TRABAJO DE FINAL DE GRADO
G ado en Ingenie ía Mecánica
DISEÑO Y ANALISIS DE UN ALERÓN TRASERO DE F1
Memo ia y Anexos
Au o /a: O iol Padilla Yun
Di ec o /a: Al ed Fon anals Ga cía
Con oca o ia: Ene o 2021
Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
i
Resumen
En es e abajo se a a á de es udia y en ende una ciencia undamen al en las
compe iciones au omo ilís icas de máximo ni el, la ae odinámica. Los undamen os eó icos
ob enidos se án la base pa a la c eación de un elemen o ae odinámico que se asemeje lo
máximo posible a un ale ón ase o de Fó mula 1 eal. El obje i o es diseña median e el
so wa e de modelado “SolidWo ks” una es uc u a que enga un compo amien o simila a
es e ipo de ale ones. El diseño inal se á some ido a una simulación con unas de e minadas
condiciones de es udio pa a e cómo se compo a. Se ealiza án dos ipos de simulaciones,
en dos y en es dimensiones, en ambos casos median e el so wa e de mecánica de luidos
compu acional “ANSYS Fluen ”. Las simulaciones acili a án unos esul ados numé icos y
isuales de la eacción gene ada en e el lujo y el ale ón, esul ados que hab á que analiza
pa a comp oba si el uncionamien o del ale ón es el co ec o. Los alo es más ep esen a i os
que se ob end án después de los cálculos se án la ue za que gene a el ale ón hacia el suelo
(ca ga ae odinámica), la ue za esis en e del ale ón al ai e ( esis encia ae odinámica o d ag)
y los coe icien es adimensionales que ep esen an a ambas ue zas. En de ini i a, se
comp ende á de mane a empí ica la in luencia que iene la ae odinámica en la éli e del
au omo ilismo, y en conc e o, el ale ón ase o, uno de los elemen os más impo an es pa a
la gene ación de ue zas ae odinámicas.
Memo ia
ii
Resum
En aques eball es ac a à d'es udia i comp end e una ciència onamen al en les
compe icions au omobilís iques de màxim ni ell, l'ae odinàmica. Els onamen s eò ics
ob ingu s se an la base pe la c eació d'un elemen ae odinàmic que s'assembli el màxim
possible a un ale ó pos e io de Fó mula 1 eal. L'objec iu és dissenya una es uc u a que
ingui un compo amen simila a aques ipus d'ale ó mi jançan el so wa e de modela ge
"SolidWo ks". El disseny inal se à so mès a una simulació amb unes condicions d'es udi
de e minades pe eu e el seu compo amen . Es eali za an dos ipus de simulacions, en
dues i en es dimensions, en o s dos casos a a és del so wa e de mecànica de luids
compu acional "ANSYS Fluen ". Les simulacions dona an lloc a uns esul a s numè ics i
isuals de la eacció gene ada en e el lux d'ai e i l'ale ó, esul a s que s'hau an d'anali za
pe comp o a si el uncionamen de l'ale ó és el co ec e. Els alo s més ep esen a ius que
s'ob ind an desp és del p océs de càlcul se an les o ces que gene a l'ale ó cap a e a
(cà ega ae odinàmica), la o ça esis en de l'ale ó a l'ai e ( esis ència ae odinàmica o d ag) i
els coe icien s adimensionals que ep esen en a o es dues o ces. En de ini i a, s'en end à
de mane a empí ica la in luència que é l'ae odinàmica a l'au omobilisme d'eli , i en conc e ,
l'ale ó pos e io , un dels elemen s més impo an s pe la gene ació de o ces ae odinàmiques.
Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
iii
Abs ac
This p ojec is abou s udying and unde s anding he key aspec in high le el mo o spo s,
ae odynamics. This heo ical ounda ion will be basic in he p oduc ion o an ae odynamic
elemen ha looks, as much as possible, like a eal F1 ea wing. The aim is o design a
s uc u e ha pe o ms like his ype o wing using he modelling so wa e “SolidWo ks”. The
inal design will go h ough a simula ion p ocess, wi h he app op ia e s udy condi ions, o hen
s udy his beha iou . Bidimensional and h ee-dimensional simula ions will be made, in bo h
cases using he compu a ional luid dynamics so wa e “ANSYS Fluen ”. The simula ions will
p o ide isual and nume ic esul s ha will be basic o check i he wing wo ks p ope ly. The
p o ided nume ic alues ha will be essen ial a e he o ce ha he wing gene a es owa ds
he loo (down o ce), he wing esis ance o he ai lux (d ag) and he coe icien s ela ed o
hese o ces. In conclusion, his p ojec p o es in an expe imen al manne he in luence
ae odynamics ha e a he highes le el in mo o spo indus y, speci ically he impo ance o
he ea wing, one o he key elemen s in he gene a ion o ae odynamic o ces.

Memo ia
i
Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
Índice
RESUMEN ____________________________________________________________ I
RESUM ______________________________________________________________ II
ABSTRACT ___________________________________________________________ III
PREFACIO ____________________________________________________________ 1
1.1. O igen del abajo .................................................................................................... 2
1.2. Mo i ación ............................................................................................................... 2
1.3. Reque imien os p e ios ........................................................................................... 2
1. INTRODUCCIÓN __________________________________________________ 3
1.1. Obje i os del abajo ................................................................................................ 3
1.2. Alcance del abajo .................................................................................................. 4
2. AERODINÁMICA BÁSICA ___________________________________________ 5
2.1. PRINCIPIO DE BERNOULLI ........................................................................................ 5
2.2. EFECTO VENTURI ...................................................................................................... 7
2.3. EFECTO COANDA ...................................................................................................... 8
2.4. FUERZAS AERODINÁMICAS ...................................................................................... 9
2.4.1. CARGA AERODINÁMICA O “DOWNFORCE” ......................................................... 10
2.4.2. RESISTENCIA AERODINÁMICA O “DRAG” ............................................................ 11
2.4.3. EFICIENCIA AERODINÁMICA ................................................................................. 13
3. INTRODUCCIÓN A LA DINÁMICA DE FLUIDOS _________________________ 14
3.1. NÚMERO DE REYNOLDS ........................................................................................ 14
3.2. CAPA LÍMITE ........................................................................................................... 15
4. ALERONES ______________________________________________________ 18
4.1. TIPOS DE ALERONES ............................................................................................... 20
4.1.1. ALERONES DE UN SOLO ELEMENTO .................................................................... 20
4.1.2. ALERONES DE DOS ELEMENTOS .......................................................................... 21
4.1.3. ALERONES DE VARIOS ELEMENTOS ..................................................................... 24
5. DISEÑO CONCEPTUAL _____________________________________________ 27
5.1. LIMITACIONES ESTRUCTURALES ............................................................................ 27
5.2. ELECCIÓN DE PERFILES ........................................................................................... 28
5.2.1. PERFIL PRINCIPAL ................................................................................................. 30
Memo ia
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5.2.2. FLAP ....................................................................................................................... 32
6. ANALISIS EN DOS DIMENSIONES ____________________________________ 36
6.1. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA 2D ............................................................................ 36
6.2. SIMULACIÓN DE LA ESTRUCTURA 2D ................................................................... 38
6.2.1. MALLADO .............................................................................................................. 39
6.2.2. CONFIGURACIÓN DE LA SIMULACIÓN.................................................................. 42
6.2.3. SOLUCIÓN Y POST-PROCESO ................................................................................ 44
7. ANALISIS EN TRES DIMENSIONES ___________________________________ 50
7.1. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA 3D ............................................................................ 50
7.2. SIMULACIÓN DE LA ESTRUCTURA EN 3D .............................................................. 52
7.2.1. MALLADO .............................................................................................................. 53
7.2.2. CONFIGURACIÓN DE LA SIMULACIÓN.................................................................. 54
7.2.3. SOLUCIÓN Y POST-PROCESO ................................................................................ 57
8. ANALISIS DEL IMPACTO AMBIENTAL _________________________________ 64
CONCLUSIONES ______________________________________________________ 65
PRESUPUESTO _______________________________________________________ 67
BIBLIOGRAFÍA ________________________________________________________ 69
Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
1
P e acio
Los ehículos de Fó mula 1 han su ido g an can idad de cambios desde la in ención de es e
depo e en 1950, cambios que an desde la posición del mo o den o del coche al uso de
di e en es compues os de neumá icos.
En sus inicios lo que p imaba e a la po encia, se buscaba consegui la mayo elocidad
posible, po lo que a la ho a de diseña el ehículo lo más impo an e e a ene un mo o
g ande y po en e. Es a lucha po consegui la mayo po encia sin ene en cuen a el diseño
del ehículo hacía que los coches cada ez ue an más di íciles de conduci , que sumado a
las elocidades que se alcanzaban, cada ez más ele adas, hacían de la Fó mula 1 un
depo e muy pelig oso. La salud de los pilo os empezó a se una p eocupación pa a los
equipos, po lo que el diseño del monoplaza pasó a ene una mayo impo ancia. Es os
diseños buscaban ene un coche más equilib ado que asegu ase la segu idad de los
co edo es sin pe de endimien o.
Du an e la década de los 60 la endencia pasó a se ene ehículos muy bajos y pun iagudos
pa a educi la esis encia al a ance, aunque la ca e a po el desa ollo ae odinámico no
comenzó has a inales de esa misma década con la apa ición del p ime ale ón delan e o.
A pa i de aquí, is o lo bene icioso que e a ene es e ipo de elemen os, el obje i o p incipal
de los diseñado es e a aumen a la ue za que podían ex ae los neumá icos del as al o po
medios ae odinámicos. Es e cambio de men alidad ue el comienzo de una e olución
cons an e que pe du a a día de hoy, pasando po inno aciones como el ale ón ase o,
ale ones ase os dobles, pon ones la e ales, ondos planos, di uso es, e c. Una se ie de
cambios que nos lle an a la Fó mula 1 ac ual, donde la ae odinámica juega un papel
undamen al en el endimien o del coche.
A día de hoy, la ca ga ae odinámica que consiguen los monoplazas de Fó mula 1 es muy
ele ada, g acias a odos los elemen os que con o man el diseño del ehículo. Una g an lis a
de elemen os que pe mi en que un ehículo de casi una onelada alcance elocidades de
300km/h en el paso po cu a.
Memo ia
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Es e es el conocido como ubo de Ven u i que ue diseñado p incipalmen e pa a medi la
elocidad de un luido ap o echando es e p incipio. Conociendo la elocidad inicial y midiendo
la di e encia de p esiones se puede conoce la elocidad del luido en el pun o de p oblema.
𝑣1
2− 𝑣2
2=2(𝑝2− 𝑝1)
𝜌
(ec. 6)
Desde el descub imien o del e ec o Ven u i, las aplicaciones de es e enómeno ísico ue on
inc emen ando y a día de hoy es uno de los descub imien os más impo an es de la dinámica
de luidos.
En el mundo de la Fó mula 1 es e p incipio ha sido básico pa a gene ación de ue zas
ae odinámicas, ya que el ai e al pasa po el ondo plano del monoplaza aumen a de elocidad
de mane a conside able como consecuencia de la disminución del á ea de paso, gene ando
bajas p esiones. Los elemen os básicos pa a pode gene a es e e ec o en un Fó mula 1 son
los ondos planos y di uso es, ya que con un diseño adecuado es os componen es pueden
gene a muchísimo down o ce sin p o oca mucha esis encia ae odinámica.
Figu a 3. P incipio de Ven u i adap ado a un F1.
2.3. EFECTO COANDA
El e ec o Coanda ue descubie o hace ela i amen e poco, a p incipios del siglo XX, po el
ingenie o Hen i Coanda. Al cons ui un p o o ipo de ae oplano obse ó cómo las llamas y los
gases quemados del mo o se ace caban al uselaje del a ión, en ese momen o se pe ca ó
de que los luidos acos umb an a segui el pe il de una supe icie p óxima, al con a io que
los sólidos que ebo an o se des ían.
La iscosidad del luido en cues ión juega un papel undamen al en la apa ición de es e e ec o,
y es que cuando el luido impac a inicialmen e con a un cue po de pe il cu o, la iscosidad
pe mi e que las pa ículas pe manezcan adhe idas empo almen e jun o a la supe icie del
cue po. Es o c ea una capa uni o me si uada en pa alelo a la silue a del cue po, haciendo que
las pa ículas que impac an pos e io men e gene en nue as láminas sob e la inicial pa a
des ia , de es a o ma, la ayec o ia del luido de o ma p og esi a.

Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
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Es e e ec o es un pila básico en el mundo de la Fó mula 1 y del au omo ilismo en gene al,
siendo el esponsable de las o mas complejas y los pe iles edondeados de los ale ones de
hoy en día. El e ec o Coanda pe mi e que el ai e se pegue a la ca oce ía, haciendo así que
el lujo ci cule po odo el ehículo de mane a con olada has a llega a la pa e pos e io .
Po eso en la Fó mula 1 el co ec o diseño de cualquie elemen o es undamen al, ya que una
es uc u a sua e e i a de lexiones del luido exage adas y ayuda a la canalización del ai e,
pa a no solo mejo a no ablemen e la ca ga ae odinámica y la acción del ehículo sob e la
pis a, si no que ayuda ambién a consegui la meno esis encia ae odinámica posible.
2.4. FUERZAS AERODINÁMICAS
La ue za ae odinámica o al de un cue po iene dos componen es, la de esis encia y la de
sus en ación. La combinación de los ec o es de ambas da luga a la ue za ae odinámica
o al esul an e. Las di e encias de p esión se exp esan ma emá icamen e como el coe icien e
de p esión po la p esión dinámica:
𝑝 = 𝐶𝑝·1
2𝜌𝑣𝑆2
(ec. 7)
Es a p esión se puede con e i en ue za mul iplicándola po el á ea sob e la cual ac úa, ya
que:
𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 = 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎
Á𝑟𝑒𝑎
(ec. 8)
Po lo an o, de la ecuación de la p esión (ecuación 7) podemos ob ene las ecuaciones de la
ue za de sus en ación y de esis encia:
- Fue za de sus en ación = 𝐶𝐿·1
2𝜌𝑣2· 𝐴
(ec. 9)
- Fue za de esis encia = 𝐶𝐷·1
2𝜌𝑣2· 𝐴
(ec. 10)
Donde:
- 𝐶𝐿 es el coe icien e de sus en ación.
- 𝐶𝐷 es el coe icien e de pene ación.
- A es el á ea (pa a los pe iles ae odinámicos siemp e se oma la supe icie de plan a).
Memo ia
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Figu a 4. Componen es de la ue za ae odinámica o al.
2.4.1. CARGA AERODINÁMICA O “DOWNFORCE”
Los a iones son capaces de despega y man ene se en el ai e g acias a la sus en ación que
p o ocan sus alas. La cu a u a de las mismas hace que el ai e deba ci cula una mayo
dis ancia po la pa e supe io , haciendo que la elocidad del luido en es a pa e sea mayo y
enga una p esión meno que en la pa e in e io , es e hecho pe mi e que el a ión se man enga
en el ai e.
En el mundo au omo ilís ico sucede jus o lo con a io, los ale ones son alas con pe iles
in e idos po lo que el enómeno an e io men e comen ado p o oca que las ue zas
esul an es que gene a el e ec o del ai e ayan en di ección al suelo. Es o es lo que se conoce
como sus en ación nega i a, ca ga ae odinámica o down o ce.
La ca ga ae odinámica es la ue za enca gada de empuja el coche con a el suelo a a és
de los componen es ae odinámicos de cualquie ehículo que a a iese el ai e. Es a ue za
apa ece e lejada en la ue za no mal del au omó il que aumen a o disminuye dependiendo
de si la sus en ación gene ada es posi i a o nega i a.
𝑁 = 𝑚 · 𝑔 + 𝐹𝐿
(ec. 11)
Donde:
- N es la ue za no mal
- m es la masa del ehículo en kg.
- g es la acele ación de la g a edad, en 𝑚
𝑠2 .
- 𝐹𝐿 es la ue za de sus en ación, en N.
Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
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La ue za de sus en ación se ob iene en base al coe icien e de sus en ación del elemen o de
es udio. Es e coe icien e adimensional se u iliza pa a di e encia los dis in os pe iles o o mas
que c ean ca ga ae odinámica.
𝐶𝐿(𝛼)=𝐹𝐿
𝐴 · 1
2𝜌𝜈2
(ec. 12)
Sabiendo que pa a pode halla la ue za de sus en ación es necesa io un coe icien e
adimensional, y que es a ue za in luye en la componen e no mal del ehículo, podemos
en ende cómo se gene a la ca ga ae odinámica que empuja el coche hacia al suelo. Es a
ca ga in luye en la ue za de aga e que iene el ehículo, ya que a mayo ue za no mal mayo
se á el ozamien o y, po lo an o, mayo adhe encia.
𝐹 = 𝜇 · 𝑁
(ec. 13)
Donde:
- F es la ue za de aga e al suelo en N.
- 𝜇 es el coe icien e de ozamien o ela i o en e el suelo y el neumá ico.
- N es la ue za no mal al ehículo que se ha is o an e io men e.
2.4.2. RESISTENCIA AERODINÁMICA O “DRAG”
De la misma mane a que el down o ce, la esis encia ae odinámica o d ag es una ue za que
gene a un cue po al mo e se a a és del ai e. La componen e de la ue za es pe pendicula
a la ue za de sus en ación y a en di ección con a ia a la elocidad del cue po. De nue o,
pa a pode halla es a esis encia ae odinámica es necesa io un coe icien e adimensional que
ep esen a la e ec i idad del cue po que a a iesa el ai e.
𝐹𝐷= 𝐶𝐷(𝛼)·𝐴·1
2𝜌𝜈2
(ec. 14)
Memo ia
12
Como se puede obse a , el alo de la esis encia ae odinámica depende de la p oyección
de la supe icie no mal a la ue za de sus en ación, es deci A=cue da x ancho, y la elocidad
a la que se desplaza el cue po. Po lo an o, la esis encia ae odinámica aumen a a medida
que la elocidad a la que el elemen o a a iesa el ai e o la supe icie de con ac o aumen an.
El alo del coe icien e adimensional de esis encia es unción del ángulo de a aque, 𝛼, del
pe il de es udio, como se puede obse a en la igu a 5.
Figu a 5. Coe icien e de esis encia en unción del ángulo de a aque.
Al se un coe icien e adimensional, a ligado a la o ma del elemen o de es udio y no al
amaño. De es a mane a, un cilind o con un de e minado diáme o end á el mismo coe icien e
de esis encia que uno con un diáme o meno .
Figu a 6. Ejemplos de coe icien es de esis encia según la o ma geomé ica.
Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
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2.4.3. EFICIENCIA AERODINÁMICA
La e iciencia ae odinámica es la elación en e el coe icien e de sus en ación y el coe icien e
de esis encia ae odinámica, o en su de ec o, la elación en e las ue zas de sus en ación y
de esis encia. El alo que de e mina es a e iciencia ae odinámica se conoce como ineza,
es adimensional y se busca maximiza lo aumen ando lo máximo posible los alo es de la
ue za de sus en ación y minimizando, a su ez, la esis encia ae odinámica:
𝑓 = 𝐹𝐿
𝐹𝐷
=𝐶𝐿
𝐶𝐷
(ec. 15)

Memo ia
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3. INTRODUCCIÓN A LA DINÁMICA DE FLUIDOS
3.1. NÚMERO DE REYNOLDS
El núme o de Reynolds es uno de los núme os adimensionales más básicos e impo an es de
la mecánica de luidos, y es un pa áme o que pe mi e p edeci si un lujo es lamina o
u bulen o.
Es e núme o indica la elación en e las ue zas de ine cia y las ue zas iscosas:
- Las ue zas de ine cia son las que iene cualquie cue po que su e una acele ación o
una decele ación. Es a ue za se exp esa como el p oduc o de la masa y la
acele ación:
𝐹𝑖= 𝑚 · 𝑎
(ec. 16)
Y si se aplica es a de inición a un luido:
𝐹𝑖= 𝜌 · 𝑣2· 𝐿2
(ec. 17)
Donde 𝜌 es la densidad, 𝑣 es la elocidad del luido y 𝐿 una longi ud ca ac e ís ica.
- Las ue zas iscosas, po o o lado, son las que se oponen al mo imien o lib e del
luido po el ozamien o in e no de sus pa ículas. Se puede exp esa como:
𝐹
𝑣= 𝜇 · 𝐿 · 𝑣
(ec. 18)
Donde 𝜇 es la iscosidad dinámica del luido.
Como se ha comen ado an e io men e, el núme o de Reynolds es la elación en e es as dos
ue zas, po lo que su alo se ob iene a a és del cocien e en e ambas:
𝑅𝑒 =𝐹𝑖
𝐹
𝑣
=𝜌 · 𝑣2· 𝐿2
𝜇 · 𝐿 · 𝑣 =𝜌 · 𝑣 · 𝐿
𝜇
(ec. 19)
Una ez conocida la de inición ma emá ica pa a calcula su alo , hab á que en ende de qué
mane a in luye el núme o de Reynolds en la condición de un lujo:
Si el núme o de Reynolds es pequeño, las ue zas iscosas son más impo an es que las
ue zas de ine cia. Es o signi ica que la iscosidad del luido a a p o oca que el mo imien o
de las pa ículas sea o denado. Las ayec o ias de las pa ículas no se c uza án haciendo
que se mue an po capas, po lo que si el Re iene un alo pequeño es amos an e un lujo
lamina
Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
15
En cambio, si el núme o de Reynolds es g ande, las ue zas de ine cia domina án sob e las
ue zas iscosas. Es o implica que la elocidad del luido es an ele ada que la iscosidad no
es su icien e pa a impedi que las pa ículas de luido se mue an de o ma deso denada, po
lo que un alo del Re al o, indica que enemos un lujo u bulen o.
El alo de ansición en e los dos ipos de lujo, conocido como el núme o de Reynolds c í ico,
depende á del ipo de p oblema que se es é esol iendo. En el es udio de lujo en ube ías,
po ejemplo, el alo del núme o de Reynolds c í ico es á al ededo de los 2300. En cambio,
en un p oblema ae odinámico, donde L se ía la longi ud de la cue da del pe il de es udio, es e
alo de ansición se á más ele ado.
3.2. CAPA LÍMITE
La elocidad en odos los pun os de un luido es la misma si es e se mue e lib emen e sin
obs áculos ni pa edes que lo con inen, pe o cuando en a en con ac o con un obje o, la
elocidad del luido se e a ec ada, apa eciendo el enómeno conocido como capa lími e.
La iscosidad del luido de es udio gene a ue zas de ozamien o al en a en con ac o con un
cue po, p o ocando que la elocidad del luido sob e la supe icie sea nula. La capa lími e es
la zona que aba ca desde donde la elocidad ela i a del luido espec o a la supe icie es 0,
has a donde se alcanza el 99% de la elocidad del lujo no pe u bado.
Figu a 7. Capa lími e lamina y pe il de elocidades del luido.
La capa lími e, al igual que en los luidos, puede se lamina o u bulen a. La igu a 7 es un
ejemplo de capa lími e lamina , donde el lujo es o denado o iginando una meno icción en e
luido y supe icie. En cambio, en una capa lími e u bulen a p esen a un compo amien o
caó ico y deso denado, ya que la icción en e el luido y el cue po aumen a po la apa ición
de ó ices.
Memo ia
16
Figu a 8. Ejemplo de capa lími e u bulen a.
La capa lími e puede llega a desp ende se del cue po cuando se p oduce un g adien e de
p esiones ad e so (dp/dx>0). Es e desp endimien o de la capa lími e p oduce un inc emen o
de la esis encia ae odinámica y una disminución de la ue za de sus en ación.
Figu a 9. Desp endimien o de la capa lími e.
En el mundo de la au omoción, en cambio, al ene ale ones o mados po dos o más planos,
la cu a u a se di ide en dos eco idos de meno longi ud e i ando que la capa lími e se
desp enda. Si los ale ones ue an o mados po un solo pe il, la cu a u a o al se ía al que
se ía imposible e i a que se desp endie a la capa lími e en la pa e in e io del ale ón.
A la ho a de diseña los monoplazas se busca que la capa lími e u bulen a apa ezca lo más
a de posible, ya que las u bulencias gene adas anula ían la e iciencia ae odinámica del
monoplaza. Po lo an o, se in en a que los ale ones man engan la capa lími e en égimen
lamina lo máximo posible. Una ez el p ime elemen o e mina, es ine i able que la capa
lími e se desp enda, pe o al ene un segundo pe il el lujo se edi ige al nue o elemen o,
gene ando u bulencias, pe o sin llega a ene un desp endimien o de la capa lími e.
Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
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Figu a 10. T ansición de capa lími e lamina a u bulen a en un ale ón.
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4.1.3. ALERONES DE VARIOS ELEMENTOS
Pa a ob ene unos alo es mayo es del coe icien e de sus en ación se pueden añadi aún más
laps a un ale ón. La composición más común pa a ale ones de más de dos elemen os es la
que coloca dos laps sob e el bo de de uga del plano p incipal, es la ex ensión lógica de la
con igu ación de un solo lap y pe mi e aumen a la cu a u a del ala aún más ( igu a 18).
Los laps en es e ipo de ale ones suelen p esen a geome ías di e en es en e ellos, con un
p ime lap más pequeño y de mayo g oso que el segundo. Las anu as en e el plano
p incipal y el p ime lap, y en e es e y el segundo, pueden ene el mismo amaño, si no, el
p ime o debe se mayo que el segundo. Ob ene la con igu ación óp ima es sólo posible as
ealiza g an can idad de p uebas, ya que la in o mación que se pueda ob ene del mundo
ae onáu ico puede se engañosa. Las ae ona es pe mi en el mo imien o de los laps po lo
que las dis ancias en e elemen os no son an impo an es, sin emba go, en el mundo
au omo ilís ico la con igu ación no puede se modi icada una ez el ehículo sale a pis a,
eniendo que elegi las posiciones y los espacios en e laps de an emano. Po lo an o, la
mejo opción es con igu a los espacios en e laps a la misma dis ancia suge ida pa a el
ale ón de dos elemen os.
Figu a 18. Ale ón de es elemen os.
La dimensión combinada de la cue da de los dos laps es á en e el 30-40% de la cue da o al
del ala p incipal. Es deci , los amaños indi iduales de los laps en es e ipo de ale ones son
meno es que en los de dos elemen os, donde el lap enía un amaño del 30% de la cue da
del plano p incipal.
En con igu aciones con dos laps es á comp obado que ene planos p incipales de mayo
g oso pe mi e ene coe icien es de sus en ación más ele ados, ob eniendo los alo es
óp imos ce ca del 18% de la cue da. Al añadi un segundo lap la cu a u a gene al del ale ón
es más p onunciada, haciendo que en e en pé dida con ángulos de a aque meno es que en
el es o de ale ones. Sin emba go, en ehículos de compe ición el ángulo de inclinación de
los laps suele es a en e 25 y 30º pa a el lap delan e o y en e 30 y 70º pa a el secunda io.

Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
25
Es e ipo de ale ones puede ene dos ipos de dis ibuciones pa a ajus a sus ca ac e ís icas,
dejando el lap delan e o ijo y el secunda io egulable o ijando el uno con el o o, pe mi iendo
que se ajus en a la pa . En cualquie caso, an solo se modi ica una de las dos anu as pa a
hace más accesible el manejo y acili a la pues a a pun o.
En casos ex emos, se pueden llega a añadi incluso más laps, como en la con igu ación
conocida como “Pe siana eneciana” que añade cua o laps al plano p incipal ( igu a 19).
Pa a es e ipo de dis ibuciones es necesa io que el pe il p incipal sea bas an e plano y con
un ángulo de incidencia bajo, ya que la cu a u a en es os ale ones la o ecen los laps. Es a
es una con igu ación de máxima ca ga ae odinámica y, po lo an o, la esis encia que se
gene a á ambién se á muy ele ada.
Figu a 19. Ale ón de cua o elemen os del CART de 1997.
Los ale ones que gene an mucha ca ga ae odinámica pueden su i una sepa ación del lujo
en el bo de de a aque, algo que se puede soluciona modi icando la geome ía de la pa e
delan e a del ale ón. Pa a e i a ene que ealiza modi icaciones en la geome ía del pe il,
hay con igu aciones que inco po an un elemen o en el bo de de a aque del plano p incipal,
conocido como ale a ( igu a 20). Es as con igu aciones son usadas sob e odo en los a iones
de anspo e de pasaje os.
Figu a 20. Ale ón de es elemen os con ale a.
Memo ia
26
La ale a es un elemen o bas an e pa ecido a un lap, pe o si uado en la pa e delan e a e
in e io del plano p incipal. Es e elemen o añade una pe u bación po delan e del ala,
educiendo la elocidad del ai e que ci cula po la pa e in e io del ale ón. De es a mane a,
se disminuyen las p obabilidades de la sepa ación del lujo consecuencia de ene un ángulo
de a aque muy p onunciado. Los bene icios de la ale a comienzan a ene e ec o con ángulos
de inclinación del ale ón muy p onunciados. Además, es e elemen o pe mi e gene a más
ca ga ae odinámica y e asa el ángulo en el que el ale ón en a en pé dida ( igu a 21).
Figu a 21. Compa a i a de la cu a de sus en ación pa a ale ones de dos elemen os con y sin ale a.
Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
27
5. DISEÑO CONCEPTUAL
5.1. LIMITACIONES ESTRUCTURALES
Una ez explicados y en endidos los concep os eó icos de los apa ados an e io es, podemos
comenza a diseña el ale ón. El obje i o del abajo es c ea una es uc u a que o ezca
ca ac e ís icas simila es a un ale ón ase o de Fó mula 1. Como es ob io, pode c ea un
componen e exac amen e igual a los que enemos en una compe ición de máximo ni el como
la F1 es imposible, po la al a de conocimien os y ecu sos pa a pode ealiza es uc u as an
complejas y po el g an sec e ismo que en uel e es e depo e. Sin emba go, la no ma i a que
deben cumpli es os monoplazas es pública, po lo que, algunos de los concep os
es uc u ales pueden se aplicados a nues o componen e ae odinámico pa a pode ob ene
un esul ado lo más eal posible.
En e las egulaciones más básicas impues as po la FIA pa a la empo ada 2020-2021 y que
se an a inco po a en el diseño de es e componen e, enemos que el ale ón debe se de dos
elemen os y la cue da del pe il p incipal iene que se mayo que la del pe il secunda io o
lap. Además, la dis ancia e ical en e las dos secciones iene que es a en e 10 y 15 mm
en su posición más ce cana. Po úl imo, ambién hay que ene en cuen a que el ángulo
máximo de inclinación de la sección p incipal no debe supe a los 15º.
Figu a 22. Dimensiones del ale ón en is a de plan a. (En milíme os)
Memo ia
28
Figu a 23. Dimensiones del ale ón en is a la e al. (En milíme os)
Po o o lado, en lo que espec a al diseño en es dimensiones de la es uc u a, es a á basado
en los amaños que apa ecen en las igu as 22 y 23. Algunas de las medidas de la es uc u a
son, po ejemplo, una al u a de 670 mm, una base de 840 mm que se ensancha has a llega
a los 1050 mm en la zona donde los pe iles son ensamblados, e c.
5.2. ELECCIÓN DE PERFILES
T as conoce las limi aciones es uc u ales del componen e ae odinámico, el p ime paso es
selecciona los pe iles que an a compone el ale ón. Se ealiza án una se ie de compa a i as
de las ca ac e ís icas ae odinámicas de a ios pe iles pa a ob ene las geome ías que
o ezcan las p opiedades óp imas. En es e caso, el obje i o es encon a pe iles que o ezcan
la mayo ca ga ae odinámica posible, eniendo en cuen a siemp e que la esis encia al a ance
no sea muy ele ada. Po lo an o, los ac o es cla es en la selección de los pe iles se án
siemp e que enga el mayo coe icien e sus en ación y el meno coe icien e de esis encia,
pa a un de e minado ángulo de a aque.
En el au omo ilismo de compe ición los pe iles de los ale ones son c eados a medida
o mando pun o po pun o la geome ía pa a ob ene los máximos bene icios en cada si uación
que se encuen en. En es e caso, se án ob enidos de la base de da os online de pe iles
ae odinámicos “ai oil ools.com”.
Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
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La base de da os cuen a con in inidad de pe iles ae odinámicos po lo que hab á que aco a
la búsqueda pa a ob ene las geome ías que más se ajus en a nues as necesidades. El
buscado cuen a con la opción de indica los alo es de g oso de los pe iles, ya que como
hemos is o en apa ados an e io es, el pe il p incipal iene un g oso mayo que el lap. En
los ale ones de dos elemen os el pe il p incipal suele ene un g oso de en e el 15 y el 20%
de la cue da, mien as que pa a el lap el g oso es á en e el 5 y el 15%.
O a opción que o ece el buscado y que acili a la selección de los pe iles, es la de o dena
los esul ados ob enidos de mayo a meno e iciencia ae odinámica (Cl/Cd), de es a mane a
los p ime os pe iles que se ob engan se án los que más ca ga ae odinámica gene en en
elación a la esis encia. Es a opción depende del núme o de Reynolds, un alo que a ía en
unción de las condiciones del luido de es udio y que in luye en los alo es de los coe icien es
ae odinámicos. Po lo an o, hab á que calcula un Reynolds ap oximado pa a que la
búsqueda sea lo más p ecisa posible:
- Pa a el pe il p incipal:
𝑅𝑒 =𝜌 · 𝑣 · 𝐿
𝜇=1,204 𝑘𝑔
𝑚3·60 𝑚
𝑠· 0,35 𝑚
1,825 ·10−5 𝑘𝑔
𝑚 · 𝑠
= 1385424,66
- Pa a el lap:
𝑅𝑒 =𝜌 · 𝑣 · 𝐿
𝜇=1,204 𝑘𝑔
𝑚3·60 𝑚
𝑠· 0,105 𝑚
1,825 ·10−5 𝑘𝑔
𝑚 · 𝑠
= 415627.4
Pa a el cálculo, los alo es de densidad y de iscosidad dinámica son ob enidos de las ablas
de p opiedades del ai e a p esión a mos é ica (1 a m) a una empe a u a de 20ºC. La longi ud
(L) de los pe iles son los alo es de sus cue das, 35cm en el caso del pe il p incipal y 10.5cm
el lap, que equi ale al 30% de la cue da del p ime elemen o. En cuan o a las elocidades,
ienen alo es di e en es en cada ci cui o y en cada cu a siendo imposible de e mina un
Reynolds pa a cada amo que eco e el monoplaza. Po lo an o, con los alo es de elocidad
medios en el ci cui o más ápido del calenda io (Monza) y el más len o (Mónaco) se ha
ealizado un p omedio dando como esul ado 60 m/s o 216 km/h.
Los alo es ob enidos del núme o de Reynolds pa a cada elemen o debe án de se
edondeados, ya que la base de da os no ealiza los cálculos pa a alo es an p ecisos. El
edondeo es a la opción más ce cana que o ezca la página, en el caso de pe il p incipal el
Reynolds pa a la búsqueda se á de 1.000.000, mien as que pa a el lap se á de 500.000.

Memo ia
30
Una ez impues as las condiciones de búsqueda, pa a selecciona la opción más adecuada
se compa a án es pe iles de los a ojados po la base de da os, pa a cada pe il.
5.2.1. PERFIL PRINCIPAL
Pa a el elemen o p incipal, los es pe iles seleccionados pa a la compa a i a se mues an en
las igu as 24, 25 y 26.
- AH 79-100 B
Figu a 24. Pe il AH 79-100 B.
- FX76-MP-120
Figu a 25. Pe il FX76-MP-120.
- DAE-11
Figu a 26. DAE-11.
Los da os ob enidos de cada una de las geome ías, pa a el alo del Reynolds mencionado
an e io men e, se án u ilizados pa a gene a es g á icas compa a i as. Las igu as 27 y 28,
ep esen an los coe icien es de sus en ación y de esis encia con espec o a di e en es
ángulos de a aque. La igu a 29, ep esen a en un mismo g á ico ambos coe icien es,
pe mi iendo obse a la can idad de esis encia que c ea el pe il a medida que gene a ca ga
ae odinámica.
Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
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Figu a 27. G a ica coe icien e de sus en ación s ángulo de a aque.
En lo que espec a a los coe icien es de sus en ación, emos que los es pe iles ienen los
alo es más ele ados a pa i de, ap oximadamen e, los 10º de inclinación. El pe il DAE-11
es el que iene los coe icien es de sus en ación más bajos, po lo an o, queda desca ado.
Vemos que los pe iles AH 79-100 B y FX76-MP-120 ienen compo amien os muy pa ecidos,
pe o el p ime o alcanza coe icien es de sus en ación más ele ados pa a ángulos de a aque
de en e 12º y 15º. De es a mane a, el pe il que más ca ga gene a á se á el AH 79-100 B.
Figu a 28. G a ica coe icien e de esis encia s ángulo de a aque.
En es e caso, emos que pa a ángulos de a aque en e 10º y 15º, el que meno esis encia
gene a es el pe il DAE-11, pe o al se el pe il que menos ca ga gene aba quedó desca ado.
En e los dos pe iles es an es, el FX76-MP-120 iene coe icien es de esis encia lige amen e
in e io es y, sabiendo que los coe icien es de sus en ación e an muy pa ecidos a los del AH
79-100 B, puede se la mejo opción como pe il p incipal del ale ón.
Memo ia
32
Figu a 29. G a ica coe icien e de sus en ación s coe icien e de esis encia.
Po úl imo, en la g á ica que en en a ambos coe icien es, emos que a pesa de que el pe il
AH 79-100 B consigue el coe icien e de sus en ación más ele ado, lo alcanza con alo es de
esis encia más ele ados.
Po lo an o, después de analiza odas las g á icas, el pe il que o ece mejo es ca ac e ís icas
en la con igu ación deseada, en e 10º y 15º de inclinación, es el FX76-MP-120. Es e pe il
gene a á una ue za de sus en ación nega i a muy pa ecida al AH 79-100 B, pe o con la
en aja de p oduci menos esis encia ae odinámica.
5.2.2. FLAP
Pa a el elemen o secunda io o lap, los es pe iles seleccionados pa a la compa a i a es án
ep esen ados en las igu as 30, 31 y 32.
- GOE 464:
Figu a 30. Pe il GOE 464.
Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
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- AH-7-47-6:
Figu a 31. Pe il AH-7-47-6.
- GOE 395:
Figu a 32. Pe il GOE 395.
De la misma mane a que con el pe il p incipal, se u iliza á la in o mación p opo cionada po
la base de da os pa a gene a es g á icos y acili a , de es a mane a, la compa ación
ep esen ando los coe icien es de sus en ación y esis encia pa a di e en es ángulos de
a aque ( igu as 33, 34 y 35).
Figu a 33. G á ica coe icien e de sus en ación s coe icien e de esis encia.
Memo ia
40
- “In la ion”: Es a he amien a ealiza un mallado más ino en las zonas seleccionadas y
a expandiendo el amaño de la malla de o ma g adual a medida que nos alejamos
de la supe icie. En es e caso, se ha u ilizado es a opción en los dos pe iles de nue o,
pa a ene la malla más ina jus o en la supe icie del pe il donde se concen a án la
mayo ía de g adien es y magni udes debido a la capa lími e.

Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
41
Figu as 38, 39, 40 y 41. Rep esen ación del mallado inal a di e en es ni eles de zoom.
Como podemos obse a en las igu as 38, 39, 40 y 41, el esul ado inal es una malla
p og esi a donde el amaño de los elemen os a disminuyendo y el núme o de nodos a
aumen ando a medida que nos ace camos a los pe iles de es udio. De es a mane a, las
zonas de la pe i e ia de la geome ía, donde el luido iene un compo amien o cons an e,
con a án con una malla más simple y menos p ecisa, mien as que la p ecisión en la zona
c í ica se man iene in ac a.
Memo ia
42
6.2.2. CONFIGURACIÓN DE LA SIMULACIÓN
Una ez impo ada la geome ía y c eada la malla, el siguien e paso es es ablece los
pa áme os de simulación del modelo. P ime o, hay que asigna a cada pa e de la geome ía
sus ca ac e ís icas pa a que se ealice de mane a co ec a la simulación:
- “Inle ”: es a se á la zona de en ada del luido (Figu a 42). En es e sec o hay que
de ini la elocidad de luido. En es e caso, la elocidad del luido se á de 60 m/s en el
eje X posi i o.
Figu a 42. Rep esen ación del “Inle ” o en ada del luido al dominio de es udio.
- “Ou le ”: es a es la salida del luido (Figu a 43). En es a zona hay que de ini la p esión
ela i a como nula.
Figu a 43. Rep esen ación del “Ou le ” o salida del luido del dominio de es udio.
- “Wall”: es a ca ac e ís ica se aplica a odas aquellas supe icies que ayan a ac ua
como sólidos an e el lujo (Figu a 44). En es e caso, se aplica an o a los pe iles como
a las supe icies in e io y supe io de la geome ía, asemejando es a simulación a un
únel de ien o.
Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
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Figu a 44. Rep esen ación de los elemen os que ac ua án como un sólido an e el luido.
Además de la designación de los nomb es y las ca ac e ís icas de cada zona de la geome ía
impo ada, hay que de ini cie as p opiedades pa a el co ec o desa ollo de la simulación:
- Tipo de simulación: La simulación puede se en égimen es aciona io o ansi o io,
en es e caso, se selecciona el égimen es aciona io.
- Modelo de u bulencia: La u bulencia es un p oceso alea o io y no hay una o ma
pe ec a de de ini sus e ec os en una simulación de CFD, po eso se u ilizan modelos
de u bulencia. No hay un solo modelo que sea adecuado pa a odo ipo de
si uaciones, po lo que hay que selecciona la he amien a que sea más con enien e
pa a nues a simulación. El modelo u ilizado en es e caso es el k-omega SST que
calcula los esul ados en base a las ecuaciones de Na ie -S okes. El modelo k-omega
del ipo SST (Shea S ess T anspo ) es un modelo híb ido que combina los modelos
k-epsilon y k-omega. El p ime o es ideal pa a p edeci el compo amien o del luido en
zonas alejadas a las pa edes de la geome ía, mien as que k-omega es más
adecuado pa a simulaciones del lujo en el pe íme o de las pa edes. De es a mane a,
con el modelo k-omega SST enemos un modelo de cálculo muy obus o y que apenas
consume ecu sos, además de encaja a la pe ección con lo que se busca de es a
simulación.
- Ma e ial: Como hemos is o en apa ados an e io es, el luido u ilizado en es a
simulación se á ai e a 20ºC con una densidad de 1,204 𝑘𝑔
𝑚3 y una iscosidad dinámica
de 1,825 ·10−5 𝑘𝑔
𝑚·𝑠.
- C i e io de con e gencia: Pa a la esolución de las ecuaciones de cálculo el
p og ama ealiza un p oceso i e a i o. El usua io asigna cuán as i e aciones se deben
ealiza pa a que se de enga el p og ama, pe o el obje i o de la simulación no es ese,
Memo ia
44
es llega a una cie a p ecisión. Es a p ecisión se mide median e la con e gencia de
los alo es calculados ob enidos usando la media cuad á ica. En es e caso, el c i e io
de con e gencia se á de 1 · 10−6.
- Va iables adicionales: El p og ama pe mi e selecciona de que a iables que emos
ecibi in o mación una ez se lle e a cabo la simulación. En es e caso, se ha
seleccionado ecibi in o mación ace ca de los coe icien es de sus en ación y de
esis encia al a ance.
Con la simulación comple amen e con igu ada se pueden inicializa los cálculos. Se le pide al
p og ama que ealice 500 i e aciones a la ho a de calcula , un alo muy ele ado que nos
asegu a á alcanza la p ecisión deseada.
6.2.3. SOLUCIÓN Y POST-PROCESO
Una ez inalizados los cálculos, nos asegu amos que los esiduos cumplen el c i e io de
con e gencia que se ha impues o du an e la con igu ación.
Figu a 45. Residuos de la simulación.
Los esiduos son la di e encia en e los alo es expe imen ales y los alo es eales, po eso
es an impo an e que cumplan el c i e io de con e gencia impues o du an e la con igu ación.
Como se puede obse a en la igu a 45, los esiduos cumplen el c i e io de con e gencia de
1 · 10−6, asegu ando un e o de cálculo bajo y unos esul ados p ecisos
Es e p oceso de mallado, con igu ación y análisis de los esul ados se ha ealizado de la
misma mane a pa a odos y cada uno de las di e en es con igu aciones. Así pues, podemos
compa a las en las mismas condiciones pa a selecciona la con igu ación más con enien e.
Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
45
Una ez encon emos la con igu ación óp ima podemos pasa a la siguien e ase que es el
es udio idimensional del ale ón.
Se han ealizado a ias p uebas con ángulos de inclinación di e en es, en ambos pe iles. Los
esul ados ob enidos en la simulación han sido los siguien es:
Ángulos de
a aque
Coe icien e de
sus en ación
(𝑪𝑳)
Coe icien e de
esis encia
(𝑪𝑫)
Ca ga
ae odinámica
(N)
Resis encia al
a ance (N)
10º - 30º
4.12
0.12
-101.22
2.75
12º - 30º
2.91
0.18
-78.81
4.95
12º - 35º
2.75
0.21
-79.21
6.05
12º - 40º
2.65
0.23
-80.64
7.14
15º - 40º
2.11
0.28
-72.39
9.46
Las con igu aciones aquí pod ían se in ini as, pe o pa a pode aco a el núme o de
simulaciones y esul ados a analiza , se han de e minado es as cinco a iaciones que
cumplen con los equisi os es uc u ales. En base a es o, la con igu ación con las mejo es
ca ac e ís icas es la de 10º de inclinación del pe il p incipal y 30º del lap. Es a disposición es
la que ob iene el coe icien e de sus en ación más ele ado y el coe icien e de esis encia más
bajo.
A pesa de que ene ángulos de inclinación más g andes hace pensa que se an a ob ene
mayo es ue zas de sus en ación nega i a, es o no siemp e es cie o. Es o es debido a que
es os ángulos de a aque an p onunciados pueden supone un desp endimien o de la capa
lími e muy emp ano, a ec ando nega i amen e al endimien o ae odinámico. Es lo que
sucede en es e caso, los pe iles con meno ángulo de inclinación son los que más e iciencia
ae odinámica ienen, ya que e i an un desp endimien o muy emp ano del lujo de la supe icie
de con ac o.

Memo ia
46
Una ez is o es o, el siguien e paso es analiza el compo amien o del lujo en la con igu ación
op ima a a és de los da os e imágenes ob enidos g acias a la simulación.
Figu a 46. Velocidad del ai e a lo la go del dominio de es udio.
En la igu a 46 podemos obse a cómo los pe iles hacen que la elocidad del ai e aumen e
conside ablemen e al pasa po el in adós. La di e encia de elocidades más p onunciada se
da en el bo de del pe il p incipal, ya que es el p ime obs áculo que se encuen a el lujo de
ai e. Las pa ículas al pasa po la pa e in e io de es e elemen o deben eco e una mayo
dis ancia, lo que hace que su elocidad aumen e.
Si p es amos especial a ención al bo de de uga del elemen o p incipal emos una pequeña
zona de elocidades muy bajas, es o es la ep esen ación g á ica del desp endimien o de la
capa lími e. En es a zona el lujo se desp ende de la supe icie de con ac o disminuyendo su
elocidad y c eando u bulencias. Es e e ec o pod ía se e i ado educiendo más el ángulo de
a aque de es e elemen o, con una inclinación menos p onunciada el lujo disminui ía su
elocidad gene al de paso po el in adós, pe o se man end ía en con ac o con el pe il en odo
momen o, e i ando las u bulencias en es a zona.
Es e desp endimien o de la capa lími e es mi igado po el lap, es e elemen o como se ha
comen ado p e iamen e pe mi e edi igi el lujo u bulen o y de ol e lo a un es ado lamina .
De es a mane a, las consecuencias nega i as que c ean las u bulencias son educidas.
Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
47
Figu a 47. Líneas de co ien e a lo la go del dominio de es udio.
Es a igu a ayuda a en ende el e ec o de sepa ación de lujo de la supe icie de con ac o. La
imagen ep esen a el eco ido que sigue el ai e a lo la go de la geome ía. Como se puede
obse a , hay una pequeña sepa ación en e la zona donde la elocidad es nula, jus o en la
supe ície del pe il, y el es o del lujo que ci cula po la pa e in e io del ale ón.
Figu a 48. P esiones a lo la go del dominio de es udio.
La igu a 48 ep esen a la dis ibución de p esiones del luido a lo la go de ambos pe iles.
Como se puede obse a , los alo es más al os de la p esión es án si uados en ex adós, es o
Memo ia
48
sumado al e ec o is o en la igu a 46, indica el co ec o uncionamien o del ale ón. El luido
se acele a al pasa po la pa e in e io gene ando al as p esiones en la pa e supe io de
ambos pe iles, lo que gene a la ue za de sus en ación en di ección hacia el suelo, es deci ,
ca ga ae odinámica.
El p ime pe il, al ene un ángulo de a aque mucho menos p onunciado dis ibuye de mane a
más adecuada las p esiones a lo la go de oda la sección. En cambio, si p es amos a ención
al elemen o secunda io, emos que la p esión nega i a no se dis ibuye a lo la go de odo el
pe il, sino que es á más concen ada en la pa e delan e a. Además, el lap al se un pe il
que po sí mismo ya cuen a con bas an e cu a u a, emos que los alo es de p esión más
al os se dan jus o en el bo de de a aque, ya que el ai e impac a de mane a más ho izon al
que en el elemen o p incipal.
Figu a 49. Ene gía asociada a u bulencias en el dominio de es udio.
La igu a 49 ep esen a la ene gía asociada a las u bulencias a lo la go de odo el dominio de
es udio. Como se puede obse a , en la mayo pa e de la geome ía de es udio es a ene gía
es nula. La zona p incipal de u bulencias, con i mando lo que se ha comen ado du an e el
análisis de elocidades, es jus o en el bo de de uga del elemen o p incipal. Es as u bulencias
son gene adas po el desp endimien o de la capa lími e, es un e ec o que pod ía se
p eocupan e si se diese al inicio del pe il, pe o al es a si uado an p óximo al bo de de uga
no a ec a an nega i amen e a los esul ados. Las u bulencias apa ecen jus o en la zona de
mayo cu a u a del pe il p incipal que, sumado al ángulo de a aque escogido, pa ecen se
las p incipales azones po las que sucede es o.
Algo posi i o es que en la pa e supe io del pe il p incipal no hay ni as o de posibles
u bulencias. Es as se pod ían da a la al u a del bo de de uga, pe o como emos, el lap
cumple su unción y e i a la gene ación de u bulencias en es a zona. P es ando a ención en
Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
49
es e caso al pe il secunda io, emos que en la pa e supe io del mismo hay pequeñas
u bulencias que apa ecen debido a la g an cu a u a que iene es e elemen o, aun así, no
ienen demasiada impo ancia pues o que los alo es de la ene gía no son muy ele ados.
Memo ia
56
- “Symme y”: Es a es la única no edad con espec o a la simulación en dos
dimensiones. Es a zona es la que apa ece al de ini una sime ía du an e la gene ación
del dominio de es udio, ac úa como un espejo del es o del dominio de es udio.
Figu a 64. Sime ía del dominio de es udio.
A pa i de aquí y de la misma mane a que en el es o de simulaciones ealizadas, hay que
impone una se ie de condiciones y ca ac e ís icas que de ini án los esul ados de la
simulación. Es as condiciones son las mismas que pa a la simulación de los pe iles en dos
dimensiones, enemos:
- Tipo de simulación: Régimen es aciona io.
- Modelo de u bulencia: Modelo k-omega SST
- Ma e ial: Ai e a 20ºC con una densidad de 1,204 𝑘𝑔
𝑚3 y una iscosidad dinámica de
1,825 ·10−5 𝑘𝑔
𝑚·𝑠.
- C i e io de con e gencia: C i e io de con e gencia de 1 · 10−6.
Con es a con igu ación se le pide al p og ama que ealice 400 i e aciones a la ho a de calcula .
El núme o de i e aciones es in e io al de la simulación en dos dimensiones, ya que la
geome ía y la malla en es e caso son más complejas, lo que supond ía un consumo mayo
de ecu sos y más iempo de p ocesado. De odas mane as, con es e núme o de i e aciones
se consiguen esul ados con la p ecisión impues a du an e la con igu ación.

Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
57
7.2.3. SOLUCIÓN Y POST-PROCESO
Después del p oceso de cálculo los esul ados ob enidos son los siguien es:
Figu a 65. Con o no de elocidad del luido a lo la go del dominio de es udio.
Se puede ap ecia un compo amien o del lujo de ai e en elación a las elocidades muy
simila al análisis en dos dimensiones. El con o no, como se puede obse a , es mucho menos
luido que en el caso en 2D. Es e suceso ocu e po el ipo de malla con el que se ha ealizado
la simulación, un mallado más ino hubiese supues o un dibujado más p eciso del con o no.
A pesa de es o, emos que los alo es numé icos son muy simila es a los is os en la
simulación 2D con i mando que el ale ón unciona co ec amen e.
Figu a 66. Con o no de p esiones en is a la e al.
Memo ia
58
Figu a 67. Con o no de p esiones en el ex e io y el in e io de la de i a la e al.
Analizando la di e encia de p esiones en odas las ca as del ale ón, emos que de nue o en
la is a la e al el compo amien o del ale ón es muy simila al de la simulación en dos
dimensiones. Los alo es máximos de p esión en la pa e supe io de los pe iles se ex ienden
po oda la supe icie, lo que indica una co ec a dis ibución de la p esión. Po la pa e in e io ,
el alo máximo de p esión es á si uado en el bo de de a aque del pe il p incipal y es muy
supe io al alo máximo que se ob u o en la simulación en 2D. Aun así, la dis ibución gene al
de las p esiones es muy pa ecida en ambas si uaciones.
Una ez comen ado es o, si p es amos a ención a la de i a la e al emos que la zona de
mayo p esión es el bo de de a aque, la pa e que impac a con el ai e de mane a on al. Del
ex emo que impac a con el ai e, emos que la zona que gene a más p esión es la que iene
cie o ángulo de inclinación y no es comple amen e e ical. Al no ene una de i a la e al
o almen e e ical, la ue za esul an e iene componen es ho izon al y e ical, es deci que
no sólo se gene a esis encia sino que ambién gene a ca ga ae odinámica.
Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
59
Figu a 68. Ene gía asociada a u bulencias en el dominio de es udio.
Con espec o a las u bulencias, emos que es as se gene an mucho an es que en la
simulación 2D. En es e caso, las u bulencias apa ecen en el bo de de a aque del pe il
p incipal haciendo pensa que el ale ón no unciona como debe ía. A pesa de es o, si
compa amos es e mismo con o no con las simulaciones p e ias, emos que los alo es en
es a simulación son mucho más bajos en gene al. Es a g an di e encia iene debida po la
unción que cumplen las de i as la e ales, que man ienen el lujo de ai e ci culando po la
supe icie de los pe iles y e i ando la sepa ación del lujo. Es p obable que con una malla
más ina los esul ados de es e con o no uesen di e en es, mos ando u bulencias an solo
en el bo de de uga del elemen o p incipal, donde los alo es de la ene gía son más ele ados.
Figu a 69. Líneas de co ien e en el plano ho izon al.
En la igu a 69, donde se indican las líneas de co ien e en el cen o del ale ón, emos una
ep esen ación muy pa ecida a la que eníamos con el con o no de elocidades. En es e caso,
podemos ap ecia como el lujo se sepa a de la supe icie de con ac o ce ca del bo de de uga
de ambos pe iles. Sin emba go, emos que la elocidad máxima no se da jus o en la
supe icie del pe il, ya que hay una pequeña zona donde la elocidad no llega a se nula, pe o
es más educida. Es o no a ec a muy nega i amen e a la gene ación de ca ga ae odinámica,
Memo ia
60
pe o pod ía habe sido e i ado con un pe il más cu o ac uando como elemen o p incipal o
con un ángulo de a aque menos p onunciado.
Figu a 70. Líneas de co ien e en is a on al e isomé ica.
Figu a 71. Líneas de co ien e en is a on al e isomé ica.
Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
61
Figu a 72. Líneas de co ien e en is a on al e isomé ica.
Figu a 73. Líneas de co ien e en is a on al e isomé ica.
Las igu as 70, 71, 72 y 73 ep esen an las líneas de co ien e del ai e al pasa a a és del
ale ón. En cada imagen las líneas de co ien e es án ep esen adas a di e en es al u as del
ale ón, pa a e cómo cambia el compo amien o del ai e al ace ca se a las de i as la e ales.
El e ec o más ele an e a comen a es el que se p oduce en la salida del ai e del ale ón. Como
se puede obse a en cada una de las igu as, el ai e al eco e oda la es uc u a sigue una
ayec o ia hacia el ex e io de la de i a la e al, gene ando un lujo o a o io conocido
comúnmen e como ó ice.

Memo ia
62
Los ó ices son espi ales que se gene an po la endencia del ai e a lui de la zona de al a
p esión (la pa e supe io del ale ón) hacia la zona de baja p esión (la pa e in e io del ale ón).
Sin las de i as la e ales, es e e ec o se ía incluso más no able, ya que el ai e no end ía ningún
lími e en es a zona gene ando ó ices a lo la go de oda la supe icie de los pe iles.
Los ó ices son bene iciosos en cie as si uaciones, de hecho, un monoplaza de Fó mula 1
iene muchos elemen os que in en an gene a es e e ec o. En elemen os como el ale ón
ase o se desea que el ai e llegue con la máxima elocidad y ene gía posibles, pe o pa a ello
debe de ci cula a lo la go de oda la ca oce ía y hay que e i a la sepa ación del lujo de ai e
de la supe icie de con ac o, ya que el ai e que llega ía a la pa e pos e io se ía débil y
u bulen o. En es as si uaciones, los ó ices son u ilizados pa a man ene el lujo de ai e unido
al chasis y minimiza las u bulencias y las pé didas de elocidad y ene gía.
Sin emba go, la p esencia de ó ices en el ale ón ase o, donde p ima ene un ai e con al a
elocidad y ene gía, gene a esis encia ae odinámica. An es de que el ó ice se gene e, el
ai e a en línea ec a, al gene a se, la ene gía hacia a ás que lle aba el ai e se ans o ma
en ene gía la e al que c ea el espi al algo que alen iza el lujo de ai e y, po lo an o, hace
pe de elocidad al ehículo.
Al inco po a las de i as la e ales, e i as que el ai e se de ame po los cos ados, pe o el ai e
sob e los pe iles y den o de las de i as iene mucha más p esión que el ai e ue a del ale ón
gene ando ó ices como los que se puede obse a en las igu as 70, 71, 72 y 73.
Es os ó ices son neu alizados no malmen e con las pequeñas incisiones en las de i as
la e ales que se pueden obse a , po ejemplo, en el ale ón eal de F1 omado como
e e encia du an e el diseño (Figu a 51). Es as pequeñas ape u as hacen que pa e del ai e
que ci cula en e las de i as la e ales salga, haciendo que la p esión del ai e en la zona
ex e io del ale ón aumen e. La p esión del ai e en el ex e io de las de i as la e ales más
ele ada que en el in e io , hace que cuando el lujo llega a la pa e pos e io se c ee un ó ice
que gi a en sen ido con a io ( igu a 74). Es e nue o ó ice neu aliza el gi o del o o y educe
sus e ec os nega i os.
Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
63
Figu a 74. Rep esen ación g á ica del enómeno comen ado en el pá a o p e io.
Al no inco po a du an e el diseño del ale ón las pequeñas ape u as que se pueden obse a
en la igu a 51 y la 74, el ó ice gene ado po el ai e que sale de la pa e supe io del ale ón
hacia la pa e pos e io , es mucho mayo del que debe ía. Es o supone un d ag o esis encia
ae odinámica que pod ía habe sido e i ado en la ase de diseño y modelado.
Sin emba go, si analizamos los alo es de las ue zas que gene an es e ale ón enemos:
2D
3D
Ca ga ae odinámica o li (N)
-101.22
-949.13
Resis encia ae odinámica o d ag (N)
2.75
203.09
E iciencia ae odinámica
36.8
4.7
Compa ando los alo es ob enidos aquí con la simulación en 2D, emos un inc emen o
sus ancial en las ue zas gene adas, an o en ca ga ae odinámica como en esis encia. Es o
es algo no mal, ya que la supe icie de impac o del ai e en la es uc u a 3D es mucho mayo
que en el caso en 2D. En el caso de la e iciencia ae odinámica, ambién emos que es mayo
en el caso en dos dimensiones. La e iciencia es la elación en e la ca ga ae odinámica y la
esis encia (ec.15), lo que signi ica que se gene a una mayo can idad de d ag con espec o
a la ca ga ae odinámica. Es a di e encia en la e iciencia es no mal, ya que al ene una
es uc u a idimensional muchos más elemen os en an en con ac o con el ai e, enándolo y
gene ando esis encia.
Memo ia
64
8. ANALISIS DEL IMPACTO AMBIENTAL
A día de hoy, es muy impo an e analiza el impac o que iene sob e el plane a Tie a cualquie
ac i idad, abajo o p oyec o que se ealice. No malmen e, cualquie ac i idad humana gene a
un e ec o sob e el medio ambien e que supone una up u a del equilib io ambien al, po eso
es undamen al se conscien e de las consecuencias de nues o abajo.
Es e p oyec o ha sido ealizado p incipalmen e en casa, abajando median e el mismo
o denado . Desde él he buscado oda la in o mación necesa ia, he man enido con ac o con el
u o , he ealizado las simulaciones, las he analizado y es udiado pa a pos e io men e
edac a lo odo.
Po lo an o, el impac o ambien al de es e abajo no es muy no able, ya que no ha causado
e ec os g a es o i e e sibles sob e el medio ambien e como pod ía se la con aminación del
ai e, del agua o la gene ación de esiduos.
Sin emba go, sí que ha habido cie o consumo de ecu sos du an e la ealización del abajo.
Ha habido un consumo ene gé ico debido a la iluminación de la casa, el sis ema de
cale acción, la ca ga del elé ono mó il y la ob ia necesidad de man ene el o denado
conec ado a la ed. Además, se ha consumido in a de la imp esión de documen os y papel
pa a ealiza cálculos y oma apun es. A pesa de es o, el p oyec o no ha enido un impac o
ambien al no o io además del consumo no mal de ene gía que se puede ene en una casa
du an e es e pe íodo de iempo.
Diseño y análisis de un ale ón de Fó mula 1
65
CONCLUSIONES
Una ez inalizado es e p oyec o lo que podemos saca en cla o es que la ae odinámica en
los ehículos de compe ición es un ema minucioso, donde hay que se muy p eciso pa a
ob ene los mejo es esul ados. La Fó mula 1 es el caso más cla o, donde las escude ías
in ie en millones en se los mejo es en es e aspec o po la i al impo ancia que iene. A día
de hoy, ene el coche más ápido en la pa illa pasa po diseña un monoplaza casi pe ec o
ae odinámicamen e hablando.
Un monoplaza de Fó mula 1 es á eple o de componen es diseñados pa a di igi y ans o ma
el lujo de ai e con a el que impac a, en ue za e ical y adhe encia. De odos es os
componen es, el ale ón ase o es el que más impac o iene en la ca ga ae odinámica gene al
del ehículo. El obje i o del abajo ha sido diseña un componen e ae odinámico lo
su icien emen e pa ecido a un ale ón de Fó mula 1 eal, den o de nues as posibilidades,
pa a comp oba su compo amien o y cuan i ica cómo de impo an e es es e elemen o en el
diseño de un Fó mula 1.
El es udio de la ae odinámica y los ale ones ealizado en el abajo ha pe mi ido modela
es uc u as bidimensionales y idimensionales comple amen e uncionales.
Se ha ealizado un diseño de ale ón compues o en 2D, en que se ha u ilizado un pe il FX76-
MP-120 y un lap GOE 464. Con el obje i o de de e mina los ángulos de a aque más
e icien es pa a los pe iles, se han ealizado una se ie de simulaciones median e CFD. La
con igu ación óp ima que se ha ob enido es de 10º de inclinación del pe il p incipal y 30º del
lap.
A con inuación, se gene a el ale ón comple o en es dimensiones y se ealiza el
co espondien e análisis pa a de e mina que la es uc u a inal cumple su unción. La pa e
in e io acele a el lujo de ai e mien as que en la pa e supe io se gene an g andes p esiones
que empujan al ale ón hacia el suelo. Gene a 949.13N de ca ga ae odinámica y 203.09N de
esis encia pa a una elocidad del ai e de 60 m/s o 216 km/h. Es os alo es, a pesa del
co ec o uncionamien o del ale ón, es án lejos de se alo es óp imos y es que, la esis encia
ae odinámica que o ece es demasiado ele ada pa a el down o ce que se c ea, dando luga
a una e iciencia ae odinámica baja (4.7). Es o es debido p incipalmen e a los ó ices
gene ados a la salida del lujo del ale ón, hacen que el ai e sea débil y se alen ice, en una
zona donde p ima ene un lujo de ai e ápido y con ene gía. Es o a ec a nega i amen e al
endimien o del ale ón, dando luga a una es uc u a que no se u iliza ía a día de hoy en la
Fó mula 1.
Annexos
72
Figu a 32. Pe il GOE 395: h p://ai oil ools.com/.
Figu a 33. G á ica coe icien e de sus en ación s coe icien e de esis encia:
h p://ai oil ools.com/.
Figu a 34. G á ica coe icien e de esis encia s ángulo de a aque: h p://ai oil ools.com/.
Figu a 35. G á ica coe icien e de sus en ación s coe icien e de esis encia:
h p://ai oil ools.com/.
Figu a 74. Rep esen ación g á ica del enómeno comen ado en el pá a o p e io: Bea ,
Chain. You ube. F1 Ae odynamics se ies. h ps://www.you ube.com/wa ch? =ZFEzMKYjShc