La importancia en el diseño del piso de un Monoplaza

En esta nueva nota técnica del IAD, vamos a tratar un elemento sumamente importante en el desempeño de un auto de carreras, más precisamente de un monoplaza de Fórmula 1. Hoy hablaremos del diseño del piso de un Fórmula 1, la importancia de su diseño actual y el porque estuvo prohibido por muchos años.

Vamos a profundizar técnicamente en la aerodinámica de los monoplazas de Fórmula 1, con un enfoque detallado sobre el diseño del piso y su evolución a lo largo de los años, desde los pisos actuales que generan efecto suelo hasta los pisos escalonados que se usaban en 2001, diseñados para limitar la carga aerodinámica. El piso del monoplaza es una de las áreas más críticas para el rendimiento aerodinámico del auto, y su evolución ha transformado la manera en que los equipos diseñan y optimizan los autos para maximizar el rendimiento en pista.

1. Introducción: La Importancia del Piso en la Aerodinámica

En un monoplaza de Fórmula 1, la aerodinámica es clave para generar downforce, que es la fuerza que presiona al auto contra el suelo, mejorando la tracción y la velocidad en las curvas sin comprometer la velocidad en rectas. Aunque los alerones delanteros y traseros son visibles y parecen los principales generadores de esta fuerza, el piso del auto juega un papel igual o más importante.

El diseño del piso no solo influye en la cantidad de downforce que puede generar el coche, sino también en la eficiencia aerodinámica, ya que un diseño óptimo del piso minimiza el «drag» o resistencia al avance, lo que permite que el auto mantenga altas velocidades en línea recta.

2. El Piso Actual y el Efecto Suelo

Desde el cambio reglamentario de 2022, la Fórmula 1 reintrodujo una tecnología que revolucionó los monoplazas en los años 70: el efecto suelo. Este concepto se basa en crear una diferencia de presión entre la parte superior e inferior del auto mediante el uso de túneles aerodinámicos y difusores, generando un vacío parcial debajo del coche. Esta diferencia de presión «succiona» el monoplaza hacia el suelo, aumentando la carga aerodinámica sin generar una gran cantidad de drag.

2.1. Principio de Funcionamiento del Efecto Suelo

El piso actual del monoplaza está diseñado con túneles Venturi que canalizan el flujo de aire por debajo del coche, acelerándolo a medida que pasa por zonas de estrechamiento y luego expandiéndolo nuevamente al llegar al difusor trasero. El principio de Bernoulli, que establece que cuando la velocidad de un fluido aumenta, su presión disminuye, es clave aquí: el aire acelerado bajo el auto reduce la presión debajo del coche, creando downforce.

Estos túneles están cuidadosamente diseñados para que el flujo de aire no solo genere una presión negativa debajo del auto, sino que también mantenga una buena estabilidad del flujo, minimizando las turbulencias y mejorando la consistencia aerodinámica en diferentes condiciones de pista.

2.2. Componentes Clave del Piso Actual

1. Túneles Venturi: Son conductos bajo el coche que varían en altura para controlar la aceleración del aire. Estos túneles son fundamentales para generar la mayor parte de la carga aerodinámica, y su diseño es uno de los puntos más críticos en el desarrollo aerodinámico de un auto moderno.
2. Difusor trasero: Situado en la parte posterior del piso, el difusor es el encargado de expandir el aire que pasa por debajo del coche. Al aumentar el volumen disponible para el flujo de aire, se reduce la presión y se genera más downforce. La forma en que el difusor se integra con los túneles Venturi y el flujo de aire circundante es esencial para maximizar su efectividad.
3. Sellado del piso: El sellado de los bordes del piso es otro aspecto clave. A diferencia de las décadas anteriores, donde se usaban faldones físicos para sellar el piso, los autos actuales emplean un sellado aerodinámico, controlando el flujo de aire en los costados del coche a través del diseño de los pontones y pequeños aletines. Esto evita que el aire de alta presión ingrese bajo el auto y desestabilice el flujo en los túneles Venturi.
4. Flexibilidad del Piso: Un aspecto controversial es la flexibilidad del piso, donde los equipos buscan aprovechar al máximo los límites reglamentarios para permitir que el piso flexione bajo carga, cambiando su altura respecto al suelo y optimizando el rendimiento aerodinámico en diferentes situaciones de pista.

3. Los Pisos Escalonados del 2001: Controlando el Downforce

El diseño del piso era completamente diferente en los monoplazas de Fórmula 1 de principios de los 2000. En particular, los autos del 2001 utilizaban un piso escalonado. Este diseño fue introducido como parte de las normativas de 1995 para limitar la generación de downforce por medio del fondo plano del coche.

3.1. Diseño del Piso Escalonado

El piso escalonado tenía un perfil que incluía una sección plana en el centro del coche, pero con una parte más elevada en los laterales, formando una especie de escalón. La intención de este diseño era reducir la eficacia del piso en la generación de carga aerodinámica, forzando a los equipos a depender más de los alerones delanteros y traseros para generar downforce. Este diseño estaba alineado con los esfuerzos de la FIA para limitar las velocidades en curva, con el objetivo de mejorar la seguridad.

Al tener un piso escalonado, se limitaba la aceleración del flujo de aire bajo el coche, lo que impedía que se creara una diferencia significativa de presión entre la parte superior e inferior del monoplaza, minimizando así la generación de downforce desde esta área.

3.2. Difusor Trasero en 2001

Aunque el difusor trasero seguía siendo un elemento importante en los monoplazas de 2001, su capacidad para generar downforce era mucho más limitada que en los autos actuales. Debido al piso escalonado, el flujo de aire bajo el coche era menos eficiente, y el difusor no podía generar tanto efecto de succión como los difusores actuales, que funcionan en conjunto con los túneles Venturi.

por este motivo, en 2001, la mayor parte del downforce se generaba por medio de los alerones delantero y trasero, que tenían un diseño mucho más agresivo para compensar la falta de carga aerodinámica generada por el piso. Esto no solo aumentaba el drag, sino que también hacía que los autos fueran más inestables en el aire sucio, dificultando los adelantamientos.

4. Comparativa Entre los Pisos Actuales y los de 2001

1. Generación de Downforce: El piso actual con efecto suelo genera una gran cantidad de carga aerodinámica desde la parte inferior del coche, mientras que el piso escalonado de 2001 estaba diseñado para limitar esta capacidad. Los autos de 2001 dependían más de los alerones, lo que resultaba en una mayor resistencia al avance.
2. Eficiencia Aerodinámica: Los túneles Venturi del piso actual permiten generar downforce sin añadir drag excesivo. Por el contrario, en 2001, la dependencia de los alerones generaba mayor drag, lo que hacía que los autos fueran más lentos en las rectas.
3. Estabilidad del Flujo: El sellado aerodinámico del piso en los autos actuales mejora la consistencia del flujo de aire y la estabilidad del coche en curvas rápidas. En 2001, el flujo de aire bajo el coche era menos controlado, lo que hacía que los autos fueran más susceptibles a las condiciones cambiantes de la pista y el aire sucio.
4. Competitividad en Carrera: Los autos actuales, gracias a la reintroducción del efecto suelo, generan menos turbulencia detrás de ellos, facilitando los adelantamientos. En 2001, la dependencia de los alerones generaba más turbulencias y dificultaba el seguimiento de un auto rival de cerca.

Autor: Nelson Vigliani