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Túnel de Viento en Fórmula 1

Los tests en el túnel de viento son una de las técnicas fundamentales para el desarrollo aerodinámico de un monoplaza de F1.

De hecho, es mucho más antigua que las simulaciones CFD, gracias a la simplicidad de su principio básico. Para simular las condiciones aerodinámicas en pista, se genera una corriente de aire contra el coche a la velocidad que se quiera estudiar.

De esta manera, se crea una situación inversa: es el aire el que choca contra el coche, no es el coche el que choca contra el aire, como ocurre en la realidad. Sin embargo, eso no importa; lo realmente interesante es la velocidad relativa entre el coche y el aire.

Es decir, que será igual que el coche vaya a 100 km/h contra el aire, el aire a 100 km/h contra el coche, o a 50 km/h el uno contra el otro. En todos los casos, la velocidad relativa entre uno y otro es de 100 km/h.

Y aunque el principio de funcionamiento de estos túneles de viento sea «tan simple», no han parado de avanzar y mejorar su tecnología.

Al ser tan importantes hoy en día para la Fórmula 1, te invito a descubrir todo sobre ellos. A partir de ahora, entenderás mucho mejor todo lo que rodea al mundo de la aerodinámica en competición

La construcción del túnel de viento

En F1 se utilizan túneles de viento con un ciclo cerrado, lo que significa que el aire que sale, se reconduce a la entrada. La otra forma de hacerlo sería con un túnel abierto, donde el aire que se utiliza para hacer las pruebas siempre es “nuevo”:

Los túneles de viento cerrados tienen un coste de construcción es mucho mayor que los abiertos, puesto que necesitas hacer todas las canalizaciones para reconducir el aire de la salida. Eso sí, las pruebas después son mucho más económicas.

Y es que se necesita construir un edificio propio para él. Al que hay que añadir muelles y resortes que absorban las vibraciones que se crean. Si el edificio en sí vibrase, se crearían turbulencias en el aire que circule por él y las pruebas serían nulas.

Partes del túnel de viento

Para que todo funcione como es debido y las pruebas sean lo más reales posible, es fundamental que cada zona del túnel de viento esté perfectamente diseñada y construída.

Las partes fundamentales son la zona de test o de trabajo, las canalizaciones y el generador de flujo de aire.

Generador de flujo de aire

¿Cómo se genera ese flujo de aire que va contra el F1? Pues con un ventilador, ni más ni menos. Aunque no es un ventilador normal, como podrás imaginar.

Ese ventilador que “empuja” el aire es enorme. De esta manera, para conseguir un mismo flujo de aire que uno más pequeño, no necesitaría girar tan rápido.

Y al girar más despacio, las vibraciones son menores. Que ya sabes lo importante que es evitarlas para no provocar turbulencias.

Por otra parte, un ventilador es un elemento que “empuja” el aire gracias a un movimiento de rotación. Lo que conlleva que el aire que “sale” de él, lo haga girando también.

Para conseguir que ese aire salga recto y no girando, el ventilador lleva detrás de las aspas un elemento antirrotación. Básicamente, es otro elemento que gira sobre sí mismo (al igual que el ventilador), pero con un diseño completamente distinto y que gira en sentido opuesto al ventilador.

Canalizaciones del aire

La labor fundamental de las canalizaciones es conducir el aire evitando las turbulencias lo máximo posible. Y para ello, se utilizan varias técnicas.

Una de ellas consiste en que los conductos se van expandiendo para que la velocidad disminuya y el rozamiento con las paredes vaya descendiendo según se acerca a la zona de test.

Ese problema por el rozamiento entre el aire y las paredes se produce porque la fricción entre las partículas de aire y las paredes es mayor que las de ellas entre sí. Por tanto, la velocidad del aire en el centro será más alta que en los extremos.

Si el conducto se va ensanchando, el porcentaje de pérdida de energía que produce el rozamiento con las paredes respecto al total del aire se va disminuyendo, porque habrá más espacio alejado de ellas.

Por otra parte, tanto por ese rozamiento como por la aceleración del aire en el ventilador, sobre todo, se produce un aumento de temperatura. Algo que debe evitarse en la medida de lo posible.

Para ello, antes de la zona de test, hay un radiador que enfría el aire. Por supuesto, muy bien diseñado también para no provocar turbulencias.

Si te fijaste en el esquema del ciclo del túnel de viento para F1, verías que las canalizaciones son rectas, lo que supone que haya cuatro esquinas. Zonas críticas si se quiere mantener un flujo laminar (sin turbulencias).

Para paliar esa pérdida de energía en las esquinas, se colocan unas “celdas” orientadas, que redirigen el aire hacia la siguiente sección.

Y éstas no son las únicas celdas que hay en las canalizaciones. Antes del ventilador, hay otras en forma de panal y tras ellas, unas mucho más pequeñas a modo de filtro, con la intención de que el aire vaya los más recto posible cuando entre en el ventilador y así aumentar su eficiencia.

Por último, tenemos que justo antes de la zona de test, el conducto del aire se contrae, para aumentar la velocidad y disminuir las turbulencias al mínimo justo antes de que entre en contacto con el Fórmula 1.

Zona de test

Aquí es donde se coloca el coche de Fórmula 1 sobre el que se quieren hacer las pruebas.

Si esta zona de trabajo está completamente cerrada, el aire chocará también con las paredes y se producirán ciertas turbulencias que pueden afectar a la calidad de los ensayos.

Si esto ocurriese, se recurriría a una zona de test abierta. Así, el aire puede salir de la zona y se reducen las turbulencias por choque de aire contra la pared.

Todas estas paredes, por cierto, son regulables. Disponen de mecanismos internos capaces de adaptar la forma y espacios de las paredes, para así poder adaptar un mismo túnel de viento a distintas pruebas.

Por supuesto, el suelo de esa zona de trabajo tiene que poder moverse, como si fuese una cinta estática de correr, para que así las ruedas estén en movimiento y se pueda analizar el comportamiento real.

No tendría sentido hacer el estudio con las ruedas quietas, sabiendo que además los neumáticos son los elementos del Fórmula 1 que más drag generan.

Normalmente, la cinta se moverá a la misma velocidad que el aire para simular que el aire del circuito está en reposo o “quieto”. Pero si se quieren estudiar supuestos en los que haya viento de frente o de cola, se podrá regular que la cinta vaya más rápida o más lenta.

Ahora, solo falta entender el modelo que se utiliza en esta zona.

Modelo de Fórmula 1 a estudiar

Actualmente, no se pueden hacer test con el coche a tamaño real según el reglamento. Se tienen que hacer con un modelo a escala que sea, como máximo, el 60% del tamaño real.

Como los equipos pequeños no tenían la capacidad económica, así equilibran las condiciones para el desarrollo de cada coche. Porque ojo, que el modelo sea un 60% más pequeño que el F1 real no significa que se ahorre solo un 40%.

Cada pieza del coche es un 60% del real en las tres dimensiones: alto, ancho y largo. Por tanto, el coste de la maqueta respecto al modelo real es:

0,6 x 0,6 x 0,6 = 0,216 = 21,6%

¡Un ahorro casi del 80%!

Y como los coches son maquetas a escala, tienen que usar neumáticos a escala también, obviamente. Han de ser del mismo tipo que los reales y no se utilizarán más de lo que se utilizarían en un circuito real.

Para colocar y sujetar el coche, se hace desde arriba, con un sistema que “apenas” afecte al rendimiento aerodinámico del coche y que además permita girar, cabecear, balancear y levantar el coche.

Sin embargo, esto de los modelos a escala no tiene solo cosas positivas, y es que provoca muchos problemas y quebraderos de cabeza.

Los problemas de los modelos a escala

Para hacer pruebas con modelos a escala, no solo hay que cambiar las condiciones del coche, sino que hay que modificar las condiciones del aire y escalar los resultados que se obtienen.

Al disminuir el tamaño del coche, hay que disminuir también la velocidad del aire.

Y especialmente para altas velocidades, es tremendamente complejo escalar los resultados. No es por asustar a nadie, pero éstas son las famosas ecuaciones que rigen todos estos asuntos:

A todo esto, también se añade la limitación el uso de estos túneles: los equipos tienen que elegir si hacer más test en túnel de viento o simulaciones CFD.

Es decir, que si el ensayo en el túnel de viento sale mal, seguramente se pagará caro.