Rake. ¿Sabemos qué es y para qué se usa?

Rake. En los últimos años nos hemos acostumbrado a escuchar este término en F1. En los circuitos, en las presentaciones, en los análisis técnicos, etc., ¿pero sabemos qué es?

Este término proviene de la navegación. Se define como el ángulo que describe la inclinación respecto a la horizontal de la nave. También es usado en otros deportes como el motociclismo. En F1 se refiere a lo mismo: el ángulo de rake es el que forma el plano horizontal del monoplaza con el suelo. Describe un ángulo positivo si la parte trasera del coche está más elevada que la delantera. Así se utiliza en automovilismo, pues un ángulo negativo sería perjudicial para la aerodinámica del monoplaza. Tras el cambio de normativa del 2009, equipos como Red Bull comenzaron a jugar con él, provocando su introducción en las tertulias sobre este deporte.

Evolución ángulo de rake Red Bull. Fuente: formula1.com. Edición: Juan Pedro Jurado/MomentoGP

Ahora que sabemos la definición de este concepto, ¿qué ventajas puede producir encontrar un ángulo de rake adecuado?  Para ello tenemos que recordar que la altura del alerón delantero está acotada por normativa, al igual que las dimensiones del difusor.

Uno de los efectos de aumentar el rake es la disminución de la altura del alerón delantero sin quebrantar la normativa. Al acercar el alerón al suelo, la sección que produce bajo él se disminuye. Eso provoca que el flujo que pasa bajo él lo haga a mayor velocidad, como dice el efecto Venturi, disminuyendo la presión de dicho flujo (Principio de Bernoulli). Por lo tanto, la diferencia entre esa presión y la presión del aire sobre el alerón se acentúa. Como las presiones tienden a equilibrarse, se genera una fuerza que empuja al alerón hacia el suelo, es decir, se genera carga aerodinámica.

Otro efecto ventajoso es la elevación del difusor. El difusor es un elemento situado al final del fondo plano, cuyo diseño se basa en aumentar gradualmente la sección disponible para el paso del flujo de aire bajo el fundo plano. Difusor y fondo plano son, en conjunto, el elemento que más downforce genera. Además no son grandes generadores de resistencia, al contrario que los alerones. La función del difusor es ejercer un efecto de “succión” que acelera el flujo que pasa bajo el fondo plano. Con ello, al igual que con el alerón, se genera una diferencia de presión mayor entre la zona bajo el fondo plano (donde la presión será menor) y la zona superior (donde será mayor), generando una gran cantidad de carga aerodinámica.

[su_pullquote]Encontrar el ángulo ideal es esencial para una buena puesta a punto.[/su_pullquote]Al elevar el difusor, aumenta el área que describe. Con ello se puede lograr mayor efecto de succión, lo que provoca más downforce.  Pero aquí viene el primer problema. El difusor tiene unos winglets a ambos lados que evitan que el flujo se desvíe, mediante la generación de un contra vórtice, que “sella” el difusor, evitando que entre aire desde fuera del difusor.

Figura 1. Fuente: formula1.com. Edición: Juan Pedro Jurado/MomentoGP

Si dicho contra vórtice no trabaja bien, el difusor pierde mucha eficacia. Al entrar en el difusor aire de fuera, el efecto succionador disminuye. Entonces, al separar el difusor del suelo, dicho vórtice pierde fuerza. Por ello permite que entre flujo proveniente de los laterales del difusor (como se aprecia en la figura 1). Si no se consigue contrarrestar eso, utilizar un mayor ángulo de rake es perjudicial para el comportamiento del coche.

Para conseguir aprovechar el rake sin perjudicar el trabajo del difusor, Red Bull creó los escapes sopladores. Éstos dirigían los gases expulsados del motor a los laterales del difusor. Con esos gases, se aumenta la fuerza del vórtice y consiguiendo el efecto de sellado necesario(Figura 2). Los escapes dirigen los gases a los laterales del difusor, líneas negras, dando más fuerza al contra vórtice, línea amarilla). De igual forma trabajaron tras su prohibición los escapes que utilizaban el efecto Coanda. Actualmente, la forma de los pontones y la creación de vórtices(mediante generadores de vórtices) en esa zona hacen posible seguir utilizando un ángulo acusado.

Figura 2. Fuente: formula1.com. Edición: Juan Pedro Jurado/MomentoGP.

Parece fácil, ¿verdad? Piensen ahora en un pequeño aumento del ángulo. Un roce del alerón con el suelo podría estropear todo el trabajo aerodinámico del coche. Una altura exagerada del difusor también podría hacer al coche inestable. Las fuerzas generadas por el reparto de pesos en la frenada pueden provocar estos problemas. Para evitar eso, los equipos desarrollan complejos sistemas de suspensiones que favorecen la estabilidad del coche.

 En definitiva, una sensible variación del ángulo de rake o un set up inadecuado de las suspensiones puede motivar la diferencia entre hacer la pole o quedarse fuera de la Q3. Por lo tanto, ahí se encuentra la dificultad que encuentran los equipos para aprovechar el aumento del rake.