad de empuje, pero resulta que no es necesario tanto empuje, ya que precisamente esta es la zona de mayor peso (motor, transmisión, refrigeración…).

En lugar de esto, es preferible (se gana más) mejorando el resto de prestaciones que debe cumplir la zona, a saber:

• a) Canalizar mejor el aire en la entrada de los radiadores.
• b) Separar el flujo de aire incidente en las ruedas traseras.
• c) Dirigir el flujo de aire para que incida mejor en el alerón trasero.
• d) Evacuar el aire caliente proveniente de los radiadores.
• e) Evitar que los flujos de aire incidan en el chorro de los gases de escape.
• f) Generación de empuje vertical.

a) Se puede observar desde lejos la presencia de unas enormes placas en la parte anterior de los pontones. Su función es doble, incrementar lo estrictamente necesario la cantidad de aire para la refrigeración (demasiado aire produciría un efecto “caja”), y canalizar el resto del flujo para las zonas posteriores.

…….

b) Separar el flujo de aire incidente en las ruedas traseras, lo mismo que ya vimos para las ruedas delanteras en el alerón frontal.

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c) Dirigir el flujo de aire para que incida mejor en el alerón trasero. Esta es la misión fundamental de los llamados alerones o aletas en “R” (por similitud con la letra “r” la de un lado, la del otro estará reflejada o invertida, como es el caso en este Ferrari).

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d) Evacuar el aire caliente proveniente de los radiadores. Por algún sitio tendrá que salir, y no parece ser recomendable que ese aire ya caliente “bañe” otra vez al motor.

Para ello hay varias soluciones, desde la colocación de rendijas (“branquias”, ver la 1ª foto del Ferrari de este grupo 6.2.6) por las que evacuar el aire caliente , hasta la colocación de chimeneas con su función evidente, pasando por sistemas mixtos de unos y otros; Inclusive hasta abrir el chasis con agujeros para que salga directamente desde los radiadores.

También hubo quien (dependiendo del clima de carrera) mediante carenado del interior del pontón,  los llevaba por dentro, para soltarlos por la parte trasera, pero no resultaba tan eficaz como pretendían.

e) Evitar que los flujos de aire incidan en el chorro de los gases de escape.

Esto puede parecer menos claro, pero en esencia es evitar que los flujos “limpios y fríos ” que venimos transportando desde el frontal, incidan o se mezclen con los gases calientes y turbulentos de los escapes, lo que reduciría enormemente la eficacia del alerón trasero. Para ello una solución simple y con beneficios añadidos consiste en digamos “hacer hueco” para el chorro de gases de escape, de tal manera que no se pierda la dirección correcta del flujo limpio para el alerón trasero y las ruedas, y por diferencia de velocidades, tirar del aire caliente, mejorando la extracción de los gases y ganando potencia en el motor.

f) Generación de empuje vertical.

Creo que no necesita más comentarios a estas alturas, pero la forma intrínseca del chasis del pontón ya contribuye a ello, además de los empujes generados por los elementos deflectores de los apartados b y c de esta sección. Sin olvidarnos de que la parte baja de esta sección, está rematada por una especie de faldón, para tratar de mantener el indispensable efecto suelo.

• 6.2.7 – Caja de aire y anclaje para grúa.

Es la parte elevada por encima de la cabeza del piloto, que tiene una entrada de aire más o menos grande y está rematada por el alerón superior de cámara, impuesto por reglamento, al igual que la apertura necesaria para poder levantar el coche mediante una grúa.

Es una buena zona para colocar aletas, que pueden tener múltiples aplicaciones, desde generar un alto empuje en la zona central, o redirigir los flujos de aire hacia el alerón trasero, o para corregir inestabilidades o vibraciones.

• 6.2.8 – Tapas de Motor.

Es la parte que se eleva desde la zona “horizontal” de los pontones , la “joroba” del carenado de fibra de carbono. No incluye la “caja de aire”, es decir la toma de aire para la combustión del motor, que está carenada en otra pieza a parte (creo que se distingue en la foto la juntura de la tapa , el pontón y la caja de aire).

No suele llevar aditivos, pues no tiene puntos resistentes para la transmisión de fuerzas al cuerpo del vehículo, esporádicamente algún divisor de flujo o algún aletín de estabilización.

• 6.2.9 – Escapes.

Ya hemos hablado de la implicación de los gases de escape con los flujos de aire que manejamos a lo largo de esta zona trasera.  Obviamente la dirección de salida está detalladamente calculada para no interferir de forma negativa.

Solo nos resta decir que las zonas del carenado susceptibles de recibir este flujo caliente, evidentemente están trabajados con otros materiales distintos de la fibra de carbono habitual para el resto del carenado.

• 6.2.10 – Alerón Trasero.

Es otro elemento aerodinámico por excelencia, y tiene dos misiones fundamentales :

• Generar el máximo de empuje vertical con el mínimo arrastre y vibración.
• Crear una zona de baja presión debajo de el, o lo que es lo mismo, encima del difusor.

Fácil de decir, pero extremadamente difícil de conseguir. Sobre todo si se tiene en cuenta lo anteriormente explicado en multitud de zonas anteriores a esta, que el comportamiento exacto de este alerón depende de su propia constitución y de la calidad del aire incidente, es decir, de los elementos anteriores en el flujo de aire .

La normativa que se le aplica es de lo más estricto, flexión limitada, alturas limitadas, materiales limitados… (como para todo el coche en general), y es testado carrera tras carrera en todos los vehículos.

• 6.2.11 – Difusor.

La última parte aerodinámica “vital” para el correcto funcionamiento de todas las partes anteriores. Su única función es facilitar lo máximo posible la salida del aire que circula por los bajos del coche, generándose así el efecto suelo de forma efectiva, ayudándose de la baja presión generada por el alerón trasero, lo que ayuda a sacar el aire de los bajos a través de este elemento.

Su tamaño está estrictamente regulado por el reglamento, pero su geometría interna queda prácticamente entera a la discreción del diseñador/fabricante.

• 6.2.12 – Luz Trasera

Importante por indicar cuando un piloto está corriendo con neumáticos de agua, y también para que se le vea donde está el coche tras la niebla o la cortina de agua que levanta al rodar.

Montada sobre el extremo de la estructura de choque, y hábilmente usado para incorporar otro pequeño empuje vertical (pero con el efecto palanca …).

Solo en el caso de que un piloto novato (no oficial) salga a pista, el color de la luz será verde (si no usa neumáticos de lluvia o intermedios), en los demás de los casos será roja.

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