TECNICA: a cosa servono le "alette" interne ai cerchi della Force India?

Dopo avervi illustrato il perché ("analitico") le parti esterne di un diffusore di Formula 1 sono molto importanti per la generazione di carico dell'intero componente aerodinamico (per chi si fosse perso l'articolo, ecco il LINK), dal Brasile, grazie all'ottimo analista tecnico spagnolo Albert Fabrega di Movistar TV, arriva un'immagine molto interessante dei cerchi installati sulla Force India VJM10 per questo penultimo appuntamento stagionale.

Immagine 1 - La soluzione Force India portata in pista nel weekend del Brasile GP

Quanto contano in questa Formula 1 moderna gli pneumatici gomme credo sia ormai chiaro a tutti;
le gomme d'altronde sono quei componenti che trasferiscono all'asfalto tutto il potenziale di  una monoposto. Senza il corretto funzionamento delle Pirelli 2017 anche vetture velocissime come la Mercedes W08, la Ferrari SF70H (in pochi casi) e la RedBull RB13 sono diventate delle vetture più "normali".


Uno dei parametri sicuramente più importanti è il “range” di temperatura in cui la mescola riesce a dar meglio di sé, la tanto pubblicizzata (nelle ultime stagione) finestra di funzionamento. Una finestra di funzionamento molto stretta da centrare in tutte le tipologie di piste, sia in condizioni di qualifica e sia in quelle di gara con molto più carburante a bordo. Finestra di funzionamento da mantenere sia nei curvoni veloci dove gli pneumatici tendono a surriscaldarsi e sia nelle fasi di rettilineo dove le temperature calano in maniera incredibile. Per assecondare tutto questo i vari Team lavorano sugli assetti delle varie vetture, principalmente su quello aerodinamico e meccanico, ma da qualche anno a questa parte è diventato fondamentale anche l'adattamento ai vari circuiti delle parti che si possono definire “passive” di una monoposto; stiamo parlando dei cestelli dei freni che grazie ad aperture più o meno possono trasferire agli pneumatici più o meno calore. 

Immagine 2 - La aperture sui cestelli dei freni pensate dalla Ferrari per il Gran Premio d'Austria

Se la diversa configurazione dei cestelli dei freni favorisce il raggiungimento della temperatura ottima degli pneumatici in tempi piuttosto brevi (utile a fine rettilineo dove gli pneumatici risultano essere "freddi" e una frenata può innalzare nuovamente la temperatura), il vero problema rimane quello di mantenere poi le termiche il più costanti possibili soprattutto in quei circuiti dove la natura del circuito stesso non permette alla gomma di "riposare". In parole più semplici, serve un sistema per evitare l'overheating (surriscaldamento) degli pneumatici che vada quindi a dissipare il calore in uscita dall'impianto frenante. 

Immagine 3 - La "zigrinatura" presente nei cerchi della RedBull RB13 fin dai test prestagionali

E' da questa necessità che è nata la soluzione portata in pista dalla Force India per il Gran Premio del Brasile ma già utilizzata fin dal prestagione per esempio dal Team RedBull sulla sua RB13 2017 (immagine 3).

Confronto 1 / @LuisFeF1 - Le diverse soluzioni all'interno dei cerchi Force India tra il GP del Messico e quello del Brasile
La domanda che si saranno fatti in molti è questa: a cosa serve quella superficie irregolare all'interno del cerchio? Principalmente per massimizzare le capacità di raffreddamento degli pneumatici grazie alla superficie all'interno del cerchio, irregolare perché formata da tante piccole alette, che funge da vero e proprio dissipatore.

Per aumentare il flusso termico ceduto da una parete ad un fluido si può, o aumentare il coefficiente di scambio termico convettivo alfa (o h), o aumentare la differenza di temperatura tra fluido e parete o aumentare la superficie di scambio termico della parete. Queste sono tre conseguenze che derivano dalla Relazione di Newton per la convezione:


Nel piccolo paragrafo precedente ho voluto evidenziare il parametro su cui Force India e RedBull hanno voluto lavorare ossia "aumentare la superficie di scambio termico della parete". Come? Aggiungendo alla superficie in esame delle protuberanze, le cosiddette "alette" (si incrementa il parametro A della Relazione di Newton). Componenti che se progettate correttamente (da valutare l'efficienza delle alette perché in determinati casi c'è anche il rischio di peggiorare lo scambio termico) permettono un incremento di scambio termico per convezione con l'aria esterna. Per gli volesse capire come si può valutare analiticamente il calore scambiato da una superficie alettata consiglio la lettura di questo PDF

Grafico 1 - 

Una superficie alettata che anch'essa ha un proprio rendimento (per il calcolo analitico rimando al PDF sopra); grazie al grafico in alto è ben chiaro che una superficie alettata a triangolo ha una rendimento maggiore rispetto ad una rettangolare, ed è per questo che sia RedBull che Mercedes nel 2013 sulla sua W04 (ma anche altri Team, per Force India servirebbe una foto più in alta definizione per dirlo con certezza) hanno scelto di utilizzare un aletta triangolare.


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