Análisis técnico: Generadores de vórtice: qué son y cómo se utilizan

En todo deporte de automoción la aerodinámica es un factor a tener en cuenta y que en muchas ocasiones marca la diferencia con pequeños detalles. A lo largo de su historia, en la fórmula 1 se han intentado aplicar diversas técnicas que mejoren dichas características, popularizándose a finales de los 70 el efecto suelo. Pero tras su prohibición a finales de los 80, los ingenieros idearon el efecto Coanda, un sistema a base de pontones aprovechando su forma para arrastrar los gases del escape hasta el difusor, reduciendo su caída en dirección a la zaga del monoplaza y recuperando así la pérdida de carga aerodinámica que dicha prohibición había provocado. No obstante, esta caída produce un aumento del grosor de la capa límite, lo que hace que el flujo de aire pierda velocidad y eficacia.

Un vórtice es un flujo turbulento en rotación espiral con trayectorias de corriente cerradas, es decir, una espiral de corrientes turbulentas. En él, según el principio de Bernoulli,  la presión del fluido, aire en este caso, es menor en la zona central elevándose a medida que nos distanciamos desde el centro.  Contienen grandes cantidades de energía en continuo movimiento circular que en un fluido ideal no se disiparía, pero los fluidos reales poseen  viscosidad y la energía que poseen se van disipando lentamente desde su núcleo.


Fuente: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu

Se crean debido al desprendimiento de la capa límite, que es la zona de un fluido cuyas partículas están más próximas a la superficie de un sólido. Idealmente, ésta ha de ser laminar, es decir, dichas partículas han de tener un movimiento ordenado, y su número de Reynolds ,unidad adimensional que relaciona viscosidad, densidad y velocidad del fluido, es bajo. Sin embargo, en la realidad se produce un flujo turbulento debido al aumento de la velocidad del fluido que provoca lo que se conoce como desprendimiento de la capa límite.


Fuente: materias.fi.uba.ar

En aviación, se crean vórtices en cada punta de ala que existe debido a las diferencias de presión que existen entre la parte inferior y superior del flap o alerón debido a la elevación positiva o negativa. Las partículas tienden a moverse de áreas o superficies de menores a las mayores presiones alrededor de la punta de ala hasta una superficie superior, de forma que la presión sea equivalente a ambos lados de la misma.

En la fórmula 1, la capa límite es la primera capa de aire que toca el monoplaza, la cual pierde velocidad por el rozamiento con el mismo y tiende a obtener la suya. Este descenso de velocidad disminuye en la capa siguiente y sucesivamente hasta que el efecto se pierde, por lo que cuanto más alejado está el aire del coche más rápido circula.

Pero cuando la superficie es curva o inclinada respecto al flujo, aumenta el espesor de la capa límite y la velocidad del flujo disminuye hasta una situación en que llega a ser menor que la del monoplaza y se crea un vacío, el cual tiende a llenarse con partículas de aire desordenadas, provocan el desprendimiento de la capa límite y produciendo el conocido como flujo turbulento, llevando a la pérdida de carga aerodinámica en esa zona y se “entra en pérdida”.

Es entonces cuando entra en juego el concepto de generadores de vórtices, los cuales en teoría serían contraproducentes ya que convierten el flujo laminar en turbulento, convirtiendo un conjunto de capas con partículas desordenadas en un caos que provoca turbulencias y resistencia aerodinámica.

Hay que tener en cuenta que una capa límite turbulenta puede conseguir que la energía cinética de la zona más alejada del monoplaza se traslade a la zona más cercana, acelerando el avance de las partículas que circulan más despacio, por lo que el generador crea pequeños vórtices controlados que consiguen minimizar los daños mediante la creación de pequeñas turbulencias que tratan de retrasar una más grande que provocaría el desprendimiento de la capa límite. Se trata por tanto de empeorar la calidad del flujo aerodinámico para conseguir con ello preservar su efecto durante más tiempo.

Actualmente, ya no se limitan a pequeños apéndices en la parte inicial del pontón, sino que se emplean diversas formas en varias zonas como alerones traseros. En la siguiente imagen se observa la infinidad de colocaciones que pueden tener estos generadores tan solo en el alerón delantero.


Fuente: Canal de youtube “peterwindsor”

En otras ocasiones, comentaremos más en profundidad el diseño de alerones y demás elementos aerodinámicos que resultan de gran interés para la labor ingenieril. ¡Hasta la próxima!

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