El túnel de viento es una de las principales herramientas de desarrollo aerodinámico en la Fórmula 1. Muchos habréis oído hablar de él, pero ¿sabéis qué es exactamente? Un túnel de viento es una construcción que permite reproducir el comportamiento aerodinámico de un monoplaza en movimiento. Os lo explicamos en este artículo.
El túnel de viento, tipos y partes
Todos los túneles presentan unas partes comunes.
En primer lugar, el flujo de aire se encuentra con una cámara de laminarización, donde una serie de “rejas” formadas por celdas que dirigen el aire lo hacen laminar. Tras esta cámara, el aire se conduce por una zona de contracción, donde se acelera, por el principio de Bernoulli. Justo tras esta contracción, se encuentra la zona o cámara de ensayos, donde se coloca el modelo del monoplaza a ensayar. El aire que abandona dicha cámara se conduce a un difusor, donde se expande, hasta llegar al ventilador, de gran tamaño, que genera el movimiento de aire dentro del túnel. Cuanto más grande sea, menor velocidad de rotación será necesaria, reduciéndose así las vibraciones que introduce en la simulación.
Además, los túneles de viento presentan una serie de canalizaciones y codos por donde se moverá el aire. Por último, en algunos tipos de túnel se colocan unos intercambiadores de calor, que mantienen el aire a temperatura óptima y enderezadores de corriente, que guían al flujo en los codos.
Existen distintos tipos de túneles de viento, que presentamos a continuación:
–Túnel de viento abierto: Este tipo de túnel de viento toma el aire del exterior y lo dirige hacia la zona de ensayos. Dicho aire acaba abandonando el túnel de viento por su otro extremo, liberándose a la atmósfera. Uno de los modelos más famosos es el modelo Eiffel.
–Túnel de viento cerrado: En este caso, el túnel forma un circuito cerrado, donde el aire se recircula constantemente. Dado que dicho aire se recalienta al moverse por el interior del túnel, se deben colocar intercambiadores de calor para mantener su temperatura constante. Entre estos encontramos el tipo de túnel de viento Göttinger.
En la Fórmula 1 se emplea el túnel de viento cerrado, cuyo principal inconveniente es la mayor inversión inicial. Sin embargo, los costes de operación son menores y la calidad del estudio es mucho mayor, ya que se puede controlar más fácilmente el flujo de aire.
Además, la zona de ensayos puede ser abierta o cerrada. Si es abierta, la calidad de la corriente de viento se verá disminuida por el aire exterior. Cuando esta es cerrada, nos encontramos ante el problema de que el aire se acelera debido a la proximidad de las paredes, si bien el viento empleado tendrá mejor calidad. Además, estas paredes pueden ser deformables, para adaptarse a las diferentes necesidades.
La maqueta del monoplaza
Por normativa, la maqueta del monoplaza no puede superar el 60% del tamaño del vehículo real. Debido a las leyes de semejanza dinámica de fluidos, debido a dicha reducción de tamaño, la velocidad del aire se deberá aumentar, pero sin sobrepasar los 50 m/s (aproximadamente 150 km/h), límite marcado por la Fórmula 1 en su normativa. ¿Qué significa esto? Si se emplea la maqueta de mayor tamaño permitido, en realidad estaremos simulando el monoplaza real circulando a unos 90 km/h. A estas velocidades, la aerodinámica del monoplaza se comporta diferente a la del vehículo a 300 km/h, por lo que se introduce un cierto error en la simulación.
Aunque antiguamente se empleaban modelos en madera, las maquetas actuales se fabrican en fibra de carbono, aluminio e impresión 3D. Además, no se trata de una única pieza maciza, sino que además se incorpora el funcionamiento de la suspensión.
Los neumáticos a escala son desarrollados por la empresa suministradora de neumáticos para los GP, en este caso Pirelli. Al tratarse de una de las partes del monoplaza que generan más drag, es realmente importante que sean lo más parecido posible a los reales.
La maqueta se encuentra suspendida por la parte superior, mediante un soporte vertical. Dicho soporte tiene forma de perfil aerodinámico, para tratar de reducir el efecto de su estela al máximo. Además, por su interior se conduce todo el cableado electrónico y los conductos hidráulicos que llegan a la maqueta.
Simulación de las condiciones reales
Cuando un monoplaza está compitiendo en un circuito, el aire y el asfalto están quietos y es el coche el que se mueve. Sin embargo, en el caso del túnel de viento, el coche debe estar quieto, moviéndose el aire y el suelo con la misma velocidad a la que se movería el vehículo. Es decir, la velocidad relativa entre monoplaza y aire es la misma tanto en las condiciones reales como en el túnel de viento (si se emplea una maqueta a tamaño completo).
Para simular el movimiento del suelo y de las ruedas, se emplea un suelo móvil, similar a una cinta transportadora. Dicha cinta se mueve a la misma velocidad que el aire. Esto es importante, ya que si no lo hiciese, se iría creando una capa límite sobre el suelo que afectaría negativamente a los datos recogidos en la parte trasera del monoplaza. De esta forma, se consigue además el giro de las ruedas.
¿Cuáles son los resultados del túnel de viento?
Las simulaciones realizadas en el túnel de viento permiten obtener numerosos resultados. Mediante distintos dispositivos electromecánicos se consiguen los valores del drag, downforce y fuerza lateral que sufre el coche, así como los distintos momentos. Dichos momentos son el resultado de pares de fuerzas que intentan hacer rotar la maqueta en las distintas direcciones.
Además, mediante dispositivos hidráulicos, se obtiene la distribución de presiones a lo largo de toda la superficie del monoplaza. Esto es posible gracias a miles de pequeños agujeros que tiene la maqueta en su superficie. La presión que ejerce el aire en esos agujeros se conduce mediante un conducto que nos permite “leer” la presión dinámica del aire en cada punto.
Por último, mediante trazas de humo o vapor, se puede visualizar el recorrido que sigue el aire alrededor del monoplaza, así como algunos de los vórtices que se forman.
Ventajas e inconvenientes del túnel de viento
El túnel de viento, como todas las demás herramientas de desarrollo aerodinámico, presenta una serie de ventajas y de inconvenientes. Las exponemos a continuación:
Ventajas:
- Se pueden repetir tantas veces como sea necesario las mediciones, usando exactamente las mismas condiciones en el aire.
- Alta fiabilidad de la medida. Los valores de las fuerzas, momentos y valores aerodinámicos obtenidos son muy fiables. No existen apenas errores en la propia medición.
- Permite cambiar piezas rápidamente para realizar ensayos comparativos.
Inconvenientes:
- Alto precio. Tanto la alta inversión inicial como el alto coste debido a la fabricación de maquetas y operación limitan el empleo del túnel de viento.
- Correcciones necesarias. Los datos obtenidos deben ser corregidos para adaptarlos al caso real, estudiado mediante pruebas aerodinámicas en pista.
Referencias:
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[2] Court, A., (24 de septiembre de 2010) Red Bull Wind Tunnel. Online: https://www.flickr.com/photos/adriancourt/5726061004
[3, 4] Gómez, L., (22 de agosto de 2019) Primeras imágenes del F1 de 2021 en el túnel de viento. Online: https://soymotor.com/noticias/primeras-imagenes-del-f1-de-2021-en-el-tunel-de-viento-967934
[5] Johnston, B., (4 de abril de 2015) Allison against wind tunnel ban. Online: http://paddockeye.blogspot.com/2015/04/allison-against-wind-tunnel-ban.html
[6] On the Apex, (2016) 4 Reasons why wind tunnel testing is so important to race car aerodynamic development. Online: https://www.carthrottle.com/post/n43v9xq/
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Newey, A., (2017). How to build a car, Londres, Reino Unido, Harper Collins Publishers.
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Oriol, (10 de agosto de 2018) El túnel de viento en la Fórmula 1. Online: https://www.formula1atmosphere.com/aerodinamica/tunel-de-viento/
Caro, A., Túnel de viento en Fórmula 1. Online: https://www.abelcaro.com/aerodinamica/tunel-de-viento/
Vyssion & jjn9128, (1 de junio 2018) Evolution of aerodynamic testing in F1 – Windtunnels. Online: https://www.f1technical.net/features/21646
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