El fondo plano en la Fórmula 1 (II): Funcionamiento

El fondo plano y el difusor son los grandes desconocidos del paquete aerodinámico de un Fórmula 1 y, sin embargo, son prácticamente los más importantes. Estamos hablando de las piezas con mayor eficiencia aerodinámica, ya que crean un gran downforce a cambio de muy poco drag. Esto es así porque se trata en su mayor parte de geometrías muy planas y lisas.

Empecemos desde el principio, esto es, desde la parte delantera del monoplaza. Justo tras el alerón delantero, a la altura del eje delantero, nos encontramos con el inicio del fondo plano. Para que el fondo plano sea capaz de generar downforce, su borde de ataque (borde más adelantado) debe ser la parte más baja del vehículo. A partir de ahí, según vamos recorriendo el monoplaza hacia atrás, la distancia entre el fondo plano y el suelo debe ir aumentando poco a poco, hasta llegar al difusor. Esto es lo que se conoce como rake. En resumen, si la parte delantera del fondo plano está más cerca del suelo que su parte final, se generará downforce. Sin embargo, esta transición en la altura debe ser muy suave, formando un ángulo de alrededor de 1 o 2º, para evitar el despegue de la capa límite.

Rake Red Bull Ferrari Mercedes
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No obstante, sin el difusor que se encuentra en su final, el fondo plano no funcionaría. Vamos a explicar el funcionamiento de forma tan sencilla como sea posible.

Como siempre, tenemos nuestro monoplaza moviéndose. El aire que circula por debajo del alerón delantero y en sus cercanías, llega hasta el inicio del fondo plano, introduciéndose una parte por debajo de él. Como el borde de ataque del fondo plano es la zona donde menos distancia hay respecto al suelo, el aire se acelera. Por el principio de Bernoulli, al aumentar la velocidad del aire, la presión decrece. El resultado hasta este punto es que el aire que consigue entrar bajo el fondo plano tiene una menor presión. Ya estamos creando downforce.

Sin embargo, este aire debe continuar recorriendo el coche por debajo con la menor presión posible. Para ello, hay que evitar que el aire que circula a los lados del monoplaza se introduzca bajo el fondo plano, lo que nos haría perder carga aerodinámica. Una solución es colocar unas piezas curvas verticales llamadas bargeboards tras las ruedas.  Estas piezas empujan el aire hacia fuera del coche, impidiendo que pueda colarse de nuevo bajo él. Además, se aprovechan los vórtices que genera el alerón delantero para impedir al aire entrar en los bajos del coche.

En la imagen siguiente se muestran los bargeboards del Toro Rosso. Se puede apreciar cómo una de sus funciones es recoger el aire que llega tras la rueda delantera y empujarlo hacia fuera, alejándolo lo máximo posible.

Bargeboards Toro Rosso
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Una vez que se llega a la parte final del fondo plano, nos encontramos con el difusor, que presenta una mayor pendiente. La función del difusor es expandir el aire que hay bajo el monoplaza, para pasar de la presión baja que hay al final del fondo plano a la presión atmosférica que hay tras el vehículo. Si no existiese este elemento, el fondo plano no funcionaría, ya que la diferencia de presiones sería demasiado alta. Por tanto, se puede decir que el difusor es una etapa de transición que permite que el aire fluya rápidamente bajo el monoplaza.

Difusor Ferrari
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Además, como el aire que se había tratado de alejar del monoplaza en la parte delantera mediante el uso de bargeboards y aerodinámica basada en vórtices tenderá a acercarse de nuevo al monoplaza, se intentará que lo haga por encima del difusor, para incrementar la carga aerodinámica. Esto se conseguirá guiando de nuevo el aire tras el pontón y por encima del fondo plano, haciéndolo pasar entre el neumático trasero y el cuerpo del monoplaza. Esta zona se muestra en la siguiente imagen.

Red Bull fondo plano trasero
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Este es, de forma muy resumida, el funcionamiento real del fondo plano. A todo esto habría que añadir otros muchos elementos y formas que se usan en el difusor y en la parte superior del fondo plano para obtener un mejor rendimiento.

Por último, a la hora de diseñar el monoplaza, se tiene que estudiar cuidadosamente la distribución del downforce a lo largo del suelo del coche, ya que no es uniforme. Los puntos de menor presión se encontrarán en el borde de ataque del fondo plano, donde el aire se acelera para introducirse por debajo de él, y la transición del fondo plano al difusor, donde se volverá a acelerar debido al cambio de pendiente.

Además, se debe conseguir que el fondo plano funcione correctamente tanto a altas como a bajas velocidades, sin sufrir pérdidas de carga debido al despegue de la capa límite.

Como habéis podido observar, a pesar de su aparente simplicidad, el suelo del monoplaza es uno de sus elementos más importantes, incluso ahora que el empleo del efecto suelo, de la forma en que se aprovechaba a finales de los 70 y principios de los 80, está prohibido. En el artículo sobre el Lotus 78 os hablamos del efecto suelo de los monoplazas de aquella época, que según el gran ingeniero Adrian Newey, marcaron el gran punto de inflexión del diseño aerodinámico en la F1.

En esta entrevista, María Rubia, ingeniera de composites encargada del diseño del fondo plano del equipo Renault F1 Team, nos explica más a fondo, entre otras cosas, su proceso de diseño.


Referencias:

[1] Hughes, M., & Piola, G., (11 de septiembre de 2018) TECH TUESDAY: Why rake rules in Mercedes, Ferrari and Red Bull’s design philosophies. Online: https://www.formula1.com/en/latest/article.tech-tuesday-why-rake-rules-in-mercedes-ferraris-and-red-bulls-design.1Pmh3srXj2sSooEiGuYiku.html

[2] Noble, J., & Karpov, O., (18 de octubre de 2018) El jefe de Toro Rosso pide que se prohiban los bargeboards. Online: https://es.motorsport.com/f1/news/formula1-prohibir-bargeboards-toro-rosso/3196065/

[3] Basile, F., Ferrari SF71H diffuser detail. Online: https://www.f1technical.net/gallery/2018/bcn-mar7/diffuser-ferrari

[4] Motorsport.com, (1 de marzo de 2019) Red Bull Racing RB15 achterkant detail. Online: https://nl.motorsport.com/f1/photos/red-bull-racing-rb15-achterkant-detail/43107593/

Katz, J., (1995). Race Car Aerodynamics: Designing for Speed, Cambridge, USA, Bentley Publishers.

Newey, A., (2017). How to build a car, Londres, Reino Unido, Harper Collins Publishers.

Chuvieco Álvarez, F., (10 de enero de 2019) La filosofía de alto ‘rake’ de McLaren o Red Bull, en apuros. Online: https://as.com/motor/2019/01/10/formula_1/1547109043_696677.html

Caro, A., Rake en F1. Online: https://www.abelcaro.com/aerodinamica/rake-f1/

Emparan, I., (29 de abril de 2013) Comprendiendo un F1 (Parte 7) Online: https://www.formulaf1.es/36459/comprendiendo-un-f1-parte-7/

Emparan, I., (19 de mayo de 2013) Comprendiendo un F1 (Parte 8) Online: https://www.formulaf1.es/38068/comprendiendo-un-f1-parte-8/

Oriol, (10 de agosto de 2018) El difusor en la Fórmula 1. Online: https://www.formula1atmosphere.com/aerodinamica/difusor/



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