Análisis Técnico – Generadores de vórtices

VGs.

Los generadores de vórtices (VGs) existen desde hace algún tiempo. Sin embargo, su aplicación en Fórmula Uno es más reciente. Su uso en coches de calle se limita a reducir el drag, y en aviones de carga y pasajeros para permitirles viajar en un rango de mayores velocidades y ángulos sin provocar la demora por la extensión de las alas.

Origen y antecedentes

Desde comienzos del 2012, los equipos han buscado la forma de impulsar los gases procedentes del escape al suelo del coche para originar los llamados difusores de escapes soplados, o simplemente, difusores soplados, los cuales fueron prohibidos en 2011.

La mejor forma de conseguir una mayor masa de gases hacia el difusor es colocar la salida del tubo de escape lo más bajo posible (dentro de la normativa). Lo que causaba esto, sin embargo, era una caída sustancial del descenso del pontón a lo largo de su travesía por el coche. Tal era el cambio de pendiente, que originaba un espesor de aire en la capa límite del coche.

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La flecha amarilla, que representa el flujo proveniente del borde de ataque del pontón, no sigue el camino a la par que el chasis desciende hacia la salida de los gases. El área que comprende la expulsión del tubo de escape y la carrocería es la capa límite, que es cada vez más gruesa a medida que se avanza. Esta región es una zona muy turbulenta que causa drag en detrimento del paso del flujo de aire por esa zona.

Un ejemplo claro son las gotas de lluvia en el parabrisas. Las gotas no viajan a la misma velocidad que el coche por estar en el área de la capa límite, por consecuencia, viajan más lentas.

De este modo, la gran mayoría de gases y parte del flujo de aire no llegan a la parte trasera del monoplaza generando carga aerodinámica, y para ello están los vórtices generadores de turbulencias.

¿Cómo funciona un vórtice generador?

Un generador de vórtices es sólo una pequeña, delgada y rectangular pieza de carrocería encontrada en diferentes lugares en un monoplaza con aplicaciones variadas.

En el caso anterior, estos generadores se colocarían en la parte superior de la superficie del pontón para liberar de presión atmosférica en la zaga del coche. Los creadores de vórtices interactúan entre sí para crear vórtices en una dirección determinada. Dependiendo del espacio entre ellos se crearán vórtices más amplios, con diferentes ángulos, etc.

Normalmente, la alturas de estos productores de vórtices ronda el 80% del tamaño de la capa límite. Esto es así porque la capa límite no termina abruptamente en el flujo superior de aire. Además, hay una relación exponencial en la lentitud incremental de la velocidad del flujo a medida que se desplaza más lejos en un área como esta.

velprofileEl eje y, distancia, representa la superficie de la carrocería. A medida que nos alejamos en el plano, se amplía la velocidad (eje x).

Estableciendo que a esta altura, el borde superior del generador es capaz de relacionarse con la energía laminar del flujo de aire superior bajándola a la capa límite y reavivándola. La mezcla de circulación de aire crea una espiral ocasionada desde la esquina del deflector.

Vórtices Generadores en Fórmula 1

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Lotus fue el primer equipo en implementar estos singulares generadores en cada pontón al inicio de 2012, pero McLaren fue el primer en introducir dos de ellos a cada lado del bólido en el Gran Premio de España.

Como se puede observar, no son muy altos, pero sí bastante largos. Estas dimensiones son muy importantes a la hora de diseñar un creador de vórtices. Espesor, curvatura y disposición son también objeto de consideración en la instalación de estos componentes aerodinámicos.

Mientras más alto sea, mayor rango de corriente puede transformar en vórtices. La razón es simple. La capa límite varía en velocidad en cada escudería, de esta forma, se puede jugar con estos elementos.

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Cuanta mayor rapidez del tránsito de aire, mayor será el grosor de la capa límite. Todo ello se debe a la viscosidad de la fricción aire/chasis y en cómo se expande el tráfico de aire a medida que atraviesa el armazón del monoplaza. Si se quiere producir vórtices que lleguen a la salida del tubo de escape, unos generadores más altos han de implementarse.

VGs.A baja velocidad, la creación de vórtices puede variar en función de la distancia con respecto al flujo de aire. Sin embargo, esto se puede apoyar en una mayor inclinación del borde de salida del deflector para no perder la coherencia de la generación de vórtices.

La longitud de estas placas son otro factor clave. A mayor longitud del VG, mayor cantidad de energía se verá reducida en la capa límite. En resumen, se forma una espiral más grande.

Cada equipo modifica estos vórtices según sus necesidades. Esto es debido a que cada escudería trabaja en diferentes niveles de velocidad según el descenso del pontón. Hay múltiples variables, pero todos tienen un objetivo en común: revitalizar el flujo de aire en la capa límite y empujarlo hasta la zona del difusor.

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Otros tipos de generadores de vórtices

A parte del cercado tradicional de VGs, hay otros métodos para producir carga aerodinámica a la cara superior del pontón, produciendo vórtices de todo tipo.

La cuchilla horizontal que se extiende a través del borde de ataque del sidepod tiene lados asimétricos, creando una diferencia de presión en el canto de salida y en la aceleración de la corriente. Estas dos zonas de presión se entrelazan, creando una espiral.

Sauber, originalmente, usó esta solución al principio de la temporada pasada, antes de que Lotus y McLaren la adoptaran, siendo los de Enstone los que continuaron utilizándola durante el resto de la campaña.

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Fuentes: formula1-dictionary, car bibles, google

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