Como ya sabemos, las principales fuerzas que sufre un monoplaza cuando está en movimiento son la resistencia aerodinámica al avance (drag) y la carga aerodinámica (downforce). En el artículo en el que hablamos de ambas, os dimos unas breves nociones sobre cómo se generan ambas y cómo pueden calcularse. Sin embargo, dejamos pendientes de explicar qué eran los coeficientes aerodinámicos y cómo se determinan sus valores.
Si os parece bien, volveremos a partir de la definición matemática del drag y del lift. Recordad que, si quisiéramos calcular otras fuerzas como el downforce o las fuerzas laterales, simplemente habría que sustituir algunos de los elementos de la ecuación.
Como ya comentamos, si analizamos la ecuación que calcula el drag (D), tenemos unas cuantas variables. Estas variables son la densidad del aire (ρ), la superficie frontal del vehículo (A), el coeficiente adimensional de resistencia al avance (CD) y la velocidad del monoplaza (V). La densidad del aire se puede medir y calcular fácilmente, así como la superficie frontal y la velocidad. No obstante, ¿qué ocurre con el coeficiente aerodinámico de resistencia al avance? ¿Cómo se calcula?
Existen principalmente dos formas de obtener el valor numérico de dichos coeficientes. La primera de ellas es empleando el túnel de viento, mientras que para la segunda, se usa la simulación CFD. En el caso del túnel, se obtiene el drag total que sufre el monoplaza a una cierta velocidad mediante los sistemas de medida. Como todos los demás valores de la ecuación son conocidos, se puede obtener el valor del coeficiente aerodinámico para esa configuración. En el caso de la simulación CFD, una vez realizados los cálculos computacionales y obtenidas las fuerzas, el propio software nos puede proporcionar el valor del coeficiente.
Ahora bien, ¿qué información nos proporciona este coeficiente? ¿De qué depende su valor? Pues, fundamentalmente, nos indica cómo afecta la forma del cuerpo a las fuerzas que sufre. Dicho de otra manera, en Fórmula 1, nos interesa tener un coeficiente aerodinámico de arrastre (CD o CX) lo más pequeño posible, ya que eso significará que el drag sufrido será menor. Al contrario ocurrirá con el coeficiente aerodinámico de downforce, ya que queremos generar la mayor carga aerodinámica posible.
¿Y cuál es la ventaja principal de trabajar con estos coeficientes en lugar de comparar directamente el valor total de las fuerzas para las distintas configuraciones del monoplaza? Que dichos coeficientes son aproximadamente independientes de la velocidad, especialmente en el caso de un coche de carreras. Por tanto, no varían demasiado en función del número de Reynolds. Esto quiere decir que, para comparar dos coches, tenemos dos métodos:
- Valor absoluto de las fuerzas: Deberemos indicar qué drag o downforce sufrimos y a qué velocidad, ya que según aumenta la velocidad, aumentan ambos.
- Valor del coeficiente aerodinámico: Indicar cuál es el valor del coeficiente aerodinámico es suficiente, sin importar a qué velocidad se circule.
De esta forma, con menos datos podemos tener una información más precisa simplemente usando los coeficientes aerodinámicos.
Por lo general, el coeficiente aerodinámico de arrastre para vehículos de calle oscila entre 0.25 y 0.40, un camión en torno a 0.6 o 0.7 y un monoplaza de Fórmula 1, cerca de 1 para una configuración de alta carga aerodinámica. El problema es que estos datos no suelen ser públicos, especialmente en categorías de competición, por lo que a veces resulta complicado trabajar con valores fiables.
Referencias:
[1] Hatton, G., (26 de septiembre de 2019) SimScale Webinar | Optimising Racecars with CFD. Online: https://www.racecar-engineering.com/articles/simscale-webinar-optimising-racecars-with-cfd/
Motor.es. El coeficiente aerodinámico (Cx). Online: https://www.motor.es/que-es/coeficiente-aerodinamico-cx
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