Generadores de vórtices: el secreto del Downforce

En la aerodinámica de competición, cada centímetro del flujo de aire que interactúa con el auto tiene el potencial de influir en el rendimiento. En este contexto, los generadores de vórtices (VGs) son elementos aerodinámicos pequeños, pero con un impacto significativo en la eficiencia del flujo. Estos dispositivos, correctamente diseñados y colocados, pueden mejorar la adherencia, estabilizar el flujo y permitir configuraciones más agresivas sin pérdida de carga aerodinámica. Veamos en esta nota técnica del IAD cómo funcionan.

¿Qué es un generador de vórtices?

Un generador de vórtices es un dispositivo pequeño, usualmente triangular o en forma de aleta, que se instala sobre una superficie expuesta al flujo de aire (como el techo, capó, pontones, o incluso la parte baja del alerón). Su función principal es generar un vórtice controlado (una especie de «remolino» de aire)  que modifica el comportamiento del flujo adyacente. Estos vórtices energizan la capa límite (la delgada capa de aire que circula en contacto directo con la carrocería), permitiendo que el flujo se mantenga pegado a la superficie por más tiempo y retrase el fenómeno de separación del flujo, que genera turbulencia y pérdida de carga aerodinámica.

Fundamento físico: capa límite y separación

Para entender los VGs, es fundamental comprender dos conceptos:

1. Capa límite: Es la zona de aire muy próxima a la superficie del auto, donde la velocidad del aire disminuye por la fricción. Esta capa puede ser laminar (flujo suave) o turbulenta (más caótica pero con más energía).
2. Separación de flujo: Cuando el aire pierde energía (por cambios de dirección, presión o geometría), puede despegarse de la superficie. Esto genera zonas de recirculación y turbulencia que afectan negativamente al rendimiento aerodinámico.

Los generadores de vórtices inducen pequeñas turbulencias controladas que re-energizan la capa límite, dándole más capacidad para seguir el contorno del auto, reduciendo el drag inducido por separación y aumentando la efectividad de otros elementos aerodinámicos aguas abajo.

Tipos de generadores de vórtices

• Rectangulares inclinados (fin type): Simples y usados comúnmente en aviones y algunos autos de turismo.
• Triangulares o trapezoidales (delta wing type): Más aerodinámicos, utilizados en autos de fórmula y prototipos.
• VGs dobles (contra-rotatorios): Montados en pares que giran en direcciones opuestas para manipular más eficazmente el flujo.

Funciones principales en autos de competición

1. Mejorar el rendimiento de elementos aerodinámicos aguas abajo

Por ejemplo, si el flujo llega al alerón trasero con turbulencia o separación, su eficiencia disminuye. Un VG bien ubicado puede estabilizar ese flujo y mejorar la generación de carga del alerón sin necesidad de aumentar su ángulo de ataque (lo que generaría más drag).

2. Control del flujo en zonas críticas

• Techo hacia el alerón trasero (en autos de turismo): Mejora el flujo sobre la luneta trasera y alerón.
• Entrada de radiadores o tomas de aire: Asegura un flujo limpio y dirigido hacia las tomas.
• Zona de difusor: Puede retrasar la separación en la parte inferior del auto, manteniendo el efecto suelo más estable.

3. Minimizar zonas de separación en curvas o a altas velocidades

Esto puede traducirse en mayor estabilidad y mejor control del auto en condiciones límite. A veces, permite incluso un seteo más agresivo de suspensiones o geometría sin sacrificar la eficiencia aerodinámica.

Aplicación práctica y posicionamiento

Los VGs deben colocarse:

• A la distancia adecuada del punto de separación: Si están demasiado lejos, el efecto no llega; si están muy cerca, pueden ser ineficaces.
• Con el ángulo correcto respecto al flujo: Normalmente entre 10° y 20° de inclinación, dependiendo del diseño.
• Con separación entre ellos específica: Esto depende del tipo de vórtice deseado. Una separación muy chica puede hacer que los vórtices se anulen entre sí; muy grandes, y no cubren la superficie de interés.

Se suelen usar herramientas de simulación CFD o pruebas en túnel de viento para optimizar estos parámetros.

Ejemplos de uso en competición

• Fórmula 1: Se usan micro-VGs en zonas como los pontones o cerca de la entrada de los radiadores. También aparecen en la zona del rake y fondo plano.
• Turismo y GTs: Frecuentes en el techo, antes del alerón trasero. Algunos autos de rally también los usan para controlar el polvo o el agua levantada.
• Prototipos y LMP: Los VGs en los pontones ayudan a direccionar el flujo hacia el difusor trasero.

Autor: Nelson Vigliani