El túnel de viento: la herramienta estrella en la Fórmula 1

Un monoplaza basa su efectividad en el aprovechamiento del aire. Con él consigue mayor agarre en las curvas o puede utilizar mejor los neumáticos, pero también conseguir mejor refrigeración de los componentes mecánicos que lo hacen acelerar o frenar. Y como el monoplaza, por su singular fisonomía, es un elemento con un alto nivel de resistencia al avance, también debe tener la capacidad de minimizar dicho rozamiento para ser lo más rápido posible en las rectas.

Desde que en la década de los 60, la aerodinámica empezara a tomar gran protagonismo en la Fórmula 1, todos estos campos deben estudiarse minuciosamente para conseguir un mínimo de competitividad. Actualmente, se combinan dos herramientas, pero es el túnel de viento la que toma mayor importancia a la hora de definir la filosofía de diseño de un monoplaza de competición.

Qué es

Un túnel de viento es un complejo dispositivo diseñado para determinar el efecto que produce un flujo de aire controlado y en movimiento, es decir, con determinadas condiciones de temperatura, presión, etc, alrededor de un objeto.

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Cómo es

La infraestructura básica consta de una turbina que introduce aire en una estancia. En el extremo opuesto encontramos una estructura de salida al exterior o de recirculación del aire generado por dicha turbina (en este caso se produce un ahorro de energía). También hay intercambiadores de calor para mantener la temperatura del flujo generado por la turbina constante en todo momento.

Túnel de viento con sistema de recirculación. Imagen: Red Bull.

Además, hay una zona con difusor (el elemento más sensible a errores de diseño) y deflectores laterales para hacer el flujo lo más laminar y homogéneo posible a su llegada a la sección de test, aunque actualmente también se trabaja en determinados casos con flujo turbulento. Dicha sección consta de la maqueta -que puede llegar a ser de tamaño real en función de la capacidad del túnel-, el tapiz rodante y el sistema de sujeción y medida de las cargas a las que está sometida la maqueta. En este punto, cabe destacar que lo que realmente se mueve no es la maqueta, sino el tapiz sobre el que se encuentra y, sobre todo, el aire que circula alrededor del monoplaza, al contrario de lo que sucede en la pista.

Cuanto mayor sea la escala de la maqueta y la separación de las paredes del túnel respecto de la misma, mejores serán las mediciones y, por tanto, mayores serán las posibilidades de obtener un estudio aerodinámico fiable y preciso. La maqueta debe ser idéntica al modelo real para que los resultados sean válidos y eso incluye elementos concebidos por fabricantes externos como es el caso de los neumáticos.

Limitaciones

Uno de los inconvenientes que presenta el túnel de viento si el estudio no es realizado con un modelo a escala real es que, a pesar de que los resultados definidos pueden extrapolarse matemáticamente a la realidad, las turbulencias creadas por el coche hacen que sea inevitable que se produzcan discrepancias entre los datos del túnel y los del circuito. Y esto es inevitable en la Fórmula 1 actual, ya que el reglamento estipula la imposibilidad de utilizar modelos a una escala mayor al 60% del original, así como una velocidad máxima del flujo de 50 m/s, unos 150km/h. Esta limitación es especialmente importante a la hora de estudiar la aerodinámica interna que circula por el interior del monoplaza (radiadores de pontones laterales, toma de aire del motor, etc.), así como estudiar condiciones en las que las fuerzas aerodinámicas son más importantes.

Modelo analizado con parafina. Fotografía: Ferrari.

También cuenta con dos elementos críticos: el suelo rodante y las paredes laterales. El primero no puede recrear la realidad del asfalto, dificultando el análisis del flujo que circula bajo el coche. El segundo aumenta la velocidad del flujo de aire respecto a la realidad, en la que no hay paredes, por lo que es necesario introducir correcciones en los datos recopilados para compensar dicha variación.

Qué proporciona

Información precisa de las cargas a las que se ve sometido todo el monoplaza: carga aerodinámica (downforce), resistencia (drag), fuerza lateral, así como los momentos debido al cabeceo, alabeo y viraje del monoplaza, que se miden mediante balanzas precisas localizadas bajo los neumáticos y en los diferentes soportes que sujetan al modelo. Además, es posible obtener la distribución de presiones e información del flujo de aire alrededor del modelo haciendo uso de humo, líquidos fosforescentes, etc., que en conjunción con cámaras de video de alta velocidad y el adecuado software de análisis de imágenes, hace posible visualizar y analizar el complejo flujo alrededor de los diferentes elementos aerodinámicos de la maqueta.

Por tanto, el túnel de viento ofrece información real, pero bajo unas condiciones limitadas. Además, resulta costoso, ya que para realizar simulaciones en el túnel de viento es necesario construir piezas a escala. A pesar de todo, el túnel de viento sigue siendo la herramienta principal de todo diseñador de Fórmula 1 y no en vano consume una parte importantísima de los recursos económicos de los equipos.

Para minimizar algunos de sus inconvenientes, el túnel de viento se combina con la Dinámica Computacional de Fluidos, que abordaremos próximamente.