Si el gran Enzo Ferrari levantara la cabeza, tendría pesadillas para digerir en lo que se ha convertido la máxima categoría del automovilismo. Cuando espetó sin rubor su famosa frase “la aerodinámica es para los que no saben construir motores” poco se podía imaginar que los responsables de dirigir la más alta competición, meterían los propulsores en la nevera para pelearse por difusores, downforce (léase sustentación negativa, o más en cristiano carga aerodinámica), dinámica de fluidos y demás tecnicismos, más propios de una tecnología moderna que de la pura potencia en el corazón de los monoplazas de antaño.
En los tiempos de crisis y recortes presupuestarios en que vivimos, los equipos de Fórmula 1 luchan incesantemente por optimizar los recursos de que disponen para diseñar el mejor monoplaza aerodinámicamente posible. Tradicionales, todopoderosos, atrevidos, incautos, vanguardistas; de todo hay en las entrañas del Gran Circo. Por ello, me dispongo a realizar un acercamiento a las diferentes aproximaciones aerodinámicas para los monoplazas de 2010, con la esperanza de no resultar demasiado tedioso al abordar determinados conceptos tan técnicos como complejos.
Es la herramienta más utilizada y más fiable para la construcción y ensayo de la práctica totalidad de los elementos aerodinámicos de los monoplazas (además de otros elementos dinámicos importantes como por ejemplo las suspensiones). Hasta esta temporada, no había escudería alguna que se aventurara a diseñar parte alguna de los coches, sin haber sido convenientemente testada y aprobada en el túnel de viento.
Las ventajas del sistema, son principalmente la capacidad de recrear el comportamiento de las nuevas superficies antes de montarlas en los monoplazas, y la fiabilidad de los resultados obtenidos en el túnel comparado con el comportamiento real de las evoluciones en pista.
Sin embargo el método, aún siendo el mejor disponible dista mucho de ser perfecto. En primer lugar es un procedimiento de ensayo-error. Es decir, se construyen muchas piezas que resultan inoperantes, con el consiguiente impacto económico y temporal negativo. Por otro lado, un pequeño error de calibración, puede producir una falta de concordancia de los datos obtenidos en el propio túnel, con el comportamiento real en circuito –este fue precisamente el culpable del pobre rendimiento del R27 de Renault en la temporada 2007-. Finalmente, existe un inconveniente legislativo. El reglamento actual de la fórmula 1 limita el uso del túnel de viento. No se pueden utilizar maquetas superiores al 60% de la escala real (con la consiguiente dificultad para trasladar con exactitud los datos obtenido en el túnel a la pista), ni acelerar el flujo a velocidades superiores a 50m/s (180Km/h) –a excepción de un máximo de seis sesiones de 4 horas a escala real a lo largo de la temporada (previa renuncia a las equivalentes pruebas aerodinámicas en recta o trazados de radio constante)-.
La Dinámica Computacional de Fluidos, forma parte del presente, pero sin duda alguna es el futuro de la Fórmula 1. Es una herramienta de prediseño que resuelve matemáticamente la mecánica que gobierna el comportamiento del flujo de aire, mediante el uso de superordenadores, que permiten simular diversos supuestos sin incurrir en costosos ensayos experimentales. Actualmente las escuderías Renault (Xtreme - X Supercomputer, con 38 billones de operaciones por segundo) y Sauber (Albert3 con 50,7 billones) poseen los computadores más avanzados.
El CFD permite seguir diferentes líneas de trabajo, comparar y desechar las menos óptimas, antes de comenzar el diseño de los nuevos elementos, la construcción de los mismos, y las pruebas en túnel de viento y circuito. Asimismo, permite la sustitución virtual de determinados componentes del monoplaza, sin construirlos y sin volver al principio del diseño de todo el conjunto. De esta forma es posible probar un grandísimo número de diversas configuraciones y estudiar el efecto de cada una de ellas. Además, buscar una solución numérica a los supuestos, aporta a las escuderías comprensión de fenómenos difícilmente observables y medibles, y por tanto permite conocer detalles del flujo muy complicados de obtener por otros métodos, incluso experimentales. Evaluando el comportamiento del flujo de aire en cada punto de las superficies es capaz de identificar las causas de un mal funcionamiento para corregirlo en el proceso de desarrollo del elemento en cuestión. Por ejemplo, en 2007 el monoplaza de BMW Sauber sufría un problema de inestabilidad con viento lateral. Gracias a la técnica CFD pudieron identificar que una de las ruedas delanteras, en determinadas condiciones de viento cruzado, metía en sombra (aerodinámica) al alerón trasero, produciendo la consiguiente pérdida de eficiencia del mismo. Este problema sólo podría haber sido descubierto y resuelto numéricamente con la dinámica computacional de fluidos.
Sin embargo, las limitaciones tecnológicas actuales hacen que aunque necesaria, aún no sea una herramienta definitiva, pues posee varios inconvenientes.
En primer lugar los resultados no son reales. Están basados en las variables conocidas, y es incapaz de predecir en detalle el comportamiento del flujo de aire turbulento. Por otra parte, para resolver las complejas ecuaciones de fluidos debe reducirlas a ecuaciones lineales, más sencillas, menos exactas pero con un tiempo de cálculo aceptable.
Por otro lado, los elementos aerodinámicos principales del monoplaza (morro, difusores, alerones, etc.) , se estudian independientemente. De esta forma se consigue optimizar cada superficie, aunque se incurre en el riesgo de una inadecuada interacción entre los distintos componentes.
En cualquier caso, aunque hoy por hoy el túnel de viento aporta mejores resultados, la conjunción de ambos recursos, y de algunos otros que veremos más adelante, proporciona la mejor de las combinaciones. A pesar de ello, no parece que todos estén de acuerdo. Esta temporada hay dos escuderías que van a poner todas sus esperanzas en manos de la tecnología CFD como único recurso para el diseño de sus bólidos. La coyuntura económica mundial, unida a la supresión del límite presupuestario, tan polémico como efímero, ha forzado a la mitad de las escuderías debutantes, Virgin y USF1, a jugárselo todo a la carta del mundo virtual. El Director técnico de Virgin Racing, Nick Wirth, justificaba su postura ensalzando las virtudes principales del CFD. “Es más rápido y más barato. Puedes probar más elementos que en el túnel de viento o pruebas a escala real con el mismo dinero”. Además declaraba que la tecnología no es nueva para ellos: “Ya lo hemos hecho antes. Hemos construido coches ganadores (refiriéndose a los Acura en American Le Mans Series, y a participaciones en diseños para la Fórmula 3 e IndyCar). Estaremos usando la misma tecnología.” De todas formas, añadía: “Sólo tras los test de febrero el coche pasaría, de ser estrictamente necesario, por el túnel de viento”… ¡Y tanto que será necesario!
Por su parte, el Director deportivo de USF1, Peter Windsor –un poco menos vehemente en lo relativo al CFD- se refería a los comentarios de Nick Wirth: “Lo mismo de aplica a nuestro coche, aunque lo vemos más como un lógico proceso para un equipo nuevo, que como algo por lo que estar particularmente entusiasmado”. Y agregaba: “Nuestra ‘maqueta’ es el monoplaza real”.
LOS SIMULADORES
Si bien, el simulador no es una herramienta de diseño aerodinámico, no cabe duda que con la prohibición de test durante la temporada, éstos han adquirido una gran importancia para el estudio de las nuevas evoluciones en pista. Con la programación adecuada, se puede simular con bastante precisión el comportamiento de los diferentes reglajes del monoplaza (con los nuevos elementos incorporados) aplicados a las características propias de cada circuito. En este sentido, las escuderías McLaren y Ferrari –que estrena simulador esta temporada-, parten con una considerable ventaja en lo que a capacidad de evolución durante la temporada se refiere.
EL FACTOR HUMANO
EL FACTOR HUMANO
Finalmente no conviene obviar el aporte de los ingenieros, que al fin y al cabo son los padres de cualquier diseño. Sin ir más lejos, el mejor aerodinamicista del mundial, el Director Técnico de Red Bull Adrian Newey, se resiste a desterrar su mesa de dibujo. Y teniendo en cuenta que el RB5 fue el monoplaza “legal” más eficiente del pasado mundial, no parece que a pesar de tanta tecnología, este año vaya a haber destierro, exilio, ni ostracismo de los métodos tradicionales… ¡Al menos en el estudio del Señor Newey!
Es muy interesante tu información y suscita interés para debatir sobre ella.
ResponderEliminarYo me pregunto por qué el interés de limitar la capacidad de deasrrolllar e innovar en la F1. Es aburdo frenar los avances tecnológicos que al final repercurirán en la vida real de la automoción.
Supongo que se pretende que los equipos con menos recursos económicos no queden descolgados de los primeros puestos en las carreras. Pero en la vida real hay y habrá "ricos y pobres". Además no todo es dinero. Existe la capacidad de gestión económica,de recursos humanos y técnicos. Y no siempre gana el equipo más "rico".
Jaime. Gran Blog!
ResponderEliminarEsta bien que aunque sea con la excusa del F1 se pongan en valor los modelos numéricos como los aplicados en dinámica de fluidos: diferencias finitas, etc.
La ecuación fundamental de CFD se llama NAVIER-STOKES y no tiene solución analítica, es decir no hay una formula directa, si no que hay que aproximarla utilizando métodos de cálculo numérico.
El problema en F1 son las tres dimensiones X,Y,Z, el tiempo T, y sobre todo la velocidad del vehículo: 300km/h que hace que el delta de x, es decir las unidades mínimas de espacio considerado en el modelo sean expectacularmente pequeñas. Para que nos entendamos se necesita un super ordenador o, más comúnmente, muchísimos ordenadores procesando en paralelo!
Como nos decía mi amigo Leo González (Profesor de dinámica de fluidos de Ingeniería Aeronáutica el otro día tomando un arroz en el SAMM. El arroz merece otro blog!) -> "es muy difícil llegar a soluciones realistas en CFD si los objetos se mueven a velocidades altas como lo hacen en F1"
Estos modelos también los usamos en mercados financieros para valorar derivados como opciones financieras y curiosamente los usan también los ingenieros eléctricos para dimensionar cables (reticulados).
La diferencia es que en banca nos basamos en la ecuación diferencial de Black-Scholes y en electricidad parten de Laplace. En termodinámica, los ingenieros del frío/calor parten de la ecuación del calor (idéntica a la de opciones sobre acciones).
De hecho, uno de mis ex-compañeros banqueros de Deutsche Bank era ingeniero mecánico en Ford Cosworth competición. Small world.
Eso, sí, en mi opinión no conviene abusar de los modelos, como ya hemos visto en la crisis bancaria, porque son simplemente eso: modelos; en ese sentido estoy de acuerdo con el director de escudería que dice que la mejor maqueta es su propio F1!
Un abrazo y felicidades por el blog!
Toño Rivela
Hola Juan Luis,
ResponderEliminarMuchas gracias por tus comentarios. Efectivamente, tanto límite en lo que se presupone la más alta categoría del automovilismo no parece que tenga mucha lógica. También tienes razón en que no siempre ganan los más ricos. La historia reciente de la competición está llena de buenos ejemplos (Toyota, con el mayor presupuesto, no logró ni siquiera una victoria en un GP en sus 8 años de andadura; Renault, consiguió ser campeón en 2005 y 2006 con uno de los presupuestos más “humildes” y una gran capacidad de gestión , etc.)
Sin embargo, no debes olvidar que esto es un negocio. No para nosotros los aficionados, pero sí para los equipos y sobre todo para los grandes jefes (con Ecclestone a la cabeza). Si dejaran que los equipos invirtieran ilimitadamente, se podrían encontrar, no sólo como dices con una gran diferencia entre los coches, sino con muchos menos monoplazas en la parrilla. Y esta posibilidad, teniendo en cuenta que el reglamento exige un mínimo de 16 coches para que se pueda disputar un GP, les debe dar mucho miedo (o más bien les debe aterrorizar la idea de perder "la gallina de los huevos de oro").
En cualquier caso, los tiempos han cambiado mucho. Lo que a principios de los 50 era ilusión, prestigio y empresas familiares, ahora se ha convertido en grandes multinacionales más preocupados por la rentabilidad y el retorno de sus inversiones que por los factores puramente deportivos. Así que a ver si en un futuro próximo se dejan de tantos cambios reglamentarios y restricciones, y encuentran un buen punto intermedio que sería, sin duda, lo mejor para todos.
Un saludo.
Hola Toño,
ResponderEliminarMuchas gracias por tus comentarios y tus consejos a nivel técnico.
Como bien dices, los modelos no son más que modelos, y hoy por hoy, alcanzar con el CFD datos reales en un tiempo de cálculo aceptable, no es más que una quimera. Llegará el día en que sea posible, pero mientras tanto, si tenemos que ir apretándonos un arrocito de vez en cuando para comentar las evoluciones de la tecnología, bienvenido sea. Porque, en eso si que te equivocas, el arroz no se merece un Blog, somos los del Blog los que nos merecemos ¡un buen arroz!
Un abrazo.
Creo firmemente en la necesidad de utilizar "el buen saber" para avanzar. Y las herramientas que se están utilizando en la F1, que muy bien mencionas, Tunel, CDF, Simulador son indispensables para evolucionar y mejorar los coches.
ResponderEliminarPero no debemos soñar. Los resultados son teóricos que siempre deben contrastarse con la realidad que es quien sentencia la bondad de la evolución.
Con el tiempo "se aprenderá" y se irán aproximando teoría y realidad.
Todo ocurre porque sobre esas herramientas está el Factor humano(recursos humanos y financieros), que es capaz de aplicarlas y evulucionarlas.
Jaime, sei un CRACK. Ya te seguía en tu andadura Italiana donde tuve el placer de conocerte, no sé si te acordarás, soy Trepapin. La verdad es que a los que nos gustan las carreras tu Blog se hace imprescindible para entender este mundillo. No dejes de escribir, te necesitamos.
ResponderEliminarUn abrazo.
Hola Trepapin,
ResponderEliminarMuchas gracias y bienvenido. Certo! ¡Cómo no me voy a acordar de ti! De mi compañero de Backgammon con el que pude disfrutar del debut de un asturianu en la Fórmula 1 a los mandos de un Minardi, mientras te comentaba que iba a ser uno de los grandes al son que tocaban unas buenas patatas bien provistas de Perrins y regadas con algún que otro Martini "cabreao"...
¡Qué tiempos!
En fin, un fuerte abrazo, y nos vemos en este rincón de ilusión...
Jaime