¿Qué es un neumático?

Todos sabemos lo que es un neumático: esa especie de donut negro, cuya composición suele ser un auténtico misterio y cuya construcción, junto con el gas de inflado que confina, le da suficiente rigidez para soportar las cargas a las que está cometido al descansar y desplazarse el vehículo sobre ellos. En definitiva son el único vínculo que existe entre el vehículo y el entorno, los encargados de transmitir y generar todas las fuerzas que provocan cambios en la dinámica del vehículo (salvo en los coches a reacción, y con sistemas de dirección aerodinámicos que son pocos, y desde luego no F1’s..)

¿Qué importancia tienen?

Los neumáticos son sin lugar a duda el elemento más importante desde el punto de vista prestacional de un vehículo, sea cual sea éste. Esta afirmación, podría considerarse una exageración o una simple declaración de preferencias o principios por parte del autor, pero nada más lejos de la realidad. Las simulaciones computacionales, y la terca realidad, arrojan en este sentido indiscutibles resultados. Cuantifiquemos pues la importancia prestacional de los neumáticos: para ello compararemos la mejoría esperada con una completa, compleja y precisa simulación en los tiempos por vuelta en un circuito completo (p.ej. Montmeló) bajo la nueva normativa 2009, tras la mejora de algunos de los principales elementos prestacionales.

Así comprobamos que una mejora del 5% de la potencia entregada por un motor en todo su rango de uso significa una mejora en los tiempos por vuelta de un 0.65%. Es decir si el tiempo por vuelta original fuese de 82 segundos, tras la introducción de este nuevo motor evolución con un 5% más de potencia [lo que significaría por ejemplo en un F1 del 2009, pasar de una potencia máxima de 780 a 820cv] el tiempo por vuelta mejoraría unos 0.5 segundos.

Una mejora de ese mismo 5% en la potencia de frenado disponible, en ese mismo circuito de referencia, supondría una mejora de menos de 0.1 segundos.

Podemos plantearnos cuanto sería la reducción de tiempo por vuelta, si conseguimos aumentar un 5% la carga aerodinámica sin perjuicio alguno sobre la resistencia al avance del vehículo. En este caso la mejora en tiempo por vuelta esperable es de un 0.75%, es decir que nuestra vuelta ideal en Montmeló pasaría de los originales 82 segundos a los 81.4 segundos con esta revolución aerodinámica.

Y por último podemos plantearnos cual sería la mejora del tiempo por vuelta si la adherencia de nuestros neumáticos mejorase en un 5%. En ese caso, la reducción de tiempo esperable asciende a un ¡2%! es decir que con estos nuevos neumáticos nuestro tiempo objetivo pasaría de ser de 82 segundos a ser de prácticamente de 80.4 segundos.

Fíjese el lector en la brutal diferencia en la mejoría de tiempos frente a una misma variación en diferentes elementos de influencia en las prestaciones. Y para concluir intente imaginar el esfuerzo de ingeniería que supone mejorar en un 5% la potencia entregada por el motor, o la carga aerodinámica sin perjuicio en la resistencia. Y a continuación se sorprenderá de lo relativamente sencillo que es perder cuotas muy notables de grip o adherencia.

¿Qué es el grip?

El grip (o adherencia) es una cualidad del neumático, y define la fuerza máxima transmitible a través de la interfaz de contacto (esapequeña superficie en la que el asfalto y el neumático se encuentran).

En realidad es una simplificación hablar de un único valor de grip máximo, puesto que la fuerza longitudinal máxima transmitible en tracción es distinta que la fuerza longitudinal máxima disponible en frenada. E incluso el grip disponible para girar a derechas puede ser notablemente diferente al grip disponible para girar a izquierdas (pronto veremos porqué). A su vez las adherencias longitudinales pueden diferir notablemente de las laterales. Todo ello debido a las muy notables y diversas deformaciones que se producen en la interfaz de contacto, que tienen una importantísima influencia en el grip del neumático y a las que dedicaremos, otro día, un artículo completo.

En cualquier caso hablar de ‘grip’ es una notable simplificación. Pero dado que a veces las simplificaciones bien hechas traen consigo una mejor comprensión de los problemas, a partir de ahora consideraremos el fenómeno de iteración entre el neumático y el suelo como un fenómeno clásico de rozamiento. Es decir, consideraremos que el grip disponible en un neumático (es decir la fuerza máxima transmitible a través de la interfaz de contacto) depende de dos factores: la carga normal (vertical) que descansa sobre el neumático y un coeficiente de adherencia. Es decir:

Grip = u * N

Donde u es el coeficiente de rozamiento entre el neumático y el asfalto (a partir de ahora adherencia) y N es la carga normal o peso que descansa sobre el neumático. En otras palabras u (la adherencia) es la relación que existe entre el peso que soporta un neumático y la fuerza máxima que podemos aplicar a ese neumático antes de que este comience a deslizar. Un ejemplo: seguro que el lector tiene encima de la mesa algún elemento, como por ejemplo, un móvil. Si intenta empujar ese móvil suavemente con un dedo se dará cuenta de que puede aplicar pequeñas fuerzas sin que el objeto se mueva. Y si sigue aumentando la fuerza aplicada con el dedo llegará un momento en el que el móvil se deslice sobre la mesa. Enhorabuena: acaba de superar el grip del conjunto móvil – mesa.

Si pudiésemos medir la fuerza que aplicamos con el dedo para intentar mover el móvil sobre la mesa nos encontraríamos en que hay una relación entre la fuerza mínima necesaria para mover el objeto, y el peso del mismo. Esa relación es la adherencia (u). Así si el móvil pesa 100gr, encontraríamos que la fuerza a aplicar para iniciar su deslizamiento sería de (por ejemplo) 25gr (o 0.24525N). Con lo que la adherencia entre la mesa y el móvil sería de:

u = grip / N = 25 / 100 = 0.25

Si repitiésemos el ensayo con un peso extra sobre el móvil (por ejemplo un pequeño lastre de 100gr) nos encontraríamos que el grip se habría duplicado, al igual que el peso del conjunto a desplazar, y por lo tanto la adherencia seguiría invariable, con un valor de 0.25. Y exactamente lo mismo pasaría si ponemos el móvil de canto. Es decir para sólidos muy rígidos la adherencia se presenta como una cualidad casi constante, independiente de la superficie de contacto, y de otras variables.

Pero, para los neumáticos esto no es en absoluto cierto. Si repitiésemos el mismo ensayo anterior con un neumático rodando sobre asfalto nos encontraríamos con que la adherencia (la relación entre grip y carga normal) es muy variable. Notablemente variable. Y ya hemos dicho que pequeñas variaciones en la adherencia implican enormes cambios en las prestaciones del vehículo, ya que en definitiva esta adherencia limita los esfuerzos máximos transmitibles al suelo: sean estos de tracción (provenientes del motor), de frenado o laterales (giro). Además nos encontraríamos con la sorpresa de los valores de adherencia ofrecidos por un neumático rodando son muy superiores: con valores que en un buen neumático de competición pueden llegar a estar por encima de 2.0 (es decir: la fuerza necesaria para hacer deslizar un neumático duplicaría al propio peso que descansa sobre el neumático!!) y cerca o ligeramente por encima de 1.0 en un muy buen neumático de calle.

¿De qué depende la adherencia?

Sin dejar de tener por tanto presente que estamos hablando de una simplificación muy notable del comportamiento, podemos plantearnos qué variables tendrían mayor influencia en un ensayo como el anteriormente descrito a la hora de caracterizar la adherencia de un neumático. Y nos encontraríamos con los siguientes parámetros de gran influencia: parámetros constructivos, presión, temperatura, carga normal y caídas. Ni son todos los que están, ni están todos los que son.

Parámetros Constructivos.

En cualquier competición, para obtener los niveles óptimos de adherencia es importantísimo seleccionar siempre el neumático adecuado y adaptado al estado de la superficie sobre el que discurre la competición. Esta adecuación a la aplicación se consigue trabajando sobre tres parámetros fundamentales y con cierta correlación entre ellos: la rigidez del neumático, el dibujo y el compuesto del mismo.

El primer parámetro de adecuación es la rigidez del neumático. De modo simple, el lector podrá imaginar que un neumático diseñado para obtener la mejor adherencia rodando sobre grava difiere notablemente en rigidez estructural del neumático diseñado para circular por un perfecto asfalto de circuito. Un neumático de grava en un circuito puede ofrecer valores de adherencia de 0.5, mientras que rodando sobre grava puede subir a 0.7. Y un neumático expresamente diseñado para circuito puede ofrecer valores de adherencia de 1.5 en un buen asfalto, y de 0.5 sobre grava. Ejemplo extremo, pero existen pequeños matices, pequeñas diferencias estructurales entre neumáticos específicamente diseñados para una aplicación, que pueden marcar diferencias notables.

Por el momento, y como ya habíamos adelantado y tras este simple ejemplo, dejaremos al margen el análisis de las características estructurales de los neumáticos, pero conviene recordar que su influencia es importantísima en la adherencia del neumático. Y es que de los parámetros constructivos depende en enorme medida la respuesta deformacional del neumático frente a diferentes solicitaciones: como pueden ser la tracción, frenada y giro. Y cerca de los límites de adherencia, es decir, bajo esfuerzos cercanos a la rotura del grip disponible y el comienzo del deslizamiento, estas deformaciones son espectaculares. Así, cualquier neumático (sea cual sea: de un F1, de un LMS o de un coche de calle) sufre enormes deformaciones y vibraciones en el área de contacto, que hace que cerca de los límites de adherencia (de tracción, frenada o giro) la interfaz de contacto pierda hasta un 50% de su superficie original, lo que obviamente y dada la naturaleza de los mecanismos de adherencia de un neumático tiene una enorme
influencia en el grip máximo disponible. En realidad, bajo estos fenómenos deformacionales (sobre los que escribiremos en detalle) se esconden todas las variaciones en la adherencia que luego analizaremos.

Otro parámetro interno de indudable influencia en la adecuación de un neumático a su aplicación es el dibujo de este. Creemos que esto no requiere mayor explicación.

Por último es imprescindible seleccionar bien el compuesto a utilizar: lo que nos permitirá disponer de la bien preciada adherencia durante el tiempo que sea necesaria. Generalmente asociamos el compuesto a las propiedades de los elastómeros y gomas que forman la superficie del neumático. Así se denominan compuestos blandos a aquellos de menor dureza superficial, que suelen ofrecer mayores valores de adherencia, en cortos intervalos temporales a costa de un mayor desgaste. Por el contrario los compuestos duros, de mayor dureza superficial, suelen ofrecer menores valores de adherencia comparativamente, pero sus propiedades se mantienen más estables durante un mayor periodo de solicitación. A continuación se muestra la variación de la adherencia disponible con el paso de los kilómetros de dos neumáticos de idéntica estructura interna, uno de compuesto duro otro de compuesto blando, en idénticas condiciones:

Obviamente para stints cortos la opción ideal es la del compuesto blando (más adherente en los primeros kilómetros), y para stints largos el compuesto duro (menos adherente, pero mucho más estable). Para stints intermedios (entre 45 y 55km) el problema se complica. Por último, señalar que en los catálogos de los fabricantes de neumáticos suelen existir infinidad de compuestos intermedios e incluso más extremos.

Desafortunadamente en la F1 actual (2009) la normativa impide a los equipos disponer de los que hemos denominado parámetros internos del neumático (estructura, dibujo y compuesto) como variables de optimización, y modificación del grip disponible, y por lo tanto de la dinámica vehicular.

Presión de inflado.

La presión de inflado es un parámetro fundamental para el buen funcionamiento del neumático, ya que la rigidez del mismo (y por lo tanto sus deformaciones bajo solicitaciones) depende muchísimo de esta variable, y consecuentemente de ello depende también la adherencia máxima disponible. Por lo general en un neumático de competición como el de un F1, el gas de inflado aporta más del 90% de su rigidez al mismo, y por lo general (en los entornos de presión de trabajo óptima) al aumentar la presión de inflado la rigidez del neumático aumenta de manera lineal.

Cada neumático está diseñado para trabajar en un determinado rango de presiones. En el caso de un F1 estas presiones suelen moverse en el entorno de 1.0 bar, que son presiones relativamente bajas comparadas con las que habitualmente manejamos en nuestros vehículos de serie (entorno a 2.5 bar). Las razones son múltiples: la diferencia de peso (un F1 soporta un peso prácticamente la tercera parte que un coche de serie medio, aunque a velocidades máximas la carga aerodinámica puede llegar a cuadriplicar la carga normal sobre los neumáticos), la mayor superficie de contacto para la que es diseñado el neumático, la variabilidad del volumen interno bajo carga del neumático de un F1, etc. Pero de cualquier modo el neumático de un F1 esta explícitamente diseñado para trabajar a esas presiones, al igual que un neumático de calle lo está para trabajar a otras muy superiores.

Las variaciones en las presiones de inflado, como hemos dicho, provocan variaciones en la rigidez estructural del neumático, lo que implica en definitiva variaciones en su comportamiento, y por lo tanto en su adherencia. La a continuación mostrada es una típica curva de correlación entre valores de presión de inflado de un neumático de F1 y la adherencia disponible.

De la observación de la anterior curva podemos obtener importantes conclusiones. La primera es la necesidad de trabajar a la presión exacta. En el ejemplo mostrado la presión ideal es de 1.20bar, presión a la cual el neumático ofrece una adherencia máxima de 1.95. Un error de tan solo 0.1 bar por encima o por debajo hace que nuestro neumático nos ofrezca valores de adherencia, respectivamente, entorno a un 2.5% o un 5% inferiores, debido a las variaciones tanto de: la superficie de la interfaz de contacto, como (principalmente) de la rigidez estructural del neumático. Es por ello que muchas veces vemos a los ingenieros de pista realizando pequeñísimas variaciones en las presiones de inflado para equilibrar el grip disponible en los ejes delantero y trasero.

Por lo tanto en cualquier competición es imprescindible esmerarse para rodar con la presión adecuada ¡en caliente! Como todos sabemos, los gases aumentan proporcionalmente su presión al aumentar su temperatura si les obligamos a mantener su volumen, como muy aproximadamente sucede dentro de un neumático. Así que las presiones que se midan en frío (con el neumático antes de rodar) serán siempre menores que las presiones en funcionamiento, cuando el neumático solicitado aumente su temperatura. La diferencia de presiones en frío y en caliente depende notablemente de la humedad del aire que usemos para inflar la rueda (a mayor humedad mayor diferencia), de ahí el habitual uso de gases inertes (como por ejemplo, los más habituales: nitrógeno o aire deshumidificado). Es imprescindible por tanto para maximizar las prestaciones conocer la correlación que existirá entre la presión de inflado del neumático en el box, y la presión de éste una vez sale a pista (que dependerá de la temperatura que alcance el neumático, que dependerá a su vez del estado de la pista, del nivel de ataque que imprima el piloto, de la temperatura de la pista, de otros parámetros de setup, etc.)

Temperatura.

Otro parámetro de fundamental importancia y enorme influencia sobre la adherencia máxima disponible en un neumático de competición es su temperatura superficial. Las razones hay que buscarlas nuevamente en los fenómenos micro y macroscópicos que ocurren en la superficie de contacto y que caracterizan las propiedades de dicha interfaz: básicamente, la temperatura permite a la goma literalmente pegarse al asfalto, y por lo tanto aumentar la adherencia. Este mecanismo (que recordemos explicaremos en detalle) es el que básicamente permite disponer de neumáticos de competición con coeficientes de adherencia prácticamente irreales y de valor muy superior a los de calle, con valores por encima de 2.0. Como contrapartida, este mecanismo conlleva un mayor desgaste, ya que el incremento local de la temperatura puede provocar y provoca que el vínculo adherente entre la goma y el suelo sea mayor que entre la goma y el propio neumático, produciéndose por tanto el desprendimiento de la goma, reduciéndose al mismo tiempo la adherencia disponible.

La temperatura ideal de funcionamiento para la consecución de la máxima adherencia depende por tanto de la construcción y constitución del neumático, pero en un neumático típico de competición suele moverse entre 80º C y 120º C. En este momento es imprescindible realizar la primera matización: y es que comúnmente se utilizan como referencia esas temperaturas medidas en el neumático con el vehículo parado, siendo las temperaturas reales de funcionamiento, las existentes en pista, las que ofrecen los mayores valores de adherencia, notablemente mayores (es relativamente habitual medir temperaturas superficiales del neumático por encima de los 170º C). En cualquier caso, y como estándar histórico a día de hoy todavía presente, hablaremos siempre de temperaturas medidas con el vehículo parado.

A continuación se muestra una curva típica de adherencia – temperatura de un neumático de competición, junto con la velocidad relativa de desgaste.

Es fácilmente apreciable como los neumáticos de competición disponen de una ventana de temperaturas de uso relativamente estrecha, que en el ejemplo adjunto se situaría en el entorno de los 85 a 100º C. Por debajo de esa temperatura la adherencia disponible decrece rápidamente, y por encima además de perder adherencia se dispara la velocidad de desgaste del neumático.

Y por tanto, es imprescindible trabajar en esa ventana de temperatura teniendo en cuenta los innumerables factores que afectan a la temperatura de trabajo de la goma: pasando por condicionantes climatológicos (temperatura del asfalto y ambiente), el deslizamiento del neumático contra el asfalto (estilo de pilotaje, grip disponible, situación de carrera), carga y trabajo soportado por el neumático (peso del coche, carga de combustible, carga aerodinámica, setup de suspensiones, etc.), calor proveniente de los frenos, y un largísimo etc.

Y podemos imaginarnos también la significativa variación de grip disponible por variación de temperatura con la que se encuentra un piloto en uno y otro eje a medida que entra, pasa y sale de un determinado viraje. Y la problemática de puesta a punto asociada con la que se encuentra el ingeniero de pista.

Carga normal.

Al principio de este artículo habíamos escrito que simplificando el grip máximo disponible en un neumático atendería a una relación del tipo:

Grip = u * N

Así pues, y tal como hemos expuesto hasta ahora, un determinado neumático, a una determinada presión y temperatura, tal que su coeficiente de adherencia es de 1.80 y soportando una carga vertical de 250kg, nos ofrecería un grip máximo de:

Grip = 1.80 * 250 = 450kg

Siendo esa la fuerza necesaria a aplicar para hacer deslizar el neumático. Nunca es malo ni está de más recordar que, en cualquier caso, esto es una mera aproximación a la realidad, que convierte el problema en más intuitivo.

Cabría preguntarse si exactamente el mismo neumático, en exactamente idénticas condiciones de desgaste, temperatura y presión, pero soportando el doble de carga (es decir 500kg) ofrecería el mismo valor de adherencia. Y la respuesta es: no. A iguales condiciones, sea cual sea el neumático, rodando sobre asfalto, y dentro de sus márgenes habituales de funcionamiento, al aumentar la carga normal disminuye el coeficiente de adherencia, pero aumenta el grip. Numéricamente, sobre nuestro neumático de referencia, al aumentar la carga a 500kg el coeficiente de adherencia se vería reducido a 1.65. Por lo tanto el grip máximo con esta carga sería de:

Grip = 1.65 * 500 = 825kg

Bajo esta nueva carga se ha reducido la adherencia del mismo neumático, pero ha aumentado su grip.

A continuación se muestra una curva característica representativa de correlación entre adherencia y carga vertical de un neumático de competición como el de un F1.

Y la siguiente sería la curva creciente de grip asociada al aumento de la carga normal:

Esta característica cualitativamente común a todos los neumáticos (aunque no cuantitativamente, los hay más o menos sensibles a la variación de adherencia frente a variaciones de carga normal, nuevamente todo depende de su construcción) tiene una importancia fundamental en la dinámica de los vehículos y en particular de los vehículos de competición. Por dos motivos fundamentales.

El primero es que cuanto más ligero sea un coche, a igualdad de neumáticos, de más adherencia dispondremos. Y por lo tanto mayores serán las aceleraciones (longitudinales y laterales) que se le puedan imprimir antes de romper el grip. El tema no es baladí: acostumbramos a escuchar que un coche ligero (por ejemplo en las clasificaciones) es más rápido porque pesa menos y por lo tanto corre más (en referencia al motor), cuando la realidad es que las variaciones de adherencia tienen una mayor influencia sobre las prestaciones.

Así en un circuito como Montmeló una carga inferior de 10kg de combustible suponen un tiempo objetivo por vuelta 0.35seg inferior. El empuje extra conseguido por el motor al tener que desplazar 10kg menos es de un 0.3%, lo que como hemos dicho significa una mejora en los tiempos de unos 0.03seg. La adherencia extra disponible en los neumáticos al aligerar esos 10kg (según lo que acabamos de exponer) sería de cerca de un 1% superior, lo que en tiempos (y tal como habíamos cuantificado al principio de este artículo) supone una mejoría de 0.32seg. Es decir los tiempos se mejoran principalmente por la mejora en la adherencia y no porque el coche ‘corra más’: al disponer de mayor adherencia el piloto puede frenar más tarde, pasar más rápido por las curvas y aplicar mayor tracción. En definitiva, correr más.

Y el segundo motivo es que esta peculiaridad en el comportamiento de los neumáticos es una de las bases fundamentales sobre las que se trabaja para modificar el equilibrio en el coche. Y es que con un chasis suficientemente rígido (y el de un F1 lo es) variando la rigidez relativa al balanceo de los ejes delantero y trasero (mediante la modificación individual o combinada de parámetros tales como: muelles, estabilizadoras, posición de los centros de balanceo o valores de amortiguación) es posible transferir increíbles porciones de carga (por encima del 50% del peso total del F1) desde un eje a otro, y por lo tanto es posible modificar la adherencia disponible por eje según las curvas características que acabamos de exponer.

Imaginemos por ejemplo un hipotético vehículo de competición (sin carga aerodinámica) con una distribución de masas 50% delantero y 50% trasero, y con idénticos neumáticos en idénticas condiciones delante y detrás. En esas condiciones el grip disponible en los ejes delantero y trasero sería idéntico. Pero al girar, al someter a este vehículo a una trayectoria curva, y a través de los mecanismos de suspensión (y variando su rigidez al balanceo) el ingeniero de diseño o de pista puede cambiar la distribución de las cargas normales en cada uno de los ejes cambiando por lo tanto la adherencia disponible. Así este hipotético coche de competición (con distribución estática 50/50 entre sus ejes) avanzando por una curva podría tener una distribución de cargas normales entre ejes delantero y trasero de 40/60, o 41/59 o 70/30, siendo posible por tanto modificar la adherencia de cada uno de sus ejes. Este tema es de tal importancia que dedicaremos un artículo completo a analizar con detalle estos fenómenos y sus consecuencias.

Por el momento, nos quedaremos con la idea de que pequeñas variaciones en la carga normal que descansa sobre cada neumático implican notables cambios en la adherencia máxima que puede ofrecer. Y con el coche en marcha se producen en cada neumático enormes variaciones de carga debido a: las transferencias longitudinales (frenada y aceleración) y laterales (al girar) de peso, a las oscilaciones de carga debidos a la oscilación de la suspensión, la variación de la carga aerodinámica al variar la velocidad, etc.

Posición Respecto al suelo: Caída.

El ángulo de caída se define como el ángulo que forma el plano medio de la rueda con la vertical en vista frontal. En esta imagen, y según la definición común, las dos ruedas del eje delantero del R27 tienen caída negativa:

Este ángulo tiene una influencia enorme sobre el comportamiento deformacional del neumático y por lo tanto como, hemos dicho, sobre la adherencia que puede aportar el neumático. Antes de continuar conviene aclarar una cosa: desde el punto de vista de la adherencia que puede aportar el neumático es necesario redefinir los ángulos de caída, y referenciarlos respecto a la fuerza lateral aplicada. El motivo hay que buscarlo en el muy diferente comportamiento que presenta el neumático con caída en función del sentido en el que es solicitado lateralmente. Obsérvese la siguiente imagen:

Realizando una simplificación física, el vector verde representa la ‘fuerza centrífuga’ a la que estaría sometido el coche en un giro a izquierdas. Y los vectores en naranja el grip en cada una de las ruedas delanteras que equilibrarían esa fuerza centrífuga. Al empujar el F1 con esa ‘fuerza centrífuga’ el neumático que vemos a la izquierda (con caída negativa respecto a la fuerza lateral en color verde) está en disposición de ofrecer una adherencia mayor que el neumático de la derecha (que respecto a la fuerza lateral aplicada diremos que posee caída positiva). A partir de ahora nosotros utilizaremos esta definición de ángulo de caída del neumático respecto a la fuerza lateral a la que es sometido.

El ángulo de caída, por tanto, tiene una enorme influencia sobre la adherencia máxima que puede aportar el neumático. E influye de distinto modo en los valores de adherencia máxima lateral y longitudinal que puede ofrecer un neumático. La a continuación mostrada es la curva de variación de adherencia longitudinal y lateral al cambiar la caída de un neumático trasero típico de F1.

Las curvas de variación de adherencia con caída para cualquier neumático son siempre cualitativamente similares. A simple vista podemos apreciar que:

- la máxima adherencia longitudinal se consigue con caídas cercanas a 0º. A medida que nos alejamos de ese punto de caída nula (sea a positivo o a negativo) la adherencia longitudinal disminuye. Esta disminución suele ser tanto mayor cuanto más ancho es el neumático.
- la máxima adherencia lateral aumenta a medida que tendemos a caídas negativas (respecto a la fuerza lateral aplicada ¡ojo!) y disminuye rápidamente al tender a caídas positivas. El máximo suele conseguirse con mayores ángulos de caída cuanto más estrecho es el neumático.
- las variaciones de la adherencia máxima debidos a la variación de caída son elevadísimas. La diferencia de adherencia longitudinal y lateral de un neumático a -3 o -3.5º es de más de un 4% (¡!) y recordad la influencia que esta variación tiene en los tiempos.

Un F1 gira a derechas e izquierdas, frena y acelera, a muy diferentes velocidades, por lo que las caídas utilizadas no suelen ser extremas, si no que se buscan valores intermedios de compromiso en los que se intenta ganar la máxima adherencia lateral sin sacrificar en exceso la adherencia longitudinal. Tras todo lo expuesto además el lector podrá adivinar porque las caídas delanteras suelen ser mayores que las traseras.

En otras competiciones, por ejemplo en circuitos ovales, se suelen utilizar configuraciones muy asimétricas de caída en busca de la mayor adherencia lateral posible. Así por ejemplo en la NASCAR:

Se suelen utilizar configuraciones de este tipo (con caídas negativas respecto a la fuerza centrífuga en las dos ruedas del mismo eje, en la imagen se puede ver la definición clásica de caídas) que maximizan la adherencia lateral (sacrificando además la longitudinal, poco necesaria en un oval) aportada por ambos neumáticos en un giro a izquierdas. Obviamente esta configuración sería nefasta para un giro a derechas, con los dos neumáticos con caída positiva y por lo tanto con una importante falta de agarre lateral.

Vista Exterior

Para comenzar en términos generales, empezaremos por lo primero que se ve, el exterior de los monoplazas y sus elementos, será de forma superficial, para conocer las partes y piezas, más adelante entraremos en los elementos concretos y sus características:

Sin embargo, la siguiente vista desde el exterior es más compleja, y si os fijáis, es una de las zonas menos vista en las fotos de todas las escuderías.

Desde este punto de vista se pueden observar varias zonas “sensibles”, como el difusor, suspensión trasera, suelo…

En Negro : Alerón Trasero
En Amarillo : Suspensión Trasera
En Rojo : Escapes
En Rosa : Palier, Eje Trasero
En Verde Oscuro : Suelo
En Azul Oscuro : Difusor
En Verde Claro : Estructura de Choque
En Azul Claro : Caja de Cambios
En Violeta : Luz Trasera
Al contrario que la siguiente, que es la más mostrada :

En Amarillo : Suspensión Delantera.
En Rosa : Toma de Aire del motor, (Airbox).
En Blanco : Tubo Pitot.
En Gris : Antena de radio.
En Negro : Toma de aire de Frenos delanteros.
En Verde Oscuro : Retrovisores.
En Rojo : Cono frontal, Morro, Nariz.
En Violeta : Empujadores de dirección.
En Verde Claro : Alerón delantero.
En Azul Claro : Toma de Aire de los
refrigeradores.
En Azul Oscuro : Pontones.
En Marrón : Empujadores de suspensión.
O que la siguiente, que sólo se ve cuando nadie quiere :

En Amarillo : Suspensión Delantera.
En Rosa : Placas de barcaza.
En Verde : Patín de deslizamiento.
En Azul Claro : Suelo de la barcaza.
Esto es lo que se puede ver a simple vista desde fuera, pero como en las cebollas se puede quitar la primera capa y ver lo que nos queda.

Debajo de la fibra
Desafortunadamente no abundan las imágenes de ámbito general del coche sin tapas, ni cubiertas exteriores, pero las hay de zonas algo más concretas, si nos imaginamos la vista de todas ellas en general (como si fueran todas ellas de un solo bólido genérico) no estaremos muy lejos de cada caso concreto para cada coche.

Lo primero que se puede quitar con facilidad es el morro completo, que incluye el alerón delantero. Esta operación se ve habitualmente en carrera. Y es rápida, muy rápida.
En Amarillo : Planos de ala, alerón
En Rosa : Nariz del morro.
En Rojo :
Pilares centrales.
En Verde : Planos finales.
En Azul Claro : Cuchara central.

Una vez retirado el morro del monoplaza, nos aparece invariablemente algo como lo siguiente:

En Amarillo : Suspensión Delantera.
En Blanco : Tubo Pitot.
En Gris : Quilla.
En Rojo : Electrónica-Sensores Suspensión
En Verde Claro : Depósitos de líquido de
frenos.
En Azul Claro : Dirección y sensores de frenos y dirección.
En Azul Oscuro : Sensor-Captador de pruebas.
En Naranja: Empujadores de suspensión.
En Verde Oscuro : Soportes de deflectores
laterales.
En Violeta : Empujadores de Dirección.

En esta cota nos falta otro elemento básico y no mencionado hasta ahora, los frenos delanteros.


En Rojo : Disco de Freno.
En Blanco : Toma de aire de freno.
En Azul Oscuro : Plato de anclaje del disco al eje de rueda.
En Verde : Bombines de pinzas de freno.
En Amarillo : Tope de inserción de llanta de rueda.
En Azul Claro : Seguro de tuerca de llanta.

En la siguiente sección en nuestro recorrido hacia atrás, el cockpit o habitáculo, es tal que …
En Amarillo : Pedales (acelerador- freno).
En Rosa : Habitáculo - Cockpit.
En Naranja: Volante.
En Verde : Asiento.
En Azul Claro : Barra de dirección.
En Blanco : Tubo Pitot
En Gris : Antena de radio

Si metemos la cabeza dentro del habitáculo y miramos el interior sin tapas, veríamos algo como lo siguiente :

En Rojo : Columna de dirección.
En Amarillo : Amortiguadores delanteros.
En Azul Claro : Sistema de suspensión.
Los pedales y los pies del piloto estarían en la tapa que se coloca entre las marcas verdes.
Y llegamos al corazón de cada bólido, la zona en la que se concentra la parte pesada del coche, la zona del motor.

Justo por detrás del piloto, fuera del habitáculo, y de la célula de seguridad que protege al piloto, está el depósito de combustible, flanqueado por los radiadores, a lo que corresponden las 2 siguientes imágenes, una con los radiadores y otra sin ellos.

En Amarillo : Bloque motor.
En Rosa : Filtro de aire.
En Naranja: Suspensión trasera.
En Blanco : Escapes.
En Verde : Caja de cambios.
En Azul Claro : Radiador de líquidos.
En Rojo : Eje trasero, palier.
En esta imagen se ve el depósito de gasolina, tapado por los radiadores en la imagen anterior.

Con una X - Depósito de gasolina.
En Amarillo : Bloque motor.
En Rosa : Filtro de aire.
En Gris : Suspensión trasera.
En Blanco : Escapes.
En Verde : Caja de cambios.

Sin embargo, desde otra perspectiva, la cosa parece totalmente distinta…

En Azul Oscuro : Toma de aire motor y filtro.
En Rosa : Motor.
En Naranja: Escapes.
En Azul Claro : Caja de cambios.
En Amarillo : Suspensión trasera.
En Verde : Amortiguación trasera.
En Blanco : Amortiguador.
En Rojo : Palieres, ejes de ruedas.
En Verde oscuro: Estructura de choque.
En Gris : Difusor.
Visto desde más abajo y algo más desmontado:

En Azul Claro : Caja de cambios.
En Amarillo : Suspensión trasera.
En Verde : Amortiguación trasera.
En Gris : Amortiguadores.
En Blanco : Toma de aire de frenos.
En Rojo : Disco de freno.
En Azul Oscuro : Bombines y pinzas de freno.
En Rosa : Adaptador y conexión para arranque externo.

La siguiente es la misma parte, pero con la estructura de choque montada.


En Azul Claro : Caja de Cambios.
En Rojo : Tapón de palier, eje trasero.
En Verde : Estructura de Choque.
En Amarillo : Lugar para la luz trasera.
En Rosa : Tapón de arranque externo.

En este nivel ya se ha acabado la mecánica… pero queda algo de lo más visible en todo automóvil de competición, el alerón trasero.
La siguiente es una espléndida perspectiva de anclaje del alerón trasero, tan vital en F1.

Creo que se ven perfectamente los 2 tornillos que sujetan este lado del alerón trasero al soporte de la estructura de choque.

Pues ya está, se nos han acabado los elementos visibles desde el exterior (de un tamaño no mínimo y sin desmontar grandísimos sistemas), pero …
Alguien piensa que se terminaron los sistemas exteriores?.

Pues no. La verdad sea dicha, es que en este ámbito se podría seguir durante largo rato en esta dinámica, pero no es la intención, realmente se nos han escapado aún dos sistemas exteriores vitales en el comportamiento del monoplaza, aunque desafortunadamente de uno de ellos carezco de imágenes, pues es casi imposible conseguirlas fuera de las escuderías.

Alguien sabe de qué estamos hablando?

Premio para quien piense en el suelo del coche:

Efectivamente, los bajos (de las no vistas hasta ahora), es la primera cosa importante en sí misma, ya que en ellos se basa el efecto suelo; Cuanto más cercanos al suelo, más efecto de agarre, de ahí que la FIA determine la altura mínima.
En Azul Claro : Suelo o fondo.
En Amarillo : Divisores de flujo.
En Azul Oscuro : Canal principal de flujo al difusor
En Verde : Difusor.
En Rosa : Patín de deslizamiento.
En Rojo : Ajustes de Balastros.
La segunda parte importante son los balastros o lastre de pesos. Son unas planchas de metal, colocadas en un carril debajo del patín, y utilizadas para distribuir el peso entre la zona delantera, media y trasera, así como para proporcionar el centro de gravedad lo más bajo posible, lo que las convierte en elementos fundamentales.

En la foto superior, los círculos rojos son los ajustes que permiten el desplazamiento de esas planchas hacia delante o atrás.

El patín de deslizamiento es la pieza que está pensada para poder rozar contra el suelo de la pista durante la carrera, aunque de manera circunstancial, pues todo roce supone pérdida de tiempo, además de para impedir un efecto suelo no permitido por reglamento.

Normas y principios

Partiendo desde cero, veamos lo que es un automóvil de carreras:

cajón + motor + ruedas + freno + dirección + depósito combustible = coche . ¿Correcto?.


La primera fórmula, bueno, menos mal que no es difícil

Eso parece claro que será un coche, puede que hace 100 años fuera de carreras, pero no hoy en día. ¿Por qué?. Resumiendo… pues porque hoy en día, un coche de carreras lleva un montón de cosas más que marcan la diferencia con respecto a un coche “vulgar”, y evidentemente todas están enfocadas para conseguir un objetivo final claro, “que corra mucho en las rectas y también en las curvas” (todos conocemos ya “de vista” muchos de esos elementos).
Resulta evidente que cuanto más potente y eficaz sea un motor, más podrá correr en las rectas, pero entre otras muchas cosas, la potencia del motor no marca la diferencia en las curvas y además puede ser inefectiva en las rectas.

Aún así, en este capítulo no entraremos en las mejoras de motores, eso quedará para más adelante. Consideraremos siempre los elementos de mejora con respecto al uso de un mismo motor, lo cual por lo menos no complica más las cosas.

Es decir, suponiendo que tenemos un motor concreto, trataremos de hacer el resto para que ese motor corra lo mejor posible.

Tampoco vamos a entrar en un curso de aerodinámica, damos por supuesto que todo el mundo sabe que existe, además de que hay una serie de desarrollos sólidos o “figuras” que son más fáciles de mover a través de un medio o fluido, sea líquido o gaseoso.
Hemos dicho que vamos a colocar las cosas “al cajón” para conseguir que corra como un F1 (dando por supuesto que tenemos las piezas de un F1 …).

Pues para ello, el cajón ha de ser descompuesto en el montón de piezas exteriores que hemos visto hasta el momento, lo que nos lleva a dejarle reducido a una plancha plana que será la que usemos para el suelo o bajos.

Estamos hablando de piezas exteriores, es decir que van a estar en contacto con el aire exterior en pista, por lo que NO deberíamos olvidarnos en ningún momento de los efectos aerodinámicos. Pero de momento los obviaremos hasta llegar a la zona de carenado o exterior.

Además, la FIA (Federación Internacional de Automovilismo), organismo oficial de la F1 encargada de la normativa de competición y técnica de vehículos de F1, establece las reglas de la competición a todos los niveles, p.ej.: establece los materiales y proporciones máximas de las partes del motor, establece un tipo de motor (2400cc., 4 tiempos, atmosférico, 90º de bancada, 19000 rpm máximo…), establece fabricantes para las ruedas (Bridgestone), establece unas rigurosísimas medidas de seguridad, y también impone unas formas y dimensiones máximas o mínimas en cuanto a las partes del coche.
Es decir, hemos de montar el vehículo cumpliendo el reglamento de competición de la FIA (para que el coche sea homologado para la competición), y los aditamentos exteriores han de estar dentro de la normativa, por lo que por ejemplo, no deben tener una flexión superior a lo establecido cuando la máxima cantidad de aire les impacte.

De la aplicación de todo lo anterior se desprenden los principios básicos del diseño, p.ej. que la forma que han de tener los bajos ha de ser plana (además del patín impuesto por reglamento), para poder usar lo que de efecto suelo sea posible debido a la altura mínima a la que tiene que quedar el fondo según las normas. Y continuando con las mismas reglas, la forma frontal del coche ha de ser de mínima resistencia aerodinámica, con objeto de que el aire (no tan simple a 300Km/h) roce lo justo para el buen comportamiento del conjunto.

En realidad todo el exterior, no solo los aditamentos (alerones, aletas, divisores… ) sino también la propia carrocería de base ha de funcionar con estos mismos principios, y puesto que debemos atenernos a los reglamentos, al final del diseño previo siempre queda una forma ideal que cumpla las normas, y que invariablemente tiene un aspecto similar al ya visto en los gráficos de la FIA en el documento adjunto.

O como el del siguiente dibujo, que esquematiza las corrientes de aire en los dos mayores puntos de apoyo, los alerones; Y un tercer punto vital, los bajos, suelo o fondo.

(los porcentajes son del año 2006, y varían según normativas anuales)

De la imagen anterior se desprende un dato obvio y bastante relevante, a saber : si el alerón delantero puede entregar hasta un 25% del empuje vertical y el trasero hasta un 33% , queda al menos un 42% para generarlo con el resto de la carrocería (fondo, chasis, aletines, divisores, aspas… ).

Principios básicos del diseño.
Bueno, comencemos a ir fijando las cosas a realizar:

* Dimensiones: máximas establecidas por la FIA.
* Forma de los bajos: por reglamento no pueden exceder de lo siguiente (en rojo), pero cuanto más suelo… pues más efecto suelo, más peso…

* Longitud de batalla (colocación de ejes): se nos establece una separación máxima, la distancia real de cada coche depende de cada diseño, pero supondremos que es la que nos indican como máxima (por fijar alguna).
* Posicionamiento del centro de gravedad (balance de pesos): mientras pese el mínimo (605Kg con piloto) no hay límite. Hay un objetivo a tratar de conseguir, que el centro de gravedad esté lo más bajo posible, eso aumentará la estabilidad del coche en todos los aspectos. Además cuanto menos pese más fácil será moverlo y antes frenará. Otra cosa es cómo colocamos los componentes para que pese el mínimo, para ello no hay indicaciones, pero dependerá de cómo solventemos el siguiente punto. Después también podremos reajustar (en menor medida) el balance de pesos con los balastros.
* Distribución de las partes mayores (motor, caja de cambios, asiento…), por reglamento se fija la posición del piloto y del motor, así como la tracción, que han de ser traseros. Tras esto, no hace falta ser Einstein para colocar el motor detrás, y a partir de ahí lo demás quedará poco más o menos en los sitios más evidentes para la función de las piezas.
* Distribución de los elementos menores por peso o volumen, nunca por importancia, porque por ejemplo, quién dice que no son importantes los frenos?, pues ni abultan ni pesan tanto, y sin embargo también vemos habitualmente como los modifican. También entran en esta categoría todo el ejército de elementos aerodinámicos
* Disposición y forma de los alerones: En cuanto a la colocación no creo que haya dudas al respecto. Sobre la forma es otro asunto, tanto es así que dependen hasta del circuito y el tiempo atmosférico ambiental.

A pesar de resultar reiterativo, no puedo dejar de indicar que todo lo mencionado hasta el momento está interrelacionado entre si, de tal manera que un solo cambio en un elemento cualquiera afectará al comportamiento de otras piezas, y por ende al comportamiento del coche en carrera.

Despieces y montajes
Antes de meternos en materia, ¿que tal un repaso general del aparato?

En este despiece no hay nada que no sepamos ya (bueno algo si, pero ya llegaremos ) …

¿Alguien no ve algo?… Bien, buen ojo,

para los que aun no caen… empieza por “S” o “F” y acaba en “O”

y si aún no caen…. de caerse… ¿a donde se caerían?

Pues eso, el suelo o fondo. (por favor ponerse las gafas o lentillas y no se me duermaaan)

Montajes Básicos y Sistemas.
Si recordamos la única fórmula vista hasta el momento:

Cajón + motor + ruedas + freno + dirección + depósito combustible = coche

Partimos de esto, ya colocado:* Suelo
* Habitáculo
* Ejes con ruedas
* Patín

Y hay que colocar:

* Dirección
* Motor
* Depósito
* Frenos
* Lastres o Balastros
* Estructura de Choque
* Caja de Cambios

Para acabar con algo como lo siguiente:


Veamos algo más a fondo lo que vamos a colocar :

Como ya comentamos, es precisamente el motor la única parte en la que no vamos a entrar en profundidades, pues podría ser objeto de varios cursos completos debido a la complejidad del asunto.

No obstante basta con saber que por reglamento ha de estar colocado detrás, y que la tracción también ha de ser trasera. Han de ser motores atmosféricos de 4 tiempos, es decir, que captan el aire necesario para la combustión sin ningún elemento que capte más aire del que el propio viento conlleve, y su ciclo de trabajo ha de ser el estándar de “admisión, compresión, explosión y escape”. Han de ser de 8 cilindros con un diámetro no superior a 98mm., y una capacidad total máxima de 2400cm3 dispuestos en 2 bancadas de 4 cilindros, y con un ángulo de bancada de 90º. Cada cilindro no debe de tener más de cuatro válvulas, dos de entrada de mezcla y dos de salida de gases de combustión…etc.
Dirección
Vital. Es el elemento que nos permitirá girar la orientación de las ruedas delanteras, con objeto de que el coche pueda desplazarse en movimientos que no sean en línea recta, es decir, permite hacer girar al vehículo siguiendo la trayectoria de las curvas.

Se acciona desde el volante (obviamente, haciéndole girar), lo que a su vez hace girar la columna de la dirección, que es la barra que lleva el movimiento hasta la cremallera, que es la parte que transmite el giro de la barra de dirección a los semiejes empujadores o bieletas de cada rueda. Cada uno de estos semiejes desemboca en un empujador final, que es el que materialmente tira o empuja de la rueda para conseguir moverla.

El sistema básico por el que consigue esto es un simple conjunto de engranaje llamado cremallera, que no es más que la cruceta en la que desemboca la columna de la dirección.

Los empujadores (bieletas o brazos) son las barras que desde la cremallera empujan a los tambores de rueda para que giren hacia los lados.

Un detalle importante a conocer es, que mientras en un coche normal el volante puede dar hasta 3 vueltas completas para hacer girar las ruedas unos 30º, en F1 el volante solo dispone de poco más de ¾ de vuelta para hacer girar las ruedas unos 25º como máximo. Así que la precisión y sensibilidad con el volante es crucial.

Volante
Es un sistema polivalente, y de los más espectaculares de un bólido de F1.

Su principal misión, evidentemente, es la de gobernar la dirección que lleva el vehículo, tal y como hemos visto con la dirección, de la que es un elemento más.

Pero lo que le hace tan llamativo y espectacular es el hecho de que es donde están todos los controles del piloto, excepto obviamente los pedales.

Cada escudería fabrica su volante con su electrónica, que es mucho más actual que la de la ECU, entre otras razones, para disminuir su peso y aumentar su velocidad de operación.

Como se puede ver, está lleno de botones y conmutadores, los cuales sirven para regular funciones tales como …

Régimen de motor (mapa de encendido, revoluciones); Nivel de mezcla (consumo).

Tarado de suspensiones (delantera/trasera); Bomba de líquido para beber.

Balance de frenos (eficacia de frenada delantera/trasera); Tipo de neumático en uso.

Nivel de refrigeración (según indicadores de temperaturas en pantalla). Marcha atrás.

Régimen de cambio de marchas (a que % del régimen se ha de indicar el cambio)

Control de radio, encendida/apagada, hablar/recibir; Activación de extintores.

Proceso de arrancada (salida); Indicación numérica de pantalla en x1 o x10.

Punto muerto en caja de cambios… y algunas otras más.

En el frontal también hay una pantalla LCD, indicadores numéricos, a sus costados las luces de estado de carrera (banderas) y encima una fila de luces a modo de tacómetro de r.p.m. para el cambio de marchas, que se controlan desde las levas de la parte trasera, las inferiores son el embrague usado solo en arrancada, y las superiores, la de un lado sube las marchas y la del otro lado las baja (a gusto del piloto que lado sube y cual baja).

Se ha de poder desconectar completamente según reglamento, entre otras cosas, para que el piloto pueda entrar y salir.
Caja de cambios
Es el bloque que se encarga de transmitir las vueltas del eje del motor (cigüeñal) al eje de las ruedas traseras (palier).

Para entender la necesidad de este artilugio, basta solo con pensar que las ruedas traseras tienen 0,66m de diámetro (norma FIA), lo que supone 2,07m de avance por vuelta. Con una relación 1:1 (1 vuelta de cigüeñal se transmite a 1 vuelta del palier), si van a 10000 rpm (de las 18000 permitidas) serían 20700 metros por minuto!, o lo que es lo mismo 1244 Km/h.

Queda clara la necesidad de reducir la relación de transmisión entre ejes. De ahí su nombre, “transmisión”, y puesto que hay que modificar esas relaciones de transmisión de giros, de paso, que sea con varias relaciones distintas, para así poder adaptarse mejor a todas las posibles circunstancias de carrera, incluida la reversa o marcha atrás.

Su funcionamiento en esencia es enlazar los ejes con una serie de engranajes con distinta cantidad de piñones (o dientes), así se consigue que una vuelta del cigüeñal pueda ser menos de una vuelta del palier, y según la marcha engranada, tendrá una relación de giro más cercana al 1:1 cuanto mayor sea la marcha (obvio, sabido es que el coche corre más con la 6ª marcha que con la 1ª).

Debido a que la diferencia de régimen de giro de los distintos ejes (cigüeñal y palier) es elevada , y la potencia transmitida es también considerable, parece evidente que deberían de llevar algo para sincronizar los árboles, pero puesto que sus piñones no son helicoidales, sino rectos, y también a que el punto de cambio está finamente calculado (siempre se cambia de marcha a una superior en el margen superior de giro, o siempre se reduce a lo que en estas máquinas son pocas rpm.), al contrario que en los coches de calle, estas cajas no necesitan de sistemas de sincronización. Además, tampoco están pensadas para hacer 100000Km. como en nuestros coches…

Hay que mencionar la tremenda cantidad de fuerzas que se transmiten por este sistema hasta las ruedas traseras, que son las que empujan todo el coche. Por ello la tenacidad de sus elementos ha de ser muy alta, pero sin olvidarnos de que ha de pesar lo menos posible, de ahí su delicadeza.

Además los sistemas por los que se engrana una marcha u otra son sistemas hidráulicos, por lo que los sistemas de gobierno han de ser estancos, mientras que el conjunto de ejes y engranajes han de estar sumergidos en lubricante para minimizar los roces, desgastes e inercias indeseadas.

Como se aprecia en la foto de la izquierda, hasta las cajas de cambios de juguete para maquetas, presentan una cierta complejidad (la de la foto solo tiene 2 velocidades), así que las demás …

Actualmente se montan unas cajas de cambios cuyo tiempo de conmutación de marchas es prácticamente cero, lo que permite no dejar de aplicar tracción a las ruedas en ningún momento, y en consecuencia, su complejidad técnica es muy elevada.
Sobre la estructura de choque… pues es eso, una pieza pensada para poder hacer de parachoques trasero, que aunque no evitará los daños mayores al alerón trasero de uno y el frontal del otro (obligando a abandonar generalmente) puede evitar el efecto lanzamiento hacia arriba del coche que impacte en la trasera de otro, y de no menor importancia, evitar daños severos a los pilotos. Y ya de paso…, resulta un sitio ideal para colocar una luz trasera de indicación de posición para los pilotos que vienen por detrás ,además de otras funciones, como casi todo en F1!.

Esto es todo lo que debíamos colocar, y en su aspecto global ya parece algo que recuerda a un coche, pero para que se pueda mover por sí mismo aún faltan elementos, a saber:

Sistema Hidráulico
Es otro sistema polivalente, es decir, tiene múltiples y variadas funciones. Las más importantes son :

1. Encargado de que se puedan cambiar las marchas de la caja de cambios según la orden dada desde el volante, la orden es eléctrica o electrónica y los actuadores en el interior de la caja de cambios son hidráulicos.

2. También es el encargado de que los frenos bloqueen los discos con firmeza para hacerlos parar, aunque los frenos delanteros son un circuito completamente independiente, y los traseros solo comparten el líquido o liga con el circuito hidráulico general.

3. Ejecuta el famoso balance de frenos, es decir, según una circunstancia concreta, los frenos delanteros frenen más que los traseros, frenen por igual o frenen menos que los traseros, este control como casi todos también está en el volante.

4. Encargado también de la transmisión de la fuerza de giro necesaria para empujar o tirar de las manetas de la dirección, ya que “a mano” resultaría imposible aguantar una carrera completa, debido a lo pesado o duro que se vuelve el agarre de la rueda con el suelo, sobretodo en las frenadas.

5. Resulta vital en el funcionamiento de algunos actuadores de presión en los circuitos de admisión de combustible y aire del motor, directamente relacionados con el uso del acelerador.

Está constituido por:

* Una bomba eléctrica de control de flujo y presión, gestionada por la centralita electrónica y los mandos del volante.
* Un depósito de líquido para asegurar el suministro al circuito (que aunque debe de ser estanco, si por un problema se perdiera líquido, poder mantener la operatividad del circuito para intentar llegar a boxes).
* Un montón de mangueras que serán las encargadas de transmitir la presión a cada uno de los actuadores, que están repartidos por múltiples lugares del vehículo, caja cambios, frenos traseros, motor…
* Válvulas de paso, sensores de presión, sensores de caudal, bombines…

En la práctica son varios sistemas hidráulicos separados, pero puesto que todos funcionan

bajo el mismo principio de imcompresibilidad de los líquidos, se puede decir que todos son muy parecidos… salvando los sensores particulares de cada caso, aceite, liga frenos, agua, temperaturas, caudales…
Esta es una imagen de todo el sistema hidráulico de un monoplaza, junto con una bomba de presión y flujo de otro fabricante. Nótese como son de distintas unas y otras (comparada con la caja blanca de la imagen del sistema completo), aunque año tras año se van miniaturizando y reduciendo de peso.
Refrigeración
Los famosos Radiadores, encargados de mantener las temperaturas de los fluidos, tanto el del agua que refrigera el bloque de motor, como el del aceite que lubrica las partes móviles. Son versiones sofisticadas de los típicos radiadores de un vehículo “normal”, constituyendo uno de los “secretos” de cada escudería, sobre todo en lo referente a la geometría general, ya que obviamente son un elemento poco aerodinámico..
Su constitución básica está formada por:

- Un serpentín a través del cual circula el fluido a enfriar. Este serpentín dispone de una o varias aletas metálicas a lo largo de dicho conducto para ayudar a la disipación del calor mediante el aumento de superficie radiante.

- Una gran entrada de aire para que entre limpiamente la cantidad necesaria para ventilar y refrigerar el serpentín y sus aletas adecuadamente.

- Una bomba hidráulica que mueve el fluido a refrigerar, de tal manera que se extrae del lugar de actuación para hacerle pasar por el serpentín, para después retornarle ya enfriado, de vuelta al lugar de origen.
Al contrario de un coche de calle, no tienen ningún sistema para mover el aire a través del serpentín cuando el coche esté parado o circule a baja velocidad, pues resulta que estos vehículos están optimizados para correr, y se llega a prescindir hasta del peso de estos ventiladores.

Esto les cuesta más de un dolor de cabeza a los pilotos, pues en las salidas del coche de seguridad, al rodar a baja velocidad en circuitos con altas temperaturas ambientales, el coche pasa serios apuros para refrigerar el mínimo necesario, lo que puede producir el reventón de cualquier junta del bloque de motor o incluso llegar a gripar por ausencia de lubricación efectiva.

Centralita electrónica de control (ECU)

Este año 2008 se incorpora un tipo de centralita ECU estándar e idéntica para todos los coches (cada equipo puede programar los mapas de gestión como quieran), igualando así los rendimientos por la electrónica en todos los equipos. La ECU es la encargada de sincronizar el funcionamiento de multitud de elementos y sistemas, p.ej.:
* La inyección de combustible en el motor y sus cilindros.
* Controlar la cantidad exacta de aire para la mezcla con la gasolina a inyectar en los cilindros.
* Encargada de recoger los datos del ejército de sensores y captadores electrónicos repartidos por las diferentes partes de coche, para según los datos que haya, corregir el régimen de trabajo del motor en lo permitido por el reglamento FIA.
* Sincronización del sistema hidráulico con los demás sistemas.
* Proporcionar los datos al volante del piloto para su gestión y transmitir las acciones marcadas por el piloto en los controles del volante para corregir el funcionamiento del coche en cada momento.
* Contiene el sistema de radio para voz y canales de comunicación de datos de los sensores del coche hacia el box del equipo. También aporta 2 canales (protegidos y codificados) de transmisión de datos hacia el control de carrera para evitar “trampas”.
* También contiene el ADR “Accident Data Recorder”, la caja “negra” del vehículo (para analizar los datos de estado del vehículo en cualquier condición).
La ECU y el volante son los únicos elementos con electrónica activa en todo el vehículo. Aunque todos los equipos (excepto el fabricante : McLaren) han manifestado su descontento por la escasa potencia del modelo impuesto, lo que les rebaja enormemente las posibilidades de control con respecto a pasadas temporadas.

Pedales: freno y acelerador

¿Necesitan comentarios?. Pues sí. Por reglamento no pueden ser elementos electrónicos, es decir, no pueden ser potenciómetros. Lo que no supone un gran problema, pues evidentemente el freno es hidráulico y el acelerador puede ser mecánico (cable) o hidráulico de circuito independiente o común con el circuito hidráulico habitual, aunque después el resultado de este sistema se traduzca a una señal eléctrica o electrónica para ser tratada por la ECU y actuar correspondientemente en el motor..

Suspensiones delantera y trasera

Es el elemento responsable de mantener las ruedas en permanente contacto con el suelo, sea cual sea el estado del asfalto. También y no menos importante, aislar las vibraciones de las ruedas y que no lleguen al chasis ni al piloto.
De lo que se ve desde el exterior, podemos observar claramente que tanto las suspensiones delanteras como las traseras están formadas por 2 soportes en triángulo conectados a los cubos de las ruedas. Este tipo de suspensión tiene las ventajas de un peso ligero, importante resistencia y un buen control de carrera o recorrido. Además sirve de aislante de vibraciones entre ruedas y chasis. (Amarillo en la foto).

Hay otro sistema de suspensión del que solo se ve un elemento (el empujador se suspensión, en verde en la foto superior).
Dicho sistema es la suspensión que se ve desde dentro del habitáculo, ¿lo recuerdan?. Es un sistema más activo, que lleva la famosa barra antitorsión o “anti-roll bar” (en azul en el esquema y en rojo los amortiguadores), compuesto por un doble sistema de amortiguación y equilibrado, que además evita la transmisión de las fuerzas laterales de torsión que se trasladarían al chasis cuando el vehículo toma las curvas.
La suspensión trasera, además de añadirse el palier, está constituida igual, pero sus elementos son más fuertes, ya que han de soportar el mayor peso e inercias de toda la parte trasera. En el dibujo se ve el funcionamiento del sistema antitorsión basado en el amortiguador trasero (en la foto).Es de reseñar que mientras la suspensión delantera está anclada al chasis del cono frontal y la quilla, las suspensiones traseras están ancladas al chasis, al paquete de la caja de cambios y a la estructura de choque en algunas variantes.

Pero… ¿no notan nada raro?…

Premio para quien vea o se haya dado cuenta de que “aparentemente” en la suspensión / dirección delantera algo no cuadra. Veamos:

2 tirantes por triángulo de suspensión, están claros.

1 empujador de suspensión, está claro.

¿Y el empujador de dirección? , ¿Dónde está?.
Pues está dentro de la sección frontal del triangulo superior. ¿Se observa en la foto?

En esta otra, se ve como el empujador hace también de tirante y sale de la funda del propio tirante.

Además se ve la toma de aire de refrigeración de los frenos, debajo del empujador y sobresaliendo de la vista de la rueda..

Sistema Hidráulico , Frenos.

Anteriormente comentamos que el sistema hidráulico es el encargado de efectuar los cambios de marcha en la caja de cambios, cuya orden se da desde el volante. También es el responsable de los frenos, si bien el circuito hidráulico de los frenos delanteros es totalmente independiente, y el circuito trasero sólo comparte el líquido con el circuito hidráulico, líquido llamado liga o comúnmente líquido de frenos. Es decir, la liga de los frenos delanteros es distinta de la de los frenos traseros o del sistema hidráulico.
Al presionar el pedal, el empujador aplica presión al reforzador, que aumenta y transmite la presión a la bomba, lo que la hace funcionar y aplicar una presión proporcional en el circuito, que a través de los bombines, hacen salir a los pistones, que a su vez empujan las pastillas contra el disco, frenando el giro del disco que está unido a la rueda.

Hay que mencionar un hecho vital para el funcionamiento correcto de los frenos, su temperatura.
Los discos de freno, son discos de carbono, y su temperatura de trabajo operativa, comienza sobre los 750º y llega a alcanzar los 1200º en su uso extremo. A la vista de esto, resulta vital una buena refrigeración del conjunto, que por normativa se ha de realizar con el aire ambiental.
Pero hay un detalle más que también es fundamental, cuando un disco sobrepasa los 800º se comporta de manera óptima, pero si después se enfría demasiado (por debajo de 250º) la superficie sufre una especie de cristalización, lo que los convierte en prácticamente inefectivos hasta que no vuelvan a alcanzar los 800º; Pero tras “cristalizar” la fricción es menor y su aumento de temperatura es mucho más lento de lo normal, con lo que las frenadas han de ser mucho más largas para que vuelvan a coger su temperatura óptima.
Es por esta razón, por la que la zona de los frenos es una de las más modificadas carrera tras carrera, y es fuente de controvertidos elementos, como las actuales tapas de ruedas que innovó Ferrari en el año 2006 y que casi todos los equipos han adoptado más recientemente, cuya función primordial es mejorar la extracción del flujo de aire que refrigera los frenos.

Depósito de combustible.

Tal y como vimos en los despieces, está ubicado detrás del piloto y delante del motor, dentro del monocasco, pero fuera de la célula de supervivencia, y por normativa ha de permanecer íntegro tras los impactos, aunque se pueda deformar.
No existe una normativa que específicamente limite su capacidad, aunque los requisitos del propio diseño imponen unas tendencias por las que su capacidad ronda los 100 litros, o más concretamente, los 100 Kg de peso en lleno, pues aunque el litro de gasolina no pesa un kilo, el depósito vacío también pesa.

Tal y como se aprecia en la foto, la bomba de la gasolina se encuentra ubicada en la parte central inferior del depósito.

Con todo esto ya conocemos lo que montamos, así que vamos a poner más cosas.