Aerodinámica F138

El otro día me encontraba observando fotos del Ferrari F138 y me llamó mucho la atención el trabajo realizado en la parte trasera, aunque parezca igual a la del Ferrari F2012, la realidad es que en el F138 el paso del aire es más limpio, y esto permite incrementar los efectos de lo que se quiere crear con el flujo de aire.

Aparte de los ya hipermencionados escapes "Coanda", si que se observa muy claro el intento de creación de un vórtice que envuelva los gases de los escapes en su interior.

Antes os debería explicar lo que es un vórtice y para que se utiliza en la aerodinamica de competición. Basicamente un vortice es un tornado, ¿porqué se quieren crear tornados?, si cortamos una "rodaja" de un tornado observaríamos lo siguiente:

Foto 1. Sección de un tornado

En esta sección de un tornado (muy simplificada) se puede diferenciar tres zonas:

1. La interior, donde el fluido tiene un giro centrípeto, el fluido se comprime aumentando la presión. También aumenta la velocidad porque apenas tiene rozamiento entre las partículas del fluido (aire)
2. Sección de borde, zona de transición entre el interior y el exterior, es la que mas interesa desde el punto de vista  de la aerodinámica aplicada, en este caso a automoviles.
3. Sección exterior, centrífuga, es la que causa los mayores destrozos, a pesar de que el viento, tienen menos fuerza aquí que en el interior, su fuerza en realidad, se disipa.

¿Dónde se utilizan los vórtices en la aerodinámica de un coche de competición?, se utilizan fundamentalmente en el "fondo plano" del coche, como sabreis, el fondo plano es una pieza fundamental para la famosa "down force" de un coche de competición. Interesa que todo el flujo de aire que hacemos pasar por debajo del coche llegue al difusor trasero y no se disipe por los laterales y para ellos creamos vórtices en los bordes laterales del fondo plano.

¿Cómo funciona?

Foto 2. Utilización de un vórtice en el fondo plano

Al crear dos vórtices, uno a cada lado del fondo plano, impedimos que el flujo de aire principal que va hacia el difusor, se pueda disipar por los laterales. Los vórtices actúan aquí como una barrera, reenviando al aire hacia el interior.

Hay otra forma de utilizar los vórtices, que a mi modo de ver, se puede ver en la foto del Ferrari, y es para dirigir el flujo hacia el difusor y también, aunque en menor medida, "envolver" a los gases de escape metiéndolos dentro del vórtice. ¿qué conseguimos con esto? se trata de convertir a los gases de escape en  balas, como las de un rifle, es decir que a su salida lleven una trayectoria mas o menos recta hacia algun sitio que nos interese (deflector aerodinámico).
Para que las balas lleven una trayectoria recta, es necesario que vayan girando en el aire como si fueran giróscopos, esto se consigue rayando las ánimas de los cañones dándoles forma de espiral.

¿Cómo conseguimos el vórtice para envolver los gases de escape?, con la ayuda del efecto Coanda y dándo a la parte trasera una forma como la de la Figura 3:

Foto 3. Vortice creado entorno a la salida de escapes del F138

Como vemos, el flujo de aire primero se canaliza gracias al deflector vertical (junto a los pontones), para eliminar lo máximo posible las turbulencias, luego por efecto coanda se intenta que siga las líneas de flujo marcadas, el aire se acelera a partir de la linea amarilla y se retuerce debido a la forma de la carrocería creando un giro (marcado por las flechas rojas).

¿Hacia dónde quiere Ferrari dirigir el flujo de gases de escape?, la siguiente foto aclara un poco hacia donde van los gases:

Figura 4. Creación de vórtice y dirección de gases.

Vista la posición del deflector (marcado en amarillo) parece ser que los de Ferrari los dirigen hacia esa zona, el deflector esta colocado para que los gases de escape no recalienten la rueda en exceso. En la parte superior del deflector hay unas estrias que supongo que serán para calentar esa banda del neumático.

Como se ve en la foto, he dibujado las lineas de flujo que (aerodinamicamente) siguen el diseño de la carrocería, parece que se crea un par de torsión (que crea el vórtice), de la siguiente forma: Por un lado están las de la parte superior (en amarillo), se aceleran a partir de la linea discontinua amarilla, a la vez se giran hacia la izquierda y con dirección hacia abajo (si miramos el coche desde la parte delantera) y por otro lado las que vienen por el lateral (lineas azules), se aceleran a partir de la línea discontinua azul saliendo por la parte de la derecha de los escapes y con dirección hacia arriba. La unión de los dos flujos crea un vórtice levógiro entorno al escape que envuelve a los gases de escape (en rojo).

Para ver como crean el esperado downforce, necesitaremos una foto, bien de la parte trasera o bien una foto cenital.

Primero observamos el efecto Coanda en el F138 y como quiere Ferrari orientar los gases para crear downforce y/o calentar los neumáticos.

Fig, 5. Efecto Coanda en el F138 (Fotografia F.A.TRICAMPEON)

Pues este es el entorno del escape del F138, como puede observarse el "chorro del gases de escape" está dirigido hacia la pared izquierda del "canal de escape" (amarillo) porque interesa que se produzca aquí el efecto Coanda, además se observa una pequeña depresión en forma de sector circular para favorecer aun mas el efecto en esa zona.

Por el otro lado (zona en verde) también se produce el efecto Coanda, los gases en cuanto salen del canal de escape chocan con el flujo (en verde) que viene de la parte lateral desde los pontones haciendo que la resultante de fuerzas (flujo de escape y flujo lateral) se desplace bien hacia el neumático o bién hacia el deflector. Esto es lo que hace interesante a esta parte derecha puesto que aumentando o disminuyendo la velocidad de los gases de escape, se puede aprovechar estos para el calentemiento del neumático, ¿como? Si, por ejemplo aumentamos la velocidad de los gases de escape y no aumentamos la velocidad del coche, la resultante se desplazará hacia la derecha calentando el neumático, el flujo de escape "puede" sobre el flujo lateral. También en la pieza que llamo deflector que he marcado en naranja hay unas estrías justo donde coloqué la flecha que permitirían la salida de gases para calentar la banda lateral izquierda del neumático.

Ahora queda por ver que pasa con el flujo principal que viene desde los pontones y como es recibido por los diferentes elementos aerodinamicos que se encuentran en el entorno de las ruedas traseras...