Fórmula 1 - Difusores / Conceptos básicos de aerodinámica.

Comencemos con la función y el funcionamiento principales de un difusor; «La función clave del difusor en un coche de carreras moderno es acelerar el flujo de aire bajo el coche, creando una zona de baja presión, aumentando así la carga aerodinámica».

Lo que esto realmente significa en términos del mundo real es que la pieza se encarga de extraer el aire de debajo del automóvil. Con esto literalmente succiona el coche hacia la pista, creando niveles de agarre mucho más altos de los que de otro modo estarían disponibles simplemente a través de los neumáticos, los alerones y la configuración de la suspensión. Esto se conoce como agarre aerodinámico.

El difusor trasero de la Toyota TF109.

La teoría: Para entender por qué funciona esto, primero hay que tener una comprensión de los principios básicos de la fuerza de sustentación y descenso. La siguiente ilustración muestra un perfil de ala generador de carga aerodinámica simple.

El aire que pasa por debajo del ala tiene que viajar más lejos que el aire que pasa por la superficie superior. Esto hace que el aire debajo del ala se acelere, lo que resulta en una caída en la presión del aire, esto crea una diferencia de presión entre las superficies superior e inferior. Esta diferencia significa esencialmente que el ala es empujada hacia abajo por la mayor presión superior, generando lo que se conoce como carga aerodinámica.

Una aplicación extrema de esta teoría se puede ver en el Chaparral 2J de arriba. Un par de ventiladores en la parte trasera del automóvil succionaron el aire de debajo del piso, tirando de él hacia la carretera, como un aerodeslizador invertido.

Teniendo esto en cuenta, la función del difusor en un coche de carreras es acelerar el flujo de aire por debajo del coche, reduciendo su presión, creando una mayor diferencia de presión entre las superficies superior e inferior del coche. Esto significa más carga aerodinámica y agarre aerodinámico, lo que permite que tome las curvas más rápido. La gran diferencia con los alerones es que estos para crear carga y agarre penalizan en resistencia aerodinámica mientras que en el caso del difusor la resistencia es nula o mínima. 

Alerones carga pero con resistencia aerodinámica...

Resistencia aerodinámica que dan los alerones pero no los difusores...

Ahora que entendemos los conceptos básicos de la generación de carga aerodinámica, podemos ver el funcionamiento más detallado de un difusor y por qué tienen su forma distintiva.

El difusor aumenta de volumen a lo largo de su longitud, creando un vacío que debe ser llenado por el aire que pasa por debajo del cuerpo. Este efecto venturi significa que el flujo se acelera a través de la garganta del difusor, creando la baja presión deseada, y luego regresa gradualmente a la misma velocidad a la que se unió a la estela . El ángulo o inclinación del difusor también es importante, el difusor debe tener un cambio gradual de ángulo para evitar la separación del flujo de su techo y lados. (McBeath, 1998, Carga aerodinámica de los coches de competición)

La adición de las "vallas" verticales a un difusor ayuda a optimizar la eficiencia de los difusores al garantizar que el aire solo se extraiga de la parte inferior de la carrocería y no se derrame desde las superficies superiores del cuerpo.

La figura muestra el coeficiente de presión de un diseño de difusor genérico, con el azul reflejando las áreas de menor presión y el rojo la presión más alta. Esto ilustra claramente la reducción de la presión en la zona de la garganta a medida que aumenta la velocidad y la consiguiente reducción de la presión en el suelo inferior a medida que el difusor succiona el coche hasta el suelo. (Imagen amablemente proporcionada por Symscape, cuyo software, SymLab y sus complementos se combinan para formar un sistema de software CAE fácil de usar que puede ayudarlo a evaluar el rendimiento de su modelo 3D). La velocidad del aire disminuye a medida que se mueve a lo largo del difusor, lo que a su vez crea el aumento de presión.

Caudal del difusor : La figura ilustra la velocidad del flujo de aire debajo del cuerpo, con el rojo mostrando la velocidad alta y el azul mostrando la baja.

El objetivo de la normativa de 2009 fue limitar el volumen de los difusores, restringiendo su altura y anchura. Los dispositivos anteriores a esa fecha eran mucho más largos y altos que a partir del 2009, el problema es que las turbulencias que creaban tenían un efecto perjudicial en los niveles de carga aerodinámica de los coches que les seguían.

Sin embargo, a través de una astuta interpretación de las reglas, en su momento Brawn, Williams y Toyota han sido capaces de añadir lo que es esencialmente un segundo nivel a sus difusores, aumentando considerablemente el potencial de generación de carga aerodinámica de los bajos. Se hacía un orificio en el fondo plano y se creaba una segunda corriente de aire...

Entonces, ¿por qué los 'difusores de dos pisos' son más eficientes? Sencillo: Tienen un mayor volumen que los diseños de una sola capa y, por lo tanto, extraen más aire de la parte inferior de la carrocería, lo que aumenta los niveles de carga aerodinámica. Claro que esto creaba unas turbulencias muy altas para los que venían detrás por eso luego también se prohibieron...

Fuente: https://www.racecar-engineering.com/

Héctor Daniel Oudkerk