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El mundial de Fórmula 1 ha sufrido uno
de los cambios más radicales en lo que se refiero al reglamento técnico (aunque
cada vez que cambia el reglamento decimos lo mismo), para el 2022 el cambio en
las regulaciones se basó, principalmente, en la aerodinámica, siendo la
homologación y simplificación de muchas piezas lo más notorio a simple vista,
pero lo que no se ve es lo más importante de dicho cambio y lo que más
influencia ha tenido en el curso de la temporada; el efecto suelo.
¿El efecto suelo se marchó de la
F1?
NO. Por mucho que leamos en
varios lugares sobre “el retorno del efecto suelo”, lo cierto es que este nunca
se fue. Desde que se comenzó a utilizar para el aumento del agarre aerodinámico
de los coches de F1 nunca ha dejado la máxima categoría, simplemente, desde
finales de los años 80, se ha limitado por motivos de seguridad, per o siempre
ha estado ahí.
Pero ¿Qué es el efecto suelo?
Es un efecto que se da entre el fondo plano del coche y la superficie del trazado, este efecto parte del principio que dicta que, cuando un fluido (como el aire) para por un conducto, a medida que dicho conducto se hace más pequeño la velocidad con la que circula dicho fluido será mayor.
Por otro lado, cuando un fluido
pasa a gran velocidad por un conducto, la presión que este ejerce sobre las
paredes de dicho conducto será menor, ya que el fluido está circulando, no se
detiene para ejercer presión sobre las paredes del conducto.
El efecto Venturi y el principio
de Bernoulli son dos conceptos que explican claramente lo que he resumido en
los párrafos anteriores.
Para que el efecto suelo sea óptimo en cuanto a la carga aerodinámica que por medio de él se genere, el fondo del monoplaza debe estar diseñado de tal forma que parezca (al menos visto de perfil) el ala invertida de un avión, además, debe contar con canalizadores o túneles que aceleren aún más el caudal, es decir, el paso del flujo de aire por unidad de tiempo, para así disminuir la presión en esa zona y crear más carga aerodinámica.
De tal modo que, si tenemos un
monoplaza de F1 que va aumentando su velocidad en recta, el flujo de aire que
pasa por debajo del suelo del coche será cada vez mayor, por lo que generará
una zona de gran velocidad del fluido y menor presión, hasta tal punto que la
presión de la zona inferior del coche será menor que la presión atmosférica que
actúa sobre la superficie del mismo, haciendo que este disminuya su altura al
tiempo que hace que los neumáticos se aferren más al asfalto.
Con la disminución de la altura
el espacio entre el fondo del coche y el asfalto será aún menor, por lo que el
aire circulará por esa zona cada vez más rápido y disminuirá cada vez más la
presión, creando cada vez más downforce o fuerza descendente, mejor dicho,
agarre aerodinámico.
Porpoising.
El porpoising no es más que ese
rebote que muchos monoplazas han padecido en el inicio de la temporada 2022, y
se debe a que, debido a la proximidad del monoplaza al suelo, y a la constante
disminución de su altura a medida que aumenta su velocidad por el motivo
explicado anteriormente, llega un punto en el que el suelo del coche toca el
asfalto, este contacto genera un rebote que impulsa al coche hacia arriba, no
obstante, el aire sigue circulando bajo el fondo plano a gran velocidad,
disminuyendo la presión y haciendo que la altura del monoplaza vuelva a
disminuir, repitiendo todo como un ciclo hasta que el monoplaza disminuya su
velocidad al tener que pasar por alguna curva.
Las consecuencias de este rebote de alta frecuencia y a tan elevada velocidad radican en una mayor inestabilidad del monoplaza, sobre todo en las rectas, donde la velocidad y por ende, el rebote, es mayor, además, los pilotos sufren aún más físicamente, creando mayor estrés y hasta daños en diversas partes del cuepor de ellos.
¿Por qué se dice que desde 1983 el efecto suelo había desaparecido?
Se considera que se prohibió el
efecto suelo desde 1983 porque se prohibió el diseño del suelo del monoplaza
con forma de ala y se prohibió que se añadieran aletas o túneles canalizadores
de aire en esa zona, lo que aumenta el efecto suelo dirigiendo más eficientemente
el aire hacia el difusor. Además, la altura de los coches, cuando estos están
estáticos, se aumentó ligeramente.
Sin embargo, dada la baja altura
de los monoplazas, el efecto suelo se ha seguido dando en cada uno de los
coches hasta la actualidad, solo que con las limitaciones antes mencionadas.
Ahora se ha permitido la canalización del aire en la parte inferior del coche
hasta la zona del difusor, y se permite que el fondo plano tenga forma de ala invertida
para optimizar dicho efecto.
¿Qué es el fondo plano?
Es un elemento muy importante en
la aerodinámica del coche, funciona de forma integrada junto con el difusor, y
no es más que la parte inferior del suelo de los coches de F1. Con el
implemento del efecto suelo entre las décadas de los 70 y 80, y las altas
velocidades que los coches alcanzaban en curvas gracias a la gran cantidad de
carga aerodinámica que estos generaban debido a dicho efecto, desde 1983 se
limitó el efecto suelo prohibiendo a los equipos que diseñaron los fondos de
los coches de tal forma que aumentara la velocidad del flujo del aire por esa
zona y así generasen altas cargas aerodinámicas.
Dicha prohibición se basó en la imposición de un fondo mayormente plano que todos los equipos debían instalar en sus monoplazas, y que no debía tener ningún aditamento aerodinámico ni túneles, canalizadores o surcos que optimicen el efecto suelo, la única zona que se les permitiría modificar a los equipos sería la del difusor, y esta parte ya no entraría entre las divisiones del fondo plano.
Tal prohibición se mantuvo hasta
la temporada 2022, en la que, gracias al cambio en el reglamento, se eliminaron
muchas de esas limitaciones que restaban el efecto suelo en los monoplazas,
ahora el fondo de los coches si puede tener canalizaciones de aire y un diseño
parecido al de un ala que sirve para acelerar el flujo de aire y optimizar el
efecto suelo.
A continuación, una imagen con la diferencia entre el fondo plano usado en la F1 hasta el 2021 y el empleado desde 2022:
El fondo del monoplaza está posicionado y diseñado de tal forma que se presente como un conducto de área reducido por el que el aire circula cada vez más rápido, disminuyendo la presión en esa zona y, debido a la diferencia de presión con el aire que cubre la parte superior del coche, se genera downforce.
¿Cómo se evita que el aire de
los alrededores, que circula a mayor presión que el que se desplaza por la
parte inferior del coche, entre a esta última zona y arruine la carga
aerodinámica generada por el fondo plano?
Supongamos tenemos nuestro
monoplaza moviéndose. El aire que circula por debajo del alerón delantero y en
sus cercanías, llega hasta el inicio del fondo plano, introduciéndose una parte
por debajo de él. Como el borde de ataque del fondo plano es la zona donde menos
distancia hay respecto al suelo, el aire se acelera. Por el principio de
Bernoulli, al aumentar la velocidad del aire, la presión decrece. El resultado
hasta este punto es que el aire que consigue entrar bajo el fondo plano tiene
una menor presión. Ya estamos creando downforce.
Sin embargo, este aire debe
continuar recorriendo el coche por debajo con la menor presión posible. Para
ello, hay que evitar que el aire que circula a los lados del monoplaza se
introduzca bajo el fondo plano, lo que nos haría perder carga aerodinámica. Una
solución es colocar unas piezas curvas verticales llamadas bargeboards tras las
ruedas. Estas piezas empujan el aire
hacia fuera del coche, impidiendo que pueda colarse de nuevo bajo él. Además,
se aprovechan los vórtices que genera el alerón delantero para impedir al aire
entrar en los bajos del coche.
¿Es correcto seguir hablando de fondo plano?
Como he señalado anteriormente, los días del fondo plano en la F1 terminaron en el 2021 debido a que, desde 2022, se han permitido la creación de túneles y canalizadores de aire en dicho fondo para aumentar el efecto suelo, por lo que el "fondo plano" ya no es "plano".
Rake
Para que el fondo plano sea
capaz de generar downforce, su borde de ataque (borde más adelantado) debe ser
la parte más baja del vehículo. A partir de ahí, según vamos recorriendo el
monoplaza hacia atrás, la distancia entre el fondo plano y el suelo debe ir
aumentando poco a poco, hasta llegar al difusor. Esto es lo que se conoce como
rake. En resumen, si la parte delantera del fondo plano está más cerca del
suelo que su parte final, se generará downforce. Sin embargo, esta transición
en la altura debe ser muy suave, formando un ángulo de alrededor de 1 o 2º,
para evitar el despegue de la capa límite.
Con el retorno del aumento del efecto suelo, el rake ha quedado en el olvido ya que ahora más que antes conviene que la altura del coche en todos sus puntos sea la menor, algunos equipos han aumentado un poco la altura de los monoplazas en las primeras carreras de la temporada 2022 para contrarrestar el porpoising, pero cuando solucionen dicho problema harán lo posible por disminuir la altura de los coches, prescindiendo del rake.
¿Qué es el difusor?
Es una de las piezas
aerodinámicas más importantes de un coche de F1. El difusor es un “complemento”
del fondo plano (la parte inferior del suelo de los F1), ubicado en la parte
final del mismo, cuyo objetivo es el de que expandir el flujo de aire a baja
presión que venía circulando por el fondo plano, aumentando así la presión y
evitando que el aire que circula en el exterior del coche, que posee una
presión mayor que la zona entre el fondo plano y el asfalto, entre en la parte
inferior del monoplaza contrarrestando el efecto suelo.
Además, el difusor tiene una orientación o ángulo de inclinación hacia arriba, por lo que el aire es expulsado con cierta inclinación lo que genera más carga aerodinámica en la parte posterior del monoplaza.
Contrario a lo que se cree, el
difusor no acelera la velocidad del flujo de aire, sino que le proporciona a
este un mayor espacio para que circule, creando un efecto contrario al efecto
suelo, lo cual sirve para que el aire, a su salida, aumente la presión y esto
sirva como barrera para que el aire exterior no interrumpa la labor del fondo
plano.
Dicho de otra manera; la función
del difusor es expandir el aire que hay bajo el monoplaza, para pasar de la
presión baja que hay al final del fondo plano a la presión atmosférica que hay
tras el vehículo. Si no existiese este elemento, el fondo plano no funcionaría,
ya que la diferencia de presiones sería demasiado alta. Por tanto, se puede
decir que el difusor es una etapa de transición que permite que el aire fluya
rápidamente bajo el monoplaza.
Tal y como se dijo, el difusor existe para aumentar la presión del aire que sale por la parte posterior del fondo del coche, lo que puede servir de barrera para evitar que el aire que circula por encima y alrededor del monoplaza, así como el aire turbulento de los alrededores de las ruedas traseras, no interrumpan al aire que circula a altas velocidad debajo del mismo. Para aumentar la eficiencia de dicha barrera, se busca la manera de que el aire que pasa por la superficie del coche, por medio del efecto coanda, llegue hasta la zona del difusor, de este modo se aumenta la masa de aire en esa región y se evita que el flujo de aire a presión atmosférica entre en la parte inferior del monoplaza interrumpiendo el efecto suelo.
De tal modo que, tanto la canalización correcta del aire que circulo sobre el coche, como el trabajo del difusor, tienen un propósito similar.
