DCF en la Fórmula1, el túnel de viento sin viento y sin túnel

Alguno de vosotros a lo mejor ha oído hablar del DCF, otros muchos no lo habrá oído nunca, lo que sí es seguro que es una revolución dentro de la ingeniería y que a partir de no mucho lo escucharéis bastante.
Todos los que seguimos en cierta manera todo cacharro volante que diseñe el hombre, hemos oído hablar de la todopoderosa compañía Virgin, de su multimillonario dueño Richard Branson, de su pasión por la ingeniería y de su proyecto de viajes al espacio por un módico precio, en su SpaceShipTwo (Virgin Galactics)
Pues bien, este hombre, dueño también del nuevo equipo de F1 Virgin Racing ha declarado que está diseñando su monoplaza sin utilizar un túnel de viento, empleando únicamente la DCF y ahora veremos lo que és.

La Dinámica Computacional de Fluidos (DCF) es una herramienta informática que se emplea desde hace unos 15 años en F1, que ha sufrido una enorme evolución gracias al vertiginoso desarrollo de los ordenadores. Un super-ordenador actual, permite realizar un trabajo 100 veces más rápido que hace diez años.

El punto de partida para utilizarlo es básicamente un dibujo CAD que muestra cómo es el coche con todo lujo de detalles. Dos personas pueden tardar unas tres semanas en hacer el dibujo, tan minucioso que pueden quitar y poner piezas a su gusto, como por ejemplo una rueda, y ver los conductos de refrigeración de los frenos. A partir de ahí se trata de simular el rendimiento aerodinámico del vehículo para ver virtualmente como afecta cada pieza al flujo de aire.

Las formas del dibujo en CAD se dividen en millones de “celditas” triangulares y el DCF hace sus cálculos y ofrece información sobre presión, velocidad, temperatura y turbulencia del aire para cada una de esas celdas. La información sobre las temperaturas es vital para “ver” lo que sucede en la parte trasera del coche y ver cómo fluyen los gases del escape, si pasan por el alerón trasero, si podrían quemar alguna pieza… Para ello, el DCF tiene que hacer miles de millones de cálculos increíblemente complejos, y por eso es necesario un super-ordenador de unos 12 millones de euros (casi nada). Así, pueden diseñar, por ejemplo, un alerón nuevo virtual, meterlo al ordenador y dejarlo toda la noche encendido para que a la mañana siguiente tengan todas las respuestas, haciendo unos cálculos que un ordenador normal tardaría unos cuatro meses en hacer. Este tipo de ordenadores son los que se emplean para calcular qué tiempo va a hacer, aunque estos son aún más potentes.

Y ¿qué diferencia hay entre utilizar un túnel de viento o usar la DCF? ¿Se puede diseñar un F1 sólo con la DCF? El túnel es mejor para algunas cosas y la DCF para otras, es decir, lo ideal es usar ambas, que es lo que hacen la inmensa mayoría de los equipos. La DCF ofrece una idea visual mucho mejor de cómo trabaja cada pieza y con un nivel de detalle mayor, pero necesita millones de cálculos y toda una noche para dar el resultado. El túnel de viento ofrece esa información en minutos. Por otro lado, rediseñar una pieza en DCF lleva un par de horas, mientras que fabricarla para el túnel lleva días.

Será interesante ver cómo rinde el coche “virtual” de Virgin Racing, pues el potencial de esta herramienta es muy grande, y ahorrarán un dineral al no utilizar un túnel de viento y no tener que fabricar piezas prototipo para el túnel que acaban en la basura.

Y de regalo por haber leído hasta el final este artículo os dejo el vídeo oficial de equipo.
No olvidéis hacer vuestros comentarios, y suscribiros al blog, usando el RSS, o uniéndoos al grupo.


Fuente Formula1 / F1Racing / virgin / virgingalactic / virginracing /

5 comentarios:

  1. Para empezar, tengo que felicitarte Carlos por tu blog por que es bastante interesante, ya sabes que me gustan tanto estas curiosidades como a ti.
    Continúo diciendo que este post en concreto me interesa mucho pues une formula-uno (uno de mis grandes intereses) y la fluidomecánica, asignatura que estoy dando ahora en clase (lo cual no quiere decir que la domine).
    Y además has puesto un video en el que suena una de mis canciones favoritas de Bloc Party, ¿qué mas puedo pedir?

    Bueno, dejaré algo de interés en el post aparte de mi vida...pienso que la unión del análisis de datos através de potentes ordenadores con la recogida de estos através del túnel del viento es la clave para conseguir un perfil aerodinámico lo más perfecto posible.
    Si algo he aprendido en mis clases de fluidos es que la solución de los problemas reales implica una primera aproximación a la situación física real con un modelo matemático, suficientemente simple para alcanzar una solución y complejo a su vez para que esta sea satisfactoria(hasta aquí todo perfecto para el DCF); después se efectúan mediciones experimnetales para verificar la validez de los resutlados. Es en este punto donde le falta algo al DCF para alcanzar la perfección. Y es que en fluidomecánica, hay un montón de variables que se pueden controlar matemáticamente (nº de reynolds, viscosidad, rugosidad, capa límite, turbulencia, diferencia de presiones...) y que los ingenieros pueden controlar en el ordenador, pero que al pasar al prototipo real a veces los resultados cambian drásticamente, aunque otras veces se aproxime bastante. Uno -de tantísimos- elementos que se han de controlar es por ejemplo la separación de la capa límite (donde el fluido pasa de ser ideal, es decir sin rozamiento, a comportarse como fluido real provocando rozamiento en la superficie). La teoría de la capa límite puede predecir el punto de desprendimiento pero no permite estimar la distribución de presiones en la zona desprendida (estela). Así aparece una intensa turbulencia de la estela que disipa energía reduciéndose la presión en la misma (como en la succión de camiones), al resultar mayor la fuerza de presión en la parte delantera que en la trasera, aparece la resistencia de forma proporcional al tamaño de la estela.
    Y precisamente este suceso (desprendimiento de la capa límite) no se puede predecir con dicha teoría, habría que "mirarlo" en el túnel. Por lo tanto la realidad será distinta a lo que el ordenador pueda calcular.
    Con todo esto quiero decir, que un solo elemento resulta vital para la aerodinámica del objeto, vehículo de competición en este caso. Probemos ahora con todos los demás...

    Mi opinión es que, teniendo en cuenta la infinidad de parámetros que habrán que evaluar, si no contrastan los resultados obtenidos en el DCF en un túnel de viento, se pueden llevar mas que una sorpresa, y eso a mitad de la temporada puede ser irreparable.
    La mejor solución es la combinación de ambas. Pero estos de Virgin siempre acaban sorprendiendo, así que habrá que ver que pasa!

    Saludos y enhorabuena de nuevo.

    ResponderEliminar
  2. Hombre...ten en cuenta que esta gente pone ya naves espaciales en órbita y las trae!!! y que demás su proyecto no surge de la nada, ya han hecho los mismo en su equipo de Lemans, y les ha ido bastante bien, así que habrán ido puliendo gran parte de los inconvenientes de esta tecnología que tan bien nos comentas.
    a ver si te paso una imagen que habla de las turbulencias sobre todo traseras con los diseños de los alerones que presentó la FIA, que eran partidos, y el efecto era impresionante.

    De todas formas...yo soy muy partidario de las automatizaciones informáticas, porque siempre siempre algo se escapa y no es 100% real. Una formula matemática es una simplificación de lo natural y como simplificación al final siempre te dejas algo fuera, y eso está tan patente en el ámbito de la ingeniería, como en el de la biología y los modelos naturales.

    ResponderEliminar
  3. uffff
    este tema me interesa un montón pero me parece que poco puedo aportar al tema, ya se hablo el año pasado de que renault el DCF con un superordenador y que iba a ser la bomba y de poco le sirvió.
    lo que esta claro es que la ciencia avanza muy muy rapido en todos los campos y no va a ser menos el deporte

    ResponderEliminar
  4. Este comentario ha sido eliminado por el autor.

    ResponderEliminar
  5. Bueno, bueno, bueno... este tema me gusta muuuucho más que el del cambio climático.

    Lo cierto es que el alto nivel de exposición, tanto en el propio artículo como en los comentarios es indudable.

    Sin embargo discrepo con Fran en su conclusión final (y aunque tampoco sea del todo incierta su afirmación, voy a hacer un poco de abogado del diablo, que da más juego).

    En mi opinión, la realidad es más predecible de lo que pensamos (para ser exacto considero que es totalmente predecible)... y mucho más a escala macro molecular (otro cantar sería la física cuántica, donde la incertidumbre es el principio que lo rige todo...); y es que no hemos de pensar que: por que nuestro intel xeon 5520 con el software populista al que tenemos acceso no sea capaz de ofrecer resultados fiables (cosa de la que también discrepo, ya que cualquier software basado en emulación diferencial requiere de una gran dosis de interpretación por parte del analista; y en último término de ello dependerá que los resultados que arroje sean o no fiables) es imposible conseguirlo... por favor, estamos hablando de un "nota" con capital suficiente para el solo trabajar en conseguir que viajemos al espacio a un precio asequible.

    Arquímedes dijo: Dadme una palanca lo suficientemente grande y un punto de apoyo; y moveré el mundo... bueno, pues como conclusión a este post y parafraseándolo un poco opino lo siguiente: Dadme un ordenador lo suficientemente potente y un algoritmo adecuado; y os predigo cualquier comportamiento.

    ResponderEliminar