La importancia de la aerodinámica en Fórmula 1

En los primeros tiempos de la competición automovilística, el gran protagonista era el motor y la potencia que éste podía desarrollar. Eran ante todo carreras en las que primaba hacer un coche con mínima resistencia aerodinámica para conseguir altas velocidades. Sin embargo, pilotar en las curvas era bastante delicado en estas condiciones y allí las velocidades eran mucho menores. Fue la aparición de los alerones la responsable de que se aumentara la velocidad de paso por curva, y esta ganancia compensaba con creces la pérdida de velocidad en las rectas como consecuencia del aumento de la resistencia aerodinámica que causaban dichos alerones.

Para entender un poco el fenómeno físico y la importancia de montar alerones en los monoplazas, plantearemos un modelo sencillo y simplificado basado en las fórmulas que espero que la gente recuerde de su paso por el instituto.

En el paso por curva, los coches se enfrentan a una fuerza centrífuga que trata de expulsarlos hacia el exterior, de valor

Siendo m la masa del coche, v su velocidad y R el radio de curvatura de la curva.

Para evitar que el coche se salga de la trazada y compensar dicha fuerza centrífuga, aparecerá una fuerza de rozamiento como consecuencia del contacto de las ruedas con el suelo. Recordando nuestros tiempos en el instituto, podemos estimar ese rozamiento como

Con μ coeficiente de rozamiento, que dependerá del compuesto del neumático, y N la fuerza normal que ejerce el suelo sobre el coche, que por tener equilibrio de fuerzas en sentido vertical, es decir el coche ni se hunde ni despega de la pista, será la misma que el coche ejerza sobre el suelo.

Es importante destacar el símbolo “menor o igual a”, ya que ese rozamiento valdrá lo necesario para compensar la fuerza centrífuga, aunque dentro de un límite, que si es superado, no podrá agarrar al coche y éste acabará fuera de la pista.

Una de las formas de aumentar la velocidad por curva, es aumentar el radio de curvatura de la trazada, es decir, trazar la curva más abierta, que al estar dividiendo en la fórmula, compensará el aumento de la velocidad, evitando que la fuerza centrífuga supere los límites del agarre. Los pilotos frenan buscando el exterior de la curva, para cerrarse después hacia el vértice y acabar saliendo largos de ella en la aceleración. Esto puede verse en cualquier categoría de competición, ya sean motos o coches.

Pero además, para conseguir velocidades de paso por curva aún mayores, también es posible aumentar la fuerza de rozamiento. Es evidente que podemos conseguirlo mejorando el agarre de los neumáticos, pero también aumentando la fuerza normal N.

Como ya hemos dicho, esta fuerza normal será igual a la que el coche haga sobre el suelo, siendo en un principio el peso del monoplaza. Si aumentamos su masa para tener mayores rozamientos, también nos encontraremos con mayores fuerzas centrífugas e inerciales, por lo que no es una solución correcta. Necesitamos generar otra fuerza que se sume al peso para tener más agarre, y aquí es donde entra en juego la aerodinámica.

Colocando alerones en el coche conseguimos generar una nueva fuerza, conocida como carga aerodinámica, que sumado al peso hace aumentar la fuerza normal y el agarre del coche, lo que permite soportar mayores fuerzas centrífugas y por tanto mayores velocidades de paso por curva. Más adelante explicaremos como los alerones dan lugar a esa fuerza.

Habría que señalar que aunque los alerones sean los elementos aerodinámicos más visibles, el difusor es también un elemento importante, responsable del efecto suelo del monoplaza, que también contribuye al aumento de la carga aerodinámica.