Fórmula 1
Análisis aerodinámico de un Fórmula 1 mediante Dinámica de Fluidos Computacional (CFD)
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
Carlos Sainz pone el broche final al Gran Premio de Baréin con un magnífico tercer puesto. Sin embargo, parece ser que el madrileño no pudo festejar con su equipo al bajarse del coche. ¿Ferrari está en contra de Carlos? ¿Fue alguna clase de boicot al piloto español? Desde MomentoGP te contamo todo lo que sucedió durante la celebación del podio.
Imágenes de televisión: el estallido de los fans
Las redes sociales estallaban el sábado cuando, tras finalizar la carrera y esperar la llegada de los tres primeros, las cámaras de los medios captaban un recibimiento poco esmerado por parte del equipo Ferrari hacia Carlos Sainz. Y es que varios usuarios compartían el mismo clip de vídeo: el piloto español bajándose del coche, paralizado ante su monoplaza y sin saber a dónde dirigirse porque no había mecánicos ni trabajadores de su equipo a los que lanzarse para celebrar.
🏎️ | Carlos Sainz busca a los ingenieros de Ferrari para celebrar el podio y no hay ni Dios esperándole.
Como les jode que un español esté humillando a la estafa monegasca. Este año nos vamos a divertir.pic.twitter.com/UHwCeU5jGm
— Unai Cano (@unaicano10) March 2, 2024
La reacción de los fans fue inmediata. Muchos aficionados estallaron, defendiendo a Carlos y compartiendo diferentes mensajes por las redes sociales que fueron, poco a poco, generando una gigantesca bola de nieve que se descontroló.
Boicot al piloto español: ¿verdad o mentira?
Hubo espectadores que se sumaron al fenómeno tan solo con el breve clip de vídeo compartido, lo que provocó una desinformacón absoluta. Tal fue la repercusión, que espectadores que se encontraban en el propio circuito tuvieron que salir a defender la realidad de lo que había ocurrido. Y es que, al parecer, el acceso al podio se dificultó para todos los trabajadores. Un usuario de la aplicación X comentaba que lo mismo le sucedió a los pilotos de Red Bull, que tuvieron que localizar a sus ingenieros para poder sentirse arropados, dado que los mecánicos no podían disponer de sitio en primera fila por organización de espacio y normas del propio Gran Premio.
!Los mecánicos de @ScuderiaFerrari no estaban esperando para recibir a @Carlossainz55 ¡ Eso debió parecer por la tele. Pero la realidad es que tampoco estaban para recibir a @Max33Verstappen los de @redbullracing y Max vino hacía donde estaba Chalerm Yoovidhya, Adrian Newey y… pic.twitter.com/AvHVsvXNzj
— F1 DESDE DENTRO (@PressRacing) March 2, 2024
Más usuarios confirman que el acceso fue complicado y que hasta el padre del propio Carlos tuvo que saltar la valla para poder guiar a su hijo hacia donde le esperaban los mecánicos y el resto del equipo. Imágenes que no captaron las cámaras de televisión.
Era bastante difícil acceder cerca del coche de Carlos en el parc ferme. De echo Carlos Sainz padre tuvo que saltar por la plataforma de fotógrafos donde yo estaba para poder llegar 😅
— Xavi Bonilla (@boniphoto_) March 3, 2024
Definitivamente, el piloto madrileño pudo disfrutar de su exitoso tercer puesto como el resto de sus compañeros, dentro de las limitaciones impuestas por la organización del Gran Premio de Baréin, descartando cualquier «boicot» por parte de Ferrari al madrileño.
Eso es falso. El tiro de la cámara no abarca toda la longitud de la valla. Estuvieron todos sus mecánicos, su padre y su representante. @unaicano10 te aconsejo que antes de tirar "mierda", te asegures y a los lectores, que no os fieis de cualquiera https://t.co/Ros4zmDaJz
— Jaume Ciurana (@JaumeCiurana) March 3, 2024
Baréin acogía la primera carrera de la temporada 2024. 97 días después de que la bandera de cuadros cayese en el GP de Abu Dabi, el semáforo se apagaba para que los 20 pilotos de Fórmula 1 arrancasen sus motores.
Tras una salida bastante limpia, a excepción de un trompo y toque entre Lance Stroll y Nico Hulkenberg, Verstappen ha conseguido sacar de la zona de DRS a su perseguidor Charles Leclerc antes de que pudiese activarse a partir de la segunda vuelta. Por su parte, Pérez adelantó a Carlos Sainz y Fernando Alonso trató de mantener detrás a los McLaren y Hamilton sin mucho éxito.
Russell no tardó mucho en adelantar al Ferrari de Leclerc al igual que Checo. En la vuelta 11, el único contendiente que todavía no había adelantado al monegasco, su compañero de equipo, Carlos Sainz, decidió meterse por el interior en la primera curva y arrebatarle un cuarto puesto que lo mantenía en la lucha por los puestos de podio.
Este adelantamiento no debió de sentar muy bien en el muro de los de Maranello, que prepararon un undercut al español retrasando su parada. El undercut funcionó pero, tras su parada, Sainz era imparable y, de nuevo en pista, adelantaba a Leclerc de nuevo al final de la recta dejándole sin posibilidad de contrataque.
Dos vueltas más tarde, Carlos Sainz daba caza a su última presa para alcanzar el tercer escalón del podio, George Russell, en un magnífico adelantamiento en la segunda zona de DRS. El español fue nombrado «Piloto del día» por los seguidores al final de la carrera.
Por su parte, Fernando Alonso no pudo hacer mucho más de lo que ya vaticinaba antes del inicio de la carrera, un 9º puesto que no deja un buen sabor de boca a los seguidores del piloto asturiano, lejos de lo que él mismo consiguió el año pasado en este mismo circuito.
Los de Aston Martin estiraron la segunda parada demasiado haciendo que Alonso saliese 12º a pista y obligándole a adelantar a Magnussen, Zhou y Stroll para conseguir dos puntos que saben a poco.
Para la siguiente carrera no habrá que esperar, dentro de 7 días nos espera la siguiente cita del campeonato en Arabia Saudí, donde Red Bull puede magnificar su dominio con otro 1-2 que demuestre que van camino de ser de nuevo campeones.
El circuito de Sakhir ha recibido la primera sesión de clasificación de la temporada 2024 y en un horario poco común, en viernes.
La Q1 ha transcurrido con normalidad con la sorpresa de las dos últimas posiciones. Ocon y Gasly han quedado 19º y 20º, sembrando claras dudas sobre el futuro del equipo Alpine.
La segunda parte de la clasificación ha estado marcada por el tiempo que ha marcado Verstappen en un primer intento, sacándole más de medio segundo a su compañero de equipo que quedaba segundo.
En los segundos intentos de la Q2, Hulkenberg ha hecho sonar la campana metiendo 6º a su Haas y dejando fuera a los Visa Cash App RB, a Lance Stroll, Albon y Magnussen. Leclerc ha sido el único piloto capaz de superar el tiempo estratosférico del primer intento de Max.
La Q3 ha visto a todos los equipos poniendo sus monoplazas al máximo, sin esconder nada y Verstappen ha conseguido la primera pole del año seguido de Leclerc y Russell.
Por su parte, Sainz les ha perseguido quedando 4º y Alonso, en un intento anterior al del resto, ha colocado el Aston Martin 6º.
Mañana sábado, la noche de Baréin recibirá la batalla por la primera victoria y los primeros puntos de 2024.
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