Alejandro Schmauk
Lunes 02 de Mayo de 2011
De fluidos y computadores


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El par de fines de semana sin F-1 me deja espacio para una columna más técnica, temas que a muchos lectores les parecen inentendibles, pero que en última instancia son la esencia de la máxima categoría.

Hoy por hoy, y dado que los neumáticos son iguales para todos, se puede decir que la aerodinámica es responsable de al menos el 90% de la eficiencia y competitividad de un auto. Esto explica los cientos de ingenieros asignados a trabajar casi 24/7 en los túneles de viento de los equipos, en la búsqueda del detallito que signifique ganar un par de décimas por vuelta. Ya pasaron los tiempos en que el reglamento dejaba espacio para soluciones radicales que daban vuelta el tablero.

Como es obvio, la operación de estos túneles en que se prueban maquetas muy grandes, incluso a escala natural, tiene costos elevadísimos, al extremo que su utilización fue regulada recientemente.

El equipo Virgin, incorporado el año pasado, optó por un camino diferente. En lugar de embarcarse en la construcción de un túnel o pagar fortunas por el arriendo de uno, invirtió en poderosos computadores para procesar la aerodinámica del auto usando programas de CDF (dinámica de fluidos computarizada), empleados en la industria aeroespacial y aeronáutica. En teoría suena bien, se pueden ensayar más variables en menos tiempo, tanto por lo que significa la confección de maquetas como por el tiempo de prueba y todo a un costo sustancialmente menor, y con un tercio del personal.

Los resultados parecen indicar que la apuesta no funcionó. Si comparamos a Virgin con Lotus, otro equipo nuevo y de recursos similares, las diferencias en 2010 fueron apreciables. Y este año son aun mayores, del orden de dos segundos por vuelta. En otras palabras, el intento de simular virtualmente el comportamiento de los fluidos, o dicho en forma más extrema, el intento de compactar a la naturaleza en un computador, ha terminado en un rotundo fracaso. Una vez mas la realidad le baja los humos a la soberbia del hombre.

Hace algunos días se reestructuró el área aerodinámica de Virgin y no descartan verificar los datos con los que trabajan, adivinen dónde: en un túnel de viento. Habrá que estar atentos a la continuación de esta historia.

5 Comentarios publicados
Posteado por:
Felipe Godoy Canales
02/05/2011 14:51
[ N° 1 ]

Buenas tardes Alejandro:

Victoria de la realidad por sobre la ciencia. Porque la física de fluidos debe ser de lo más complicado que existe.

Mis conocimientos de física de fluidos son precarios, pero en lo medular, hay que encontrar una ecuación diferencial (o varias) que describa(n) el comportamiento del fluido en todo punto del espacio y a todo tiempo. Se entiende por comportamiento, encontrar el valor de la presión, temperatura, densidad y velocidad del fluido en cada punto. Llamémosle a estas 4 funciones "las propiedades del fluido".

La complicación viene a mi juicio por 2 motivos.
1) Hay que encontrar el valor de las 4 funciones o propiedades, y normalmente los sistemas de ecuaciones mientras más variables tengan, más difícil resolverlos.
2) Para resolver una ecuación diferencial (o un sistema de ecuaciones) hay que definir condiciones iniciales y condiciones de borde. La condición inicial en este caso vendría siendo en qué condiciones llega el aire al alerón, y la condición de borde, la forma del alerón. Se entiende entonces que el alerón, al tener un diseño complicadísimo, y peor aún, al deformarse, complica en demasía nuestro sistema de ecuaciones.

Es de esperar que en el futuro se desarrollen ecuaciones que describan de manera más certera al fluido, métodos numéricos más eficientes, y computadores más poderosos, que finalmente hacen la pega gruesa. La soberbia en este caso es de las máquinas y no del hombre.

Posteado por:
Juan Patricio López Fuentealba
02/05/2011 15:13
[ N° 2 ]

Estimadísimo Alejandro, no sabes como he disfrutado y te agradezco desde el alma esta columna. Podría decir que yo disfruto la F1 más por estas cosas que por la carrera misma. Eres un maestro con estos datos que aportas, que yo no se de donde sacar ni hay tiempo para buscarlos.
Pero Alejandro, cualquiera diría que estás en contra de las Simulaciones Virtuales -las de túnel de viento también son simulaciones para el que no lo sepa-. Se debe entender el concepto de compactar, en términos de volumen, mas no en términos de variables, que si compactaron éstas si que se entendería y explicaría, por si solo, el fracaso. Quizás ahí puede estar el problema y se entienda la vuelta al túnel para validar y/o corregir el modelo matemático, esto no implica que se le de la espalda a las simulaciones virtuales. Llegar a un modelo virtual sintonizado de acuerdo a la realidad toma tiempo, y puede que se haya dado un apresuramiento en el uso de una herramienta no del todo validada a juzgar por la evidencia.

Agradecido.
Juan Patricio López Fuentealba.

Posteado por:
Andrés Jazme Pimentel
02/05/2011 15:54
[ N° 3 ]

Se agradece la columna. Desde un principio todos dudaban que Wirth y sus simuladores pudieran hacerle el peso a un túnel de viento y los hechos finalmente les dieron la razón. En Ferrari acusan que el problema es una mala calibración del túnel.
Sin ser experto, pienso que si el túnel ya se construyó y calibró correctamente, limitar su uso es un absurdo, el mayor costo ya está asumido por las escuderías. Algo así como construir un circuito, pero limitarlo a un sólo evento por año. En fin, cosas de la F1.

Posteado por:
Patricio Sepulveda Recabarren
06/05/2011 17:08
[ N° 4 ]

Son complicados los simuladores de dinamica de fluidos, que debe ser la rama mas compleja de la mecanica de fluidos pues requiere de ecuaciones diferenciales precisas , ademas las perdidas de energia y todo eso , en muchas caso hay que realziar muchas iteraciones hasta dar con un valor preciso , requiere de mucha experimentacion , aun los sfotware de dinamica de fluidos no son eficientes.

Posteado por:
Fernando Zambrano Vargas
09/05/2011 11:15
[ N° 5 ]

Muy interesante su columna, don Alejandro. Es verdad que el tunel de viento es una mejor aproximación del comportamiento real, los resultados entre las mejores simulaciones computarizadas y el analisis en tunel de viento pueden llegar a variar hasta en un 30%, pero sigue siendo una aproximación ya que en la situación real el flujo del aire es mucho más complejo, ya que hay diferencias de temperatura, corrientes internas y grandes perturvaciones provocadas por los vehiculos que vayan adelante, y ni hablar de la interacción de los neumáticos con el aire, ya que ni las mejores simulaciones pueden abordar este problema.

Gran parte del diseño se rige por las normas impuestas por la teoría, pero tambien hay una parte importante que proviene del instinto del diseñador, ese olfato que lo guia a buscar mejoras donde las simulaciones no alcanzan a ver y que solo pueden provarlo con el automovil en pista, y me atrevería a decir que son estos detalles provados en pista los que pueden hacer mayores diferencias.

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