Alerones - Ala delantera y trasera de los F1


¿Cuántas veces hemos oído eso de que un Fórmula 1 es un avión al revés? Pues es totalmente cierto, al menos en lo que respecta al chasis es claramente un avión dado la vuelta. Voy a intentar explicar de manera ligera los conceptos que hacen verdadera esta afirmación con respecto a los alerones de los monoplazas.



Recorrido del flujo de aire, a lo largo del ala de un avión.

En imagen tenemos un ala de un avión. El hecho de que un avión despegue se basa en el diseño de las alas. Estas tienen una mayor superficie en la parte superior y por tanto menor que la inferior. Esa mayor superficie superior provoca que el aire que circula por la parte superior aumente su velocidad con respecto al aire de la parte inferior, esto provoca una reducción del la presión en la parte superior y que por tanto exista una mayor presión en la parte inferior que termina empujando hacia arriba la aeronave. Es lo que se conoce como la fuerza de Bernoulli.

Pues en Fórmula uno se invierte los procesos, buscando una mayor presión en la parte superior de los alerones para empujar hacia abajo a los monoplazas. Por tanto la parte inferior de los alerones será la que tenga una mayor superficie para así reducir la presión.


Este es el concepto, en la siguiente imagen del alerón trasero de un F1 podemos observar perfectamente como los alerones son unas “alas” como las de la imagen anterior pero invertidas.

Esquema del alerón trasero de un F1. Como se puede observar, esta formado por dos planos superpuestos, que son dos alas invertidas, con el fin de lograr el efecto contrario a la sustentación, es decir el donwforce.

Sin duda, los alerones son un factor importantísimo de cara al agarre. Generan alrededor del 66% de la fuerza hacia el suelo del coche. Lo normal es que lleven secciones de perfil aerodinámico multi-elemento (similar a los que se despliegan en los aviones en fase de aterrizaje o despegue, en la foto) optimizados para velocidades pequeñas, ya que recordemos que las velocidades punta de los Fórmula 1 son más bien lentas frente a cualquier vuelo de crucero.

En cada extremo lleva superficies transversales para reducir la resistencia inducida. ¿Y qué es esta resistencia? Se suele denominar también resistencia de borde de ala, de punta de ala, de ala finita… varios nombres que describen lo mismo: una resistencia inevitable, pero sí reducible (con estas superficies o winglets) existente por el hecho de que vivimos en un mundo en tres dimensiones en el que al aire le es más fácil irse por el lateral del alerón que por donde debe ir, generando un torbellino que da resistencia.

Aleron delantero

Alerón delantero de F1

El alerón de un Fórmula 1 está construido en fibra de carbono y es la primera parte del coche en contactar con el flujo de aire. El flujo alrededor de este es mayor que en cualquier otra parte del coche puesto que es la parte en la que el aire incide con menos perturbación. El alerón está diseñado para producir downforce y guiar el aire que se mueve aguas abajo.

Flaps y winglets (pequeños alerones y apéndices aerodinámicos) se usan para guiar el aire pasadas las ruedas hacia las entradas del radiador y la panza del coche. El aire turbulento que se mueve hacia la parte trasera del coche impactará sobre la eficiencia del alerón trasero. La eficiencia del alerón se basa en tres parámetros básicos: el alargamiento, el ángulo de ataque y la resistencia:

El Alargamiento: La cantidad de downforce producida por un ala o alerón se determina por sus medidas. Cuanto mayor sea el alerón mayor downforce produce. Llamamos alargamiento a la relación entre longitud/anchura. Cuanto mayor sea el alargamiento, menor es la resistencia creada por los vórtices en las puntas de los alerones. El alargamiento es la longitud (la dimensión alargada perpendicular al flujo de aire) dividida por su cuerda (la dimensión paralela al flujo).

El Ángulo de Ataque: La eficiencia de un alerón depende también de la relación downforce/resistencia. La cantidad de downforce generada también depende del ángulo o inclinación del alerón. Cuanto mayor es el ángulo de ataque mayor es el downforce producido.

La Resistencia: Al incrementar el downforce en un alerón también crece la nunca deseada resistencia. La downforce generada por el alerón trabajo en sentido vertical, hacia el suelo, mientras que la resistencia actúa en la dirección opuesta al flujo de aire.

Esquema alerón delantero de F1. En rojo el recorrido del flujo del aire, a través del alerón.


En la puesta a punto del alerón delantero, los ingenieros deben considerar lo que sucederá al flujo de aire cuando este viaje aguas abajo recorriendo todo el coche. En un esfuerzo de limpiar el flujo perturbado, se suelen hacer pequeños ajustes en forma de apéndices aerodinámicos o de acomplejización de las superficies en la parte delantera del coche. Las turning vanes (deflectores) se usan para desviar la estela (la estela es un pequeño volumen turbulento de baja presión causado por el paso de un objeto a través del aire que produce resistencia de presión) de flujo turbulento lejos de las ruedas delanteras y el alerón delantero.

Este efecto, aleja al aire perturbado de las entradas de los radiadores y de la panza del coche. En los circuitos más lentos también se pueden montar pequeños secciones de verticales en alerón, ineficientes en circuitos rápidos por su producción de resistencia aerodinámica.

Los alerones para las configuraciones de circuitos rápidos son muy pequeños y funcionan más bien como elementos estabilizadores que como generadores de downforce. Dicha configuración es capaz de producir una fuerza de 6.650 N.

Alerón delantero Red Bull temporada 2009

Las ruedas delanteras y traseras son la mayor fuente de resistencia de un Fórmula 1. Esto provoca hasta un 60% de ineficiencia aerodinámica (el aporte en la resistencia total suele ser de un 40%). El conjunto del alerón delantero tiene unas placas perpendiculares en sus bordes laterales para reducir la turbulencia que hay alrededor de las ruedas y ayudar al flujo de aire a moverse hacia los radiadores y alrededor de los sidepods. Cualquier cambio realizado en la parte delantera del coche afectará al flujo de aire que se mueve hacia la parte trasera. El equipo de ingenieros tiene que considerar que cualquier cambio en el alerón delantero tendrá un impacto sobre la eficiencia aerodinámica general de todo el coche.


Alerón Ferrari de la temporada 2005

La parte circular que se muestra en la imagen nos indica la prescencia de un courgue, mas adelante explicaremos que es esto y cual es su funcionamiento; en resumen, el alerón delantero carga con el 33% de la fuerza hacia abajo total del coche (la mitad del grupo alerón).

Para entender su funcionamiento, que es lo más importante, lo mejor es pensar en una tabla horizontal que es la que nos dará apoyo vertical, y un conjunto de lengüetas laterales (y alguna sobre el propio aleron) destinadas a alejar en lo posible el flujo del aire de las ruedas (que son un completo freno).

A parte de generar el 33% del downforce total del monoplaza, y enviar la corriente de aire a las ruedas de forma que no generen mucha resistencia (gracias al conjunto de lengüetas laterales nombradas antes), tiene la función añadida de alimentar en parte a los bajos, y canalizar el flujo de aire de la forma deseada hacia la popa del monoplaza. Otra función interesante que realiza el alerón delantero gracias a su forma, es la de deflectar aire hacia los frenos para mejorar su refrigeración.

Alerón Mclaren de la temporada 2009

La idea y el problema principal en diseño es buscar una solución de compromiso entre la generación de fuerza vertical y el desvío de aire a otras partes del coche.

Como curiosidad comparar el tipo de alerón delantero que se usaba hasta la temporada 2008 y el tipo de alerón que se utiliza desde la temporada 2009.

Tipo de alerón utilizado hasta la temporada 2008

Tipo de alerón utilizado desde la temporada 2009

Aleron trasero


Alerón trasero

La configuración del alerón trasero se determina (de forma incluso más crítica que en el caso del delantero) según el tipo de circuito en el que se corra.

Existen según el actual reglamento técnico de la Fórmula 1 tres tipos de configuraciones:
Baja downforce
Estándar downforce
Alta downforce

De nuevo el compromiso está en conseguir una óptima relación downforce/resistencia. El alerón trasero de tres alas en cascada (puede asimilarse a una pequeña cascada de álabes) se usa en los circuitos lentos y es capaz de producir una fuerza de hasta 13.000 N que también maximiza la resistencia. El alerón estándar de utilizado en circuitos mixtos está formado por dos alas que producen menos downforce y resistencia. El alerón usado en circuitos rápidos es el más pequeño de todos, consta solamente de un ala casi plana y produce la mínima resistencia.

Al moverse el flujo de aire hacia la parte posterior del coche, este es cada vez más turbulento. La estela del alerón delantero, los espejos, el casco del piloto, las ruedas delanteras, los sidepods y otros elementos influencian el flujo de aire y provocan que este sea totalmente turbulento al llegar a la parte trasera del coche. Consecuentemente, el alerón trasero no es tan eficiente como el delantero y aún así este debe generar más del doble de downforce para equilibrar el monoplaza. Por tanto el alerón trasero está diseñado para producir un alto downforce. Por consecuencia el alerón trasero, junto a las ruedas es el elemento responsable de la mayor parte de la resistencia, de nuevo la clave reside en la relación downforce/resistencia, la downforce es necesaria para entrar y salir rápidamente de las curvas, y la baja resistencia para alcanzar altas velocidades en las rectas. La eficiencia del alerón trasero depende de los mismos parámetros que el alerón delantero (Alargamiento, ángulo de ataque y resistencia).

Alerón trasero Ferrari temporada 2009

Por tanto, podemos decir que el alerón trasero tiene dos misiones fundamentales:
Generar el máximo de empuje vertical (downforce) con el mínimo arrastre y vibración. (drag).
Crear una zona de baja presión debajo de él, o lo que es lo mismo, encima del difusor.

Esto, es algo fácil de decir, pero extremadamente difícil de conseguir. Sobre todo si se tiene en cuenta lo anteriormente dicho y explicado sobre la multitud de zonas anteriores a esta, que hacen que el comportamiento exacto de este alerón dependa de la propia constitución de estas y de la calidad del aire incidente de estas.

Alerón trasero Mclaren temporada 2009

La normativa que se le aplica a este alerón, es de lo más estricto, ya que tiene una flexión limitada, unas alturas limitadas, unos materiales limitados…

Como curiosidad comparar el tipo de alerón trasero que se usaba hasta la temporada 2008 y el tipo de alerón que se utiliza desde la temporada 2009.

Tipo de alerón trasero usado hasta la temporada 2008


Tipo de alerón trasero usada desde la temporada 2009