Comprendiendo un F1 (Parte 8)
hace 12 años
En la octava parte de esta serie de artículos hablaremos sobre el difusor. Este elemento que está en el borde de salida del fondo plano es el dispositivo aerodinámico más importante de un Fórmula 1, porque el suelo genera alrededor de la mitad de la carga aerodinámica de los monoplazas produciendo muy poca resistencia. Esta eficiencia aerodinámica es lo realmente importante (la relación entre la carga aerodinámica y la resistencia producidas) porque a diferencia de los alerones, el apoyo producido por el fondo incrementa la velocidad de paso por curva sin frenarlo en las rectas.
Habitualmente hablamos del difusor, pero es todo el fondo, desde su borde de ataque hasta el mismo difusor, el que crea el 'downforce' o apoyo aerodinámico. El difusor trabaja acelerando el aire que pasa bajo el coche, porque cuanto más rápido pasa el aire menos presión genera, y es la diferencia de presión entre encima y debajo del suelo la que genera el apoyo que pega al coche a la pista.
Volumen
Para producir apoyo, el aspecto crítico de un difusor es su volumen. Cuanto más grande, mayor es la relación de expansión. Las normas actuales lo limitan a un metro de ancho, 35 cm de longitud y 12,5 cm de altura, siendo pequeños en comparación con anteriores normativas.
Nervios
A medida que el aire se va expandiendo en el interior del difusor, la baja presión puede perderse fácilmente, por ejemplo entrando aire del exterior por un costado cuando el coche balancea en una curva, por lo que los equipos colocan nervios dentro del difusor para intentar mantener la baja presión en compartimentos separados. Esto hace que el apoyo generado sea más consistente, lo que ofrece confianza al piloto.
Borde de ataque del suelo y del difusor
Aunque el difusor es la parte clave del fondo de un F1, el apoyo aerodinámico se crea realmente en dos puntos del fondo plano por delante de él. Son los dos puntos donde el aire fluye más rápido y por tanto genera menos presión y más apoyo: el borde de ataque del fondo, en la parte delantera de los pontones, y el borde de ataque del difusor, la línea que está entre el fondo y el difusor.
Crear apoyo en el borde de ataque del suelo significa que el 'downforce' se crea por delante del centro de gravedad del coche, por lo que el apoyo que genera el suelo se reparte entre los ejes delantero y trasero, y no sólo en el trasero como podría pensarse.
Borde de salida del difusor
Con el volumen del difusor tan limitado por la normativa técnica, los equipos buscan la manera de hacerlo trabajar como si tuviera un volumen mayor. Esto se logra colocando 'Gurney flaps' en el borde de salida del difusor. Actuando como alas, empujan hacia arriba el aire que pasa sobre el difusor, reduciendo aún más la presión detrás del difusor, lo que ayuda a extraer el aire de debajo del piso.
Efecto de los gases de escape
Uno de los desarrollos más importantes en los últimos años ha sido el retorno de los difusores soplados por los gases de escape. Introducido por primera vez por Renault en 1983, desapareció porque hacía que los coches tuvieran un apoyo inconsistente, dependiendo de la posición del acelerador, lo que los hacía difíciles de conducir. Red Bull volvió a introducir la idea en 2010, eliminando la inconsistencia con nuevos mapas-motor, y casi todos los equipos lo adoptaron hasta que la FIA prohibió los escapes bajo en 2012.
Inicialmente se soplaba en el mismo difusor para acelerar el flujo de aire y producir más carga, pero actualmente se sopla junto a los bordes del difusor para sellarlo como si fuera una falda de fluido, para mantener la baja presión en su interior. Esto también evita que el "aire sucio" que despiden las ruedas traseras entre en el difusor.
Agujero para arrancar el motor
Desde que se prohibieron los dobles difusores, la única abertura permitida en el fondo plano es un agujero para introducir el eje del arrancador para poder arrancar el motor. Aunque tiene unas dimensiones máximas, los equipos aprovechan para crear una ranura extra en el difusor. Al igual que un alerón tiene varios elementos para poder tener más angulo de incidencia sin que entre en pérdida, los diseñadores crean una ranura ancha para que aire que pasa sobre el suelo se introduzca en el difusor. Algunos incluso crean conductos para dirigir específicamente el aire a la ranura.
Parte 1: Alerón delantero, trasero, difusor, pontones, monocasco, ruedas, suspensión
Parte 9: Componentes externos de la suspensión
Parte 10: Componentes internos de la suspensión
fuente: gocar.gr
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reutemann dice:
Haciendo un poco de historia ¿qué diferencia a esto con el "efecto suelo" de los 70's que le dió el título a Lotus y a Mario Andretti?
Y también recuerdo la trampa Ecclestoniana de la carrera de 1981 en Buenos Aires en que el auto se bajaba en altura durante la carrera y tenía ese efecto que lo hacía mucho más rápido que los demás (lo vi segundo al mexicano Rebaque en esa carrera y luego abandonó). Los Brabham de Ecclestone eran una categoría distinta de auto en dicha carrera. -
Paco2 dice:
Magnifico articulo Ion. Perfectamente explicado.
Mi pregunta sería ¿Qué pasará el año que viene con los gases de escape y los motores turbo? Con el turbo compresor la energía de los escapes se aprovecha en la propia turbina, y por tanto ¿le quedará algo de energía a los escapes para aprovecharla en el sellado del difusor? ¿todo el dinero y esfuerzo empleado en el desarrollo de los escapes servirá para algo el año que viene?
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techf1 dice:
Paco2, si les servirá en cuanto a estudio aerodinamico el problema del turbo es que expulsa los gases de escape de forma menos lineal o progresiva con lo cual tendrán que desarrollarlo de nuevo para tener un flujo de escape más o menos continuo. Una idea que se me ocurre sería en vez de recicurlar el aire de escape hacia la admisión de nuevo, desviarlo hacia el escape directamente. Llegará red bull a una locura así? jejeje. Saludos.
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Ancefalus dice:
Qué bien se ve en la primera foto dónde sopla exactamente el escape, incluso mejor que en el dibujo. Aunque creo que no es el Ferrari de este año, no?
No creo que sirva de mucho lo desarrollado hasta ahora en cuánto a escapes sopladores, si las teorías, pero no los diseños. No sólo por las diferencias del motor, sino porque supongo que van a tener que cambiar radicalmente el diseño del coche entero. -
otto dice:
Ion cómo siempre eres muy bueno explicando la parte técnica de los carros de f1, muy buen articulo. Saludos a todos.
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Gracias techf1,
Yo pienso más en términos de energía, y en este caso, por no saltar el "palabro" entalpía, estaba pensando en términos de presión y temperatura. Al paso de los gases de escape por la turbina, van a disminuir ambas magnitudes, y la que más la presión.
Disponiendo los gases de escape de mucha menos presión ¿realmente tendrán la capacidad de sellar lateralmente el difusor? Yo pienso que su capacidad será mínima, tendiendo a ser nula.
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Vitto dice:
Paco2, tienes toda la razón. Los gases de escape al pasar por el turbo, perderán gran parte de su enegía, pero Techf1tiene razón al indicar que saldrán en forma menos lineal. Será un nuevo reto para la F1. Salu2
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Vitto, techf1, muchos retos interesantes veremos la próxima temporada. Más apasionante si cabe.
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Efecitvamente Paco2, los motores turbo tienen más pulsos de escapes a menor presión ya que pasan de la caracola "estrecha" al escape que es más ancho, tiene menor amplitud de onda y por lo tanto menor contrapresión. Para hacernos unas idea facil, es como comprar las vibraciones de un diesel con la suavidad de un gasolina. A tu pregunta de sellar el difusor, yo creo que no van a ser capaces salvo que lo desarrollen mucho o inventen algún sistema de soplado continuado. Una locura como la que mencioné antes o algo así. Habrá que ver de lo que es capaz newey! jejeje. Saludos.
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techf1, creo que estás en la razón. Tus conocimientos yo no los puedo discutir. Pero me cabe una duda ¿Solo Newey será capaz de hacer algo nuevo?, creo que hoy en día hay varios Ingenieros con capacidades de hacerlo, lógico, con la ayuda de un buen Túnel de Viento, cómo el de Toyota o el de BMW más de algo inventarán. Un abrazo.
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Estimado Vitto, gracias por tu cumplido. Yo no soy tan listo como los Ingenieros de la F1 y no tengo tampoco tantos conocimientos pero por lo que sé, lo veo muy dificil. La única manera de hacerlo funcionar realmente bien y de manera más o menos sencilla, sería adaptando los tiempos del motor para un flujo de escape continuo y eliminando en gran parte la recirculación de gases. Por normativa lo veo imposible, pero como en la formula 1 hay muchos genios, nunca se sabe lo que se pueden inventar. Por supuesto no solo Newey, es más, creo que Reanult es la que realmente tiene buenas ideas en cuanto a motores y escapes se refiere. A Newey se le podría haber ocurrido los escapes sopladores, pero sin el mapa adecuado que les hizo Renault y un motor capaz de aguantarlo es imposible realizarlo. Con los motores turbo además al estar muy limitado el consumo de combustible, veo imposible estos tipos de mapas donde se expulsa mucho combustible sin quemar en la camara para quemarlo en en el colector de escape. Así que habrá que ver que sucede. Un abrazo.
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Estimado techf1, no es un cumplido, es la realidad. Tambien soy Ingeniero Mecánico, pero escasamente trabajé en ello 5 años, ya es materia olvidada. Me has aclarado mucho la idea y estoy seguro que algo inventarán. Gracias. Salu2
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Giulio-Boxer dice:
Esta es una demostración que no molesto, no participe en algo tan técnico.
Considero que el señor Jorgech hubiera aportado lo suyo.
Buenas noches. -
Juan89 dice:
Buenas, según tengo entendido lo que se utiliza de soplar los gases del escape es la temperatura más alta alta que la temperatura ambiente. Esto hace aislar al difusor porque el aire a más alta temperatura por tener más energía va hacia la posición de menor energía (aire de temperatura ambiente) impidiendo que entre aire ambiente. Si esto que he escrito antes es verdad, ¿donde interviene la presión?
Otra pregunta sería,¿no pueden modificar los conductos del escape para aumentar la presión a la salida del turbo? ¿O merma mucho la potencia del motor? Con la misma idea, ¿No pueden hacer "circuitos" de escape diferentes según el rango de r.p.m de cara a mejorar la utilización del turbo?
Saludos!
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Buenos días Juan89. Muy buenas preguntas. Lo que comentas de las de la temperatura ambiente, no es cierto que el aire del escape tiende a unirse al aire ambiental. Por la difeferencia de temperaturas y por lo tanto de densidades, tienden a no mezclarse por eso es complejo el sistema de escape solplado. Un incremento en la presión supone un aumento del calor y el aire en compresión crea un incremento proporcional del calor. La ley de Boyle explica que, si se divide a la mitad un volumen de gas (aire) durante la compresión, se duplica la presión. La ley de Charles establece que el volumen de un gas cambia en proporción directa a la temperatura. En el caso del escape pasa justo lo contario.
A tu segunda pregunta sí se puede modificar el escape para aumentar la presion del turbo, la respuesta es sí. El turbo funciona con los gases de escape por lo tanto dependiendo del diseño varía las revoluciones del turbo. Pero al estar limitadas por reglamento, todos van a llegar al máximo de revoluciones. Espero haberta ayudado. Un saludo.
16 Comentarios
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A lo mejor estoy equivocado, pero creo que cuando estaban permitidos los escapes sopladores, también se soplaban los extremos del difusor para sellarlo en sus costados.
http://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=difusor+soplado+rb7&source=images&cd=&cad=rja&docid=pZubJQDIQSZ-UM&tbnid=1h1VXntxaN-R7M:&ved=0CAUQjRw&url=http%3A%2F%2Feduardojosecar.blogspot.com%2F2011%2F06%2Fla-fia-prohibe-los-difusores-soplados.html&ei=qmuZUeffKcKb0wXp2oGgCQ&psig=AFQjCNE6ykgLaurFZNgmZCH9400Ltk4IkQ&ust=1369095307470636