Aprendizaje: Generadores de vórtices ¿Qué son y cómo trabajan?

Nuevo artículo de aprendizaje en el que aprenderéis qué es un generador de vórtices y qué función realiza en un monoplaza de Fórmula 1. Escrito por David Plaza Vallejo, explica la importancia que tiene el aire a la hora de deslizarse sobre el monoplaza perdiendo la menor efectividad posible, y cómo se consigue.

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Tras prohibirse el posicionamiento de los escapes sobre el suelo del monoplaza y junto al difusor para potenciar la generación de carga aerodinámica del mismo, los ingenieros se vieron obligados a aprovechar la forma de los pontones para llevar los gases de escape hasta el difusor. En ese momento se popularizó el efecto Coanda que, junto con la nueva posición de los escapes acotada por reglamento, obligó a los ingenieros a reducir drásticamente la caída de los pontones en dirección a la zaga del monoplaza para recuperar, en parte, la pérdida de carga aerodinámica que la nueva normativa había provocado.

Pero forzar la caída de los pontones hacía el suelo del coche para aprovechar el efecto Coanda planteó un problema añadido: la capa límite se engrosaba y esto hacía que el flujo de aire perdiera velocidad y, por tanto, eficacia.

Para entender este efecto, hay que tener claros algunos conceptos. El flujo aerodinámico está formado por capas que, a su vez, las forman partículas. Todo ingeniero busca que dicho flujo sea lo más laminar posible o, lo que es lo mismo, que las partículas de cada capa viajen lo más ordenadas posible para evitar que se toquen entre sí (turbulencias) y, con ello, resistencia aerodinámica.

La capa límite es el conjunto de partículas que entran en contacto con la carrocería del coche, es decir, la primera capa de aire que toca el coche. Esta capa, debido a ese rozamiento, pierde velocidad y tiende a adoptar la de la superficie con la que entra en contacto, en este caso el monoplaza. Ese descenso de velocidad disminuye a su vez la velocidad de la capa siguiente y así sucesivamente hasta que dicho efecto se pierde. Cuanto más alejado esté el aire del coche, más rápido circulará.

El problema surge cuando la superficie es curva o inclinada respecto del flujo. Entonces el espesor de la capa límite aumenta y la velocidad del flujo disminuye hasta un punto en el que, incluso, puede llegar a ser menor que la del monoplaza y crear un vacío. Ese vacío tiende a ser llenado por las partículas de aire desordenadas y provoca el desprendimiento de la capa límite. O, dicho de otro modo, la pérdida de carga aerodinámica en esa zona. Es lo que se suele denominar como ‘entrar en pérdida’.

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Para evitar este efecto sin tener que renunciar al efecto Coanda y el soplado del difusor mediante los gases del escape y el propio flujo aerodinámico proveniente de los pontones, los ingenieros idearon los generadores de vórtices. Sobre el papel, generar un vórtice es contraproducente, puesto que convierte el flujo laminar en turbulento. Convierte un conjunto de capas con partículas ordenadas en un caos que provoca turbulencias y resistencia aerodinámica.

El matiz está en que una capa límite turbulenta puede conseguir que la energía cinética de la zona más alejada del coche se traslade a la zona más cercana, acelerando el avance de las partículas que circulan más despacio. En otras palabras, el generador crea pequeños vórtices controlados que minimizan el perjuicio mediante la creación de pequeñas turbulencias que retrasan una más grande que provoque el desprendimiento de la capa límite. Se trata de empeorar la calidad del flujo aerodinámico para conseguir con ello preservar su efecto durante más tiempo.

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Los ejemplos de generadores de vórtices son múltiples y, aunque la posición de los escapes volvió a cambiar con la llegada de las nuevas unidades de potencia, se siguen utilizando y ya no se limitan a pequeños apéndices sobre la parte inicial del pontón, sino que toman distintas formas en esa y otras zonas, como los alerones traseros o, como en este vídeo, los turning vanes que redirigen el flujo hacia los deflectores laterales y, de nuevo, hacia más generadores de vórtices.

 

Fuente: Motor.es
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