¿Cómo funciona el conducto S en los autos de Fórmula 1? (F1 S-duct). Es una sutileza aerodinámica adoptada por casi todos los equipos de Fórmula uno y que tiene por objeto disminuir el espesor de la capa límite.

Traducción artículo de Gemma Hatton en Racer.

El F1 S-duct es un truco aerodinámico innovador que ha estado en los autos F1 desde hace un tiempo. Pero, la ingeniería detrás de él puede no ser fácil de interpretar, por lo que hablamos con los aerodinámicos para descubrir cómo funciona realmente el F1 S-duct.

Ejemplos de F1 S-duct 2019

Cada vez que el aire fluye sobre una superficie, pierde energía, lo que hace que el flujo se ralentice y se vuelva turbulento o "sucio". Una de las principales áreas donde esto ocurre es alrededor del alerón delantero. A medida que el aire fluye a través del espacio entre la parte inferior de la nariz, la superficie superior del ala delantera y las caras internas de los pilares del ala delantera (resaltados en azul debajo) se crea un tubo de aire turbulento. Para empeorar las cosas, el aire que impacta en las esquinas superiores de la nariz se acelera y rueda por debajo; agregando a este turbulento tubo de aire que luego continúa aguas abajo.

A medida que este aire viaja aguas abajo, alimenta el borde de ataque del piso inferior. Si este flujo que se aproxima es turbulento, el rendimiento aerodinámico se reduce considerablemente. Por lo tanto, cuanto más limpios puedan los equipos obtener este flujo de aire, más rendimiento pueden extraer de los otros dispositivos aerodinámicos que se encuentran distalmente.

"El flujo de aire debajo de la nariz está" sucio ", lo que significa que es un flujo de velocidad más lenta que ha sido alterado por la presencia de la nariz y el alerón delantero", explica Arron Melvin, aerodinámico principal del Haas F1 Team. 

Cuando el aire fluye sobre un objeto, las moléculas más cercanas a la superficie se ralentizan, lo que hace que las moléculas justo encima de ellas también se ralenticen. A medida que se aleja de la superficie, las moléculas aumentan gradualmente su velocidad hasta llegar a la velocidad del flujo principal. Esta delgada capa de fluido donde la velocidad aumenta de cero en la superficie a la velocidad de la corriente libre se llama capa límite y su grosor depende de la viscosidad del fluido y de las características de la superficie sobre la que viaja.

LA SOLUCIÓN

Para minimizar el impacto de este tubo de expansión de aire turbulento, se desarrolló el conducto S F1. 'Hemos introducido un conducto S F1 por primera vez este año [2019] y esencialmente ingerimos este flujo sucio por debajo de la nariz a través de dos pares de conductos NACA y luego liberamos este flujo en la parte superior del chasis, en lugar de dejarlo viajar debajo del auto ', resalta Melvin. 

F1 S-duct...El conducto S de F1 ingiere el flujo de aire sucio a través de los conductos de entrada NACA (flechas azules) y envía este flujo a la cabina a través de una salida (flechas verdes)

Las simulaciones de CFD creadas por SimScale ilustran muy bien el flujo a través de un conducto en S. La mayoría del flujo que se aproxima llega al frente de la nariz y viaja hacia la cabina.

Simulación de SimScale CFD que muestra una vista lateral de cómo viaja el aire a través de un conducto en S

ENTRADA F1 S-DUCT...Las entradas para el conducto S de F1 suelen ser conductos NACA. Este es un tipo de entrada que permite que el aire sea aspirado con alta eficiencia y un arrastre mínimo. Para lograr esto, los conductos NACA generalmente se colocan paralelos al flujo de aire local y en lugares donde la capa límite es relativamente delgada.

A medida que el aire fluye hacia el extremo angosto del conducto, fluye por la suave pendiente hacia la entrada. Pero el aire que se aproxima desde el exterior de la entrada tiene que fluir sobre los bordes, lo que provoca un vórtice. Esto da como resultado la formación de dos vórtices longitudinales contrarrotativos que luego inducen que fluya más aire dentro y a través del conducto.

Una vez que el aire ha ingresado a los conductos de NACA en el costado de la nariz, se canaliza a través de la salida del conducto F1 S que se encuentra en el puente de la nariz.  Esta salida simplemente permite que el flujo de aire turbulento que rodea la nariz se extraiga y se dirija hacia la cabina donde causará el menor daño al rendimiento aerodinámico general del automóvil.

"Es una tecnología muy clara pero en última instancia relativamente sutil, y para un equipo pequeño como Haas, teníamos que estar seguros del beneficio para justificar los costos adicionales", dice Melvin. "La nariz es mucho más complicada de diseñar y un poco más pesada: es una compensación aerodinámica versus estructural".

Estos canales deben incorporarse en la nariz de tal manera que conserve sus requisitos estructurales para pasar las pruebas de seguridad contra choques de la FIA. Esta es la razón más probable por la que todavía no todos los equipos han adoptado esta tecnología.