Por fin llegamos al último artículo de esta serie en el que voy a hablar de uno de los efectos más importantes, el efecto suelo.
En anteriores entradas comenté cómo pueden volar las aves y los aviones, y para que sirven los alerones de los coches de competición. Esto se consigue utilizando al aire para crear zonas de baja y de alta presión alrtededor de los objetos. Estas zonas crean una fuerza perpendicular al movimiento que no lo frenan (como ocurre con la fuerza de rozamiento o drag), pero que normalmente inducen nuevas fuerzas de rozamiento.
Pero... ¿nuevas fuerzas de rozamiento? ¿cuantas fuerzas de rozamiento aerodinámico existen?
La respuesta es 4. Existen cuatro tipos de fuerza de rozamiento (al menos que yo conozca):
1º Resistencia por fricción --> Es la que se produce cuando una superficie es rugosa y poco pulida. Es la más pequeña y en algunas circunstancias es despreciable. Para evitarla tenemos que hacer superficies suaves y sin rugosidades.
2º Resistencia por presión --> Es la más importante en los coches de calle y en las motos. Se crea un frente de alta presión delante del objeto y un frente de muy baja presión detrás del objeto que lo frenan. La gota de agua es la forma que menos se ve afectada por esta importante fuente de rozamiento.
3º Resistencia de onda --> Es la que se produce cuando nos aproximámos a la velocidad del sonido. Esta resistencia es máxima a velocidades cercanas a MACH 1 (velocidad del sonido en el aire, unos 1200Km/h). Una gota de agua afilada tanto por delante como por detras es la forma óptima para estas velocidades.
4º Y por último la resistencia inducida --> Esta es la que producen las alas y los alerones. Alrededor de las puntas del ala se forman unos torbellinos o "vórtices" que frenan al avión o al objeto en general:
Para reducir esta resistencia existen varias posibilidades. Una de ellas es hacer un ala infinitamenta larga, de esta forma nunca se producirian estos torbellinos. Pero como es lógico, esto no se puede hacer; como mucho podemos aumentar la envergadura del ala, pero hasta ciertos límites. Otra forma es añadiendo a los extremos del ala lo que se conoce como winglets:
Pero aun asi no reduciremos lo suficiente esa resistencia. Se habla de que con esos dispositivos podemos reducir el consumo de un avión alrededor de un 4-5%. Sin embargo existe otra forma de reducir (y mucho) esa resistencia: mediante el efecto suelo. Cuando las alas se aproximan al suelo, los torbellinos que se producen empiezan a desaparecer, y lo que es más, la fuerza de sustentación crece al mismo tiempo, por lo que podemos conseguir una elevada sustentación (tanto positiva como negativa, downforce) a cambio de un aumento minusculo en el drag total.
Se puede observar como la sustentación aumenta bruscamente al acercarse al suelo, se forma una especie de colchón de aire debajo del ala que lo empuja fuertemente hacia arriba.En la siguientes fotos podemos ver como al aproximarse al suelo, los vórtices formados por las alas se "neutralizan":
Al estar próximos al suelo, no le damos tiempo a los vórtices a formarse, por lo que por un lado disminuimos la resistencia inducida. Pero por otro lado además aumentamos la sustentación, por lo que gracias a este efecto podemos mejorar en gran manera la relación lift/drag (L/D). De hecho existen "aviones" que se basan en este efecto integramente y vuelan a pocos metros del mar. Se les conoce como Ekranoplanos y los inventaron los rusos:
Incluso estan pensando hacer el avión más grande del mundo basandose en esta idea. Se llama "The pelican" (el pelícano) y su capacidad de carga es de 1.300 toneladas:
En el mundo de la competición automovilística se empezó a usar este efecto a partir de los años 60-70, y en la F1 los bólidos más famosos por usar este efecto eran los Lotus 78-79. Su parte inferior era como un ala invertida y usaba faldillas laterales para que no se metiera el aire debajo del coche y asi aumentar aun más el efecto suelo.
Otro Formula 1 famoso fué el Brabham BT46B, el cual poseia un enorme ventilador en la parte trasera que extraia el aire de los bajos del coche, pegándolo al suelo como si de una lapa se tratase:
El piloto fué Niki Lauda, y según comentó más adelante, fué la carrera más fácil que habia realizado, era como si el coche fuera sobre railes...Todas estas innovaciones y muchas otras fueron prohibidas posteriormente por la FIA, pero hace poco el equipo Williams F1 realizó una simulación de cómo serian actulmente los F1 si la FIA no hubiera intervenido, y lo apodaron "El williams definitivo"
Y ya para terminar os muestro unas imágenes de una especie de tren de efecto suelo, capaz de alcanzar velocidades de 500Km/h y consumiendo un tercio de lo que consume un tren de levitación magnética (Maglev). Es el medio de trasporte más eficiente que se conoce (despues del burro y la bici claro) pues ni siquiera roza el suelo, y tiene un coeficiente L/D de 20:1, algo increiblemente eficiente. Usa motores eléctricos y es capaz de levitar a tan solo 80Km/h, por lo que se podria alimentar fácilmente de molinos de viento y paneles solares conectados a la via.
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