domingo, 3 de abril de 2011

Y la forma [Enigma 19]


Lo he confesado demasiadas veces, pero viene bien, creo, que lo recuerde de nuevo: amanecí al mundo del diseño gráfico y conceptual de la mano de Bruno Munari, lo que a la postre me ha convertido en un tipo incapaz de separar lo visible de lo invisible en cuanto a formas y volúmenes se refiere. Para colmo, por avatares de mi actividad profesional, de la que suelo dar cuenta en ese silencioso espacio que inauguré hace la monda y que ha convivido desde las sombras con Nürburgring, me he visto embarcado en aventuras colosales en las que era imprescindible entender primero para dibujar o materializar después, lo que a la postre me ha significado como un ser afortunado que va por la vida de visionario sin pretenderlo.

Disculpadme la excusa, porque necesitaba apoyo en este relanzamiento de las explicaciones sobre el RB6 en el que pretendo remarcar la idea de que a partir de un modelo cualquiera se puede definir su comportamiento sin recurrir a la magia. Los bacalaos y los tiburones, las ballenas o rorcuales (aunque lo parece no son lo mismo), por ejemplo, son animales diferentes todos ellos que se desenvuelven en el mar de la misma manera que un McLaren, un Ferrari o un Red Bull son máquinas diferentes que buscan moverse sin problemas a través del aire.

Si un teleósteo (bacalao) o un selacimorfo (tiburón) han adquirido a lo largo de la evolución de sus respectivas especies una forma ahusada que facilita su movimiento en un fluído denso como el agua, lamentablemente hay que afirmar que el aspecto parecido o consecuente que han logrado un balénido (ballena) o un rocuálido (rorcual) no responde al mismo tipo de planteamiento, pues para estos últimos, mamíferos en vez de peces, la economización de energía y oxígeno en sus inmersiones resulta vital...

Estamos hablando, por tanto, de que en la naturaleza es posible encontrar soluciones en apariencia similares para problemas más o menos idénticos, y de que el ejemplo es totalmente aplicable a nuestra común afición, la F1.

Y aquí quería llegar yo hoy, porque la diferencia entre los Red Bull y sus rivales nunca debería ser entendida atendiendo a conceptos absolutos como el acierto o el error, y sí en términos de máxima eficacia y adecuación al medio incluso en el color o el brillo de los materiales utilizados, de manera que a partir de esta entrada nos pudiéramos meter en un meollo donde las cosas nunca son ni blanco ni negro, sino grises, con la mente lo más abierta posible.

Decía más arriba que a partir de un aspecto exterior se puede indagar en la organización interna que lo sustenta. Ya lo hemos hecho hablando de suspensiones y de maneras de impactar el aire... Yo lo hago casi todos los días en el tablero de dibujo y sé que el milagro es posible. Tanto da que se trate de una silla de montar del siglo XVI, un bacalao o una ballena, o un RB6. El aspecto final, la forma, es la consecuencia de una lógica que se puede discernir abordando el camino inverso hasta las entrañas que la definieron.

Newey sigue caminando en calzoncillos por su cocina, y a nosotros sólo nos hace falta enteder que su RB6 es como plastilina en sus manos. Me lo enseñó Munari, otro genio entre genios.


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16 comentarios:

Anxo dijo...

La naturaleza nos da hasta el color...
Si necesitas apoyo aqui tienes un puñaito mu grande para que sigas con "enigma", creo que haces un enorme trabajo aqui y estoy de acuerdo en que pareces tener la mente muy abierta y muy flexible...
Saludotes

J-CAR dijo...

“Niño soy tan preguntero,
tan comilón del acervo,
que marchito si le pierdo
una contesta a mi pecho.
Si saber no es un derecho,
seguro será un izquierdo.
Soy la pupila asombrada
que descubre como apunta.
Soy todo lo que se junta
para vivir y soñar.
Soy el destino del mar.
Soy un niño que pregunta.
Yo vine para preguntar,
flor y reflujo,
soy de la rosa y de la mar
como el escaramujo.”
(Silvio Rodríguez)

¡Saludos al anfitrión y a los invitados!

Anxo dijo...

Enigma y "su caja de herramientas".
Tan natural como el viento, el mar, como el color y el olor, hablaremos del Calor.

En un “rincón solitario” he aprendido “a contar”…
En un “rincón del diablo” a participar….
No números o cuantos sino relatar una idea…
Participar de la gente y el diablo presente
Son rincones inmensos que ocupan todo un Universo……
Son las semillas de un diario de aslto…..

Anxo dijo...

Somos esclavos de nuestras palabras y dueños de nuestro silencio.

Enigma y Calor P1

Hasta principios del XIX no se comenzó a pensar que el calor era energía. Se consideraba como un fluido sin peso, que llamaban calórico, y que pasaba de unos cuerpos a otros comunicando temperatura a la materia.
Julios Robert Mayer (1814-1879) publicó lo que se llamó primer principio de la Termodinámica: “El calor es una forma de Energía” y se impuso este nuevo concepto de calor. Hay que decir que cincuenta años antes Benjamín Thomson (1753-1814) ya denunció que, a menos que el calor fuese energía, existía una contradicción con el principio de conservación energía y Carnot, en sus primeros pasos sobre el segundo principio de la Termo, ya había llegado a esa misma conclusión, “el calor es energía” , aunque sus trabajos, anteriores a los de Mayer, no se conocieron hasta cuarenta y seis años después de su muerte, publicadas por su hermano1878.

En 1850 Clausius y Kelvin llegaron más lejos y separaron conceptos, el calor es energía aunque está compuesto por dos tipos de energía. Quiere esto decir que para conocer el calor que interviene en un proceso termodinámico necesitamos medir dos tipos de variación en ese sistema lo que varia su energía interna y el trabajo realizado por ese sistema en ese proceso termodinámico, esto es el Primer principio de la termodinámica y nos lleva a que el calor se pude transformar, de hecho lo hace, en trabajo realizado por el sistema y esto es así, solo hay que ver como aprovechar esa propiedad.

Ahora el calor se concibe como energía en transito, al poner en contacto dos cuerpos o dos medios, o un medio y un cuerpo, a distintas temperaturas pasa energía de uno a otro y mientras existe el flujo de energía entre ellos se llama calor, y pasa a formar parte de la energía interna del cuerpo o medio que recibe ese calor y a su vez disminuye la energía interna del cuerpo o medio que cede ese calor.


Llegados a este punto solo se puede pensar en el Principio de degradación de la energía o segundo principio de la Termodinámica que no hace sino cuantificar la cantidad de energía que se degrada en cualquier proceso termodinámico (derrames…..).
El calor y la energía interna están formadas por una suma de energía disponible [la que es transformable en trabajo (energía eléctrica, la cinética y potencial)], y energía “no disponible” que es inservible y pasa al medio ambiente o tumba de las energías que han perdido su disponibilidad.

Saludotes

Anxo dijo...

Enigma y el calor. P2

Ahora, cuando leamos Newey juega con el calor, estamos en condiciones de preguntarnos con que calor?, de donde procede ese calor?, si viene del rozamiento interno del sistema (del interior de un motor térmico en nuestro caso) ese calor es todo energía no disponible, solo le queda morir en la tumba del medio ambiente(esto no es una metáfora, es realmente así) , ahora bien, si ese calor no proviene de realizar trabajo en una “máquina” o de rozamientos internos, entonces es un calor alto en energía disponible (cuantificable matemáticamente) o sea que el calor del escape es “oro de 24k”(se detallará como se puede transformar en trabajo útil) mientras el calor de refrigeración tiene menos energía disponible y más no disponible por ser suma del calor que refrigera los radiadores (proveniente del agua, calor bueno) con el calor del rozamiento del motor, calor sin valor en términos de ser susceptible de realizar trabajo externo al flujo que pertenece.

Calor y los “sistemas abiertos”.

Un sistema abierto es aquel que fluye con relación al entorno, se suele llamar simplemente flujo a este tipo de sistemas. Con objeto de “saber lo que tenemos” y lo que podemos obtener (balanceo de energías , “cinética a presión en difusores(se detallará más)”, presión a velocidad(cinética) en toberas, en fin citaremos las ecuaciones fundamentales de un flujo, estas son: Ecuación de continuidad, es decir en un determinado volumen de control (o parte del camino de ese flujo) “toda la masa por segundo que pasa por una sección I (entrada) determinada pasará por la sección de control II (salida). Esto es mas importante de lo que parece a simple vista, ya sabemos y podemos cuantificar la aceleración o deceleración de un flujo al variar la sección conforme este avanza (otra vez difusores y toberas) por ejemplo ya sabemos que si “el camino del flujo” se ensancha, este disminuye su velocidad y aumenta su presión, esto es un difusor, “solo un tubo que se ensancha”, y inversamente en una tobera (“un tubo que se estrecha”) el flujo cede presión para aumentar su velocidad.

Otra “herramienta” que gobierna los flujos (o explica su comportamiento) es la ecuación de conservación de la cantidad de movimiento……

Anxo dijo...

fe de errata, el único calor alto en energia disponible dentro de los pontones o bajo el capó motor es el que radian los colectores de escape, obviamente el calor de los radiadores de agua viene del rozamiento interno y es puramente no disponible....

Anxo dijo...

Enigma y el Calor. P3

….Esta herramienta es muy intuitiva y sobre todo es una ley Universal de la Física perfectamente demostrada en laboratorio y justificada matemáticamente, una hipótesis o pilar maestro sobre el que cimentar….
Sin más preámbulo se enuncia así: “ La suma de impulsos(de fuerzas aplicadas al sistema por el tiempo de aplicación) es igual a la variación de la cantidad de movimiento de ese sistema”. Un impulso, por ej a un cuerpo o un flujo, es el producto de la Fuerza aplicada por el tiempo que ha estado aplicada, o su vez la cantidad de movimiento lineal es igual al producto de la masa, del cuerpo o parte del flujo, por su velocidad. Hay que tener presente que esta es una ecuación vectorial, es decir que en ella la fuerza y la velocidad tienen dirección y sentido, aparte de módulo claro, quiere esto decir que simplemente cambiando la dirección de un flujo (sin variar el módulo de su velocidad ) ya estamos obteniendo reacción o impulso propiamente dicho, si variamos la direccionalidad (o el sentido¡¡¡ , Renault sopla(o mueve el flujo de escape hacia delante) “contra el avance” eso provoca reacción contraria al avance¡¡ cuanto ganaran con el asunto del calor para aceptar esas perdidas de rendimiento (tangibles y perfectamente cuantificables) podemos usar el impulso de reacción de muchas formas. El inverso, que es más común, es que empujando un cuerpo o un flujo este aumenta su velocidad. (Esta ley es tan profunda que si escribimos su ecuación diferencial formal ( ΣF x dt = d (m x vel)) y la integramos llegamos a la 2ª ley de Newton pero en forma menos conocida con el término derivada de la masa en el tiempo por la velocidad, que es cero(ley de Newton normal) a velocidades inferiores a la de la luz, después corrobora a Einstein en su predicción de que a partir de esa velocidad(la de la luz) la masa se pasa a ocupar todo el espacio (Universo), esa masa a esa velocidad pasaría a ocupar todo el Universo, a estar en todos lados, se dice que es la demostración de que “Dios” existe, es lo único en la física que no encaja en nuestra mente, aunque seguramente si una masa cualquiera pasara esa velocidad critica se desintegraría, Ay….donde estamos…. A ver si retomamos….

Anxo dijo...

Enigma y el Calor P4

Sintetizando hasta ahora en “la caja de herramientas de Newey” (la que usa mientras “anda en calzoncillos dando forma ( y color ) a nuestro Enigma”.) tenemos la ecuación de continuidad del flujo y la ecuación de que este conserva su cantidad de movimiento lineal, sabemos ya que variando la sección transversal de un conducto (o camino) transformamos energía de un tipo en el flujo en otra según nos interese fuerza de reacción en los límites del sistema (presión-depresión) o movimiento (velocidad mayor o menor del flujo). (Las curvas de esa ballena en el mar en la foto eso si es magia de la naturaleza, todo se hablará). Podemos ahora comprender y juzgar a simple vista si el camino de un flujo se estrecha, si se ensancha, si ,aún manteniendo el módulo de su velocidad(sin cambio aparente en el flujo) se puede obtener impulso mecánico, entendemos ahora esa importancia en la curva del colector de escape, de su ángulo, de su camino, de su lugar de exahustación (en tanto aprovecha la exergia de la entalpía del flujo de escape que abandona el tubo de escape, por aquí quiero llegar al final de este enigma y el calor entre otras soluciones….).

La “llave inglesa” de esta caja es la “Ecuación de la Energía” ……(tan potente que Bernoulli, Laplace..casi na…parten de ella como principios de hidrodinámica, parte de la física más fácil de controlar y verificar que todo encaja en este puzzle termodinámico..)…………..cuando el fluido es incompresible(Hidrodinámica) y se habla de la Energía Total del flujo, que atraviesa una determinada sección, E, está formado por tres energías que pueden variar de una sección a otra, la energía cinética, la potencial y la de presión (llamada trabajo de flujo en termodinámica) , pues en Termodinámica hay una cuarta energía que puede sufrir variaciones, la energía interna, por tanto la ENERGIA TOTAL DE UN FLUJO COMPRESIBLE ES una suma de cuatro energías, que si bien la total se conserva en el avance del flujo mientras en el interior del flujo las cuatro se van “compensando” entre si para mantener el total constante pero variando entre ellas según LA FORMA a la que se va adaptando en su avance. Hay que decir que ya era hora que alguien andase en calzoncillos y aplicase la termodinámica (o flujos térmicos) a la aerodinámica de nuestros queridos F1, o la inversa “ponerse en calzoncillos y andar por la cocina¡ ;-)

Luego le energía interna (temperatura), cinética (velocidad del flujo compresible), la gravitatoria (diferencia de altura (cota) entre la entrada en la sección de control y la salida del tramo de camino del flujo en estudio.

Ya sabemos algo más, falta ahora valorar la “energía disponible (100℅ transformable a trabajo (de expansión se verá al final)” que tenemos en el calor que “tiramos” donde lo tiramos, donde tiramos el calor “degradado” o sin energía disponible para que nos quite lo mínimo al menos sino podemos sacarle nada, donde tiramos el calor bueno (con alto grado de exergia y poca anergia, se verá)……

Anxo dijo...

""Luego le energía interna (temperatura), cinética (velocidad del flujo compresible), la gravitatoria (diferencia de altura (cota) entre la entrada en la sección de control y la salida del tramo de camino del flujo en estudio."" Ay,Ay las erratas del "just in time" o más coloquialmente hablando "del semi-directo"

Falta obviamente un tipo(son cuatro), el trabajo de flujo (energia de presión).


Si vamos teniendo herramientas o dando "ojos para observar" podemos entrar en valorar los diseños y soluciones, valorar sus formas y entender lo máximo posible que puede estar ocurriendo, hasta que alguien no "rescate la máquina enigma del submarino, se le "levante la falda para ver el tanga" no sabremos exactamente sus soluciones particulares, pero ver más en cada detalle.....seguiremos al hilo anterior en enigma y el calor P5

Aficionando dijo...

Y a mí que me da que el Red Bull es tan eficiente aerodinámicamente que no puede refrigerar bien los componentes del KERS...
Eso de un KERS solo para la salida, aparte del tema del reparto de pesos, etc, me huele a que tienen serios problemas para que ese diseño mágico y optimizado de Newey admita ni un componente más.
En circuitos en los que el KERS sea importante, creo que no andarán tan lejos en tiempo vuelta por vuelta.

csm dijo...

Pues yo pienso igual, Aficionando. Algo me dice que el KERS, así tal como está reglamentado, va a suponer la misma decepción que en 2009.
Saludos

Anxo dijo...

Enigma y el Calor P5

Luego entonces sabemos que en un flujo compresible, p.ej un flujo de aire, influyen cuatro tipos de energía, cuando estudiamos, o queremos comprender, que está ocurriendo en la interacción entre la FORMA y el FLUJO se suelen elegir dos secciones de camino de ese flujo y se evalúa cada tipo de energía en cada sección, generalmente se sabe que en la sección elegida como inicial la energía total que tenemos en ese flujo y sabremos que beneficios queremos obtener de ese flujo en la sección de estudio II, que será la sección I en el siguiente estudio y así sucesivamente desde el inicio de la interacción forma-flujo hasta que este “abandona” la forma.

A efectos de resultados cinéticos y dinámicos lo que interesa es la velocidad relativa flujo-forma, da igual si el aire va a 300 Km./h y la forma esta “quieta” que la forma vaya a 300 Km./h y el aire esté “quieto”.

Con estas herramientas y sabiendo la Energía total del flujo compresible, o sea su Ecinética (velocidad), su Einterna (temperatura), su Epotencial
(Altura o cota), la presión y el volumen especifico (trabajo de flujo disponible), podremos y dando forma a la FORMA (valga la redundancia) hasta obtener las reacciones que necesitemos en la forma al incidir en ella el flujo.

La Ecinética y la Epotencial son 100% convertible en trabajo sobre la forma (downforce), eso “parece” que lo aplican todas las escuderías, ahora bien, ya sabemos, que la Einterna y el Calor solo son parcialmente convertibles en trabajo ( p ej downforce ) y eso si el calor es “pata negra” y aquí parece que este año todos dan sus primeros pasos excepto nuestro Enigma (que ya tiene experiencia).

En un análisis de flujos de temperatura (Calor) se verá como ocurre el “derrame” y cuan efectivo es, o cuanta energía disponible tiene el calor, energia que se transformara en trabajo de expansión en “la estela” de la Forma disminuyendo arrastre de avance.

Como se ha comentado el Calor que nos interesa lo generan los colectores y escape en el interior y el calor del gas de escape en su salida, (todo calor generado por otros rozamientos es degradado y “no sirve” se analizará la forma de evacuarlo sin perdidas) también se verá lo importantísimo de a que temperatura ocurre cada proceso, algunos es interesante hacerlos a temperatura constante pues así aumenta su rendimiento, y otros en “expansión libre”, otros en expansión resistida….veremos algo….

Ahora con todas estas nociones las preguntas serán respecto a como hacerlo?, que calor es el mejor de los generados en el monoplaza y donde derramarlo?, a que temperaturas mejoramos la interacción flujo-forma y funcionan mejor las mecanismos aerodinámicos que detallaremos y que permiten balancear estar energías a gusto en cada sección según los beneficios deseados, hablamos de difusores, de toberas, incluso de intercambiadores de calor, turbinas y compresores……lo veremos….

Saludotes…….

Anxo dijo...

Enigma y el Calor P6

Procesos de derrame

Cuando el flujo en estudio no pasa por ninguna máquina, no desarrolla trabajo técnico se conoce entonces como “derrames”. (Esto es cuando solo tenemos transformaciones de entalpía (energia interna + Calor) y energía cinética.

Procesos de derrame adiabáticos de fluidos compresibles en toberas y difusores.

Difusores:

Un flujo sabemos que es la evolución en el tiempo y el espacio de un sistema abierto, que interactúa con otro, en este caso el medio ambiente.

Un difusor es una forma divergente de manera que el flujo en su avance encuentra secciones mas grandes y ocupa todo el espacio de más bajando exclusivamente su energía cinética [f(velocidad)], ahora bien la forma especifica en que esto ocurre será la mas idónea para las características especificas del aire, para que lo haga de la manera y velocidad que produzca el menor rozamiento posible que degradaría la entalpía generando anergia a costa de exergia, con lo cual a la salida del difusor tendríamos la misma entalpía pero con menos exergia disponible para expandirse (transformar la entalpía que nos queda en la salida en trabajo de flujo) y disminuir el arrastre del monoplaza en su avance. Para esto hay parámetros críticos de velocidades, temperatura y presión que nos generan los mejores beneficios, a todo esto hay que tener en cuenta que el flujo es diferente en distintas condiciones de curvas y velocidades ( y en Red Bull también la forma¡¡¡¡ ;-) deformaciones.).

Se dice que el flujo es adiabático si no intercambia calor con la forma en el proceso termodinámico en cuestión, la sucesión de estados termodinámicos es tal que solo se intercambia trabajo de flujo y energía cinética, generalmente tenemos energía cinética y más con los escapes soplando y queremos obtener trabajo de flujo para que la expansión en la estela sea lo más eficaz posible

Difusores (Leer en 14 kg la descripción de funcionamiento del “demonio” de este “infierno verde” es bastante descriptiva e instructiva).

Respecto a lo más conocido, o al menos más se comenta, los famosos difusores ya sabemos algo transforman la energía cinética en entalpía. La entalpía no es más que la suma de la Einterna y el Calor total, y su “disponibilidad” o energía disponible susceptible de transformarse en trabajo se le conoce como exergia, y la parte de energía que esta degradada (por rozamientos internos) y es “no-disponible” se le conoce, por algunos autores, como anergia.

Anxo dijo...

Enigma y el Calor P7

La idea de “todo esto” es comprender que no es lo mismo un flujo que otro que lo pueda parecer y que tenga exactamente la misma energía pues si la entalpía total (que incluye el trabajo de flujo) de uno u otro flujo puede estar mas o menos degradada. Sabiendo esto podríamos pensar que efecto puede tener usar uno u otro en el difusor. Pues si soplamos con el gas de escape caliente este entra en el difusor y empieza a perder velocidad (Ecinétics) y a ganar entalpía total ( en este tipo de formas divergentes o convergentes esta por medio el trabajo de flujo también en la entalpía total) según diverge este (transforma E cinética en trabajo de flujo balanceándose entre si, y claro sufriendo rozamientos internos propios de esa expansión y del roce con las paredes del difusor) cumpliendo con lo que hace un difusor, luego a la salida el flujo tendrá la misma energía total de la entrada (a más soplar los escapes mas entalpía en la salida),

Bien si comenzamos un diseño de un difusor debemos hacerlo para una eficiencia máxima en unas condiciones determinadas de entrada del flujo y de necesidades en la estela, y ver que además tiene un rendimiento en todas las demás situaciones de carrera, podria hasta entrar en perdida con el alerón trasero restándole apoyo. (También hay que pensar que el aire es una mezcla de nitrógeno, oxigeno, gases monoatómicos.. y su comportamiento como mezcla homogénea no es lo mismo). En fin la transformación en el interior del difusor debe ser tal que la mezcla se expanda a una velocidad tal que mantenga las condiciones de trabajo del difusor, sabemos que la presión o depresión viajan a la velocidad del sonido, si intentamos divergir en el difusor en exceso para las condiciones de entrada tendremos un problema de entrar en pérdida……

Anxo dijo...

……
Otro aspecto controvertido son los derrames sobre la falda, ya sabemos que el flujo que Red Bull tira por la tobera trasera lleva calor de refrigeración y del colector de escape (radiación), lo que interesa es “verter” un flujo con lo máximo posible de exergia para que alivie la resistencia de avance por expansión y baje los flujos externos dando downforce a la falda,, a más exergia (calor bueno en el flujo) más transformado a trabajo de flujo en la estela y más expansión, así pues el flujo por la falda deben ser de calor con mucha energía disponible que se transforme en trabajo de flujo de expansión. Podría muy bien limitar el derrame de un tipo u otro en la falda de diversas formas, controlando de alguna manera el flujo de refrigeración en alguna curva que es el mas degradados y que aportara solo perdidas a la estela pues si sale con la misma entalpía que el otro pero no se expande, solo cede su temperatura al ambiente por conducción muy lentamente y no nos sirve para llenar la estela……

Anxo dijo...

Enigma y el Calor P8

Declaración de intenciones

En lugar de seguir comentando cada elemento separado intentaremos hacer una síntesis breve de la “caja de herramientas” a fin de de poder cualificar (si apretamos un fisquin la cuantificamos con aproximaciones) LA FORMA y aclarar que tenemos. A su vez declarar que necesita “nuestra forma particular” (el monoplaza) para ser más eficiente aerodinámicamente, donde lo necesita más y cuando lo necesita. Es decir todos podremos opinar cual es la zona de mas turbulencia y más perdidas por ejemplo para derramar allí flujo con mas exergia (más calor de escapes, de la radiación y de posibles derivaciones para conducirlo a criterio), por ejemplo las ruedas, tendremos en cuenta que el escape es básico en el rendimiento del motor y no podemos tampoco hacer lo que queramos aerodinámicamente y perjudicar el rendimiento del motor….., así pues también comentemos la conocida solución de convertir la exergia del flujo de escape en trabajo en el eje puramente mecánico (turbina en el escape, no turbo, sin compresor solo turbina…