Cómo mejorar el rendimiento de un coche de carreras F3 con Artec Leo

05/07/2020

Por Jean Colet

Un coche de carreras, como el Dallara F399/01, es el resultado de décadas de avances en ingeniería. Tanto los motores, los chasis, así como los materiales han progresado enormemente para cumplir con el reglamento de los deportes de motor, al mismo tiempo que han aumentado el rendimiento. De hecho, los avances ya realizados a lo largo de los años en la ingeniería de los bólidos de carreras hacen que parezca que no hay mucho margen de mejora. Al menos no sin invertir gran cantidad de tiempo y dinero. Por tanto, ¿qué opciones hay para obtener ventajas técnicas sobre la competición? John Hughes, un estudiante de posgrado de ingeniería de la Universidad de Gales Trinity Saint David (UWTSD), ofreció una respuesta simple: La aerodinámica.

"Cada detalle cuenta, cada milésima que se le gana al crono, es mejor que nada. Por el momento, hemos conseguido aumentar aproximadamente 16 kilómetros por hora de velocidad punta en línea recta. Sólo a través del desarrollo aerodinámico."

John ha estado trabajando en el alerón delantero del Dallara como parte de su proyecto de máster con otro estudiante de aerodinámica junto con los dos propietarios del coche. Su objetivo es mejorar el rendimiento del vehículo, que actualmente corre en el Campeonato Británico de Sprint, una competición de 16 carreras por temporada, entre carrera y carrera John y su equipo tienen algo de tiempo para trabajar en el coche en el taller de la Universidad, situado justo al lado del puerto de Swansea.

El Dallara F399/01, propiedad de SBD, en el circuito de Anglesey

Durante algún tiempo, el equipo utilizó herramientas de medición manual para obtener las dimensiones del F3, pero los resultados carecían de precisión además de requerir mucho tiempo. Naturalmente llegaron a la conclusión de que necesitaban una forma fiable de obtener mediciones mejores y más rápidas. Entonces pensaron en la tecnología de escaneo 3D. Al principio, intentaron métodos básicos de escaneo 3D para obtener un modelo CAD en el que pudieran trabajar, pero aún así no era lo suficientemente preciso. En cuanto conocieron las soluciones de digitalización 3D profesionales, se pusieron en contacto con la empresa británica Cetral Scanning, embajadora de Artec 3D, con el fin de obtener un modelo 3D de las medidas del F3. John supo que había tomado la decisión correcta al ver los escaneos preliminares hechos con el nuevo escáner 3D Artec Leo. "Al ver el escaneo, con esa cantidad de detalles, y en comparación con lo que he visto anteriormente, es lo mejor, realmente increíble"

John Hughes (derecha) y Tom White de Central Scanning (izquierda) mirando el modelo 3D del Dallara, directamente en la pantalla táctil de Leo.

Nick Godfrey y Tom White de Central Scanning habían analizado previamente la tarea en cuestión, y llegaron a la conclusión de que Leo de Artec era la mejor herramienta para el trabajo. "Leo es capaz de escanear objetos medianos y grandes muy rápidamente. No requiere ninguna preparación previa, y el escaneo puede hacerse directamente in situ", nos cuenta Nick. "El escáner es totalmente autónomo, lo que significa que no hay cables ni ordenadores de por medio que limiten los movimientos. Podemos capturar virtualmente todo más fácilmente que con cualquier otra solución de escaneo 3D".

Leo viene equipado con su propia batería, una pantalla táctil que muestra el escaneo en tiempo real, y guarda los datos en una tarjeta de memoria que puede ser transferida posteriormente a un ordenador. Tom escaneó el Dallara en el taller de motores del UWTSD, sin necesidad de ningún mecanismo adicional. En total, el escaneo de todo el coche duró menos de 2 horas. Los datos del escaneo fueron tratados en Artec Studio en un día, y el modelo CAD completo se envió a John unos días después.

La portabilidad de Leo da la oportunidad de escanear in situ, rápida y fácilmente

En el campo de la aerodinámica, cambios millimétricos en el diseño pueden ser muy importantes. El Artec Leo cuenta con una impresionante tasa de captura de datos de 3 millones de puntos por segundo, con un procesamiento 3D en tiempo real que se muestra directamente en su pantalla. Al tener la geometría de todo el coche escaneada digitalmente con la máxima precisión, John puede ejecutar una mejor simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD) en Ansys, analizando todas las opciones para ajustar con precisión el perfil aerodinámico del coche a partir del modelo 3D realista.

"Normalmente comienzo tratando de optimizar el componente actual lo mejor posible sin alterar la geometría de los componentes individuales. Por ejemplo, el alerón delantero actual tiene múltiples elementos, como las viseras y los flaps. Estudiaría si al mover la posición de los flaps se mejoraría el rendimiento general del alerón", explicó John. "Este proceso puede llevar meses para que funcione bien. Sin embargo, puede acelerarse con el uso del software de Diseño de Experimentos (DoE). Una vez optimizada la geometría original, puedo empezar a desarrollar la geometría estudiando los resultados del CFD. El uso de este método ahorra tiempo de fabricación y costes, ya que intento mantener tanto como sea posible el alerón delantero original".

Un renderizado 3D de nube de puntos del Dallara F399/01 en la interfaz de Artec Studio

El modelo 3D resultante mostrado en Artec Studio (izquierda) y los modelos CAD hechos con los escaneos (derecha)

Después del análisis y el trabajo de diseño, las piezas modificadas se enviaron a Fibre-Lyte, un fabricante de fibra de carbono especializado en deportes de alto rendimiento. Con una fresadora 3D, son capaces de crear piezas únicas y rentables que pueden ser fabricadas en serie si es necesario.

Las piezas fabricadas han sido instaladas en el coche de carreras, y John ya ha empezado a notar la diferencia: "Hemos comprobado mejoras en línea recta y en las curvas desde que comenzaron las modificaciones. He creado una serie de repeticiones en una plataforma, y cada una de ellas muestra mejoras en el rendimiento. Los resultados de la simulación muestran avances prometedores en el rendimiento".

Plataforma diseñada por John y montado en el F3

¿Por qué usar los escáneres 3D de Artec en las universidades?

Como muestra el caso de John, el valor añadido del escaneo 3D profesional en ingeniería, u otras disciplinas como la arqueología, el diseño, el mundo del deporte... es muy beneficioso para los estudiantes. Aprender con las nuevas tecnologías es una garantía de que los estudiantes estarán mucho mejor preparados para sus futuras carreras, liderando campos como la metrología, ingeniería inversa o preservación del patrimonio entre otros.

La línea de productos Artec 3D garantiza el escaneo 3D más preciso, escáneres para trabajos con objetos de todos los tamaños. Artec 3D está orgulloso de trabajar con universidades de todo el mundo, gracias a sus packs educativos. Las ofertas especiales ofrecidas para escuelas, universidades e institutos de investigación son excelentes oportunidades para que las próximas generaciones de especialistas adquieran experiencia práctica con las herramientas más avanzadas disponibles en el mercado.

Tras el éxito alcanzado en su primera experiencia con el escaneo en 3D, la Universidad de Gales,Trinity Saint David ha mostrado su interés en continuar utilizando los productos Artec 3D en varios proyectos de ingeniería, incluyendo escaneos de motocicletas y sidecares.