SET UP DE UN F1: PARTE 3

Buenos amigos, termina la trilogía sobre los reglajes de un F1. En esta tercera entrega me centraré en aclarar cuatro puntos claves en un coche de carrera como son la caja de cambios, el diferencial y los frenos y dejaré unos apuntes sobre el lastrado y los ángulos de ataque de las alas. Abrocharos el cinturón que arrancamos.
Caja de cambios

El principal reglaje que actúa sobre la caja de cambios es determinar la Relación de la caja- Para que un vehículo empiece a moverse de su estado de reposo, es necesario que su motor de combustión tenga un régimen de giro lo suficiente alto (entre un 30% y un 40% de las rpm máximas) para que tenga la suficiente fuerza para iniciar el movimiento y luego mantenerlo. Para ello el sistema de transmisión proporciona las diferentes relaciones de engranes o engranajes, de tal forma que la velocidad de giro del cigüeñal puede convertirse en distintas velocidades de giro en las ruedas.  Para adaptarse a la pista los ingenieros determinan que cantidad de dientes tiene cada uno de los engranajes que consta la caja de cambios para conseguir el mejor resultado posible. Para que lo entendáis, una relación de cambios es como la corona de piñones de una bicicleta, cuanto mayor sea el número de dientes (mayor tamaño del piñón) menor será el esfuerzo que el ciclista tiene que hacer para girar los pedales pero menos girará la rueda en cada pedalada, lo que sería la primera marcha de un coche de calle. Por el contrario, contra menos dientes tenga el piñón (más pequeño sea) más costará girarlo pero más veces girará la rueda y por tanto mayor velocidad, la quinta velocidad de un coche. 

Muchas veces escuchamos decir a los comentaristas que tal coche llega al limitador y no consigue aumentar la velocidad. Sabemos que los F1 tienen un régimen máximo de giro de 17.000 rpm, si el coche tiene instalada una séptima grande el motor necesitará menos esfuerzo para llegar al máximo régimen justo en el momento donde se activa el limitador y no puede pasar de ahí. Sí por cada giro del piñón el coche avanza 10 metros, y tenemos otro coche con una séptima más corta que permite que por cada giro avance 11 metros, el segundo coche tardará más en llegar al máximo régimen ya que le costará más al motor poder girar  pero cuando llegue al limitador la velocidad punta será mayor y por tanto le permitirá adelantar.

Los dos tipos sus pros y contras y son útiles dependiendo de la configuración del coche.
Si se quiere  un coche que acelere rápido, ya que la carrera se realiza en  una pistas donde es necesaria mucha tracción, sobre todo cuando esté muy cargado, la relación de marchas corta es la mejor opción, es decir, los engranajes que forman el cambio tienen  más dientes y facilitan la tarea  ya que una relación de marchas largas, cuando los engranajes cuentan  con menor número de dientes junto al  peso extra de la gasolina,  hace que el coche le cueste acelerar y por tanto, en esas condiciones es menos veloz.
 Pero todo no es blanco o negro, también hay matices. Por contra, esta configuración corta, que aparentemente era la mejor , deja de ser la ideal a medida que se va descargando el coche con el paso de las vueltas en carrera y empiezan a destacar en prestaciones los coches que configuraron su coche con una relación de marchas algo más larga para ser competitivo con una velocidad punta alta cuando el coche está descargado.
Como veis, nada es fácil en el mundo de la competición. Optar por una o por otra dependerán de los cálculos que hagan los ingenieros sobre cuántos segundos de ventaja te permite tener para conseguir la victoria para poder decantarse. Otro de los aspectos importante para determinar la relación de cambios es la fisionomía del circuito. No es lo mismo una pista que tiene continuos altibajos, como es Spa, lo más parecido a una montaña rusa  o una pista muy revirada donde la relación de marchas cortas y la salida en tracción en fundamental como Mónaco que una pista sin apenas curvas lentas y todo son largas rectas como es Monza. Por tanto en el trazado monegasco la relación de marcha es corta, con los engranajes con un mayor números de diente que en Monza. Pero no sólo la relación es corta, algunas marchas pueden serlo aún más. Así, por ejemplo la segunda marcha es la más corta del campeonato y no se vuelve a utilizar en otra pista. Como vemos, la relación no es estándar y se puede poner más o menos dientes en alguna marcha en concreto para potenciar el coche. Por ejemplo, Red Bull tiende a poner configuraciones algo más cortas que sus rivales y eso se nota cuando se ve que son los primeros en llegar al limitador de revoluciones cuando pisan a fondo el acelerador en las rectas ya que su séptima marcha siempre tiene algún diente más que, por ejemplo McLaren que tarda más en llegar al limitador y pueden conseguir mayores velocidades puntas en las rectas pero en contra, los azules suelen ser los más veloces en las zonas reviradas gracias a su elección.
Como vemos, todos los equipos, salvo locura o error en la elección optan por la misma relación de marchas para la misma carrera pero con matices, uno o dos dientes más  por aquí, uno o dos menos por allá hacen la diferencia.   

Otro aspecto a configurar es la  rapidez en la que entrarán las  marchas. Si eliges un valor alto, pasarás de una marcha a otra rápidamente, pero castigarás el motor. Por su parte, es aconsejable emplear un cambio más lento al pilotar sobre mojado, ya que las ruedas girarán con menos brusquedad cada vez que cambies de marcha.

 Diferencial
Entre una de las cosas más importantes que el conductor puede controlar desde la cabina. Un ejemplo de su importancia es el final de la carrera, donde los niveles de combustible están bajando, y el coche comienza a comportarse de forma diferente, por lo que las alteraciones son necesarias.

Pero ¿qué es un diferencial? Bien, imaginaros a un coche rodando en una recta, la rueda izquierda dará las mismas revoluciones que la derecha ya que ambas recorren el mismo camino. El problema viene en las curvas.

Horquilla del Hotel.

Imaginaros que giro el volante hacia la izquierda, por ejemplo en la horquilla del Hotel en Mónaco, la curva más lenta del mundial. La dirección mueve las ruedas y el coche empieza a trazar la curva, pero las ruedas que están rozando el piano recorren menos distancia que las que están por fuera de la curva. Si las ruedas giraran a las mismas revoluciones, harían falta por ejemplo 5 giros de la rueda izquierda mientras que la derecha le haría falta 7. Este hecho significaba que una de las dos ruedas no giraba bien, desestabilizando el vehículo.

 Un diferencial es el elemento mecánico que permite que las ruedas derechas e izquierdas de un vehículo giren a revoluciones diferentes, según éste se encuentre tomando una curva hacia un lado o hacia el otro. Antiguamente, las ruedas de los vehículos estaban montadas de forma fija sobre el eje. Mediante el diferencial se consigue que cada rueda pueda girar correctamente en una curva, sin perder por ello la fijación de ambas sobre el eje, de manera que la tracción del motor actúa con la misma fuerza sobre cada una de las dos ruedas.

Por tanto, dependiendo de las características del trazado habrá que ajustar más o menos los diferenciales o incluso tenerlo que configurar durante la calificación para adaptar el coche a una determinada curva. Las diferencias de pesos hacen que se tenga que realizar aproximadamente cada 5 vueltas un ajuste de los mismos en carrera. Os dejo este vídeo que es muy explicativo.

Frenos 

En este apartado analizaré las actuaciones que se realizan sobre el frenado, que básicamente se centran principalmente en configurar el reparto de frenada. Como casi siempre que hablamos de coches y movimiento, el reparto de masas es crucial para todo el conjunto. Cuando aceleramos, el peso se desplaza hacia el tren trasero, y cuando frenamos pasa lo mismo pero hacia el delantero. Si además de acelerar o frenar giramos, el reparto de masas se distribuye de forma algo más compleja. En si, este apartado de la distribución de pesos llevaría un artículo entero para el solo pero no voy a entrar en detalles solo hacer constar que la distribución de masa en movimiento es variable. ¿Pero en que influye lo comentado? Bien, si frenamos fuertemente y el tren trasero se descarga de peso como he comentado pero el frenado sigue siendo el mismo, muy fuerte y se corre el riesgo de que el tren se bloquee y por tanto las ruedas patinen sobre el asfalto originando una serie de inconvenientes como son  la pérdida de adherencia y excesivo desgaste en las mismas ya que se van creando “planos” en su superficie haciendo que la rueda pierda esfericidad, originando vibraciones que dificultan la visibilidad del piloto y sobre todo puedan generar situaciones de sobreviraje o de subviraje. Por tanto regulando los niveles de frenada de cada tren se controla la fuerza de frenado en cada uno y, por tanto, previniendo todos estos inconvenientes.

 La distribución de presión óptima no es fija, ya que dependiendo de la carga del coche, de cómo esté distribuida, de la fuerza de frenado, del estado de las suspensiones… así cambiará. Los repartidores manuales, como los que tienen los F1 distribuyen la fuerza de frenada entre las ruedas delanteras y traseras. Para evitar que, en una frenada fuerte, el tren trasero se bloquee, el piloto tiene que modificar el reparto para suavizar los frenos traseros para compensar esa perdida de peso en ese eje. Se consigue fácilmente mediante la variación de la presión hidráulica sobre los mismos. Si se baja la presión del líquido de frenos, el pistón ejerce menos fuerza sobre el disco y se disminuye el frenado.

Es una imagen muy habitual sobre todo en calificación cuando vemos al piloto ir cambiando constantemente los valores en el volante. Durante la carrera, los frenos se pueden usar, en cierta medida, con el fin de evitar la inestabilidad durante el frenado, el piloto puede cambiar el sesgo de atrás hacia adelante o viceversa. En algunos casos, los frenos pueden experimentar sobrecalentamiento extremo. Sus valores están comprendidos entre los 400 º C y 1000º C y será necesario cambiar su reparto para enfriarlos si se sobrepasa los límites o al contrario, aumentar la presión para calentarlos ya que fuera de la temperatura optima de trabajo pierden prestaciones.
En los monoplazas de Fórmula 1, se tiende a desplazar el reparto hacia delante, ya que los frenos delanteros soportan más peso que los traseros en las frenadas y en condiciones de mojado se tiende a disminuir su presión ya que así se impide que los frenos se bloqueen cuando hay agua.

El ajuste del tamaño y la forma del disco sirve para determinar lo rápido que se calientan los frenos para rendir al máximo. Cuanto más pequeño sean los discos, antes alcanzarán su rendimiento óptimo. Por desgracia, si la sesión se alarga demasiado, acabarán sobrecalentándose y respondiendo peor.

 Para facilitar el equilibrio de masas y evitar muchos inconvenientes de usan el siguiente elemento, el lastre.

 Lastre – El lastre es un peso muerto que se utiliza para conseguir equilibrio de masas. Por lo general son placas de metal de alta densidad como el acero de tungsteno. A menudo los ingenieros los colocan en lugares del coche donde se necesita equilibrio. El objetivo principal de un buen diseño es intentar conseguir que las piezas del coche sean lo más ligera posible para poder disponer del mayor peso posible para lastrar el coche. Un F1 tiene que tener un peso mínimo de 650Kg. Si se diseña y se obtiene un peso de 600Kg los ingenieros distribuyen el peso restante sobre el coche pero no en cualquier sitio, siempre buscan los puntos que hagan que el centro de gravedad del coche sea lo más bajo posible, consiguiendo unas mejores prestaciones en el tránsito del coche por curva o se coloca en puntos que mejoren la estabilidad en frenada como dije antes.

Bien, una vez concluido todos los posibles cambios mecánicos, nos centraremos en los reglajes aerodinámicos. No voy me adentrare mucho ya que son conceptos ya explicados en otros artículos técnicos pero al menos lo menciono.

  Ángulo de ataque (AoA)
Es el cambio de inclinación de las alas que forman los alerones, tanto delantero como traseros. Los cambios relacionados con los ángulos de las alas tienen doble consecuencia más o menos extremas según su inclinación. A mayor inclinación mayor carga aerodinámica pero mayor será el drag o resistencia del coche al avance, originando menores velocidades puntas en recta pero mayor velocidad en paso por curva. Por el contrario a menor inclinación menor carga y menor.

Numeración del angulo de ataque de uno de los elemento del alerón delantero del Ferrari.

   Bueno, se acabó, gracias a todos por leerlo hasta el final. Cuando vi lo extenso que quedaría decidí dividirlo en tres para hacerlo más ameno. A groso modo estas son algunas de las piezas importantes que tienen lugar en una configuración de coche de Fórmula 1, espero os haya gustado. La próxima el análisis del diseño CFD pero eso será otra historia. Saludos.

Nota: Algunos de ustedes pueden estar más avanzado en los aspectos técnicos de la F1, así que hasta cierto punto puede que esté familiarizado con la siguiente información y que las explicaciones dadas sobre conceptos sean ya conocidos. Como ignorante que soy de todo lo concerniente a la mecánica y demás conceptos de la F1 y tras intentar encontrar artículos que dieran algo de luz sobre el tema con explicaciones fáciles y comprensibles y no encontrar mucho, mis artículos están dirigidos sobre todo a los que, como yo quieren encontrar artículos didácticos, de fácil asimilación para salir de las dudas y podamos aprender todos juntos. Espero que os gusten.