Los coches, en algunos modelos de calle, especialmente en los deportivos, suelen tener alerones o spoilers o similares para mejorar la adherencia o carga aerodinámica. En el caso de los vehículos de competición suele ser algo común. Unas alas invertidas que tuvieron su origen en aviación, pero que también han pasado a tierra, y que aquí detallaremos su funcionamiento para que comprendas cómo sirve.
Además, quizás algunos fans del tunning se van a llevar una desilusión, ya que no en todos los lados funcionan estas alas o alerones…
¿Qué es un ala o alerón?
Un ala es un perfil aerodinámico diseñado para generar sustentación, la fuerza vertical ascendente que permite a los aviones y otras aeronaves volar. Su funcionamiento se basa en un principio fundamental de la aerodinámica: la diferencia de presiones. Este principio es conocido en física como efecto Bernoulli, y que establece que la velocidad de un fluido está inversamente relacionada con su presión. En otras palabras, a mayor velocidad del fluido, menor presión, y viceversa.
La forma del ala es crucial para que pueda darse este efecto. Como se puede ver en el perfil, hay una parte más curva, de mayor recorrido y por la que la velocidad aumentará, es decir, es asimétrica, para así alterar el flujo de aire por una y otra de sus superficies. Por ejemplo, en el avión, el flujo de aire que viaja por encima aumenta su velocidad y disminuye su presión, por abajo ocurre lo contrario, se ralentiza la velocidad y aumenta la presión. Cuando hay una diferencia de presión entre la zona superior e inferior, el avión se eleva.
Una vez tenenoms en cuenta esto, hay que definir algunos conceptos fundamentales de las alas o alerones:
- Lift (sustentación): es la fuerza vertical ascendente que se genera cuando el aire fluye sobre un ala o alerón. Se produce por la diferencia de presión entre la superficie superior e inferior del perfil aerodinámico. El aire fluye más rápido sobre la superficie superior debido a su mayor curvatura, creando una zona de baja presión. En la superficie inferior, la menor curvatura resulta en una zona de alta presión. Esta diferencia de presión genera la fuerza de sustentación que mantiene en el aire a aviones, planeadores y otros vehículos con alas.
- Downforce (carga aerodinámica): es igual al lift, pero al contrario, cuando un ala se invierte, se genera una fuerza hacia abajo, es decir, la presión en la zona superior aumenta y la presión sobre la superficie inferior se reduce.
- Drag (resistencia aerodinámica): es la fuerza que se opone al movimiento de un objeto a través del aire. En el caso de alas y alerones, el drag se produce principalmente por la fricción entre el aire y la superficie del perfil aerodinámico, así como por la creación de turbulencias en la parte posterior. El drag reduce la eficiencia aerodinámica y reduce la velocidad punta.
- Cuerda de un alerón: es la línea imaginaria que define la longitud del perfil aerodinámico, es decir, la distancia de punta a punta. Se utiliza como referencia para medir ángulos de ataque y otras variables aerodinámicas.
- Centro de presión: CP es el punto en el que la fuerza aerodinámica resultante (que combina lift/downforce y drag) actúa sobre un ala o alerón. Se suele encontrar cerca del 25% de la cuerda, por detrás del borde de ataque. El CP es un punto crucial para el equilibrio y control aerodinámico.
- Fuerza resultante: es la combinación vectorial del lift y el drag. La magnitud y dirección de esta fuerza dependen del ángulo de ataque, la velocidad del aire y la forma del perfil aerodinámico. El control de estas variables es fundamental para el vuelo y el manejo de vehículos.
- Borde de fuga: es la parte más atrás del ala, donde los los flujos superior e inferior se vuelven a encontrar.
Ala invertida
En el caso de los coches, el ala es invertida, este tipo de alerón funciona igual que los de los aviones, bajo los mismos principios citados anteriormente, pero a la inversa, generando carga aerodinámica en vez de sustentación. En este caso, al estar el perfil a la inversa, el aire que circula por la zona alta se ralentiza, lo que aumenta la presión, mientras que el aire que viaja por abajo se acelera, reduciendo la presión. Esto hace que se genere una carga hacia abajo que mantiene mejor agarre el vehículo, especialmente en el paso por curva.
Flaps
Un flap es un dispositivo aerodinámico que se coloca en el borde de fuga de un ala o alerón, en este caso, este ala pasa a ser el perfil principal. Su función principal es aumentar la fuerza aerodinámica a bajas velocidades. Aumentar el ángulo de ataque produce mayor carga, pero también aumenta el drag (resistencia aerodinámica), e incluso podría generar un problema conocido como pérdida que más adelante analizaré. En cambio, los flaps permiten aumentar la carga sin incrementar significativamente el drag, mejorando la eficiencia aerodinámica.
Con los flaps, cada uno de los elementos actúa como un ala independiente, sin necesidad de que el ala principal tenga tanto ángulo.
Flap Gurney
Un flap Gurney, cuyo nombre es en honor al su creador en F1, es una pequeña pestaña o aleta en forma de ángulo que se coloca en el borde de fuga de un perfil aerodinámico. Su función principal es modificar el flujo de aire sobre el perfil, aumentando la sustentación y mejorando la carga aerodinámica, especialmente a bajas velocidades.
Al colocar el flap Gurney en el borde de fuga, se crea una zona de separación del flujo de aire justo delante del flap. Esta separación genera vórtices, pequeños remolinos de aire que giran en sentido contrario. Gracias al conocido como efecto Coanda, estos vórtices atrae el flujo de aire principal hacia la superficie del perfil aerodinámico. Esto aumenta la velocidad del aire sobre la superficie inferior, generando que el flujo no se separe como ocurre en un ala normal.
Ángulo de ataque y entrada en pérdida
El ángulo de ataque de un alerón es el ángulo entre la cuerda del alerón (línea imaginaria que define su longitud) y la dirección del flujo de aire que lo incide. Este ángulo juega un papel crucial en la generación de fuerza aerodinámica (carga y resistencia) por parte del alerón.
Un mayor ángulo de ataque aumenta la curvatura efectiva del alerón, lo que genera mayor carga según el principio de Bernoulli. Sin embargo, existe un ángulo de ataque crítico a partir del cual la sustentación comienza a disminuir a pesar de seguir aumentando el ángulo. Esto se debe a que el flujo de aire se desprende de la superficie del alerón, creando turbulencias y reduciendo la eficiencia aerodinámica.
La pérdida en un alerón se produce cuando el ángulo de ataque supera el ángulo de ataque crítico. En este punto, el flujo de aire se desprende de la superficie, lo que provoca una disminución drástica de la carga y un aumento significativo del drag, es decir, todo lo contrario a lo que se busca.
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