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Fórmula 1

Análisis aerodinámico de un Fórmula 1 mediante Dinámica de Fluidos Computacional (CFD)

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Cada día, los ingenieros de los diferentes equipos tratan de mejorar la aerodinámica de los monoplazas con el objetivo de ser más competitivos. En los últimos años hemos visto una evolución en la aerodinámica muy grande, donde los equipos cuidan todos los detalles y ya no solo se centran en los alerones delantero y trasero sino que van mucho más allá, incorporando elementos minúsculos con el objetivo de ganar alguna décima en los circuitos.

En este artículo se explican los aspectos más importantes  de la aerodinámica de un Fórmula 1, realizando una simulación sencilla de un modelo de Fórmula 1 mediante el software OpenFOAM a través de Simscale.

Antes de comenzar a comentar la simulación y los resultados obtenidos, es necesario explicar brevemente algunos conceptos importantes de la aerodinámica.

Flujo externo: produce zonas de presión y depresión además de rozamiento viscoso (rozamiento debido a la viscosidad del aire, que es una propiedad del fluido que introduce fuerzas sobre el vehículo) con las paredes del vehículo generando:

  • Resistencia al avance.
  • Carga sobre las ruedas.
  • Variaciones en la estabilidad.
  • Ruido

Flujo interno: es el encargado de refrigerar el habitáculo y el motor.

Flujo laminar: es característico de velocidades de circulación bajas. En él, las partículas se mueven en trayectorias uniformes deslizándose entre ellas.

Flujo turbulento: es característico de velocidades de circulación altas. En él, las partículas del aire se mueven en trayectorias irregulares generándose un intercambio de cantidad de movimiento en el aire.

Por otro lado, el flujo puede estar:

  • Adherido a la superficie del vehículo: se prefiere adherido ya que reduce la resistencia aerodinámica y/o genera carga vertical.
  • Separado de la superficie.

Flujo adherido (A) y Flujo separado (B) en el vehículo

Resistencia por presión: en las zonas cóncavas se generan presiones positivas mientras que en las zonas convexas, las presiones son negativas. Esto se puede ver en el análisis del coeficiente de presión a un coche del DTM.

Coeficiente de presión en un coche del DTM

Las zonas con colores más cálidos representan presiones positivas mientras que los colores azulados son presiones negativas.

Presiones en función de la forma

Resistencia debida al rozamiento: por efecto de la viscosidad del aire.

Resistencia total avance, que depende de la densidad del fluido, el área frontal del vehículo, la velocidad de circulación y un coeficiente aerodinámico que depende de la forma de coche.

La influencia de la parte trasera sobre dicho coeficiente es mucho mayor que en la parte delantera. Al avanzar el vehículo se produce una depresión que provoca una fuerza de arrastre en contra del avance. En la parte trasera se generan unos vórtices de Karman que hay que evitar ya que producen inestabilidad.

Influencia de la parte trasera en el coeficiente aerodinámico

También se ha de tener en cuenta la influencia de los neumáticos ya que el giro de las ruedas provoca inestabilidades en el flujo de aire, por ello en la Fórmula 1 siempre se pretende redirigir el flujo en las zonas próximas a los neumáticos.

Comportamiento del flujo de aire alrededor de los neumáticos

Fundamento del uso de alerones: el aire de la zona inferior del alerón tiene más velocidad que el de la zona superior. La resultante es una fuerza de sustentación que genera mayor carga vertical sobre las ruedas mejorando el paso por curva.

Comportamiento del flujo alrededor de dos perfiles de álabes

Función del Gurney flap utilizado en la Fórmula 1

Difusor: permiten reducir la presión en el suelo del monoplaza y crear una succión incrementándose la sustentación.

Función de un difusor en la Fórmula 1

Una vez explicados los principales conceptos a nivel aerodinámico, vamos a detallar la forma de trabajar para realizar un análisis aerodinámico.

En primer lugar se realiza un modelo en CAD, es decir, utilizando un programa de diseño se modeliza el vehículo en 3D. Normalmente se emplea el software Catia por ser muy completo aunque existen otras alternativas como Solid Edge. En este caso se modeliza un Fórmula 1 más antiguo que contiene muchos menos elementos aerodinámicos con el fin de agilizar los cálculos.

Modelo CAD de un Fórmula 1

Posteriormente se implementa el diseño en un programa CFD como OpenFOAM en este caso. En él, se realiza el mallado del vehículo, que consiste en discretizar el modelo en volúmenes finitos con el fin de analizar de forma más exhaustiva el comportamiento del aire alrededor del coche. También se establecen las condiciones de contorno, que son las condiciones en las que ensayamos el coche, es decir, velocidad del aire, temperatura, presión ambiental y un sinfín de parámetros. Cabe destacar que en este artículo se realiza un resumen del proceso, ya que en el realidad lleva cientos de horas realizar los modelos.

Mallado del modelo

Tras realizar el mallado y establecer las condiciones de contorno (entre otras muchas cosas), se procede a realizar el cálculo. Se utilizan superordenadores para este apartado ya que los modelos a analizar son muy complejos y el tiempo de cálculo es elevado. En este caso se han utilizado 32 núcleos y 60 GB de RAM.

Una vez obtenidos los resultados (el ordenador puede tardar días), se procede a analizarlos.

En este caso se muestra la distribución de presiones a lo largo del monoplaza.

Distribución de presiones a lo largo del monoplaza. Vista Frontal. Resultados de Ali Arafat

Como se puede observar, la zona del alerón, los pontones y las ruedas delanteras son las que tiene una mayor presión por encontrarse directamente expuestas al flujo de aire. Esto supone una mayor resistencia al avance.

Distribución de presiones a lo largo del monoplaza desde otro punto de vista. Resultados de Ali Arafat

Otro parámetro que se debe analizar es la velocidad del aire alrededor del monoplaza.

Velocidad del aire a lo largo del monoplaza. Resultados de Ali Arafat

Como se puede observar, las estelas del aire no siguen un patrón fijo sino que se deslizan a través del Fórmula 1, salvando los obstáculos como ruedas o pontones. Las zonas rojas corresponden a velocidades del aire mayores mientras que las zonas con colores más fríos corresponden a velocidades menores.

Velocidades a lo largo del monoplaza desde otro punto de vista. Resultados de Ali Arafat

Este parámetro también se mide en los túneles de viento y en los test se utilizan los famosos tubos de pitot, los cuales miden la velocidad del aire en determinadas zonas a partir de los datos de presión a la entrada y la salida de los mismos.

MCL 33 de McLaren con una rejilla de tubos de pitot

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Fórmula 1

Lando Norris, nace un nuevo campeón en la noche de Abu Dabi

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Yas Marina amaneció con la tensión de una final mundial. Última carrera del año, 58 vueltas para decidirlo todo y tres candidatos separados por apenas 16 puntos. Lando Norris (408), Max Verstappen (396) y Oscar Piastri (392). Coincidían en las tres primeras posiciones de parrilla.
 
La carrera comenzó con el guión más esperado, Verstappen defendiendo con contundencia su pole y Norris perdiendo posición frente a un agresivo Piastri, que realizó un espectacular exterior sobre su compañero. Desde ese momento, el británico quedó tercero, en la zona exacta donde aún retenía el campeonato, pero presionado por Charles Leclerc vuelta tras vuelta.
 
Verstappen trató de imponer su ritmo desde el inicio, gestionando una posible degradación y preparando un escenario táctico con el que ralentizar el grupo en fases clave para la carrera. McLaren, por su parte, apostó por la defensa directa de Norris, incluso sacrificando a Piastri al alargar su primera parada para cubrirse de posibles coches de seguridad. El primero en entrar a boxes fue Russell.

 
Uno de los momentos críticos llegó con la intensa batalla entre Norris y Yuki Tsunoda, que defendió con dureza para ayudar a su compañero de equipo, Verstappen. El británico adelantó por el exterior en una maniobra límite revisada por los comisarios, pero finalmente solo el piloto japonés fue sancionado con cinco segundos.
 
Tras las paradas, Verstappen se mantuvo al frente con una estrategia sólida a una parada mientras que Norris quedó tercero, posición que debía de conservar para proclamarse campeón. Leclerc, su principal amenaza, redujo la distancia, pero nunca llegó a estar realmente en zona de ataque. Piastri, con neumático fresco, tampoco puedo acercarse lo suficiente a Verstappen como para presionar por la victoria.


 Los últimos giros fueron un ejercicio de control absoluto por parte de Norris. A falta de cuatro vueltas, el británico tenía el título en sus manos. Tras 58 vueltas de una tensión máxima, el desenlace de la carrera y de la temporada llegó a su fin. Max Verstappen ganó la carrera, pero Lando Norris cruzó la meta tercero y se proclamó campeón del mundo por primera vez, por apenas dos puntos de diferencia con Verstappen. Su compañero Piastri, quedó segundo.
 
El piloto de McLaren dio su vuelta de honor entre lágrimas, culminando un año en el que pasó de no empezar con muy buen pie, a coronarse Campeón del Mundo de 2025.
 
La Fórmula 1 tiene un nuevo rey, y su nombre es Lando Norris.

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Verstappen se lleva la última pole del año en Abu Dabi

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La última sesión de clasificación del año daba comienzo en el circuito de Yas Marina, la sesión de clasificación más tensa del año con los tres contendientes al título luchando por la pole position.

Los primeros intentos de la Q1 mostraban lo apretada que iba a estar la parrilla. George Russell fue el más rápido en la primera tirada con una diferencia de tan solo 2 décimas con Hulkenberg en la novena posición. Bearman y Piastri se colocaban justo detrás a 7 y 8 milésimas, respectivamente.

En el segundo intento, con neumáticos blandos nuevos, Piastri volaba con un 1:22.6, seguido de Verstappen y Antonelli a dos décimas. La sorpresa la daban los españoles, Alonso se colocaba en la cuarta posición y Sainz igualaba el tiempo de Norris quedándose 7º.

En el punto contrario, Hamilton se encontraba de nuevo eliminado en Q1 por 8 milésimas, junto con Albon, Hulkenberg, Gasly y Colapinto, que solo consiguió marcar un único tiempo dentro de los límites de la pista y lejos del resto.

La Q2 empezaba con intentos tímidos de los favoritos. Salieron con goma usada para reservar neumáticos para la Q3 mientras que los que se jugaban el pase, salieron desde el principio en modo ataque. Entre ellos, Russell se colocaba de nuevo primero, siendo el más rápido con nuevos y Verstappen segundo, con neumáticos usados y dos intentos seguidos.

La estampida de boxes para los segundos intentos comenzaba a 2 minutos del final de la Q2. Max Verstappen, con su vuelta con usados, decidía no salir. Sainz sorprendía con el récord del primer sector al inicio pero el tercer sector le lastraba y le dejaba fuera. Alonso, de nuevo, obraba el milagro metiéndose en la Q3 en cuarta posición.

Se quedaban fuera de la lucha por la pole junto con Carlos, Bearman, justo por delante, y Lawson, Antonelli y Stroll.

Llegaba el momento de la verdad, la Q3 que decidiría el último poleman de la temporada. Verstappen tomaba la delantera en la salida de boxes, con dos juegos nuevos de neumáticos. Marcaba el primer tiempo, 1:22.295, que no podía ser superado por nadie. Los McLaren de Piastri y Norris se quedaban a 3 y 4 décimas, respectivamente.

Los del equipo papaya iniciaban el segundo intento sabiendo que tenían que arriesgar, pero no pudieron con el neerlandés que mejoraba aún más su tiempo. Norris adelantaba a Piastri por una décima pero se quedaba a 2 de Max. Por su parte, Fernando Alonso firmaba una perfecta sexta posición para la última parrilla de la temporada.

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McLaren no puede fallar. Abu Dabi decide el campeón de la temporada 2025

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La temporada 2025 de Fórmula 1 llega a su final, en el Gran Premio de Abu Dabi y McLaren afronta esta última cita con una presión más alta de lo normal. Tras haber asegurado el Campeonato de Constructores con seis carreras de antelación, el equipo británico tiene esta última carrera para obtener el título de pilotos.
 
Además, en la lucha por este gran título se encuentran los dos pilotos de McLaren, Lando Norris y Oscar Piastri. Pero, no nos debemos olvidar que, entre ambos se encuentra Max Verstappen, que también mantiene opciones de coronarse campeón. Con todo esto sobre la mesa, este fin de semana va a ser prometedor y cargada de tensión y emoción hasta la bandera de cuadros.
 
Es la última oportunidad para los papaya, deben dar el máximo esfuerzo, y esta vez no tienen margen de error como las anteriores carreras. La carrera pasada no fueron rápidos con la aparición del Safety Car y cometieron el error de quedarse en pista y no ir al Pit Lane cuando comenzó el Safety Car. Por lo que, en esta carrera McLaren debe reaccionar con precisión en cada decisión estratégica que tomen.
 
Pese a esto, los pilotos aterrizan en el circuito con buenas sensaciones y con positividad. “Ha sido una temporada increíble. Tenemos un coche increíble. Estoy orgulloso de todos en el equipo. Nos queda una carrera más y lo daremos todo”, declaró Norris.

Por su parte, su compañero de equipo, Oscar Piastri también se ha mostrado con positividad de cara a la última cita del año: “Catar ha sido uno de mis mejores fines de semana en Fórmula 1. El objetivo para Abu Dabi es repetirlo y hacer todo lo posible para ganar esta carrera”.
                                                                            
Andrea Stella, director del equipo añadió: “McLaren llega a la última carrera de la temporada tras haber asegurado el título de Constructores y con Lando y Oscar en la lucha por el Campeonato de Pilotos. Debemos estar orgullosos de lo que hemos logrado hasta ahora y de ser protagonistas de lo que será una página importante en la historia de la Fórmula 1”.
 
Con el título de Constructores ya en sus manos, McLaren busca conseguir el título de pilotos; doblete histórico que no se consigue desde hace 27 años. La misión no será sencilla, ya que Verstappen se mantiene firme en su clasificación y también lo dará todo para obtener el título.
 
La escudería papaya sabe que Abu Dabi es el examen final, y que solo con precisión, unidad y máxima concentración podrán coronar a uno de sus pilotos como campeón del mundo.

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