CONOZCAMOS EL CAMBER GRACIAS A LAS CÁMARAS TÉRMICAS

 

Bueno amigos, quiero terminar el año haciendo un pequeño artículo sobre uno de los elementos que más ha sorprendido este año. No, no estoy hablando de una pieza en concreto de algún coche, esta vez me refiero a una camaritas cuyas imágenes este año  ha decidido mostrar al resto de los mortales la realización televisiva de la FOM. Me estoy refiriendo a las cámaras térmicas.

Hasta este año, dichas imágenes eran un secreto  aunque su utilización está muy extendida en la F1. Son unos dispositivos vitales para la medición de temperaturas en elementos donde es muy difícil colocar algún sensor o tira térmica como es el caso de las ruedas.

Antes de nada daré unas nociones básicas sobre este aparato y posteriormente veremos un ejemplo práctico para poder interpretar sus imagenes.

¿Qué es una cámara térmica o de infrarrojos?
Es un dispositivo que es capaz de medir las emisiones de infrarrojos medios del espectro electromagnético que emana de los cuerpos. En cristiano, el infrarrojo el calor que emite un objeto. Como sabéis, el calor no se puede ver. Podréis ver las llamas pero no el calor que irradia. Para verlo, es necesaria esta cámara ya que es capaz de formar una serie de imágenes luminosas que son visibles para el ojo humano a partir del calor emitido.
Las cámaras operan con longitudes de onda en la zona del infrarrojo térmico, que se considera entre 3 µm y 14 µm. Como sabéis todos los cuerpos emiten una cierta cantidad de radiación infrarroja en función de su temperatura. Generalmente, los objetos con mayor temperatura emiten más radiación infrarroja que los que poseen menor temperatura.

Cámaras de infrarrojas hay muchas. Unas pueden generar imágenes monocromáticas, porque  utilizan un sólo tipo de sensor que percibe solo una banda concreta de longitudes de onda infrarroja, mostrando imágenes en blanco, en las áreas más calientes y negro en las menos con matices grises los grados de temperatura intermedios.

Cámara térmica mirando hacia las ruedas del F138.

En el caso que nos concierne, se utilizan unas cámaras que procesan las imágenes para que se muestren coloreadas, porque son más fáciles de interpretar con la vista. Pero esos colores no corresponden a la radiación infrarroja percibida, sino que la cámara los asigna arbitrariamente, de acuerdo al rango de intensidad de particular longitud de onda infrarroja, por eso se llaman falsos colores o pseudocolores.
Los tonos oscuros o azulados muestran las partes más frías. Los tonos calidos, del amarillo al naranja nos indican las temperaturas intermedias, siendo el rojo el que nos indica las zonas más calientes. Realmente este es un sistema aleatorio. Esta gama de colores son los más comunes en este tipo de imágenes pero se puede asignar de forma arbitraria. Como veremos posteriormente en las imágenes tomadas de los F1 las zonas más calientes están representadas por los blancos y amarillos, siendo el rojo la zona intermedia de temperatura.

Para poder interpretar correctamente el calor emanado sería necesaria una escala de temperaturas como vemos a continuación. En la F1 es un secreto. La FIA modificó ese patrón para evitar suministrar información confidencial a los demás equipos ya que muchos eran reacios a que estas imágenes se mostraran ya que desvelan pistas sobre cómo algunos configuran los coches.
 
Bien, no quiero profundizar demasiado en el funcionamiento de las cámaras para centrarnos en lo que nos interesa. Os mostraré y explicaré con un ejemplo el funcionamiento de una de las configuraciones de set up que se realizan en el coche durante cada Gran Premio utilizando las termografías. Se me ocurrió viendo una carrera y me parece muy interesante para instruir a los poco avanzados en conceptos  técnicos. Hoy veremos el ángulo de inclinación o caída de las ruedas, más conocido como Camber.

¿Qué es el Camber?
Esta es la medición del ángulo entre el eje vertical de las ruedas y el eje vertical del vehículo visto desde la parte delantera. Con una imagen se aclara rápidamente el concepto.

Un Camber negativo significa que las dos ruedas se inclinan hacia adentro en la parte superior y si es positivo pues sería la parte inferior de la rueda la que hacia afuera. Así, por ejemplo un valor de -3 grados nos indica que las ruedas se inclinan hacia adentro en 3 grados respecto a la línea central.

La función del Camber es la de distribuir el peso del vehículo sobre la superficie de los neumáticos para evitar el desgaste desigual en los mismos aunque el al F1 se utiliza para una función extra. Veamos qué hace los equipos.

Todos, en mayor o menor medida  prefieren trabajar con ángulos  de caída de las ruedas  negativos, siendo Red Bull es el más extremo, generalmente con ángulos de caída de -4. ¿Por qué? Al inclinar la rueda se consigue dos cosas:

A- Menor superficie de contacto del neumático al suelo en recta.

Cuando un F1 está en una recta lo que intentan todos los ingenieros  es que se reduzca el máximo posible la resistencia al avance del coche para conseguir la máxima velocidad. La aerodinámica es la principal causa de resistencia al avance del coche (drag) pero hay otro elemento que también genera drag, las ruedas. Al inclinar las ruedas, se reduce la superficie de contacto del neumático con el suelo y esta resistencia es menor. Esto lo saben bien los que hacen ciclismo. Cuando se utiliza una bicicleta de carretera se va mucho más rápido que con una de montaña. El peso y la resistencia aerodinámica de la primera es menor pero sobre todo, lo que se nota es la diferencia en el tamaño de las cubiertas. Las de montaña son más gordas, hay mucha superficie de contacto con el suelo (banda de rodadura) para generar agarre y estabilidad en pistas de tierra pero cuando se rueda en carretera genera mucha resistencia. Si utilizar una de carretera, la banda de rodadura es mucho menor (1/5 de la de montaña) ya que no se busca la tracción ya que el asfalto es duro y estable, algo que no sucede con la tierra que está suelta. Por tanto, en estas condiciones la resistencia es mínima.  

Pues a un F1 le sucede lo mismo. En recta no se busca estabilidad, se busca velocidad. Por tanto, a mayor camber, menor superficie, menor resistencia. Se disminuye la estabilidad pero al descargar todo el peso del tren delantero del coche en una superficie menor, esa zona ejerce más fuerza contra el suelo y se mejora el agarre.

Veamos este caso en una imagen termográfica. Solo la zona interna alcanza una temperatura alta al rozar con el suelo. El resto del neumático como no está en contacto con el suelo se enfría gracias al aire que recibe en el avance del coche disminuyendo su temperatura y alcanzando tonos azulados.

Esto genera un desgaste desigual de las ruedas. Siempre la parte interna del neumático se verá más desgastada que la externa pero resulta engañoso. Generalmente, gran parte del tiempo de un F1 en carrera se están trazando curvas donde las ruedas sufren más estrés  que en recta ya que hay menos fuerzas actuando sobre él y el sufrimiento del compuesto es más bajo.

Distintos niveles de Camber.

 B- Mayor superficie de contacto del neumático al suelo en curva.

En curva, la cosa cambia. Si se reduce la superficie de contacto en curva se pierde estabilidad y el coche se vuelve inestable. Por tanto, cuanto mayor sea la superficie del neumático utilizable más rápido se transita por esas zonas. Pues eso es lo que se consigue con el camber que unido a unos  niveles bajos de presión de las ruedas delanteras hace que la superficie de contacto entre la goma y el asfalto sea grande en curvas, lo cual le da más agarre y  estabilidad en esas zonas.

En esta fase intervienes la distribución de los pesos del coche. Al tomar las curvas, las fuerzas laterales a las que se ve sometido el neumático le dan una ganancia de camber positiva, es decir, las ruedas se ponen un poco más rectas ganando en prestaciones. Veamos la  imagen.  En ella se aprecia  el instante donde el coche empieza a trazar la curva. La zona interna sigue estando más caliente pero se aprecia como toda la superficie del neumático está trabajando.

Como es lógico, dependiendo de la intensidad del giro que realiza el coche, la distribución de pesos será mayor o menor y afectará de forma desigual a las ruedas como vemos en la imagen de abajo. Siempre las ruedas situadas en el exterior de la curva llevarán más carga de peso y alcanzarán mayores temperaturas.

Giro a la derecha                                                                                     Giro a la izquierda

¿Qué pasaría si el camber fuera cero? Pues en recta toda la superficie del neumático estaría en contacto, se aumentaría el drag. En este caso la tracción sería algo mayor al tener el coche mayor superficie de contacto. En curva, las fuerzas laterales inclinarían las ruedas haciendo la superficie de contacto disminuyera  en las zonas internas de la rueda y se perdería estabilidad.
Por tanto, lo ideal en un F1 sería que las ruedas delanteras fueras muy estrechas para ser rápidos en las recta, las ruedas de una motocicleta por ejemplo  y en curva las cubiertas fueran lo más anchas posibles pero eso no se puede hacer. Hay un estándar que determina la FIA y todos se tienen que regir por él.
Siempre que hablamos de Camber lo hacemos de las ruedas situadas en el tren delantero. En el trasero la cosa cambia. En esa zona, la mayor carga de peso y sobre todo la tracción es la que gana. Los F1 tienen tracción trasera y para conseguir el mayor valor de tracción posible hay que utilizar toda la banda de rodadura de la rueda para generarla. Por eso el angulo de caída trasero tiene valores muy inferiores que el delantero, del orden del -1 aunque normalmente suele ser cero.  

Por último os dejo una secuencia de tránsito entre recta y curva para ver el cambio, eso sí, frenada incluida y otra de de unas enlazadas donde se aprecia la alternancia de la carga en las ruedas.

Bueno amigos, espero os haya gustado. Creo que ha sido muy interesante conocer un valor del Set Up del coche desde el punto de vista nuevo que nos ha dado la FOM. !Feliz Año a todos!