El principio de Bernoulli, la base de la aerodinámica

El principio de Bernoulli presenta la base en la que se fundamenta el comportamiento aerodinámico de cualquier vehículo terrestre. En la teoría, dicho principio sólo se puede aplicar a fluidos ideales, es decir, sin viscosidad. Sin embargo, en la práctica, se puede aplicar a flujos incompresibles (de densidad constante) con caudal constante que sí que presenten una cierta viscosidad, como es el caso del aire que rodea a un monoplaza de Fórmula 1 en movimiento.

Ya en 1738 el científico suizo Daniel Bernoulli demostró que para el caso del aire (cuando es un flujo incompresible), la energía debe permanecer constante. Dicha energía se puede dividir en tres componentes:

  • Energía cinética: Energía que posee el fluido debido a su movimiento.
  • Energía debido a la presión estática: Energía que posee el fluido debido a la presión a la que se encuentra.
  • Energía potencial: Energía que posee el fluido debido a la altura a la que se encuentra.

Normalmente, cuando se aplica la ecuación de Bernoulli al estudio aerodinámico de un monoplaza, la energía potencial se puede despreciar, quedando la ecuación simplificada:

Ecuación de Bernoulli simplificada

donde ρ es la densidad del aire (o del fluido que se estudie), V su velocidad y p su presión estática.

¿Qué nos quiere decir esta ecuación? Su significado es muy fácil de entender con un ejemplo. Supongamos que tenemos una tubería formada por dos tramos con dos diámetros distintos por la que circula un fluido (vamos a suponer que es un líquido incompresible). Al tramo de la izquierda lo llamaremos 1, y al de la derecha, 2.

En la sección de tubería de mayor diámetro, el fluido tiene una velocidad V1 y una presión p1. Como todo lo que llega por la parte 1 debe salir por la parte 2, al ser menor el diámetro de la segunda zona, el flujo se acelerará para que no se acumule en la primera parte de la tubería.

Usando la ecuación de Bernoulli podemos observar que, como la velocidad V2 aumenta, para que el fluido siga teniendo la misma energía, la presión estática p2 debe disminuir.

Ecuación de Bernoulli entre dos puntos

Por tanto, se puede decir que cuando un fluido se acelera, su presión estática disminuye, y viceversa. En el artículo donde hablamos del drag y del downforce, se explica cómo el principio de Bernoulli explica la aparición de fuerzas aerodinámicas en un monoplaza de Fórmula 1.


Referencias:

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

Astropedia. Principio de Bernoulli. Online en: https://astronomia.fandom.com/wiki/Principio_de_Bernoulli



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