FLUJO LAMINAR vs FLUJO TURBULENTO

Hola a todos

Después de leer el tema 1 de la asignatura Hidráulica, seguro que si alguien nos preguntase ¿qué es mejor: flujo laminar, o flujo turbulento?, nuestra respuesta sería: “flujo laminar”.

Pero los chicos y chicas de la Fórmula 1 son especialistas en encontrar lo mejor, y también en dar con lo mejor de lo peor…..la verdad es que ver siempre el lado positivo de las cosas es un arte, hay que reconocerlo.

En este caso han encontrado la forma de tener el tipo de flujo que más les interesa en cada momento.

Os dejo una noticia de la web www.TheF1.com que me ha llamado la atención:

‘F-Duct’ de McLaren: ¿ingenio o trampa?

El sistema de McLaren ya ha sido copiado por otros equipos

Alerón trasero de McLaren

Alerón trasero de McLaren


Alerón trasero de McLaren

Ahora ya sabemos qué demonios hacía McLaren con todo esa parafina verde en las pruebas de temporada. En un principio nos pareció que se trataba de problemas. Pero no. Simplemente, estaba comprobando los resultados del túnel del viento, y que su ingenioso invento, el ‘F-duct’, funcionaba tal y como decían sus modelos CFD. ¿Es una trampa, o es fruto del ingenio de McLaren?

Moco verde en Mclaren

Moco verde en Mclaren

Pruebas en Mclaren

Pruebas en Mclaren

 

Moco verde y pruebas en Mclaren

Ahora se entienden todas aquellas pruebas. Sensores por todos lados, y parafina a mansalva. Está claro que conforme pasaron los test, la importancia del tubo en la parte superior del chasis se fue haciendo evidente en el MP4-25. Sólo el experto Craig Scarborough fue capaz de dar una explicación a tal hecho, puesto que a la vista de semejante despliegue de comprobaciones aerodinámicas, se preguntó: “El viernes el coche rodó con una serie de sensores colocados en el alerón trasero. Sin embargo, hay otro sensor montado en un conducto de refrigeración del ‘nose’. Así que me planteo la siguiente cuestión: ¿por qué quieres poner a prueba el alerón trasero y el conducto de refrigeración a la vez?

Al principio se creyó que ese tubo era sólo una entrada para enfriar la ‘copkit’ del piloto. Varios equipos tienen entradas similares en la zona para complementar la entrada de aire. En el ‘copkit’ se encuentran una serie de cajas electrónicas e hidráulicas de aparamenta muy importantes, por lo que se requiere refrigeración. Así que en un principio no levantó demasiadas sospechas por el paddock.

Sin embargo, dichas entradas de aire empezaron a sustituirse por un tubo alabeado con una complejidad innecesaria para este conducto. ¿Qué estaba pasando?

Así que lo que fue un rumor se ha convertido en realidad. Es decir, que lo que tenemos es una entrada de aire en la nariz del monoplaza que está conectada a través de un conducto que pasa por el ‘copkit’, el depósito de combustible, la chimenea o ‘airbox’ y la aleta del tiburón, y cuya función final en soplar aire en el alerón trasero. Con ello conseguimos que el aire que pasa a través del alerón trasero pase de un funcionamiento en régimen laminar, a un funcionamiento en régimen turbulento.

¿Qué demonios quiere decir esto?

Muy sencillo, la carga aerodinámica máxima se consigue con ese régimen laminar, y eso es muy útil por las curvas del circuito. A más carga, más agarre y más velocidad en el ápice de la curva, ¿pero de qué sirve eso en una recta?

El experimento es bastante sencillo, seguro que cuando eras pequeñ@ e ibas en un coche en marcha a toda velocidad, has sacado la mano en vertical por la ventanilla alguna vez. ¿Qué pasaba? Inmediatamente, la mano se te iba para atrás debido a la fuerza que generaba el aire contra tu mano. Pero, inmediatamente, si ponías la mano en horizontal, la carga sobre tu mano disminuía y tenías que hacer menos fuerza para sustentarla.

Esa es la cuestión. Con la mano en horizontal generas menos resistencia al viento, y por tanto puedes conseguir más velocidad punta. Eso es lo que busca McLaren, disminuir la carga aerodinámica, y la resistencia al viento, para conseguir más velocidad en las rectas de los circuitos.

Lo más fácil en estos casos, sería hacer como tú hiciste de pequeñ@, es decir, cambiar la incidencia del alerón trasero (la mano en tu caso). Un alerón más inclinado genera más carga, y uno más plano menos. Pero eso está prohibido, claro, ya que no están permitidos los elementos movibles aerodinámicos. Por ello se han inventado este sistema, donde el elemento movible es: ¡el piloto!

Sí, el piloto es el que pone en marcha este sistema cuando está en una recta, que es cuando quieren perder carga en el alerón trasero, y ganar velocidad punta. Para ello, Jenson y Lewis, pulsan con su pierna izquierda una válvula que cierra el conducto y que hace que desde que presionan la válvula el aire que entra por el ‘snorkel’ delantero pase a través del ‘F-duct’ y llegue hasta el alerón trasero. Este, entrará en pérdida, y será como si le hubieses modificado su incidencia, como si estuviese más plano, y por tanto, según se ha comprobado en el MP4-25, ganarás del orden de 5 a 7 Km/h en la recta. Se piensa que esta válvula podría estar cerca de alguno de los pedales, seguramente en la zona del freno derecho.

¿Qué pasa en la curvas? Pues que el conducto está abierto dentro del ‘copkit’, es decir que entra aire por el ‘snorkel’ y no se cierra, por lo que se sale por la válvula que no está pulsada por los pilotos. Así su alerón funciona como todos los alerones traseros. La única duda que me queda es si ese conducto en la parte delantera no tiene alguna influencia extraña en la aerodinámica del coche, ya que cuando ‘abrimos’ un coche, es decir le hacemos oberturas, siempre generas una resistencia extra que no es buena para el conjunto. Pero supongo que compensará si en McLaren lo utilizan, claro.

¿Pero cómo funciona con más detalle este sistema?

En un coche de F1 el alerón trasero crea alrededor de un tercio de la carga aerodinámica coches. Pero al correr a alta velocidad la resistencia que genera el alerón trasero es tremenda. Además, hay que tener en cuenta que para que estos alerones funcionen perfectamente, deben de tener una ranura en medio del alerón que ayude a mantener el flujo pegado al ala, porque sino el alerón también entra en ‘perdida’. Es decir, que los alerones traseros estarán formados por 2 alas superpuestas, dejando una ranura entre ellas.

Lo que hace el conducto de McLaren es soplar aire adicional sobre la ranura de separación del alerón trasero, para romper el flujo laminar, convertirlo en turbulento, y disminuir la resistencia.

ALERÓN 1 PLANO

Un ala de un solo elemento donde vemos como el flujo se separa del ala. Esto es MALO.

Aleron 1 Plano

Aleron 1 Plano

ALERÓN 2 PLANOS

Con un ala de dos elementos, el flujo pasa a través de la ranura para evitar la separación del fluido, manteniendo el régimen laminar. MÁS CARGA AERODINÁMICA. Esto es BUENO en curvas, y MALO en rectas.

Aleron 2 Planos

Aleron 2 Planos

ALERON MCLAREN 2010

Cuando el conducto sopla en la ranura del alerón trasero puede romper el flujo laminar del aire, lo que provoca turbulencias detrás del alerón, su entrada en pérdida, y permite la perdida de resistencia. MENOS RESISTENCIA. Esto es BUENO para la rectas y MALO en curvas.

Aleron MCLAREN 2010

Aleron MCLAREN 2010

Esto sería posible de varias maneras, por ejemplo, una podría ser que la ranura esté orientada de manera diferente a la corriente de aire que sopla sobre ella, es decir al conducto. Si se encuentra cerca de la perpendicular a la corriente, podría ser un golpe suficientemente elevado como para interrumpir el flujo de aire suficiente para detener el ala. Estos planteamientos tendrían que ajustarse para no tener ningún efecto a velocidades inferiores a la velocidad máxima en la recta, por lo que el ala daría la carga aerodinámica normal por las zonas que fueran necesarias, como por ejemplo, las curvas de alta velocidad de Barcelona.

¿Pueden copiar los equipos este sistema?

BMW Sauber, parece que lo ha copiado, y lo va a poner en marcha en Australia este fin de semana. Supongo que Pedro de la Rosa tendrá que ver bastante con ello. Ellos han colocado el conducto encima del pontón, y se dice que los pilotos lo accionarían con el hombro. En cualquier caso, sin ser demasiado difícil de implementar, lleva su tiempo. Veremos los resultados de Sauber.

El tema es que con los monocascos están ya homologados por la FIA para 2010, y no se puede introducir un nuevo conducto como el de McLaren, que es específico para eso. Pero sí se pueden utilizar alguno de los conductos de refrigeración de que disponen los coches actuales. Así que si consiguen adaptar la solución a su monocasco, sería posible, siempre sin poder hacer una solución a medida como lo ha hecho McLaren. El tema de la aleta de tiburón y el alerón trasera no tendría que ser demasiado complicado.

Realmente es una verdadera obra de ingeniería. La FIA lo ha dado por bueno, y además no tenemos ningún elemento móvil, a no ser que consideres la rodilla del piloto, o el codo, como se está especulando en el caso de Sauber, como un elemento aerodinámico, claro.

Una idea tan sencilla como hacer pasar aire por una ranura ha actuado de la misma forma que actuarían los materiales inteligentes, deformándose para disminuir la resistencia de los alerones. Realmente brillante. Los ingenieros de Wocking han brillado con luz propia, aunque a McLaren le haya servido de poco, pues su carga aerodinámica en general es inferior a la de Red Bull o Ferrari. Pero esa es otra cuestión, así que me quito el sombrero ante el ingenio de los chicos de McLaren. De trampa nada.

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Acerca de joseapardos

Bachelor of Sciencie in Technology Management, así como Técnico Especialista en Calderería y Estructuras Metálicas. Otros: 8 años en el sector del diseño industrial. Actualmente soy Coordinador Docente de SEAS para el área Diseño Mecánico y el área Industrial, así como el Curso Superior y el Experto en Fluidos.
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