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Versión completa: AERODINAMICA: GENERADORES DE VORTICES
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¿Qué es un endplate?

[Imagen: que-es-endplate-f1-202065766-1584434811_1.jpg]

La Fórmula 1 está repleta de términos anglosajones que pueden llegar a ser confusos para el aficionado medio.
En este artículo analizamos su función y los beneficios que brinda a un monoplaza de Fórmula 1.

[b]El término «endplate» puede traducirse literalmente como «placa final» y ello nos da una indicación precisa de a qué nos referimos cuando hacemos mención a ello en relación a un monoplaza.[/b]


El «endplate» es la placa o perfil vertical [b]situado en los extremos del alerón delantero y trasero y tiene una aplicación muy importante para el buen funcionamiento de ambos elementos. Pero antes de entrar de lleno en la función de este elemento, repasemos algunos fundamentos básicos que nos ayudarán a entenderla mejor.
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El flujo aerodinámico, o aire, circula alrededor del alerón, pero lo hace a distintas velocidades. Por la parte de arriba lo hace más lentamente que por la parte de abajo, por lo que [b]se crea un diferencial de presión que genera carga aerodinámica o «downforce». Debido al diseño e inclinación de las alas, en un avión el efecto es el contrario y se llama «lift» o sustentación.
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 Mientras que en un coche genera agarre aplastando el mismo contra el suelo, en un aeroplano crea el efecto contrario y lo hace volar.


Como contrapartida a este efecto aparece el «drag» o resistencia al avance, que no es más que la fuerza resultante del rozamiento del aire contra los objetos en movimiento, [b]una fuerza que se opone al mismo y reduce su velocidad. Pero, dependiendo de la forma de dicho objeto, el «drag» puede incrementarse por acción de vórtices, así como desordenar el flujo y reducir la generación de «downforce».

En un alerón sin «endplates», el aire -que se mueve a velocidades distintas en cada superficie- a mayor presión tiende a moverse hacia las zonas de menor presión. Es decir, el aire de la parte superior del alerón (rojo) intentará escapar hacia la parte inferior (verde), creando remolinos o vórtices.
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[Imagen: que-es-endplate-f1-202065766-1584434822_3.jpg]
Aquí es donde entran los «endplates», que tienen la función de evitar que se produzca ese éxodo de la capa superior hacia la inferior, permitiendo al alerón mantener [b]un estado más ordenado y aprovechar en mayor medida el aire para generar «downforce» sin por ello aumentar más de la cuenta el «drag». En resumen, el «endplate» permite que el alerón sea más eficiente.

Cabe señalar que en los alerones traseros este principio puede llegar a ser contraproducente si se potencia en exceso, para lo cual los diseñadores incluyen ranuras en el «endplate» que permiten un escape controlado de aire y un aumento de la zona efectiva del alerón, regulando así el tamaño de los vórtices del borde fuga para que estos no sean demasiado grandes y perjudiquen el funcionamiento de todo el conjunto.[/b]


[Imagen: que-es-endplate-f1-202065766-1584434820_2.jpg]



Con la reglamentación actual, el «endplate» tiene además otra función muy importante. Tras simplificarse de manera drástica la configuración de los alerones delanteros, el llamado «efecto outwash» se hizo mucho más difícil de crear, por lo que el diseño de los «endplates», en combinación con los flaps secundarios, busca crear en parte dicho efecto.

Así, pueden [b]dirigir el flujo de aire hacia el exterior del neumático (amarillo) para así reducir en la medida de lo posible las turbulencias y el «drag» generado por el mismo, algo que perjudica no sólo el rendimiento aerodinámico del alerón, sino del resto del monoplaza.

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[b]Downforce y drag: qué son y cómo se combinan
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[b]Los monoplazas siempre han sido la punta de lanza del automovilismo de circuitos debido a su inigualable capacidad de agarrarse al asfalto en las curvas. Y, aunque los neumáticos lisos, las firmes suspensiones, el escaso peso y el bajo centro de gravedad tienen mucho que ver en ello, sin duda el factor diferencial es la influencia de la aerodinámica, que multiplica el peso virtual del coche para conseguir que obtenga una velocidad de paso por curva vertiginosa. Ese efecto es el que conocemos como carga aerodinámica o «Downforce».[/b]

Carga aerodinámica o Downforce

Al contrario que un avión, que utiliza las alas para volar, el monoplaza se sirve de sus elementos para pegarse más al asfalto. Para ello, los alerones, suelo, difusor y carrocería deben generar carga aerodinámica. El «downforce» es una fuerza vertical descendente que tiene la capacidad de cargar peso sobre el monoplaza, pero de un modo virtual y sin los inconvenientes derivados de ello: la necesidad de un notable incremento de potencia y el empeoramiento del manejo del monoplaza.

A cambio, permite a los neumáticos mayor agarre minimizando el deslizamiento, contribuyendo por un lado a aumentar drásticamente la [b]velocidad de paso por curva sin que por ello la superficie del neumático se degrade dramáticamente por derrapar sobre el asfalto.

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[Imagen: 2Yr9_8c2Ohc_lo.jpg]

No obstante, merece la pena apuntar que sí [b]genera cargas laterales sobre la estructura del neumático que el fabricante debe tener en cuenta para que la misma sea capaz de soportar tan notable incremento de fuerzas g (cada unidad de fuerza g representa el peso de la masa referida: el monoplaza, el piloto o lo que corresponda).[/b]
En los albores de la experimentación con los alerones, allá por la década de los 60, el objetivo era aumentar el agarre lo máximo posible, pero pronto los ingenieros se dieron cuenta de que hacerlo provocaba un efecto secundario: la pérdida de velocidad punta en las rectas como consecuencia de la resistencia o «drag» generados por los aditamentos aerodinámicos.


Resistencia o drag

En términos generales (pero sin perder de vista que determinados elementos como el difusor inclinan claramente la balanza a favor del agarre), a mayor carga, mayor resistencia al avance. Y cuanto más agarre, menor velocidad punta.
Lo que llamamos «drag» es la resistencia al avance creada por todos los elementos del vehículo, con los alerones o los neumáticos como principales generadores de la misma al constituir una enorme barrera contra el aire que circula alrededor del coche. Esta fuerza [b]se opone al avance del vehículo a través del rozamiento de este con el aire o con el asfalto, haciendo necesario que el motor deba compensar dicha fuerza en contra.[/b]


[Imagen: ECkjDe2XUAEbY9u?format=png&name=small]

Por ello, en circuitos rápidos como Monza los equipos utilizan [b]alerones más planos y pequeños, pues priorizan la velocidad punta en las rectas sobre el agarre en las curvas. Sin embargo, en circuitos lentos como Mónaco, la prioridad es radicalmente distinta y pueden verse los alerones más voluminosos, pues además con el incremento de la velocidad se multiplica la generación de carga aerodinámica, pero también la resistencia al avance.

En los circuitos más convencionales, generalmente llamados de media carga, los ingenieros deben encontrar un compromiso entre downforce y resistencia que les permita contar con un coche equilibrado y competitivo en las rectas, pero también en las curvas. Es lo que se llama eficiencia aerodinámica.[/b]


[Imagen: downforce-drag-que-es-201963589-1577443807_1.jpg]
Rake en F1

[Imagen: rake-1024x375.png]

Hoy en día,[b][b] el Rake está tan extendido en la Fórmula 1[/b] que pocos se plantearían no implementarlo. Y es que ofrecen un rendimiento aerodinámico fundamental, llevando la eficiencia aerodinámica a otro nivel.[/b]
Si bien es cierto que fue [b]Adrian Newey el que inventó el rake para Red Bull[/b], ya hoy en día todos han sabido adaptarlo a sus monoplazas para aprovechar sus beneficios



¿Qué es el rake de los coches de Fórmula 1?
El concepto consiste en dar un ángulo al fondo plano del coche respecto al asfalto. Es decir, que haya una cierta [b][b]inclinación [/b]cuando el coche está estático, con la parte trasera más alta que la delantera:[Imagen: rake-e1513780644105.png]
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Con esto, se consiguen una serie de mejoras importantísimas, que afectan a la dinámica general del coche.
Disminución de la resistencia aerodinámica

Como probablemente sepas, la aerodinámica de cualquier vehículo de carreras intenta [b]aumentar lo máximo posible el downforce[/b], tratando de que esto no conlleve una ganancia de drag excesiva.
Es decir, el coche deberá tener la [b][b]máxima carga aerodinámica[/b] posible para poder trazar las curvas muy rápido. Pero para no comprometer la velocidad en recta, la[b] resistencia aerodinámica no debe ser demasiado alta[/b]:
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[Imagen: Perfil-fuerzas-e1513780517326.png]

El drag o resistencia al avance es una fuerza que va en contra del movimiento del coche, por eso es tan perjudicial en rectas. Pero, ¿y en frenadas?
Cuando se frena, lo que interesa es que el coche reduzca la velocidad lo más rápido posible. Y el drag, como «empuja» el coche en sentido contrario al movimiento, es una[b] gran ayuda para frenar[/b].



Ahí entra en juego el Rake: [b]consigue disminuir el drag en recta pero lo aumenta en frenada[/b].

Para saber cómo consigue esta fantástica ventaja, hay que tener bien claro de qué depende esa resistencia aerodinámica. Y hay tres factores: [b]el coeficiente de drag, el área frontal y la densidad del aire[/b].



Mientras que el coeficiente de drag y el área frontal dependen directamente del diseño del F1, la densidad del aire es más independiente.

Aunque cambiando el flujo de aire de laminar a turbulento, por ejemplo, se reduce la densidad, pero es un tema más complejo y no conviene profundizar demasiado ahora.



Por otro lado, el [b]coeficiente de drag depende exclusivamente de la forma[/b] del objeto, pieza o coche, pero no de su tamaño. El tamaño influirá solo en el área frontal.
Ésta sería el área frontal del Ferrari SF70h:



[Imagen: Front-1.png]

La «magia» del rake consiste en hacer que el área frontal del monoplaza [b][b]sea menor cuando se está acelerando[/b] y mayor cuando se está frenando. O lo que es lo mismo, disminuir el drag en recta y aumentarlo en frenada.

Todo esto se consigue gracias a la transferencia de carga longitudinal. Ésta se producirá hacia atrás al acelerar y hacia adelante al frenar. Y esa inclinación/declinación es lo que se conoce como cabeceo
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[Imagen: CabeceoAcel.png]
[Imagen: CabeceoFren.png]

Ahí puedes ver claramente que el cuerpo del monoplaza está [b][b]paralelo al suelo[/b] en aceleración (área frontal mínima) y mucho más inclinado en frenada (área frontal máxima).[/b]
[Imagen: Diferencia-de-altura.png]
[b]Mejora en el coeficiente de resistencia aerodinámica[/b]
Por otra parte, hay que tener presente que el coeficiente de drag (CD) general del coche es distinto según el setup de cada circuito. Será mayor en circuitos revirados y menor en circuitos con grandes rectas

Pero gracias al rake, pueden conseguir que ese [b]coeficiente aerodinámico[/b] [b]sea menor en rectas y mayor en las zonas de frenada de un mismo circuito[/b]
Algo que se consigue gracias a que, como se modifica la inclinación del coche, los perfiles aerodinámicos del coche pueden estar más horizontales en recta que en frenada.


[Imagen: Perfil-aerodin%C3%A1mico-1024x575.png]
[b]Mejora en el rendimiento del difusor[/b]
Desde que se estandarizó el uso del difusor en la trasera de los Fórmula 1, todos lo consideran una parte fundamental para la generación de carga aerodinámica. Y su rendimiento depende en gran medida de la c[b]antidad de aire que pase por él y de las condiciones[/b] en la que lo haga.



Gracias al rake, la parte trasera del coche está más levantada que la delantera, lo que permite que «quepa» más aire por esa zona. De esta manera, el difusor podrá generar más downforce.



A esto, además, hay que sumarle que el alerón delantero está más bajo, lo que hace que haya menos espacio entre alerón y asfalto. Al tener que circular la misma cantidad de aire por debajo del alerón, pero con menos espacio, la velocidad del aire en esa zona aumenta, lo que genera una depresión y la consecuente [b]ganancia de «efecto suelo»[/b].



Sin embargo, no todo es tan positivo y tan fácil. Si se exceden en el ángulo de rake, todo el efecto suelo y la carga generada por el downforce, se perderían.
Básicamente, estaríamos hablando de que, al estar tan levantada la parte trasera, el aire se «escaparía» por los laterales del fondo plano y del difusor, quitando toda la eficiencia aerodinámica a ambos elementos.



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[Imagen: PAVbC7X.jpeg]

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