martedì, Febbraio 7, 2023

Effetto suolo, ecco come agisce davvero

Sergio Suardi, ingegnere e tech. specialist del team Flat Out SimRacing, partner del network di F1Sport e Pit Talk, torna con un suo articolo sull’effetto suolo e su come “davvero” agisce nelle auto da competizione.

EFFETTO SUOLO : cosa si cela dietro questo termine tecnico noto a tutti i praticanti ed appassionati del motorsport su quattro ruote?

Se ne parla sempre. La maggioranza è al corrente dell’esistenza del fondo piatto e dell’estrattore, è al corrente dell’importanza dell’effetto suolo ma la domanda è: cosa è davvero l’effetto suolo? Come si manifesta?

Dobbiamo ringraziare gli scienziati illuministi (1685-1815).

Partiamo dal fenomeno che il fisico Daniel Bernoulli (1700-1782) individuò ed elaborò fino ad arrivare alla famosa “equazione di continuità” applicata ad un fluido che si muove entro un condotto: il fluido in movimento mantiene costante la propria energia nelle varie sezioni del tubo. In altri termini, l’energia in entrata è uguale all’energia in uscita. Ma che succede all’interno del tubo se sono presenti cambi di sezione?

Fu Venturi (1746-1822) che elaborando l’equazione di Bernoulli determinò quanto segue: poiché l’energia del fluido rimane costante, ad un aumento di velocità deve corrispondere una diminuzione della pressione o, viceversa, ad una diminuzione della velocità deve corrispondere un aumento della pressione (tubo di Venturi).

Ciò è esattamente quello che accade nel sistema fondo piatto-estrattore di un’auto da corsa che possiamo schematizzarlo come un tubo di Venturi a sezione dimezzata:

tubo di Venturi a sezione dimezzata

L’aria che scorre all’esterno del tubo, ossia nella parte superiore dell’auto, possiede una certa velocità v e pressione p pari a quella atmosferica (patm).
L’aria che scorre nel fondo piatto (sez. 1) trova una strozzatura, quindi aumenta la propria velocità (v1) e quindi diminuisce la pressione (p1). Indicando con ∆p la differenza tra la p nel condotto e la patm avremo ∆p<0 (depressione) poiché p< patm.

 

Si crea perciò una depressione che “attira” il fondo piatto verso il basso, esattamente l’effetto fortemente deportante desiderato : l’effetto suolo

Sorpresa: il diffusore riduce l’effetto suolo eppure è indispensabile!

Il flusso deve necessariamente uscire dal condotto incontrando l’aria esterna che è a patm e se la sez. 1 fosse la stessa lungo tutta la lunghezza L del tubo, avremmo in corrispondenza dell’uscita una situazione di depressione (ricordiamo che p1<patm) che risucchierebbe aria dall’esterno generando vortici all’interno del tubo mentre invece occorre che il flusso d’aria sia il più possibile regolare e privo di disturbi (moto laminare). Occorre quindi riportare gradualmente la pressione al valore patm, quindi aumentarne il valore, in pratica comprimerla. Per quanto detto sopra, ciò si ottiene rallentando la velocità del fluido ossia allargando la sezione del tubo (Sez. 2).

 

La zona che coincide con l’aumento di sezione è detta “diffusore” ed è sempre fortemente raccordata con l’altra sezione, cioè completamente priva di spigoli vivi, per evitare distacchi della vena fluida dalla superficie del fondo piatto.

Quindi, contrariamente a quanto molti pensano, la deportanza è generata in gran parte nel tratto L1 mentre il tratto L2, quello del diffusore, ha lo scopo di fare diminuire la depressione fino ad annullarla. La conseguenza è che nel tratto L2 l’effetto suolo diminuisce fino ad azzerarsi.

Se mettiamo in relazione la sezione S2 del diffusore con ∆p avremo il seguente andamento:

La depressione, quindi il carico aerodinamico, è massima fino alla fine del tratto corrispondente al fondo piatto (tratto L1 di fig. 1) che concide con l’attacco del diffusore che in quel punto ha sezione nulla. Poi la sezione si allarga fino alla sezione massima del diffusore lungo il quale la ∆p diminuisce, e con lei il carico aerodinamico generato dal fondo piatto, fino ad annullarsi in concidenza dell’uscita.

Nel prossimo articolo vedremo come sfruttare al meglio il fondo piatto tramite le regolazioni meccaniche permesse dal regolamento.

Sergio Suardi

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