Bendita informatica.Efecto suelo

[maripi]

Desde hace unos años se ha hecho habitual que en el mundillo de los seguidores de F1 se hable de simulaciones, de CFD, evoluciones y un sinfín de términos técnicos para definir muchas características de los coches y como se lleva a cabo su diseño y evolución.

Echando la vista atrás, se ve como de un tiempo a esta parte, las evoluciones, al menos las más visibles, son cada vez más complejas y elaboradas. Eso, unido a noticias sobre grandes centros de computación como el de Renault empuja a pensar… y ¿cómo se hace todo esto?

En un F1 se busca rigidez con la mejor relación posible con el peso, analizar el comportamiento aerodinámico del vehículo o incluso simular las carreras en función de un gran número de parámetros. Obviamente, para todo ello es imprescindible la ayuda de un ordenador, pero ¿cómo? En muchos casos, la gran mayoría, mediante análisis de elementos finitos.

Los elementos finitos, o método de los elementos finitos, permite obtener una solución numérica “aproximada” a un problema físico complejo sobre una geometría compleja. Para ello, se tienen las ecuaciones diferenciales que describen el problema físico con gran detalle, se ordenan de la manera adecuada y, con los métodos de resolución adecuados, tema espeso donde los halla, se obtienen unos resultados a dicho problema.
Con este método se obtienen soluciones que no podrían obtenerse por ningún otro, dada la imposibilidad de resolución por otras vías. Además, tiene una alta modularidad, adaptabilidad y generalidad lo que le hacen apto para un gran número de problemas físicos (Resistencia de materiales, magnetismo, mecánica de fluidos, dinámica, transmisión de calor compleja…)

Con este método, y sobretodo en una época de pruebas restringidas, es posible comprobar un sinfín de ideas y opciones, ver su viabilidad y una vez que se han descartado un gran número de ellas y se está seguro de la idoneidad del proyecto, se fabrica el prototipo real con el que probar y correlacionar los resultados.

Muchas veces, sobretodo en aerodinámica donde más visible es el cambio y que es normalmente la comidilla de moda en la F1, se habla de pruebas de partes nuevas y se observan artilugios, “peines”, y alguna otra solución más para comprobar que los resultados que se obtienen en simulación y en la realidad de la pista están dentro del margen de error admisible.

¿Pero entonces no es un método exacto? Se preguntarán muchos. La respuesta es que sí y no. Las simulaciones son una representación simplificada de una realidad y dependiendo del grado de fidelidad que se quiera o se pueda tener así serán de exactos los resultados. Existen ya paquetes informáticos con una gran potencia y con una gran capacidad de simulación. Por suerte para los ingeniero, en la fórmula uno se llega a cotas muy altas de fidelidad, pero… vayamos por partes y describamos el proceso paso a paso sin adentrarnos en exceso, con ayuda de un ejemplo, en este caso el de un elemento de protección de un engranaje. Así, además de entender mejor el método, se podrá ver la metodología de la tan manida evolución.

El primer paso es ver que se necesita, que solicitaciones va a tener la parte a diseñar y hacer unos cálculos preliminares para no ir a ciegas. Estos cálculos, bien pueden hacerse con las ecuaciones simplificadas, en el caso del ejemplo las de resistencia de materiales, o con tablas y ábacos prefijados. Con ello se conseguirán unas medidas iniciales.

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[Mazadeembrague]

Si, un buen articulo, la simulación por ordenador es de todas todas algo que hoy en día se aplica en muchas disciplinas, coches, motos, veleros, envases, zapatos, en fin, es hoy algo tan usual, que no se podría entender el diseño de casi nada, sin ella, fármacos, aviones, etc.

[maripi]

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Túnel de Viento vs CFD

En el mundo de la competición, las simulaciones aerodinámicas son muy importantes dado que no hay tiempo material para realizar ensayos de prueba y error. Una vez que un coche llega al circuito debe haber una serie de parámetros medianamente ajustados y las probaturas deben ser mínimas. Por otra parte, a la hora de diseñar y fabricar, bien sea un coche completo, una determinada pieza o dispositivo aerodinámico, el poder evitar la fabricación completa de la pieza para probarla nos ahorrará mucho tiempo y dinero. Por todo esto en el mundo de la competición de usan básicamente dos grandes técnicas de simulación aerodinámica: el túnel de viento y los programas CFD.




El túnel de viento, resumiendo mucho, no es otra cosa que un gran ventilador encerrado en un circuito de atmosfera controlada que nos permite controlar diversos parámetros del aire como pueden ser su temperatura y humedad así como mantener un régimen laminar en el aire que incide sobre la pieza a ensayar.




Si vemos un esquema algo más completo de un túnel de viento, nos podremos hacer una idea más aproximada de la infraestructura necesaria.

EL CFD, siglas en ingles de Computer Fluid Dynamics, no es otra cosa más que la simulación por ordenador de un túnel de viento (en lo que a ingeniería de competición automovilística se refiere claro está, ya que con estos programas se pueden simular multitud de cosas).


Imagen obtenida con un programa de CFD

Últimamente, se ha podido asistir a una especie de discusión entre cual de las dos técnicas debe ser la empleada para el diseño de un coche de carreras, todo esto surgió a raíz de las declaraciones de Nick Wirth, Jefe de Diseño de Virgin Racing, que afirmaba que su coche se había diseñado sin uso del túnel de viento.

Estoy seguro que se nos medirá según como de rápido vaya el coche en Jerez la semana que viene, pero espero que, vaya como vaya, ello no desmerezca el gran logro que es construir un equipo desde cero, con el valor y convencimiento que ello requiere.

En muchos sentidos esto es una exploración pero dada la confianza que tenemos en nosotros mismos, no puedo evitar sentirme tremendamente entusiasmado, con lo que podremos llegar a hacer dentro de unos años.

De momento tengo ganas de ver al VR-01 en pista durante las próximas semanas, mientras nos preparamos para el primer gran premio de Virgin Racing.
Por otra parte el Diseñador Jefe de Red Bull, Adrian Newey, afirma que sin túnel de viento es imposible diseñar un coche competitivo de competición.

El CFD es una simulación electrónica de un entorno real, pero tiene limitaciones: todas las pruebas en el CFD son discretas, mientras que en el túnel del viento una prueba normal dará veinte o más puntos de datos. En otras palabras: equivale a veinte pruebas en el CFD.

Es un camino alternativo. Mi opinión es que todavía se necesita combinar ambas opciones. Pero quizá sus coches funcionen muy bien y yo tenga que revisar mi opinión.
Pues bien, mi opinión personal, y recalco lo de personal porque cualquiera de los dos anteriores me darían mil vueltas (y creo que me quedo corto) a la hora de diseñar un coche de carreras, es que la forma idónea es una combinación de ambos métodos, que por otra parte es lo que hace la mayoría de equipos de competición


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