F-Duct y W-Duct



Esquema F-Duct
El F-Duct, es un mecanismo aerodinámico que fue inventado por el equipo Mclaren en la temporada 2010, que en poco tiempo fue incorporado por la mayoría de los equipos.

Antes de seguir leyendo acerca del F-Duct puedes:

VER LA DEFINICION Y ANALISIS DEL W-DUCT


F-Duct de Mclaren
Por ello ya sabemos qué demonios hacía McLaren con todo esa parafina verde durante las pruebas de pretemporada. En un principio nos parecía que se trataba de problemas. Pero no. Simplemente, se estuvo comprobando los resultados del túnel del viento, y que su ingenioso invento, el ‘F-duct’, funcionaba tal y como decían sus modelos CFD. ¿Es una trampa, o es fruto del ingenio de McLaren?

Ahora se entienden todas aquellas pruebas. Sensores por todos lados, y parafina a mansalva. Está claro que conforme pasaron los test, la importancia del tubo en la parte superior del chasis se fue haciendo evidente en el MP4-25. Sólo el experto Craig Scarborough fue capaz de dar una explicación a tal hecho, puesto que a la vista de semejante despliegue de comprobaciones aerodinámicas, se preguntó: “El viernes el coche rodó con una serie de sensores colocados en el alerón trasero. Sin embargo, hay otro sensor montado en un conducto de refrigeración. Así que me planteo la siguiente cuestión: ¿por qué quieres poner a prueba el alerón trasero y el conducto de refrigeración a la vez?

Al principio se creyó que ese tubo era sólo una entrada para enfriar la ‘cockpit’ del piloto. Varios equipos tienen entradas similares en la zona para complementar la entrada de aire. En el ‘copkit’ se encuentran una serie de cajas electrónicas e hidráulicas de apartamento muy importantes, por lo que se requiere refrigeración. Así que en un principio no levantó demasiadas sospechas por el paddock.

Sin embargo, dichas entradas de aire empezaron a sustituirse por un tubo alabeado con una complejidad innecesaria para este conducto. ¿Qué estaba pasando?

Entrada de aire F-Duct (señalada con la flecha amarilla)

Así que lo que fue un rumor se convirtió en una realidad. Es decir, que lo que tenemos es una entrada de aire en la nariz del monoplaza que está conectada a través de un conducto que pasa por el ‘copkit’, el depósito de combustible, la chimenea o ‘airbox’ y la aleta del tiburón, y cuya función final en soplar aire en el alerón trasero. Con ello conseguimos que el aire que pasa a través del alerón trasero pase de un funcionamiento en régimen laminar, a un funcionamiento en régimen turbulento.

Entrada de aire F-Duct

¿Qué demonios quiere decir esto?

Muy sencillo, la carga aerodinámica máxima se consigue con ese régimen laminar, y eso es muy útil por las curvas del circuito. A más carga, más agarre y más velocidad en el ápice de la curva, ¿pero de qué sirve eso en una recta?

El experimento es bastante sencillo, seguro que cuando eras pequeño e ibas en un coche en marcha a toda velocidad, has sacado la mano en vertical por la ventanilla alguna vez. ¿Qué pasaba? Inmediatamente, la mano se te iba para atrás debido a la fuerza que generaba el aire contra tu mano. Pero, inmediatamente, si ponías la mano en horizontal, la carga sobre tu mano disminuía y tenías que hacer menos fuerza para sustentarla.

Esa es la cuestión. Con la mano en horizontal generas menos resistencia al viento, y por tanto puedes conseguir más velocidad punta. Eso es lo que busca McLaren, disminuir la carga aerodinámica, y la resistencia al viento, para conseguir más velocidad en las rectas de los circuitos.

Lo más fácil en estos casos, sería hacer como tú hiciste de pequeño, es decir, cambiar la incidencia del alerón trasero (la mano en tu caso). Un alerón más inclinado genera más carga, y uno más plano menos. Pero eso está prohibido, claro, ya que no están permitidos los elementos movibles aerodinámicos. Por ello se han inventado este sistema, donde el elemento movible es el piloto.

El piloto es el que pone en marcha este sistema cuando está en una recta, que es cuando quieren perder carga en el alerón trasero, y ganar velocidad punta. Para ello, los pilotos pulsan con su pierna izquierda una válvula que cierra el conducto y que hace que desde que presionan la válvula el aire que entra por el ‘snorkel’ delantero pase a través del ‘F-duct’ y llegue hasta el alerón trasero. Este, entrará en pérdida, y será como si le hubieses modificado su incidencia, como si estuviese más plano, y por tanto, según se ha comprobado en el MP4-25, ganarás del orden de 5 a 7 Km/h en la recta. Se piensa que esta válvula podría estar cerca de alguno de los pedales, seguramente en la zona del freno derecho, pero no hay nada seguro, ya que eso nunca lo desveló Mclaren.

Posición de la pierna del piloto tapando la entrada de aire, para hacer funcionar el F-Duct

¿Qué pasa en la curvas?

Pues que el conducto está abierto dentro del ‘copkit’, es decir que entra aire por el ‘snorkel’ y no se cierra, por lo que se sale por la válvula que no está pulsada por los pilotos. Así su alerón funciona como todos los alerones traseros.

Posición de la pierna del piloto destapando la entrada de aire, para hacer que el F-Duct deje de funcionar

¿Pero cómo funciona con más detalle este sistema?

En un coche de F1, como hemos dicho en más de una ocasión, el alerón trasero crea alrededor de un tercio de la carga aerodinámica coches. Pero al correr a alta velocidad la resistencia que genera el alerón trasero es tremenda. Además, hay que tener en cuenta que para que estos alerones funcionen perfectamente, deben de tener una ranura en medio del alerón que ayude a mantener el flujo pegado al ala, porque sino el alerón también entra en ‘perdida’.

Recorrido ideal del flujo a través del alerón trasero, ya que permanece en todo momento pegado al plano de este. El problema es que lograr esto en un alerón con un solo plano, como el de la imagen, es imposible, ya que el flujo, a partir de una distancia concreta, tiende a separarse por leyes físicas. Por ello han de estar formados por dos planos, separados por una ranura entre ellos.

Es decir, que los alerones traseros estarán formados por 2 alas superpuestas, dejando una ranura entre ellas.

Lo que hace el conducto de McLaren es soplar aire adicional sobre la ranura de separación del alerón trasero, para romper el flujo laminar, convertirlo en turbulento, y disminuir la resistencia.

Alerón 1 plano
Un ala de un solo elemento donde vemos como el flujo se separa del ala. Esto es malo, ya que el ala entra en “pérdida”, por lo que no realiza su función.

Alerón con un solo plano. Como el flujo se separa del ala, este entra en pérdida.

Alerón 2 planos
Con un ala de dos elementos, el flujo pasa a través de la ranura para evitar la separación del fluido, manteniendo el régimen laminar. Esto da lugar a una mayor carga aerodinámica, y por ello es bueno en curvas, y malo en rectas.

Alerón con dos planos. Como el flujo no se separa del ala, este no entra en pérdida.

Alerón Mclaren 2010

Cuando el conducto sopla en la ranura del alerón trasero puede romper el flujo laminar del aire, lo que provoca turbulencias detrás del alerón, su entrada en pérdida, y permite la perdida de resistencia. Esto da lugar a una menor resistencia aerodinámica, por lo que es bueno para la rectas y malo en curvas.

Alerón Mclaren 2010. Si el conducto sopla aire, el alerón entra en pérdida. Si el conducto no sopla aire, este no entra en pérdida.

Esto sería posible de varias maneras, por ejemplo, una podría ser que la ranura esté orientada de manera diferente a la corriente de aire que sopla sobre ella, es decir al conducto. Si se encuentra cerca de la perpendicular a la corriente, podría ser un golpe suficientemente elevado como para interrumpir el flujo de aire suficiente para detener el ala. Estos planteamientos tendrían que ajustarse para no tener ningún efecto a velocidades inferiores a la velocidad máxima en la recta, por lo que el ala daría la carga aerodinámica normal por las zonas que fueran necesarias, como por ejemplo, las curvas de alta velocidad de Barcelona.

Como curiosidad, decir que se inventaron diversos métodos para tapar la entrada de aire, a parte del inventado por Mclaren, en el cual tapaban esta entrada con la rodilla.

En Sauber lo tapaban con el hombro izquierdo, ya que la entrada de aire se encontraba en el pontón izquierdo.

Entrada de aire del F-Duct del equipo Sauber

En Ferrari lo tapaban con la mano izquierda, ya que la entrada de aire se encontraba en la parte izquierda del cockpit.

Entrada de aire del F-Duct del equipo Ferrari