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Los tubos Prandtl-Pitot en la F1

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Todos hemos visto alguna vez cómo los equipos de F1 incorporan en la parte superior del morro de los coches lo que parece ser una antena de transmisión de datos o de comunicación que sobresale de la superficie a modo de “chimenea”. También puede habernos llamado la atención el hecho de que los monoplazas durante los tests invernales salen frecuentemente a pista con parrillas de sensores en la parte media y trasera del mismo (sobre todo detrás de las ruedas delanteras, en los pontones o en el difusor trasero), tal y como puede apreciarse en las siguientes imágenes:

Tubos Prandtl-Pitot (sondas kiel en el caso de las parrillas) en diferentes partes del monoplaza (fuente: Sutton Images)

 

Ninguno tiene a estas altura duda de que estos sensores han sido concebidos con fines aerodinámicos, pero ¿acaso sabemos exactamente para qué sirven o qué principio físico hay detrás de ellos?

Pues bien, empecemos… Estos dispositivos, que apuntan en la dirección en la que se mueve el coche, reciben el nombre de tubos de Pitot en honor a su inventor: el ingeniero y físico francés Henri Pitot. No están presentes únicamente en la categoría reina del automovilismo, sino que son empleados también en aviación. En el caso de aeronaves suelen estar montados en el borde de ataque o debajo del ala, aunque en ciertos aviones están situados en el morro o en el estabilizador vertical. Esta localización no está seleccionada al azar, ya que está pensada para ponerles a salvo de perturbaciones o turbulencias causadas por el movimiento del aeroplano en el aire.

Tubo de Pitot situado debajo del ala de una avioneta.

 

La función de este artilugio es medir la velocidad de un punto dado una corriente de flujo, y fue usado por primera vez en 1732 en el río Sena por su inventor. Su principio, como podemos ver a continuación, es francamente sencillo: se basa en medidas de presión para obtener el valor de la velocidad del fluido.

Imaginemos un campo fluido con velocidad uniforme teniendo en cuenta que se trata de un fluido ideal (son despreciables los efectos de la viscosidad y de la conductividad térmica) y que no hay pérdidas energéticas. Si introducimos un cuerpo (en nuestro caso el tubo de Pitot) que perturbe el campo, será posible calcular el valor de la velocidad incidente sobre el mismo a partir de la medida de la presión en el punto P, como muestra la figura:

Representación de un campo fluido perturbado por un objeto en reposo.

 

La ecuación que modela el comportamiento de este cuerpo es la Ecuación de Bernoulli, la cual se obtiene al aplicar una serie de restricciones a la ecuación de conservación de la cantidad de movimiento.

Ecuación de Bernoulli

 

Como el punto P es un punto de remanso, la presión en el mismo será máxima y la velocidad relativa del fluido respecto de P, nula. Además, midiendo la presión en otro punto del fluido sin perturbar que se encuentre a la misma cota y que no se vea influenciado por la velocidad (P), conseguimos anular la influencia de la energía potencial. De este modo, averiguar cuál es la velocidad del fluido queda reducido a:

Ecuación simplificada para el cálculo de la velocidad de un fluido mediante el empleo de un tubo de Pitot.

 

En resumen, podemos medir la velocidad relativa aire-coche por medio de la presión estática (P) y la presión total o absoluta (Pp).

presión total = presión estática + presión dinámica

Sin embargo, como recordaréis, el instrumento de medición presente en los monoplazas de F1 no toma exclusivamente el nombre de su inventor. Esto se debe a que el tubo de Pitot original quedaba limitado a líquidos y exigía medir de forma independiente la presión en un punto sin perturbar, por lo que en 1800 el físico alemán Ludwing Prandtl incorporó en un mismo instrumento ambas medidas de presión gracias a la ayuda de un manómetro diferencial.

Actualmente, tanto los equipos de F1 como los aviones no emplean un sistema de medida de presión hidráulico, si no que recurren a transductores de presión. Estos elementos electrónicos convierten la presión en una señal eléctrica mediante la deformación de los extensómetros que están unidos al diafragma del mismo, cuyo funcionamiento físico omitiremos.

Esquema Tubo de Prandtl-Pitot.

 

Un hecho importante y que no se ha mencionado anteriormente es que Bernoulli debe aplicarse en conductos cerrados y con fluidos incompresibles, algo que, obviamente, el aire no cumple. Sin embargo, considerando una velocidad del sonido a nivel del mar y a 20 ºC es de 343 m/s y una velocidad del monoplaza de 350 km/h, obtenemos un número de Mach inferior a 0.3, lo cual nos conduce a que el aire (en este caso particular) se comporta como un fluido incompresible. Por tanto, esto nos indica que en el caso de los aviones habrá que corregir la ecuación para el cálculo de la velocidad.

Ahora bien, una vez que hemos entendido el funcionamiento de este sencillo pero extremadamente importante instrumento, intentaremos responder a la pregunta de por qué están presentes en los F1…

Como se ha comprobado anteriormente, el tubo de Prandtl-Pitot ayuda a medir la velocidad relativa coche-aire, es decir, no mide la velocidad del coche tomando como sistema de referencia el asfalto. Dicho de otro modo, si el coche y el aire viajan a una velocidad de 300 km/h y 100 km/h respectivamente en sentidos contrarios, obtendremos una velocidad por Pitot de 400 km/h. En caso contrario, si viajaran en el mismo sentido, la velocidad sería de 200 km/h.

Lo mismo ocurre con los aviones: la velocidad respecto del suelo nos indica cuánto tiempo durará el vuelo y la velocidad relativa al aire muestra la sustentación del ala, que es la fuerza que mantiene al avión volando y que es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad relativa avión-aire. He aquí pues el fin de este dispositivo en los aviones: ser capaz de controlar la fuerza de sustentación (lift) y así evitar que el avión entre en pérdidas (stall), pues recordemos que a velocidades bajas a penas se genera sustentación y a velocidades altas pueden surgir fallos estructurales.

En los F1 se emplea para saber cuánto aire hay disponible para generar carga y así poder variar los ángulos de ataque de los alerones. Además, cuando se emplean varios tubos en parrillas se obtienen datos sobre las perturbaciones causadas por elementos aerodinámicos del monoplaza o sobre cómo circula el aire a su alrededor, ya que para cada punto en el que esté situado el sensor se obtiene una velocidad diferente. De esta manera se puede estudiar a fondo por ejemplo, un difusor, y comparar los datos en pista con los del túnel de viento y los obtenidos mediante simulación numérica (CFD).

Ferrari F 14 T con tubos Pitot encima de la toma de aire del motor (fuente: Scuderia Ferrari)

 

Sin embargo, la utilización de este excelente aparato no queda únicamente limitado a fines relacionados con la aerodinámica “externa”, sino que ofrece datos necesarios para gestionar la alimentación del motor. Como sabemos, no es lo mismo que el aire entre por la admisión a una presión u otra, ya que esto significa tener más o menos oxígeno disponible para la combustión. Debido a que actualmente la ECU está controlando constantemente la apertura y el cierre de válvulas, necesita conocer en todo momento la presión dinámica en la toma “airbox”, lo que le ayuda a optimizar la mezcla gasolina-aire de la mejor manera posible.

En definitiva, los sensores Pitot son empleados tanto para conocer la velocidad del aire antes de entrar en contacto con los alerones, como para estudiar el comportamiento aerodinámico de ciertas piezas. Además son usados con el fin de controlar el caudal de aire que entra por la admisión.

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Lando Norris, nace un nuevo campeón en la noche de Abu Dabi

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Yas Marina amaneció con la tensión de una final mundial. Última carrera del año, 58 vueltas para decidirlo todo y tres candidatos separados por apenas 16 puntos. Lando Norris (408), Max Verstappen (396) y Oscar Piastri (392). Coincidían en las tres primeras posiciones de parrilla.
 
La carrera comenzó con el guión más esperado, Verstappen defendiendo con contundencia su pole y Norris perdiendo posición frente a un agresivo Piastri, que realizó un espectacular exterior sobre su compañero. Desde ese momento, el británico quedó tercero, en la zona exacta donde aún retenía el campeonato, pero presionado por Charles Leclerc vuelta tras vuelta.
 
Verstappen trató de imponer su ritmo desde el inicio, gestionando una posible degradación y preparando un escenario táctico con el que ralentizar el grupo en fases clave para la carrera. McLaren, por su parte, apostó por la defensa directa de Norris, incluso sacrificando a Piastri al alargar su primera parada para cubrirse de posibles coches de seguridad. El primero en entrar a boxes fue Russell.

 
Uno de los momentos críticos llegó con la intensa batalla entre Norris y Yuki Tsunoda, que defendió con dureza para ayudar a su compañero de equipo, Verstappen. El británico adelantó por el exterior en una maniobra límite revisada por los comisarios, pero finalmente solo el piloto japonés fue sancionado con cinco segundos.
 
Tras las paradas, Verstappen se mantuvo al frente con una estrategia sólida a una parada mientras que Norris quedó tercero, posición que debía de conservar para proclamarse campeón. Leclerc, su principal amenaza, redujo la distancia, pero nunca llegó a estar realmente en zona de ataque. Piastri, con neumático fresco, tampoco puedo acercarse lo suficiente a Verstappen como para presionar por la victoria.


 Los últimos giros fueron un ejercicio de control absoluto por parte de Norris. A falta de cuatro vueltas, el británico tenía el título en sus manos. Tras 58 vueltas de una tensión máxima, el desenlace de la carrera y de la temporada llegó a su fin. Max Verstappen ganó la carrera, pero Lando Norris cruzó la meta tercero y se proclamó campeón del mundo por primera vez, por apenas dos puntos de diferencia con Verstappen. Su compañero Piastri, quedó segundo.
 
El piloto de McLaren dio su vuelta de honor entre lágrimas, culminando un año en el que pasó de no empezar con muy buen pie, a coronarse Campeón del Mundo de 2025.
 
La Fórmula 1 tiene un nuevo rey, y su nombre es Lando Norris.

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Verstappen se lleva la última pole del año en Abu Dabi

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La última sesión de clasificación del año daba comienzo en el circuito de Yas Marina, la sesión de clasificación más tensa del año con los tres contendientes al título luchando por la pole position.

Los primeros intentos de la Q1 mostraban lo apretada que iba a estar la parrilla. George Russell fue el más rápido en la primera tirada con una diferencia de tan solo 2 décimas con Hulkenberg en la novena posición. Bearman y Piastri se colocaban justo detrás a 7 y 8 milésimas, respectivamente.

En el segundo intento, con neumáticos blandos nuevos, Piastri volaba con un 1:22.6, seguido de Verstappen y Antonelli a dos décimas. La sorpresa la daban los españoles, Alonso se colocaba en la cuarta posición y Sainz igualaba el tiempo de Norris quedándose 7º.

En el punto contrario, Hamilton se encontraba de nuevo eliminado en Q1 por 8 milésimas, junto con Albon, Hulkenberg, Gasly y Colapinto, que solo consiguió marcar un único tiempo dentro de los límites de la pista y lejos del resto.

La Q2 empezaba con intentos tímidos de los favoritos. Salieron con goma usada para reservar neumáticos para la Q3 mientras que los que se jugaban el pase, salieron desde el principio en modo ataque. Entre ellos, Russell se colocaba de nuevo primero, siendo el más rápido con nuevos y Verstappen segundo, con neumáticos usados y dos intentos seguidos.

La estampida de boxes para los segundos intentos comenzaba a 2 minutos del final de la Q2. Max Verstappen, con su vuelta con usados, decidía no salir. Sainz sorprendía con el récord del primer sector al inicio pero el tercer sector le lastraba y le dejaba fuera. Alonso, de nuevo, obraba el milagro metiéndose en la Q3 en cuarta posición.

Se quedaban fuera de la lucha por la pole junto con Carlos, Bearman, justo por delante, y Lawson, Antonelli y Stroll.

Llegaba el momento de la verdad, la Q3 que decidiría el último poleman de la temporada. Verstappen tomaba la delantera en la salida de boxes, con dos juegos nuevos de neumáticos. Marcaba el primer tiempo, 1:22.295, que no podía ser superado por nadie. Los McLaren de Piastri y Norris se quedaban a 3 y 4 décimas, respectivamente.

Los del equipo papaya iniciaban el segundo intento sabiendo que tenían que arriesgar, pero no pudieron con el neerlandés que mejoraba aún más su tiempo. Norris adelantaba a Piastri por una décima pero se quedaba a 2 de Max. Por su parte, Fernando Alonso firmaba una perfecta sexta posición para la última parrilla de la temporada.

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McLaren no puede fallar. Abu Dabi decide el campeón de la temporada 2025

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La temporada 2025 de Fórmula 1 llega a su final, en el Gran Premio de Abu Dabi y McLaren afronta esta última cita con una presión más alta de lo normal. Tras haber asegurado el Campeonato de Constructores con seis carreras de antelación, el equipo británico tiene esta última carrera para obtener el título de pilotos.
 
Además, en la lucha por este gran título se encuentran los dos pilotos de McLaren, Lando Norris y Oscar Piastri. Pero, no nos debemos olvidar que, entre ambos se encuentra Max Verstappen, que también mantiene opciones de coronarse campeón. Con todo esto sobre la mesa, este fin de semana va a ser prometedor y cargada de tensión y emoción hasta la bandera de cuadros.
 
Es la última oportunidad para los papaya, deben dar el máximo esfuerzo, y esta vez no tienen margen de error como las anteriores carreras. La carrera pasada no fueron rápidos con la aparición del Safety Car y cometieron el error de quedarse en pista y no ir al Pit Lane cuando comenzó el Safety Car. Por lo que, en esta carrera McLaren debe reaccionar con precisión en cada decisión estratégica que tomen.
 
Pese a esto, los pilotos aterrizan en el circuito con buenas sensaciones y con positividad. “Ha sido una temporada increíble. Tenemos un coche increíble. Estoy orgulloso de todos en el equipo. Nos queda una carrera más y lo daremos todo”, declaró Norris.

Por su parte, su compañero de equipo, Oscar Piastri también se ha mostrado con positividad de cara a la última cita del año: “Catar ha sido uno de mis mejores fines de semana en Fórmula 1. El objetivo para Abu Dabi es repetirlo y hacer todo lo posible para ganar esta carrera”.
                                                                            
Andrea Stella, director del equipo añadió: “McLaren llega a la última carrera de la temporada tras haber asegurado el título de Constructores y con Lando y Oscar en la lucha por el Campeonato de Pilotos. Debemos estar orgullosos de lo que hemos logrado hasta ahora y de ser protagonistas de lo que será una página importante en la historia de la Fórmula 1”.
 
Con el título de Constructores ya en sus manos, McLaren busca conseguir el título de pilotos; doblete histórico que no se consigue desde hace 27 años. La misión no será sencilla, ya que Verstappen se mantiene firme en su clasificación y también lo dará todo para obtener el título.
 
La escudería papaya sabe que Abu Dabi es el examen final, y que solo con precisión, unidad y máxima concentración podrán coronar a uno de sus pilotos como campeón del mundo.

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