¿Cómo es posible que añadir un alerón trasero te haga más rápido y más lento al mismo tiempo?
La carga aerodinámica y la resistencia al aire son dos fuerzas que genera todo coche deportivo, y comprender cómo interactúan es fundamental para ir más rápido en pista. Una mayor carga aerodinámica aumenta la velocidad en las curvas, pero también genera resistencia al aire que reduce la velocidad en línea recta. Lograr el equilibrio adecuado depende del coche y del circuito, y la respuesta rara vez es obvia sin realizar pruebas.
En este artículo: ¿Qué causa la carga aerodinámica? | ¿Qué causa la resistencia aerodinámica? | Por qué una mayor carga aerodinámica suele traducirse en tiempos de vuelta más rápidos | El papel de la resistencia aerodinámica y cuándo importa | Equilibrio aerodinámico específico para cada circuito y coche | Cómo determinar la configuración óptima
¿Qué causa la carga aerodinámica?
La fuerza descendente se genera creando una diferencia de presión a través de una superficie, donde la presión en la parte inferior es menor que en la superior. Esta diferencia de presión se logra aumentando la velocidad del flujo de aire bajo la superficie, lo que reduce la presión según el principio de Bernoulli. El resultado es una fuerza neta que ejerce presión hacia abajo sobre el automóvil.
En un automóvil, esto se logra principalmente de dos maneras. Los alerones utilizan su curvatura y ángulo para acelerar el aire a través de la superficie de succión, generando baja presión debajo y carga aerodinámica sobre el alerón. El piso y el difusor funcionan de manera similar: el piso crea una constricción que acelera el flujo de aire debajo del automóvil, reduciendo la presión en relación con la presión ambiente detrás de él. Esa diferencia de presión a través del piso es la principal fuente de carga aerodinámica en la mayoría de los autos deportivos diseñados específicamente para ello.
Para maximizar la fuerza descendente, el objetivo es maximizar la diferencia de presión en la mayor parte de la superficie horizontal posible. A medida que una superficie se inclina hacia la vertical, una proporción cada vez mayor de la diferencia de presión contribuye a la resistencia aerodinámica en lugar de a la fuerza descendente.
¿Qué causa la resistencia al aire?
La resistencia aerodinámica tiene dos componentes principales. La resistencia de presión surge de las diferencias de presión en las superficies traseras. La región de alta presión en la parte delantera del coche y la estela de baja presión en la parte trasera son las dos fuentes dominantes en un coche de carretera. Cualquier succión en una superficie trasera también contribuye, lo que significa que los alerones y difusores que generan carga aerodinámica producen inherentemente resistencia de presión como subproducto.
El segundo componente es la resistencia por fricción superficial, que se produce por las fuerzas de cizallamiento dentro de la capa límite a medida que el aire se desplaza sobre la superficie del automóvil. Las superficies más lisas y las capas límite laminares generan menor resistencia por fricción superficial. Las capas límite turbulentas generan mayor resistencia.
En vehículos con alta carga aerodinámica, la resistencia por presión es el factor dominante, mientras que la resistencia por fricción superficial es un factor relativamente menor. La fricción superficial cobra mayor importancia en vehículos con muy baja resistencia aerodinámica, grandes superficies y mínima carga aerodinámica, como los coches solares o los vehículos que baten récords de velocidad en tierra.
Por qué una mayor carga aerodinámica suele traducirse en tiempos de vuelta más rápidos.
Aumentar la carga aerodinámica incrementa la velocidad en las curvas y, por lo general, mejora los tiempos por vuelta. Si bien existe un límite teórico a partir del cual un exceso de carga aerodinámica puede sobrecargar los neumáticos, esto no representa un problema para los coches de competición estándar, que se encuentran muy por debajo de ese umbral. Por ello, en la mayoría de los casos, en este nivel, una mayor carga aerodinámica resulta beneficiosa.
El papel del transformismo y cuándo importa
La resistencia aerodinámica debe superarse con la potencia del motor, y la potencia requerida aumenta con el cubo de la velocidad del coche. Esto significa que la resistencia se vuelve cada vez más costosa a medida que aumenta la velocidad. Sin embargo, los coches suelen alcanzar su velocidad máxima solo durante una pequeña parte de cada vuelta, y esos tramos de alta velocidad se recorren rápidamente. La mayor parte de la vuelta se transcurre a velocidades más bajas, donde la resistencia tiene un efecto relativamente pequeño en la potencia de salida.
Esto significa que una reducción en la velocidad en línea recta suele ser una compensación que vale la pena a cambio de un mejor rendimiento en las curvas. Una pérdida de 10 km/h al final de una recta es un compromiso razonable si se obtiene una ganancia de 5 km/h en curvas de baja a media velocidad.
Equilibrio aerodinámico específico para la pista y el coche
El equilibrio adecuado entre carga aerodinámica y resistencia depende del coche y del circuito. En pistas con largas rectas, como Monza o Le Mans, se favorecen las configuraciones de baja resistencia. En Le Mans, un componente podría considerarse valioso si genera cinco puntos de carga aerodinámica por cada punto de resistencia. En un circuito de menor velocidad, como el autocross, la resistencia es prácticamente irrelevante, e incluso una relación de uno a uno entre carga aerodinámica y resistencia podría resultar beneficiosa.
La velocidad media, la velocidad máxima y la velocidad en curva influyen en la configuración aerodinámica más adecuada. Una mayor potencia permite que el coche tolere mayor resistencia al aire, mientras que un alto agarre mecánico puede requerir una configuración aerodinámica más eficiente para complementarlo.
La mayoría de los coches de turismo de nivel amateur tienen demasiada potencia y peso en relación con la cantidad de aerodinámica que incorporan. En aproximadamente el 90 % de los casos, estos coches se benefician más de una mayor carga aerodinámica, incluso a costa de una mayor resistencia al aire. Es raro que un coche de nivel amateur mejore su tiempo por vuelta priorizando la reducción de la resistencia al aire sobre el aumento de la carga aerodinámica.
Determinación de la configuración óptima
A nivel profesional, la simulación de tiempos por vuelta se utiliza para establecer objetivos de resistencia aerodinámica y eficiencia aerodinámica, que luego se perfeccionan mediante pruebas en pista. A nivel de club, la simulación es menos fiable y el cronómetro se convierte en la herramienta principal. Probar diferentes niveles de resistencia aerodinámica, por ejemplo, ajustando el ángulo del alerón trasero, y comparar los tiempos por vuelta es la forma más práctica de encontrar el equilibrio óptimo para un circuito determinado.
Si bien esto cubre los puntos clave sobre cómo la carga aerodinámica y la resistencia afectan los tiempos por vuelta, todavía hay mucho más que aprender del Dr. Kyle Forster, ex aerodinamista del equipo Mercedes-AMG Petronas de Fórmula Uno, en el curso Fundamentos de Aerodinámica .
