Aerodinámica y túneles del viento en Formula 1

Túnel del viento de la casa Sauber en Suiza. En la imagen se puede ver una prueba con un modelo a escala del 60%. Dentro del vehículo hay más de 500 sensores diferentes. Una cosa que no se puede simular es el comportamiento en curvas. Eso es lo que hacen los pilotos :)

La estética no vale de nada, la aerodinámica lo es todo.

Este fin de semana se celebra en Sochi el Gran Premio de F1 de Rusia. Como soy un gran aficionado me gusta tratar de entender los parecidos de este deporte-espectáculo con los de mi otra pasión, los aviones. La formula 1 tiene mucho que ver con la aviación. La aerodinámica trabaja de forma parecida a lo que sucede en los aviones. Las fuerzas extremas que se aplican a los frenos de un F1 también son parecidas a las que se producen en los trenes de aterrizaje durante las tomas. Las fuerzas G que se alcanzan en las curvas pueden ser casi tan altas como las de algunos aviones acrobáticos y pequeños aviones militares de entrenamiento.

Las alas que montan los F1 se dedican a proporcionar lo que en el argot de la F1 se llama "Down-force" o fuerza que pega el coche al asfalto para hacer que el paso por curva sea lo más rápido posible. Esta fuerza es exactamente igual a la sustentación que generan las alas de los aviones, solo que en sentido inverso. Para que el coche genere la fuerza que lo pega al asfalto se hacen estudios aerodinámicos muy complejos en túneles del viento tan sofisticados como los que se utilizan en aviación.

La parte más aerodinámicamente más complicada del coche es el morro. La tarea del ala delantera es la de intentar pegar las ruedas del tren delantero lo máximo posible, pero las mismas ruedas al no ir carenadas generan muchos quebraderos de cabeza a los ingenieros.  Al igual que en aviación, el ángulo del ala es lo que determina la cantidad de "down-force" que se genera. Esto es el equivalente al ángulo de ataque del ala de los aviones. Es frecuente que este ala sea ajustada en medio de un gran premio. Esto se puede ver a veces cuando el piloto para en boxes para hacer el cambio de neumáticos. Se realiza con una herramienta sencilla, como por ejemplo una llave de carraca. incluso un cuarto de vuelta arriba o abajo, puede hacer que el comportamiento del coche cambie radicalmente.

La parte trasera del ala que monta el morro está muy estudiada para crear un área de bajas presiones en la parte inferior. En la parte que debe de pasar por encima de la rueda se debe de crear una deflexión del aire y que este fluya hacia arriba para evitar en lo posible el impacto con la rueda. La influencia de las ruedas son precisamente unos de los grandes problemas que deben mitigarse. Estas suelen generar vórtices y estos al final acaban afectando al aire que entra en los radiadores para la refrigeración. Para evitar estos vórtices indeseables se suelen montar los famosos end-plates en los extremos del ala (las partes de rojo en la foto). Esto sería el equivalente a los "wing-tip" de los aviones. Cuando todo va bien y el coche está perfectamente equilibrado y ajustado, el piloto puede pisar el acelerador a fondo con toda confianza en la seguridad de que con un ligero toque de frenos o simplemente levantando un poco el pie, el monoplaza entrará en la curva y no se saldrá debido a las tremendas fuerzas centrífugas. Esto es lo que se conoce como agarre o "grip" en la terminología de la F1. 

Debajo se puede ver lo que ocurre en el punto de mayor frenada del circuito de Sochi. Cuando se llega esta curva, el piloto debe de pisar el pedal del freno a fondo y pasar de 314 km/h a solo 88 km/h. El monoplaza recorre 128 metros y en esta brutal deceleración el piloto debe de aplicar 165kg de fuerza al pedal del freno y además debe de aguantar las casi 5 g's y media que se generan. Por ello se suele decir que la F1 no es un deporte, pero los pilotos si deben ser grandes deportistas. 

Pero crear estas cosas no es sencillo. Para poder diseñar un coche de F1 hace falta mucho tiempo y mucho dinero. Debajo se muestra una vista aérea del túnel del viento de Sauber. Uno de los más modernos del mundo y un lugar super-secreto donde los aerodinamicistas desarrollan su "magia". Según las regulaciones de la F1, no se pueden hacer más de 65 pruebas aerodinámicas cada semana.  

El túnel de Sauber cuesta 49 millones de Euros. Tiene un diámetro máximo de más de 9 metros y su turbina desarrolla una potencia de 4.000 CV de para poder mover millones de litros de aire por segundo. Ver la infografía debajo 

Para los interesados en saber como funcionan estos túneles del viento aquí os dejo un vídeo muy interesante (con subtítulos en Español), donde se cuentan estas cosas. Merece la pena verlo.