Raffreddamento di una monoposto di Formula 1 (PARTE 5). Il raffreddamento aerodinamico
Ci siamo. Questa è il quinto ed ultimo articolo dedicato al sistema di raffreddamento di una vettura di Formula 1. Abbiamo visto in precedenza l’importanza di tenere basse le temperature e come viene eseguito su componenti meccanici ed elettrici. Poi, abbiamo visto l’importanza della sistemazione delle tubazioni e del posizionamento dei vari radiatori, specificando pro e contro di ogni soluzione. Oggi, ci occupiamo, forse, della parte più complessa: l’aerodinamica usata come raffreddamento. Per far funzionare gli scambiatori di calore, l’aria deve passare sul nucleo del radiatore.
Con la velocità delle auto, il flusso d’aria è troppo veloce per essere efficace nell’aspirare il calore dai refrigeratori. Dunque la canalizzazione all’interno dell’auto serve a rallentare l’aria quando incontra il radiatore e quindi ad accelerarla per uscire dalla carrozzeria. Pertanto, il condotto è formato da un ingresso, una sezione trasversale in espansione, uno spazio per il radiatore e una forma convergente a un’uscita di sezione trasversale più grande rispetto all’ingresso.
Far entrare il flusso d’aria nel condotto del radiatore è un compito più semplice che tirarlo fuori. C’è un potente flusso d’aria che si avvicina alle pance laterali. L’aerodinamica svolge una duplice funzione: la si preferisce usare per la deportanza anziché per il raffreddamento. Tuttavia, poiché è necessario svolgere entrambe le funzioni, la forma è compromessa tra le due esigenze.
La personalizzazione dell’effetto di raffreddamento della carrozzeria non è dettata dall’ingresso, ma è l’uscita che si adatta alle diverse condizioni. Quindi, l’ingresso non tende ad essere modificato in forma o dimensioni nei vari circuiti in cui si corre. Prima del 2009, il design dell’uscita delle fiancate era libero. Le squadre potevano fare feritoie nei fianchi di qualsiasi forma volessero. Prese d’aria e feritoie sono state tutte impiegate per sfogare l’aria calda dall’interno della carrozzeria. Nel 2009, le regole hanno imposto un design delle fiancate “chiuso”, con solo poche aree escluse per consentire le aperture dedicato al raffreddamento. Questo è il motivo per cui vediamo team che sfruttano tutti gli stessi spazi per i loro punti di raffreddamento.
Pertanto, la fiancata è suddivisa in tre volumi (immagine in alto) e le uscite di raffreddamento sono consentite solo all’interno. Ciascun volume ha un effetto risultante sul raffreddamento e sulla resistenza all’avanzamento. È un problema per i team che qualsiasi apertura della carrozzeria per favorire il raffreddamento porti con sé resistenza e, in misura minore, un compromesso sul carico aerodinamico. È qui che entra in gioco l’enigma dell’ingegneria di gara. I team vogliono prestazioni ma anche affidabilità, quindi il raffreddamento deve essere efficiente per raggiungere gli obiettivi del team. Bisogna trovare il giusto compromesso.
I team usano simulazioni di tempo sul giro per elaborare la richiesta di raffreddamento di una pista specifica e la sua sensibilità alla resistenza di raffreddamento. Potrebbe non sembrare ovvio, ma alcuni tracciati richiedono un maggior sforzo del motore a combustione rispetto al raffreddamento dell’ERS. Questa condizione, ad esempio è valida in piste veloci come il RedBull Ring o Monza. La configurazione del raffreddamento deve variare per tenere conto di queste particolari esigenze.
Oltre a tenere conto della temperatura ambiente e dei dati raccolti dall’auto, gli ingegneri di gara devono mettere a punto la carrozzeria per aumentare/diminuire l’area di uscita per il raffreddamento. Per far fronte a questa esigenza, si effettuano più simulazioni usando qualsiasi combinazione dei pannelli di raffreddamento rimovibili che hanno a disposizione. Questo è letteralmente un catalogo elettronico dell’effetto di raffreddamento rispetto alla resistenza aerodinamica, con immagini CAD che mostrano la carrozzeria impostata per raggiungere ogni obiettivo specifico. Sarà impiegato per ottenere il set up ideale per le condizioni della pista.
Le squadre avranno diverse opzioni di carrozzeria per adattarsi alle prese di raffreddamento disponibili. A partire dall’uscita della zona “coca-cola”, la sua larghezza e la conseguente apertura sul retro è il mezzo principale per regolare i requisiti di raffreddamento. Poiché il radiatore all’interno dell’auto non è simmetrico (spesso i radiatori ICE sono in un fianco e quelli ERS\intercooler in un altro), il requisito di raffreddamento del calore a sinistra è diverso da quello richiesto a destra. Per soddisfare le specifiche esigenze di raffreddamento di ciascuna fiancata, le uscite possono essere di dimensioni diverse tra loro, quindi la vista posteriore dello stesso può spesso essere asimmetrica per ottenere l’equilibrio ideale. Questa non è una pratica intelligente per aumentare le prestazioni sui circuiti con più curve in una direzione rispetto all’altra.
Da qui, la messa a punto più fine della configurazione di raffreddamento viene in gran parte eseguita con le prese laterali all’abitacolo. Questi piccoli pannelli possono essere completamente chiusi, per una configurazione a bassa resistenza. Nell’area legale è anche possibile formare un numero crescente di aperture a “persiana” e persino un’uscita rivolta all’indietro. Questa regione può anche essere utilizzata per regolare il raffreddamento in gara, se si prevede che le temperature cambino durante la corsa. Questi pannelli possono essere modificati durante la gara perché le regole del parco chiuso impongono che l’allestimento della carrozzeria con cui finisci le qualifiche, devi farci anche la gara.
Quindi, non puoi iniziare la gara con diverse prese di raffreddamento e non c’è tempo ai box per sostituire la presa con una di dimensioni diverse. Squadre come la Mercedes superano questo problema coprendo le prese d’aria in qualifica con una sottile copertura in carbonio. Questo è semplicemente fissato con del nastro adesivo, abbastanza forte da non essere spazzato via in velocità, ma abbastanza facile da essere strappato via da un meccanico al box se è necessario un maggiore raffreddamento. Come alternativa, si vanno ad analizzare i punti caldi specifici. Alcune squadre eseguono delle aperture con feritoie nella zona Coca Cola, per raffreddare lo scarico, il dettaglio della configurazione di raffreddamento è quello di far fronte a punti caldi specifici, e alcune squadre eseguiranno aperture con feritoie in basso nell’area della bottiglia di coca cola per raffreddare gli scarichi in circuiti specifici.