¿Qué es el efecto Coanda y cómo fue aprovechado en la Fórmula 1?

En el período previo a la temporada de 2012, el organismo rector había hecho numerosos cambios para luchar contra la creciente tendencia de utilizar el escape para afectar la aerodinámica del auto.

Esto había seguido a la prohibición de los difusores dobles, que posteriormente se había reforzado en su segundo año con el uso de soluciones de soplado de gases de escape que la FIA también intentó detener.

Como explicamos la semana pasada, la restricción no fue efectiva y, de hecho, las restricciones más estrictas en realidad llevaron a la proliferación de la práctica. Pero, con los criterios dimensionales particularmente estrictos que se pusieron en marcha para 2012, se esperaba que el deporte pudiera seguir adelante.

Sin embargo, con los suelos soplados siendo una buena vía para aumentar el rendimiento de los autos, los diseñadores no iban a sentarse y dejar pasar una oportunidad.

El efecto 'Coanda'

La solución del escape 'Semi-Coanda' del McLaren MP4-27.

Photo by: Giorgio Piola

McLaren introdujo una solución que fue adoptada ampliamente para 2012, utilizando el penacho de escape para aprovechar el "efecto Coanda". Esto era cuando el chorro de gas del escape expulsado del motor tiraba del flujo de aire cercano hacia él, y juntos alteraban la trayectoria general del régimen de flujo energético del escape.

Esto daría como resultado que fuera impulsado hacia el espacio entre la pared lateral del neumático y la pared exterior del difusor, tal como sucedía con las soluciones de difusores de gases de escape utilizadas en 2011.

El pensamiento crítico detrás del diseño de la solución de McLaren era que con el escape montado en una vaina que sobresalía de la cápsula lateral, el flujo de aire seguiría fluyendo alrededor del sidepod y en la región de "la botella de Coca-Cola".

Rampa del escapa 'Coanda" en el Sauber C31.

Photo by: Giorgio Piola

Este fue un problema clave con el que los usuarios de una solución de rampa, como la que muestra Sauber aquí, tuvieron que luchar para que el penacho de escape se mezclara con el flujo normalmente destinado a la región de la botella de Coca-Cola, diluyendo el efecto de ambos.

Sin embargo, Adrian Newey no tenía nada de esto. Ya se había convencido a sí mismo de que la solución del estilo McLaren era poco elegante y que la configuración completa de la rampa tampoco iba a encajar. Necesitaba que el flujo de la botella de Coca-Cola se mantuviera ininterrumpido, así que se puso a buscar una manera de recuperarlo.

La búsqueda de Red Bull de una solución que ofreciera lo mejor de ambos mundos era mucho más compleja y utilizaría un túnel cruzado. Sin embargo, esto no se conseguiría sin complicaciones, ya que el equipo se esforzó por hacer que funcionara en el mundo real después de que las simulaciones ofrecieran un prometedor potencial.

La solución de escape original del Red Bull RB8 sale debajo del brazo superior (las flechas representan la trayectoria prevista de la columna de escape)

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Tan convencido estaba Red Bull de que tenía algo especial, que en realidad usó una solución de escape inicial en el transcurso de la pretemporada, en un intento por complicar la vida a los que quisieran copiar su configuración.

Foto de: Giorgio Piola

Los cambios en el fondo plano del Red Bull RB8: la ranura adicional (resaltada en amarillo) permite que la estela del escape llegue al difusor antes

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Finalmente dio a conocer su solución en rampa cruzada en el penúltimo día de test, y se topó con problemas, ya que de repente descubrió que tenía inestabilidad de flujo con el túnel, que hacía que el coche fuera inconsistente al girar.

Pero la creencia casi inquebrantable de que era el camino correcto, frente a la idea de McLaren, les llevó a una fase de evolución intensa.

Foto de: Giorgio Piola

Comparación del escape Coanda en rampa del Red Bull RB8

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Los cambios normativos para 2012 no solo tuvieron un impacto en la posición del escape, sino también en la carrocería de los alrededores. Como tal, muchos de los diseños vistos a lo largo y ancho de la parrilla que usaban esta solución estilo Coanda tenían una carrocería con una apariencia de canal.

Dimensionalmente, esto estaba limitado por las nuevas reglas y la mayoría optó por un estilo buzón. Sin embargo, Red Bull buscó numerosas formas de manipular esta forma para influir en la trayectoria de la columna del escape y probó diferentes soluciones, algunas de las cuales esperaban manipular el flujo hacia el túnel de debajo.

Foto de: Giorgio Piola

La solución de escape del Red Bull RB8 preferida por Vettel

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Para el GP de China, Sebastian Vettel incluso volvió a la solución de los test de pretemporada, ya que no solo sintió que podría evitar algunos de los problemas que tenía con el coche, sino que también ayudó al equipo a comprender dónde podrían estar esos problemas.

Foto de: Giorgio Piola

El suelo impugnado del Red Bull RB8 y la pequeña ranura para cumplir con las reglas (círculo derecho)

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Un agujero en esta posición, en lugar de una ranura, era más potente aerodinámicamente, por lo que los otros equipos creían que su uso por parte de Red Bull era una infracción deliberada del reglamento técnico.

También se ve que Red Bull había cambiado el punto en el que se había movido el flujo de aire del túnel cruzado (mira el recuadro derecho con la salida inicial), y este ahora salía por una zona inferior del monoplaza.

Foto de: Giorgio Piola

Cambios en el pontón y el escape del Red Bull RB8 (túnel cruzado doble en la nueva especificación; especificación anterior rodeada)

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Los ajustes continuaron, ahora con un esfuerzo renovado para remodelar la entrada del túnel cruzado con el fin de suavizar el paso del flujo de aire hacia el túnel y más allá. Esto significó un rediseño total del pontón, incluyendo el movimiento del tubo de escape. También hubo un alargamiento del túnel, la forma de la entrada del túnel se amplió y una ranura de separación vertical se montó dentro.

Foto de: Giorgio Piola

Cambios en el pontón del Red Bull RB8 (el amarillo indica la forma cambiada en torno a la rampa Coanda para influir en la dirección de la estela del escape)

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En este punto, parecía que el equipo finalmente había superado sus problemas de inestabilidad aerodinámica y el monoplaza se comportaba de manera más predecible, lo que implicó que podrían buscar un rendimiento extra. Este llegaría de un intento continuo por refinar los túneles cruzados y la carrocería que rodeaba la forma del escape y un esfuerzo renovado de Renault por encontrar formas de estabilizar el flujo del escape.

Mira cómo la forma de la carrocería del pontón alrededor del escape cambió de tratar de influir en el flujo hacia el túnel, a una sección que protegía los dos regímenes de flujo entre sí.

Foto de: Giorgio Piola

Detalle del escape del Red Bull RB8 y cómo se uso la cámara de resonancia 'Helmholtz' (modificaciones dentro del círculo)

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Mientras tanto, el equipo había descubierto que la estela creada por la forma del escape, exigida por las nuevas normativas, estaba teniendo un efecto perjudicial. Para suavizar un vórtice dañino que se estaba formando, trabajó en el uso de una cámara de resonancia Helmholtz.

La cantidad de trabajo realizada por Red Bull durante 2012 para hacer que sus soluciones funcionasen fue monumental, pero eso no quiere decir que otros se durmieran en los laureles.

Foto de: Giorgio Piola

Sauber, que no tenía los lujos para poder llevar nuevas piezas a cada carrera y había empezado con la solución en rampa, tendría una breve oportunidad con la solución cruzada antes de darse cuenta de la cantidad de evolución que se necesitaría para que funcionara. Así, cambió a una solución Coanda al estilo McLaren durante la temporada.

Ferrari F2012 different 'Acer duct' exhaust configurations used

Photo by: Giorgio Piola

Ferrari siguió siendo un caso atípico en todo momento, ya que prefirió tratar de modificar su solución de conducto 'Acer' de manera ad-hoc, mientras averiguaba la mejor manera de maximizar la solución Coanda que finalmente introdujo.

La FIA dejó que el uso de estos escapes estilo Coanda siguiera en 2013, conociendo la exigencia financiera que los equipos habían sufrido para desarrollarlos. Era muy consciente de que con las nuevas reglas híbridas que entrarían en juego para 2014, la capacidad de explotar el difusor con el escape ya no sería viable.

Entonces, aunque nunca se prohibió específicamente con una nueva regla concreta, las regulaciones fueron alteradas para tenerlo en cuenta. Al tener que salir el escape a lo largo de la línea central del monoplaza, los días de soplar el fondo plano habían terminado.