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Aerodinámica aplicada a la aeronáutica

Desde los primeros vuelos de los hermanos Wright a principios del siglo XX hasta nuestros días, la aeronáutica ha sido una ciencia muy estudiada y en la cual se han logrado grandes avances, gracias principalmente al vertiginoso desarrollo tecnológico y los deseos de los seres humanos de perfeccionar el arte de volar y recorrer largas distancias en poco tiempo y lograr cosas como las que vemos en casos de personas que se despiertan en Japón y con sólo tomar un avión pueden dormir esa misma noche del otro lado del mundo, en Nueva York, por ejemplo.

Pero, ¿cómo es posible que máquinas tan grandes, como el Airbus A380 con una capacidad máxima de 853 pasajeros, puedan elevarse y mantenerse en vuelo?

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Cómo funciona un coche de fórmula 1

Coche Fórmula 1 Parte I

Para los amantes de los coches el mundo de las carreras es algo apasionante, y sin duda alguna la Fórmula 1 es la categoría tope de dichas carreras donde los principales protagonistas son el piloto y el coche por sí mismo. Dicho esto, conozcamos un poco más sobre el funcionamiento de un Fórmula 1.

Es muy obvio que los Fórmula 1 han evolucionado muchísimo a través del tiempo, pasando de alcanzar una velocidad promedio de 101,20 kilómetros por hora en la primera carrera ganada por el Húngaro Ferenc Szisz en 1906, a ser bólidos que alcanzan los 300 kilómetros por hora en nuestros días. Pero, ¿cómo es posible?

Basados en las reglas o “fórmulas” conocidas como Regulaciones Técnicas, los ingenieros y diseñadores de estos coches desarrollan cada parte y sistema buscando obtener el máximo de sus prestaciones posibles.

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Sistema Anti-Wheelie

post antiwheelieComenzaremos definiendo que es un wheelie: sería el caballito o pérdida del contacto de la rueda delantera con la carretera de manera intermitente o prologada.

Este efecto se debe a la fuerza resultante de la aceleración y el peso (piloto + motocicleta) medidos desde el centro de gravedad; si esta resultante está por encima del eje de giro de la rueda trasera la motocicleta tenderá a bascular sobre la rueda trasera produciendo el wheelie; lo normal es que esta resultante pase por debajo del eje de giro y la motocicleta se mantenga estable.

La imagen 1 podemos ver como la motocicleta se mantiene estable quedando la resultante por debajo del eje de giro mientras que en la imagen dos la motocicleta tiende a elevarse teniendo la resultante por encima del eje de giro.

 

 

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Aerodinámica

Aerodinámica

La Aerodinámica, es una de las ramas más complejas de la ingeniería, y especialmente importante en sectores como la automoción o la aviación. Un ejemplo de esta importancia en la automoción, es la diferencia existente en carreras de Fórmula 1 entre los primeros coches en parrilla y los últimos, esta diferencia es debida en gran parte al control sobre la aerodinámica de sus ingenieros. Tanto es así que Adrian Newey, considerado uno de los mejores Ingenieros de la F1, gracias a su magnífico control sobre la aerodinámica, consiguió los títulos de pilotos y constructores en los años 2010, 2011, 2012, 2013, tras su fichaje por el equipo Red Bull.

Centrándonos en la Aerodinámica, esta podemos definirla como la rama de la mecánica de fluidos que se ocupa del movimiento del aire y otros fluidos gaseosos, y de las fuerzas que actúan sobre los cuerpos que se mueven en dichos fluidos.

Es decir, el aire es un fluido, y por tanto, todo objeto en movimiento inmerso en el produce una resistencia aerodinámica, la cual depende directamente de su forma.

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Para el estudio de estos cuerpos, es necesario partir de una de las bases de esta ciencia, el Teorema de Bernoulli. Este teorema relaciona el aumento de la velocidad del flujo de un fluido con la disminución de la presión y viceversa, la disminución de la velocidad con el aumento  de la presión.

Vamos a explicar, el porqué de la importancia de este teorema en automoción y en la aviación.

Si nos centramos en el perfil del ala de una avión, podemos observar como la parte inferior de ésta es de menor longitud que la parte superior.

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Si tenemos en cuenta el principio de conservación de masa, el cual nos dice que la cantidad de masa ha de permanecer constante en la entrada y la salida: ; o lo que es lo mismo, que el caudal que atraviesa la superficie de salida es igual al que atraviesa la superficie de entrada. Y si según hemos dicho, la longitud de la cara inferior del ala es menor que la de la cara superior, implica por tanto que la velocidad del aire sobre la superficie inferior debe ser menor que la de la superficie superior puesto que ambas deben llegar al mismo tiempo al punto final o de salida.

Ahora, basándonos en el Teorema de Bernoulli, el cual nos dice que la presión aumenta si disminuye la velocidad y disminuye si aumenta esta, llegamos a la conclusión de que se producirá una diferencia de presiones entre la cara superior y la inferior, lo cual implicará que se produzca una fuerza de sustentación, que mantendrá en vuelo al avión, ya que la fuerza creada irá desde las presiones más altas a las más bajas.

 

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Esto se produce en el ala de un avión para mantenerlo en vuelo, pero en automoción, si le damos la vuelta al problema, la fuerza resultante tendrá la dirección inversa, lo cual permitirá que el coche se mantenga pegado al suelo al aumentar su velocidad y por tanto aumente su estabilidad a altas velocidades y en las curvas.

 

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Siguiendo en campo de la automoción, vamos a ver el efecto tan nombrado en carreras: El Rebufo.

En la imagen adjunta, podemos ver el diagrama del flujo de un automóvil en movimiento, en el que podemos apreciar la diferencia entre el flujo de la parte trasera y la delantera.

En realidad, no se crea un vacío en la parte trasera, tal y como puede parecer, ya que el aire está formado por una infinidad de partículas, moviéndose muchas de ellas a mayor velocidad que cualquier coche, lo cual implica que aunque el coche se esté moviendo, habrá partículas que chocarán en la parte trasera con él. Esto quiere decir, que el coche en su avance va apartando el aire (partículas) que se va encontrando,  lo cual implica una resistencia a su movimiento (resistencia aerodinámica), quedando en la zona cercara a su parte trasera partículas que se mueven en la misma dirección que él. Pues bien, esto es el Rebufo.

Cualquier objeto que se introduzca en esta zona de un coche en movimiento se verá afectado por este efecto, ya que el coche habrá barrido todas las partículas que se va encontrando a su paso, con lo cual el coche que está detrás en esta zona, se encontrará con mucha menos oposición a su paso, consiguiendo una notable reducción en la resistencia aerodinámica.

 

 

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No obstante, este efecto, no es del todo beneficioso, en primer lugar porque para aprovecharse de él, es necesario violar la distancia de seguridad entre vehículos, y segundo, porque de no estar lo suficientemente cerca del vehículo, sufrirá el efecto de las turbulencias creadas en el flujo del aire una vez pasado el vehículo que se tiene delante, lo cual implicaría unos movimientos bruscos del vehículo.

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