Por qué el túnel de viento de Toyota puede ser decisivo para el Mundial de F1 2013

Cuando Toyota entró en la Fórmula 1 en el año 2002, los equipos entonces ya presentes despreciaron la decisión de los japoneses al establecer su sede en las afueras de Colonia, Marsdorf, en el este de Alemania. Estando tan lejos del "valle del motorsport" de los equipos de Fórmula 1 (entre Brackley y Woking en el Reino Unido) les pondría en una situación complicada para su futuro dentro del Gran Circo.

Pero tres años después de que Toyota abandonara totalmente la Fórmula 1, la situación ha dado un giro radical. Hoy en día la sede de Colonia ofrece unas características del más alto nivel dentro de la tecnología, en donde los equipos disponen de dos túneles de viento, un 'seven-post rig' y un simulador para contratar sus servicios, convirtiéndose en un punto de referencia dentro de la Fórmula 1 actual, donde equipos habituales que usan las instalaciones son McLaren, Toro Rosso y Ferrari (estos últimos se encuentran actualizando el suyo de Maranello). Por ello, el túnel de viento de Toyota podría jugar un papel fundamental en el resultado del Mundial de Fórmula 1 2013.

Sus inicios y la normativa

Toyota construyó su primer túnel de viento a escala real en 2001, y decidieron invertir 40 millones de euros en la construcción de un segundo túnel de viento en el año 2007. Entonces, las cantidades que los equipos de Fórmula 1 invertían cada año no estaban reguladas, y el equipo japonés usaba durante las 24 horas del día ambos túneles de viento durante los siete días de la semana, teniendo la ventaja de que en uno de ellos entraba un monoplaza de F1 en su tamaño real. Desde que la FIA prohibió los test durante la temporada para reducir los gastos de los equipos en la F1, la importancia del túnel del viento ha crecido considerablemente. La aerodinámica ha pasado a jugar un papel principal en el rendimiento de un coche de F1, junto con los neumáticos y los motores.

Hay dos tipos de simulaciones en el estudio aerodinámico: uno es el mundo virtual de la Dinámica Computacional de Fluidos (Computational Fluid Dynamics, CFD), y el otro es la pista artificial que proporciona el túnel del viento. Los dos son vistos como una complementación del otro, ya que el estudio CFD no puede informar con exactitud, por ejemplo, de la deformación que un neumático puede tener ni tampoco de su resistencia al viento; por lo que, combinando ambos tipos de simulaciones, los equipos llegan a obtener un mejor entendimiento del monoplaza que proporciona un mejor rendimiento a la hora de desarrollar el mismo. Hasta el momento todo bien, pero el uso del túnel del viento y de la capacidad de uso CFD ha sido también limitado con la entrada en vigor del Acuerdo de Restricción de Recursos (Resource Restriction Agreement, RRA).

El artículo 22.4 (h) (ii) del Reglamento Deportivo dice que los equipos disponen de cuatro días para test aerodinámicos en línea recta, o bien, pueden sustituir cada día por cuatro horas en el túnel de viento a escala real, en donde la velocidad máxima a usar es de 70 m/s. Para las demás pruebas en el túnel de viento, estas deben ser en un modelo a máxima escala del 60% y no pueden superar la velocidad de 50 m/s. En Colonia, los equipos disponen de dos túneles de viento, dos talleres de trabajo separados cada uno en tres diferentes áreas, y diferentes tipos de almacenes. Eso sí, solo hay un comedor donde es probable que ingenieros de diferentes equipos se crucen a la hora de comer.

¿Qué le hace tan especial?

Es aquí donde los túneles de viento de Toyota juega un papel importante. Toyota busca ofrecer a sus clientes tres principios básicos con el uso de sus instalaciones: flexibilidad, precisión y alto rendimiento. La galería de viento construida en 2009 (temporada en la que el equipo japonés abandonó la Fórmula 1) fue actualizada con sistemas de movimiento continúo (Continuous Motion System, CMS), equipando al mismo tiempo un sistema de adquisición de datos a alta velocidad (High-Speed Data Acquisition, HSDA), que asegura al equipo que prueba en los dos túneles poder recoger más datos por minuto y por hora que en ningún otra galería. Además, si las escuderías usan los sistemas que Toyota tiene para la recogida de datos, estos son destruidos una vez termina el test del respectivo equipo; por lo que Toyota les asegura una total confidencialidad de los datos, de tal forma que los equipos confían plenamente en ellos. Los dos túneles disponen de 512 diferentes canales de medición de presión (con una precisión de hasta 7 Pascales), y permiten el ajuste automático de alerones así como la simulación de los gases de escape. Además, la deformación de los neumáticos puede ser simulada.

El jefe de aerodinámica de Toyota, Chris Herbert, explica a F1 Racing las razones que hacen el túnel de viento de Toyota tan competitivo y sofisticado: "Nuestro túnel es un lugar muy eficiente para realizar test. No hay instalación que aporte más datos por minuto y por hora que la nuestra. Las razones provienen del Sistema de Movimiento Continúo que equipa. Los túneles de viento tradicionales conllevan cuatro fases de análisis de datos y se pierde mucho tiempo en el muestreo de ciertas áreas del coche. Nuestro túnel ofrece la posibilidad de mover el modelo de estudio continuamente y al mismo tiempo se puede medir sistemas activos de altura en la parte trasera y delantera del coche, la guiñada, el viraje del coche, y su cabeceo y alabeo, por lo que con el sistema se puede recoger un montón de datos rápidamente y más detallados. Su sofisticado método permite conseguir datos mientras se está cambiando el ángulo de la amortiguación dependiendo de como sea la curva que se quiere simular, de tal forma, que a un cierto ángulo los equipos se den cuenta que empiezan a perder 'downforce'. Por ejemplo, cuando el piloto dice que tiene subviraje en medio de la curva, eso se puede comprobar en el túnel para corroborar lo que dice el piloto".

Otra de las fortalezas de los dos túneles de viento de Toyota es su análisis de datos con un velocímetro de partículas basado en imágenes digitales (Particle Image Velocimetry, PIV) para visualizar estructuras de análisis de flujo en los planos X, Y y Z dentro del túnel de viento, posibilitando así la medición directa de los vectores locales de velocidad de flujo, así como precisión en la validación CFD de las predicciones de la velocidad y los campos de vorticidad. Para ello, esta es una técnica donde la corriente del aire del túnel es alimentado con pequeñas burbujas de aceite con el fin de estudiar su movimiento alrededor del chasis del monoplaza a través de un láser mientras se graba con un vídeo su movimiento, con una precisión de posicionamiento del láser de 0.05 mm. Es sabido de la importancia del alerón delantero a la hora de analizar cómo se desarrolla el flujo de aire que recorre el fondo y el resto del coche. Con estas micro burbujas, los ingenieros aerodinámicos consiguen una detallada precisión del movimiento del flujo de aire a través del coche, y es algo que los equipos usan mucho para verificar la ganancia que dan las actualizaciones en las derivas laterales que llevan los equipos a los Grandes Premios en los alerones delanteros, con múltiples aletas y bordes. Las capturas que el método PIV permite son fundamentales para luego compararlas con los datos obtenidos en el estudio CFD.

Los estudios demuestran que los datos que el túnel de viento de Toyota proporciona a los equipos son una excelente representación para la correlación con la pista, demostrando que los equipos que visitan las instalaciones de Colonia se benefician del tamaño de sus túneles, de los sistema de control, del PIV y de la experiencia de los operarios del equipo japonés. Es obvio que a los equipos les gustan sus servicios y es por lo que hacen uso de estas instalaciones. En definitiva, un vuelco total para una empresa por la que varios equipos de Fórmula 1 no apostaron por sus garantías en un principio, pero que en los últimos años se ha convertido en un lugar donde varios equipos se ven obligados a hacer cola para usar sus servicios, servicios que pueden ser claves para el Mundial de Fórmula 1 2013.

A continuación, un vídeo donde se ven las instalaciones de Toyota Motorsport GmbH, (Marsdorf, Colonia):

[youtube]http://youtu.be/ktAOZpKzenM[/youtube]

Características del túnel de viento de Toyota:

Dimensiones: 63 x 26 x 13 metros

Sección de prueba: 15 x 4,1 x 3,7 metros

Velocidad máxima de la corriente de viento: 70 m/s

Diámetro del ventilador: 6,3 metros

Potencia Ventilador: 2.3 MW

Precisión: +/- 0.004 %

Velocidad de la cinta rodante: 70 m/s, (252,6 Km/h)

Anchura de la cinta rodante: 2,4 metros

Longitud de la cinta rodante: 7 metros

Fuerza vertical en las ruedas (túnel a escala): 30 - 300 N

Fuerza vertical en las ruedas (túnel a escala real, parte delantera): 50 - 500 Kg

Fuerza vertical en las ruedas (túnel a escala real, parte trasera): 70 - 700 Kg

Equilibrio general:

• Drag: 1.800 N
• Fuerz lateral: 1.400 N
• Sustentación: 5.200 N
• Fuerza de alabeo: 1.100 N
• Fuerza de cabeceo 2.600 N
• Fuerza de guiñada: 1.100 N

Nota: 

• Cabeceo: es la inclinación del morro del monoplaza, o la rotación respecto a su eje transversal.
• Alabeo: es la rotación respecto al eje longitudinal del monoplaza.
• Guiñada: es la rotación intrínseca alrededor del eje vertical perpendicular al monoplaza.