Aerodinámica en la Formula 1 (1950-1977)

Hasta el 2008 veíamos en la formula 1 un despliegue extraordinario de recursos aerodinámicos con el fin de lograr la mejor performance posible de los coches en la pista, en detrimento de los costos que a causa del desarrollo de nuevas piezas para cada gran premio iban aumentando en forma peligrosa para la sostenibilidad económica de la categoría.

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Pero como se llegó a tal magnitud de desarrollo aerodinámico? A continuación repasamos los inicios de la carrera “aerodinámica”.

Por: @edgargomezgodoy

Para comprender mejor el funcionamiento de estos elementos; hoy día indispensables, debemos ir a la parte “aburrida” y tener en cuenta estos principios:

1- Principio de Bernoulli

El principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli o Trinomio de Bernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica (1738) y expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni roce) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. Este principio es usado para describir y analizar una serie de experiencias de la vida cotidiana.

La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes:

  1. Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido
  2. Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea
  3. Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee

 La siguiente ecuación conocida como “Ecuación de Bernoulli” consta de estos mismos términos.

donde:

  • V = velocidad del fluido en la sección considerada
  • g = aceleración gravitatoria
  • z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia
  • P = presión a lo largo de la línea de corriente
  • ρ = densidad del fluido

Toni Cuquerella Director Técnico de la desaparecida HRT nos explica el Principio de Bernoulli en forma básica.

2-  Efecto Venturi

Fue descubierto por el físico italiano Giovani Venturi, y no es más que un caso particular de la famosa ecuación de Bernoulli. Venturi pudo demostrar que al variar la sección en un tubo, la presión del fluido disminuía proporcionalmente a la variación de la sección (esto ya lo hemos demostrado con la ecuación de Bernoulli y de la continuidad).El tubo de Venturi es el que se puede ver en la figura, con dos tubos verticales. La diferencia de altura del líquido en los tubos verticales, es proporcional a la variación de presión. Lo que nos cuenta Venturi, es que al aumentar la velocidad del fluido, disminuye su presión de forma proporcional.

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3. El efecto Coandă 

Este término les resultará familiar pues en las últimas temporadas se ha escuchado mucho hablar de este efecto. Es el fenómeno físico producido en mecánica de fluidos en el cual una corriente de fluido -gaseosa o líquida- tiende a ser atraída por una superficie vecina a su trayectoria. El término fue acuñado por Albert Metral en honor al ingeniero aeronáutico rumano Henri Coandă, quien descubrió el efecto en su prototipo de un avión de reacción.

Explicación

Una buena manera de explicar en qué consiste el efecto Coandă es con un ejemplo:

Supongamos una superficie curva, por ejemplo un cilindro, tal como está en la ilustración. Si sobre él vertemos algo sólido (arroz, por ejemplo) rebotará hacia la derecha. El cilindro, por el principio de acción-reacción, tenderá a ir a la izquierda. Esto se puede ver en la primera parte de la ilustración.

Si repetimos esta experiencia con un líquido, debido a su viscosidad, tenderá a “pegarse” a la superficie curva. El fluido saldrá en dirección opuesta. En este caso, el fluido será atraído hacia el cilindro.

Si nos imagináramos el líquido que cae como miles de capas de agua, las capas que tocan al cilindro se pegarán. Las capas contiguas, por el rozamiento, se pegarán a esta y se desviarán un poco. Las siguientes capas, igualmente, se desviarán algo más.

Toni Cuquerella nos explica el efecto Coandă en este video.

Ya en la década del ’20, Vasa Nissin diseñó un auto no solo con “polleritas” (“faldillas”, “skirts”), sino que con un sistema pseudo-venturi, o los diseños y proyectos aptos aerodinámicamente de Gabriel Voisin e inclusive el Auto Union de la década de los ’30 que también diseño un monoplaza caza-récord con un seudo sistema venturi, eso significa que se podría afirmar que estamos hablando prácticamente de un camino casi genuino hacia un auto ala.

Exceptuando el diseño de Nasa Nissin (del cual no dispongo de imagen alguna), podemos ver las siguientes imágenes de algunos de los ejemplos citados:

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Detalle y toma general del Auto Union caza récord de luego de mediados de los ’30.

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J.M. Fangio con su Mercedes W196s
Phil Hill con su Ferrari 156 “shark nose”
Phil Hill con su Ferrari 156 “shark nose”

El notorio vinculo de la aerodinámica con los coches formula se inicia en 1968, gracias a los conocimientos de Colin Chapman, se pudo adaptar los primeros elementos aerodinámicos a un F1, en este caso el recordado Lotus 49B.

Para 1969 casi toda la parrilla contaba con los primitivos alerones empotrados en el morro y elevados y sujeto de forma precaria en la parte posterior (en el caso de los brabham, contaban con los alerones elevados tanto en el frente como atrás. Luego de algunos incidentes, se opto por colocar las alas posteriores casi a la altura del chasis y por encima del motor.

Distintas configuraciones aerodinámicas de Lotus 49b utilizadas entre 1968 y 1970:

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Gran Premio de España – Montjuic 1969. Sería la última presentación de los monoplazas con alerones elevados.

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A pesar de tratarse de elementos que ayudaban a la estabilidad de los coches a altas velocidades, en el caso de pistas con predominio de rectas (como por ejemplo Monza) no se presentaban estos adelantos en forma total hasta 1972 inclusive.

Y si algo tenía Chapman en contraposición a sus exitosos adelantos era el peligro al que exponía a sus pilotos con sus pruebas. Ese sería el caso en los entrenamientos para el GP de Italia de 1970, cuando había dispuesto quitar los alerones a su nuevo y cuneiforme lotus 72, Pilotado en forma oficial por Jochen Rindt y como parte de un equipo cliente por Graham Hill, negándose en forma acertada el último, y si bien en el caso de Rindt, la falla se advirtió en la suspensión, no se puede negar que con carga aerodinámica podríamos estar contando otra historia en el caso de único campeón post mortem de la fórmula 1.

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Gracias a la disposición lateral de los radiadores logrado en el Lotus 72, se logro que el frente del coche tenga menos resistencia al viento y con la ayuda de los alerones un mejor aprovechamiento del flujo de aire. Esto concepto se encuentra vigente hasta nuestros días.

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Estéticamente poco agraciado, pero efectivo en las manos adecuadas. El March 711 al mando del “Super Sueco” Ronnie Peterson lograría el vicecampeonato de pilotos en 1971.

Durante la primera mitad de la década de 1970 se puede apreciar una amplia variedad de recursos aerodinámicos, algunos mas efectivos que otros, lo cual fue decantando en con posterioridad al concepto del Lotus 72.

Aun así En la primera mitad de esta década, los constructores planteaban distintas soluciones para evitar que el perfil de las ruedas disminuyan la resistencia al aire y por tanto lograr mayor velocidad, manteniendo los “clásicos” radiadores delanteros e ingeniosos (y hasta extraños) morros envolventes que no dejaban de cosechar victorias y podios.

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Bueno Bonito Barato: el March 731 al mando de Henri Pescarolo. March se destacó como proveedor de monoplazas a garajistas y hasta sacó de apuros a algún que otro equipo sufría de un mal auto de diseño propio.
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Jackie Stewart y François Cevert con sus nerviosos Tyrrell 006.

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Chris Amon a bordo de su infructuoso Techno. Zolder 1973.
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Conceptos distintos: El efectivo Brabham BT44B de Jose Carlos Pace con los radiadores al frente y faldones laterales (no confundir con las faldillas para efecto suelo), mas al fondo vemos al Lotus 72E de Ronnie Peterson.
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En 1976 aparecía la mas Famosa creación del recientemente desaparecido Derek Gardner. El Tyrrell P34. Un fuera de serie que se merece un post aparte. En la foto vemos al Sudafricano Jody Scheckter en plena faena.

Después de unos años de frustraciones (ya desde el Lotus 77 de 1976), Colin Chapman dio vida al monoplaza antecesor de la generación de autos ala o “wing car” y ese fue el Lotus 78 presentado en pista en 1977, que tenía auténticas alas en los pontones del monocasco, un gran depósito de combustible en posición central, que permitía disponer de ciertos espacios libres a los lados del habitáculo y “polleritas” (“faldillas”, “skirts”) laterales, al principio estas eran de material plástico flexible o en forma de escobilla (posiblemente Mylar), incluso no fue el primer diseño en la era moderna de la categoría que llevaba escobillas o que optara por optimizar la aerodinámica en el fondo o en los laterales (también hubo un Chaparral en los ’60 en los SP y se habla de un Bizarrini de F3), ya que el Shadow DN5B ya las utilizaba para España ’76, incluso el McLaren M23 ya tenía “polleritas” en el fondo y parcialmente en el lateral del monoplaza en forma de “V” o el Brabham BT45 con “cortinas” laterales y su fondo en flecha, pero en definitiva, la recreación del concepto aerodinámico del auto ala o “wing car” se podría decir que le pertenece.

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Transparencia del McLaren M23, notar donde indican los números 1 y 2 y las bandas colocadas en su fondo y lateral.

 Sigamos con los antecedentes en imágenes:

Detalle de la escobilla que recorre todo el lateral entre ejes del Lotus 77 de 1976.
Detalle de la escobilla que recorre todo el lateral entre ejes del Lotus 77 de 1976.

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Imagen del mismo año y del siguiente, pero del Brabham.
Imagen del mismo año y del siguiente, pero del Brabham.
Detalle de las escobillas del Lotus 78 de 1977.
Detalle de las escobillas del Lotus 78 de 1977.

Más adelante vamos a hablar del “Efecto Suelo” en la Fórmula 1.

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