Aerodinámica y Dinámica de Fluidos: Conceptos Clave en Vehículos

Conceptos Fundamentales de Aerodinámica y Dinámica de Fluidos

Implicaciones de la Fuerza Aerodinámica

• La fuerza es proporcional al cuadrado de la velocidad.
• La fuerza es proporcional a la superficie frontal.
• La fuerza depende de la forma del objeto.

Régimen de Flujo

El comportamiento de un fluido en movimiento puede clasificarse principalmente en dos regímenes:

Régimen Laminar

Cuando el gradiente de velocidad es bajo, las fuerzas de fricción (viscosidad) son mayores que las de inercia. Las partículas se desplazan pero no rotan, o lo hacen con muy poca energía. El resultado final es un movimiento en el cual las partículas siguen trayectorias definidas, y todas las partículas que pasan por un punto en el campo del flujo siguen la misma trayectoria.

Régimen Turbulento

Las partículas del fluido no se mueven siguiendo trayectorias definidas. La acción de la viscosidad es despreciable en comparación con las fuerzas inerciales. Las partículas del fluido poseen energía de rotación apreciable y se mueven de forma errática, chocando unas con otras.

Principios y Efectos Aerodinámicos Clave

Teorema 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 corriente.

Capa Límite

Es la zona donde el movimiento del fluido es perturbado por la presencia de un sólido con el que está en contacto. La capa límite se entiende como aquella en la que la velocidad del fluido respecto al sólido en movimiento varía desde cero hasta el 99% de la velocidad de la corriente no perturbada. Puede ser laminar o turbulenta.

Efecto Coanda

Una corriente de fluido (gaseoso o líquido) tiende a ser atraída por una superficie vecina a su trayectoria. Este efecto se utiliza para canalizar el aire donde se desee en ciertas partes del chasis del monoplaza sin tener que desviarlo en exceso, evitando así una gran resistencia aerodinámica.

Efecto "Corte de Cola" (Hatchback)

Crea una bolsa de aire "enganchada" en la parte trasera del vehículo, lo que genera una fricción menor con el aire en comparación con una parte trasera convencional. Esto contribuye a reducir la resistencia aerodinámica.

Efecto Magnus

Es el fenómeno físico por el cual la rotación de un objeto afecta a la trayectoria del mismo a través de un fluido, en particular, el aire. Las superficies con irregularidades arrastran más fluido, intensificando este efecto.

Efecto Suelo (Coche Ala)

Busca crear una zona de alta presión por encima del vehículo y una de baja presión por debajo. La diferencia de presiones provoca una succión que "aplasta" al vehículo contra el suelo, mejorando el agarre. Esto se traduce en la posibilidad de trazar curvas a mayor velocidad. Se introdujo notablemente en la Fórmula 1.

Difusores

Un difusor trata de aprovechar las ventajas del Efecto Venturi. Acelera el flujo de aire que fluye por debajo del monoplaza, lo que consigue crear una zona de baja presión que incrementa la adherencia del coche. En resumen, un difusor busca producir el deseado efecto suelo.

Efecto Gurney (Flap Gurney)

Un flap Gurney mejora el rendimiento aerodinámico ante grandes ángulos de ataque del alerón. Es un dispositivo que los equipos utilizan para ajustar la carga aerodinámica (downforce) provocada por el viento.

Tipos de Alerones

Alerones Múltiples

Alerones con dos o más planos principales.

Alerones Móviles (DRS)

Es el sistema DRS (Drag Reduction System) utilizado en la Fórmula 1. Permite varios tipos de movimiento:

• Movimiento longitudinal
• Movimiento en altura
• Modificación del ángulo de ataque

Su propósito es reducir la carga aerodinámica del monoplaza y así aumentar su velocidad para facilitar los adelantamientos.

Aparición de Efectos Turbulentos en Vehículos

Los efectos turbulentos se vuelven significativos a diferentes rangos de velocidad, dependiendo del tipo de vehículo:

• Furgonetas y Camiones: 60 - 80 km/h
• Turismos: 100 - 140 km/h
• Deportivos: 140 - 200 km/h
• Vehículos Experimentales: 200 - 250 km/h
• Aviones: 500 km/h