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Técnica F1: ¿Qué es y cómo funciona el efecto suelo?

En un deporte de motor tan técnico como es la Formula 1, en el que cada pequeño detalle influye de forma tremenda en los pasos por meta vuelta tras vuelta, la aplicación de los fenómenos más básicos de la técnica y la ingeniería a lo largo de la historia de este gran deporte ha sido motivo, en muchas ocasiones principal, de la resolución de campeonatos del mundo.

Hay muchos ejemplos de esta aplicación de fenómenos básicos, que cogían polvo en los libros y cuadernos de apuntes universitarios de los ingenieros, a la competición pura y dura. Uno de ellos es el que hoy será tratado en estas líneas: El efecto suelo.

En esta imágen vemos como el effecto venturi es aplicable a la formula 1 de modo que el aire en la parte inferior del monoplaza es reducido de sección a su paso al fondo del monoplaza lo que genera un aumento de velocidad que causa una baja presión que succuina el monoplaza|| Blog Ángeles en la cabeza.

En esta imágen vemos como el efecto Venturi es aplicable a la Formula 1 de modo que el aire en la parte inferior del monoplaza es reducido de sección a su paso al fondo del monoplaza lo que genera un aumento de velocidad que causa una baja presión que succuina el monoplaza || Blog Ángeles en la cabeza.

El principio fundamental del efecto suelo es la aplicación del conocido como efecto Venturi a los monoplazas. Este establece que cuando reducimos la sección de un conducto por el que pasa el aire, el aumento de la velocidad como consecuencia de dicha disminución del área de paso genera una baja presión tal y como sucede cuando taponamos parte de la boquilla de salida de una manguera para que el agua salga con mayor rapidez.

Cuando colocamos un perfil de un alerón a una distancia del suelo lo suficientemente grande como para que ésta no influya aerodinámicamente, el alerón crea, como consecuencia de la deflexión del aire debida a su ángulo de incidencia, una diferencia de presiones en el perfil indicado. Como consecuencia directa de esto, aparece una succión en la parte inferior y una alta presión en la parte superior que tira del alerón hacia abajo de él con bastante ímpetu. Esto es el “downforce”.

Según vamos aproximando este perfil al suelo, observamos que esta fuerza descendente comienza a aumentar debido a las interacciones que aparecen bajo él, en el flujo cercano al suelo.

Para entender éste fenómeno, típicamente se propone el conocido experimento de la cuchara.

Si acercamos la parte convexa de una cuchara al chorro de un grifo, cuando estamos lo suficientemente cerca, el contacto entre agua y cuchara produce y una ligera succión de la cuchara hacia el chorro.

Si acercamos una espatula hacia el agua por el otro lado, derrepente… ¡La succión se multiplica de forma que la cuchara y la espátula se juntan con fuerza!

Este fenómeno produce por tanto un aumento sustancial de la carga aerodinámica según un cuerpo que interacciona con el flujo, se acerca al suelo.

Dado que bajo el suelo de nuestros monoplazas la presión del aire es bastante baja (el flujo incrementa su velocidad) y en el exterior tenemos presión atmosférica, en condiciones normales, el aire tendería a escaparse por los laterales del fondo, fugándose de zonas de menor presión (fondo) a mayor presión (exterior). Este es el principal problema y el por qué en los antiguos monoplazas (que hacían uso de éste fenómeno) se optaba por colocar faldones a los lados del suelo con el fin de evitar esta fuga de flujo.

Mediante los círculos de color rojo tenemos señaladas esas faldillas que evitan la fuga de aire del fondo al exterior de forma que la presión de vacío se maximiza al minimizar las pérdidas de aire, creando un canal aislado.

Mediante los círculos de color rojo tenemos señaladas esas faldillas que evitan la fuga de aire del fondo al exterior de forma que la presión de vacío se maximiza al minimizar las pérdidas de aire, creando un canal aislado.

Éste fenómeno fue introducido en la Fórmula 1 durante los años 70 por el equipo Lotus, mediante unos pontones con forma de perfil alar y unos faldones que evitaban el escape del aire por los laterales de modo que se formaba bajo el monoplaza un canal hermético en el que la velocidad del aire era tremendamente elevada y con ello la succión que este producía sobre el monoplaza.

¿Cúal es el problema de emplear este “efecto suelo”?

Sencillamente el problema es que, en aquellas circunstancias en las que el monoplaza se encuentre con un bache en medio de una curva y roce con el suelo, instantáneamente el coche pierde toda la carga aerodinámica al verse interrumpido el flujo que crea esa succión que le permitía ir a la altísima velocidad a la que estaba trazando la curva.

Esto implica que el monoplaza continuaría recto directo hasta el muro subvirando con sus ruedas directrices deslizando por el asfalto como si de una pista de hielo se tratase.

Esto también ocurría cuando el F1 se levantaba del suelo por cualquier motivo (un piano lo suficientemente alto, un cambio de rasante muy pronunciado, un toque con otro monoplaza, etc…) y es por este tipo de problemas, que implican una inseguridad notoria para el piloto, que el uso de este fenómeno está limitado y prohibido por el reglamento técnico de la FIA.

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En esta imagen observamos como el fondo plano de un monoplaza de la máxima categoría en la actualidad carece de esas faldillas que facilitan un aumento sustancial de la velocidad en paso por curva || Sutton

Sobre el Autor

Carlos Sánchez Martínez

Estudiante de Ingeniería mecánica formado en aerodinámica y CFD aplicado a vehículos de competición y miembro del equipo de Formula Student de la UC3M, realizando el diseño y optimización mediante simulación fluidodinámica del carenado del monoplaza. Mi pasión es el motorsport y en especial la fórmula 1, a la que intentaré acercaros un poco más.
Comment 1
  • Ander Arribillaga

    Muy muy interesante entrada (y el video muy bien escogido). Parece ser que para 2017 se pretende aumentar el efecto suelo, pasando del fondo plano a uno con perfil alar (aunque menos radical que el empleado por Lotus aquellos locos (y maravillosos) años).

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