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Autor: Yamel Enrique Molina Brito

Hoy en día, es muy bien sabido que en la pista de Fórmula 1 las restricciones de velocidad son inexistentes y que estos carros sobrepasan por mucho los límites normales de velocidad de un coche común y corriente. Los aficionados a este deporte, estarán acostumbrados a deleitarse con tal espectáculo de ingeniería automotriz que suelen ofrecernos en la pista, su alargada y achatada carrocería, su vasto y pronunciado alerón, el grosor de sus llantas, su baja altura y su representativa parte delantera, los convierte en llamativas características que son mucho más que simplemente ornamentación; las cuales nos hace preguntarnos, ¿Qué papel juegan todos estos elementos en general para el vehículo?

                                  Figura 1. Prototipo de la F1 para el Mundial 2022. Tomado de [1].

La respuesta a esta pregunta radica en la aerodinámica, un factor crucial en el diseño y rendimiento de los coches de carreras, que no solo define la velocidad máxima que un vehículo puede alcanzar, sino también su estabilidad, maniobrabilidad y eficiencia en las curvas. Cada elemento del diseño está cuidadosamente pensado para optimizar el flujo de aire, destacando cómo este factor se convierte en un diferenciador clave en el desempeño de estos vehículos de alta competencia.

La respuesta a esta pregunta radica en la aerodinámica, un factor crucial en el diseño y rendimiento de los coches de carreras, que no solo define la velocidad máxima que un vehículo puede alcanzar, sino también su estabilidad, maniobrabilidad y eficiencia en las curvas. Cada elemento del diseño está cuidadosamente pensado para optimizar el flujo de aire, destacando cómo este factor se convierte en un diferenciador clave en el desempeño de estos vehículos de alta competencia.

Componentes aerodinámicos de un Fórmula 1

En particular, la aerodinámica se ha convertido en uno de los principales diferenciadores de rendimiento en la Fórmula 1, donde una mejora del 1% al 2% en el desempeño aerodinámico puede marcar la diferencia entre el primer y el décimo lugar. Dentro de este marco, vemos una serie de elementos y características netamente aerodinámicas que marcan la diferencia:

Alerón delantero 1

El alerón delantero es uno de los elementos clave en el desempeño de un monoplaza, ya que no solo produce una cantidad significativa de carga aerodinámica, sino que también define cómo el aire fluye hacia el resto del vehículo. Este componente genera dicha carga al dividir el flujo de aire que pasa sobre la carrocería.

A altas velocidades, el aire se separa en dos corrientes alrededor de la parte frontal del automóvil, las cuales se unen nuevamente detrás del alerón trasero. Esto mejora la eficiencia de dicho alerón, permitiéndole generar una mayor carga aerodinámica.

                Figura 2. Estructuras vorticiales generadas por el ala delantera de un F1. Tomado de [2].

El flujo de aire genera un diferencial de presión entre la parte superior e inferior del ala, lo que produce una sustentación negativa en el vehículo. La carga aerodinámica creada por los alerones delanteros mejora la estabilidad en las curvas, ya que incrementa la presión en la parte delantera del automóvil, ayudando a mantenerlo adherido al suelo.

Tanto el alerón delantero como el trasero están sujetos a estrictas regulaciones por parte de la FIA (Fédération Internationale de l'Automobile, organismo rector del automovilismo a nivel mundial). Lo que implica que sus diseños varían significativamente cada año según las actualizaciones en las normativas.

El alerón delantero está compuesto por varios elementos:

• Plano principal: Es la pieza más grande del alerón, sobre la cual se ensamblan las demás. Tiene una sección transversal con forma de ala invertida. Su parte central, conocida como la sección de control, tiene una geometría definida por la FIA que los equipos no pueden modificar. El diseño del resto del plano depende de cada escudería, siempre respetando las dimensiones estipuladas.

                                      Figura 3. Alerón delantero Fórmula 1 2022. Tomado de [3].

• Flaps: Son perfiles aerodinámicos dispuestos a diferentes alturas cuya función principal es desviar el aire para evitar que impacte directamente en los neumáticos, además de generar una elevada carga aerodinámica.

                                                     Figura 4. Flap Gurney. Tomado de [4].

• Endplate: Esta pieza vertical se encuentra en los extremos del alerón y actúa de manera similar a los WingTips, (pequeñas extensiones aerodinámicas ubicadas en los extremos de los alerones delanteros o traseros), de un avión, reduciendo los vórtices responsables del drag inducido. También presenta una curvatura diseñada para dirigir el flujo de aire lejos de los neumáticos.

                                             Figura 5. Endplates en auto de F1. Tomado de [5].

                 Figura 6. Desviación de la corriente de aire por parte de los Endplates. Tomado de [6].

                               Figura 7. Alerón delantero, formación de WINGTIPS. Tomado de [7].

• Footplate: Es una extensión del plano principal ubicada al final del alerón. Su función es generar un vórtice que optimiza el flujo de aire alrededor de los neumáticos.

                                             Figura 8. Footplates en auto de F1. Tomado de [8].

El alerón delantero juega un papel crucial, ya que no solo genera carga aerodinámica en el eje frontal (downforce), sino que también controla el flujo de aire hacia las partes posteriores del vehículo, mitigando los efectos negativos de las turbulencias generadas por las ruedas delanteras. Este complejo fenómeno de interacción de vórtices ilustra cómo cada componente del vehículo está diseñado para maximizar el rendimiento en la pista.

Bargeboards

Los bargeboards eran elementos aerodinámicos esenciales en los monoplazas de Fórmula 1, ubicados entre las ruedas delanteras y los pontones laterales. Su diseño consistía en una serie de planos verticales curvados cuya función principal era redirigir y suavizar el flujo de aire turbulento generado por el alerón delantero y las ruedas delanteras. Esto permitía canalizar el aire de manera eficiente hacia la parte trasera del coche, mejorando la carga aerodinámica y la estabilidad en curva.

Introducidos en 1993 por McLaren, estos componentes evolucionaron con el tiempo, volviéndose cada vez más complejos y optimizados para mejorar el rendimiento del monoplaza. Sin embargo, con la llegada de las nuevas regulaciones en 2022, los bargeboards fueron eliminados para simplificar la aerodinámica y reducir la turbulencia que dificultaba los adelantamientos, promoviendo así carreras más competitivas.

                                 Figura 9. Bargeboards resaltados en color amarillo. Tomado de [9].

                                             Figura 10. Bargeboards en auto F1. Tomado de [10].

Sidepods

Los sidepods no solo cumplen la función de refrigerar el motor, sino que también juegan un papel clave en la aerodinámica del monoplaza. Su diseño permite redirigir el flujo de aire hacia los componentes aerodinámicos traseros, encargados de generar gran parte de la carga aerodinámica del vehículo. Además, evitan que el aire impacte directamente en los neumáticos traseros, lo que reduciría la eficiencia aerodinámica. Gracias al Efecto Coanda, el aire se adhiere a la superficie del pontón, optimizando el flujo y mejorando el rendimiento del monoplaza.

                                             Figura 11. Sidepods en auto de F1. Tomado de [11].

Suelo y difusor

El suelo y el difusor trabajan juntos para generar carga aerodinámica en un monoplaza de Fórmula 1. Mediante el efecto suelo, se crea una zona de baja presión debajo del coche y una de alta presión arriba, aumentando el agarre.

El difusor es clave en este proceso, ya que su diseño ensanchado y curvado, basado en el principio de Bernoulli, acelera la extracción de aire bajo el vehículo. Esto mejora la eficiencia aerodinámica y genera downforce, manteniendo el coche pegado al suelo para mayor estabilidad en curvas.

                                 Figura 12. Suelo de un monoplaza (vista inferior). Tomado de [12].
                                   Figura 13. Suelo de un monoplaza (vista lateral). Tomado de [13].

                                                          Figura 14. Difusor. Tomado de [14].

Alerón trasero

El alerón trasero en la Fórmula 1 es esencial para generar carga aerodinámica, mejorando la estabilidad y el rendimiento del monoplaza. Su diseño complejo debe considerar la interacción con otros elementos, como el difusor, para optimizar el flujo de aire y minimizar la resistencia al avance. Componentes como los endplates ayudan a reducir el drag inducido, mientras que sistemas como el DRS permiten ajustar la resistencia aerodinámica para facilitar adelantamientos. La evolución constante de estas tecnologías refleja la búsqueda de un equilibrio entre eficiencia aerodinámica y competitividad en la pista.

                                          Figura 15. Alerón trasero en auto de F1. Tomado de [15].

La aerodinámica adaptativa en la Fórmula 1 es mucho más que un conjunto de elementos estéticos; es la columna vertebral del rendimiento de los monoplazas. Componentes como el alerón delantero, los sidepods, el suelo, el difusor y los extintos bargeboards trabajan en conjunto para optimizar el flujo de aire, generar carga aerodinámica y minimizar la resistencia al avance. Cada uno de estos elementos está diseñado con precisión para manipular las propiedades termodinámicas del aire, creando diferencias de presión que mejoran la estabilidad, el agarre y la eficiencia en la pista. Esta interacción compleja no solo permite a los coches alcanzar velocidades extremas, sino que también garantiza un manejo superior en curvas y una mayor competitividad en carrera. En definitiva, la aerodinámica adaptativa es un testimonio del ingenio humano, donde la física y la ingeniería convergen para llevar el rendimiento automotriz a nuevos horizontes, consolidando a la Fórmula 1 como el pináculo de la innovación tecnológica en el automovilismo.

Referencias