La Tecnología en la F1

Tecnología

La Fórmula 1 actual se caracteriza por ser un escaparate de la tecnología más avanzada en varias áreas:

Aerodinámica

Motor

Tracción, transmisión y marchas

Volantes

Neumáticos

Sistema de frenado

Aerodinámica

Es usual que los monoplazas corran a velocidades superiores a los 350 km/h en la mayoría de circuitos; en el más rápido, el de Monza, los F1 llegaron a superar los 370 km/h hace algunos años (actualmente ha descendido a 348 km/h debido en gran parte a la reducción de la cilindrada de los motores). En cambio, otros circuitos, como el circuito de Mónaco, se registran valores inferiores a 300 km/h, con una media de 160 km/h en todo el circuito. Para ello, es imprescindible la aerodinámica y la ingeniería de dicha materia aplicada en los vehículos.

La aerodinámica en la Fórmula 1 actual persigue principalmente dos objetivos: disminuir la resistencia aerodinámica al avance, y conseguir un alto esfuerzo aerodinámico sobre el coche hacia abajo (esfuerzo de sustentación invertido). El equilibrio entre ambos puede llegar a ser determinante para que un monoplaza sea o no competitivo. Estos esfuerzos son directamente proporcionales a los coeficientes aerodinámicos correspondientes, al área frontal del vehículo, a la densidad del aire y al cuadrado de la velocidad del vehículo respecto al aire.

Un monoplaza con mucha carga aerodinámica, es decir, con un coeficiente de anti-sustentación alto, consigue una velocidad mayor en curva, mientras que con poca carga, y por lo tanto con menor resistencia al avance, consigue mayores aceleraciones y velocidades máximas en las rectas. Por tanto, dependiendo de la geometría del circuito se debe mover ese punto de equilibrio para favorecer una u otra especificación. En circuitos como Monza se usan alerones especiales, casi planos, exclusivos de ese GP. Mónaco es el caso contrario, pues en ese circuito el vehículo necesita mucha carga aerodinámica. La prohibición del uso del placas de efecto suelo hizo necesario adaptar la forma de calibrar la carga aerodinámica.

Para estudiar y mejorar el comportamiento aerodinámico de un monoplaza, los ingenieros de los equipos utilizan programas de simulación de dinámica de fluidos (conocidos como CFD, del inglés computational fluid dynamics) y realizan ensayos en un túnel de viento analizando diferentes configuraciones de alerones, pontones y demás artilugios aerodinámicos. Habitualmente estos ensayos suman miles de horas y se realizan con maquetas a escala para no tener un coche real ocupado.

Los análisis de la aerodinámica de un monoplaza permiten elaborar diagramas de velocidades y de presiones con información sobre si el flujo aerodinámico provoca turbulencias, analizando las líneas de corriente, así como conocer los diferentes coeficientes aerodinámicos, en función de la posición de los alerones y del ángulo de incidencia del viento.

Motor

Otro elemento indispensable para que un monoplaza sea rápido es el motor. A lo largo de la historia las características de éste han ido cambiando para ajustarse a la reglamentación. Desde el año 1950 han sido:

Años	Cilindrada y tipo de aspiración (turboalimentada o atmosférica)	Disposición del motor
1950-1951	4500 cc atmosféricos o 1500 cc con turbo	Indiferente
1952-1953	2000 cc atmosféricos	Indiferente
1954-1960	2500 cc atmosféricos o 750 cc con turbo	Indiferente
1961-1965	1500 cc atmosféricos	Indiferente
1966-1985	3000 cc atmosféricos o 1500 cc con turbo	Indiferente
1986-1987	1500 cc con turbo	Indiferente
1988	3500 cc atmosféricos o 1500 cc con turbo	Indiferente
1989-1994	3500 cc atmosféricos	Indiferente
1995-2000	3000 cc atmosféricos	Indiferente
2000-2005	3000 cc atmosféricos	V10
2006	2400 cc atmosféricos V8 o 3000 cc atmosféricos V10	V8 o V10 (limitado a 16.800 rpm)
2007-presente	2400 cc atmosféricos	V8

Estos motores usan una gasolina teóricamente convencional, aditivada para conseguir un RON máximo de 102 octanos.

Desde la temporada 2005 se reglamentó que un motor debería durar al menos 2 Grandes Premios, y si se cambiaba en plena sesión de viernes o sábado, el piloto retrocedía 10 puestos en la parrilla de salida el domingo.

Para el 2006 se realizó un cambio en la normativa que exigía que el motor V10 de 3 litros de cilindrada fuera reemplazado por un motor V8 de 2,4 litros. Dicha reducción está destinada a disminuir la potencia de los motores para lograr menores velocidades punta en aras de la seguridad de los pilotos. Durante la temporada de 2006 sólo se permitió utilizar un motor que cumpliera la reglamentación de 2005 a los equipos más modestos que no habían podido desarrollar un motor V8 de 2,4 litros todavía. Estos motores V10 estuvieron limitados electrónicamente a un régimen de giro más bajo (16.800 rpm).[24] La única escudería que utilizó motores V10 con revoluciones limitadas en 2006 fue Toro Rosso.[25]

Después del Gran Premio de Japón de 2006, la FIA comunicó que sólo los dos motores homologados y utilizados durante las dos últimos eventos de 2006 podrían ser utilizados durante las temporadas 2007, 2008 y 2009;[26] los motores sufren entonces un proceso de congelación en su evolución, es decir, no puede realizarse una evolución específica en su diseño base en todo ese periodo. El objetivo de esta norma es la reducción del gasto económico de desarrollo en los motores. Además se introduce la norma de que los motores deberán de regularse a un máximo de 19.000 rpm para, según la FIA, conseguir una mayor igualdad de configuraciones mecánicas y una mejora del espectáculo. No obstante, en 2007 la FIA confirmó una congelación total de la evolución de los motores por un periodo de 10 años a partir de 2008. Se podrá hacer un cambio después de cinco años, pero sólo con la aprobación por unanimidad de todos los accionistas y con previo aviso de dos años. La congelación total significa que no habrá excepciones en el desarrollo de ciertas partes.

Tracción, transmisión y marchas

La tracción de un F1 es trasera, es decir, la potencia del motor se transmite a las ruedas traseras. Al estar situado el motor en la parte central-posterior del vehículo, prácticamente encima de las ruedas, la transmisión en estos bólidos es bastante corta. Se permite el uso de la tracción delantera, pero no de la tracción total; un ejemplo de esto es el McLaren M9A.

A su vez, la caja de cambios se localiza en la parte trasera, y tiene como característica principal el cambio de marchas semiautomático secuencial, por lo que no se precisa de un pedal de embrague para cambiar la relación de transmisión. El piloto sólo tiene que accionar unas levas situadas bajo el volante para subir o bajar marchas. En la actualidad todos los monoplazas tienen 7 marchas. Renault, que anteriormente había optado por tener únicamente 6, desde el año 2006 también posee 7. A partir de 2008 si se cambia una caja de cambios se retrocederá 5 puestos en la parrilla de salida.

Desde 2008 la tracción no puede estar regulada mediante un sistema electrónico de control de tracción, que prevendría que las ruedas puedan derrapar descontroladamente. Tampoco está permitido ningún dispositivo o sistema que avise al conductor de la condición de deslizamiento de las ruedas.

Volante

Debido al reducido espacio de la cabina de un monoplaza de Fórmula 1 y al grado de concentración y atención que es requerido para conducir un Fórmula 1, el volante de uno de estos monoplazas no sólo es el mando del mecanismo de dirección del vehículo, sino que además es una compleja interfaz con múltiples dispositivos electrónicos, tanto de información al piloto, mediante displays, como de mando sobre el vehículo, mediante botones y ruletas.

La introducción del mando del cambio de marchas semiautomático en la parte posterior del volante marcó el comienzo de la transición a concentrar los controles tan cerca de los dedos del conductor como fuera posible. Los primeros botones en aparecer en el volante fueron el botón de punto muerto y el de la radio para la comunicación con los técnicos del equipo en boxes. Exceptuando los pedales del acelerador y de los frenos, pocos coches de Fórmula 1 tienen controles en lugares diferentes al volante. Se tiende a usar botones para funciones on/off, como la habilitación del sistema limitador de velocidad en el carril de los boxes, mientras que los controles giratorios se utilizan para seleccionar funciones con múltiples opciones, como la acción autoblocante del diferencial, el reparto de frenada o incluso la gestión electrónica del motor.[29]

Además, dispone de una o varias pantallas LCD (no todos, puesto que algunos equipos colocan la pantalla detrás del volante, como McLaren) para una mejor visualización de las órdenes proporcionadas electrónicamente, así como para ver otros datos como la velocidad o los tiempos por vuelta.[30]

El reglamento técnico de la competición exige que el conductor sea capaz de salir de la cabina en cinco segundos, para lo cual el volante debe poderse desconectar rápidamente.

El volante de un Fórmula 1 suele tener un coste elevado debido a que no se elabora en una cadena de montaje, sino que es fabricado manualmente utilizando fibra de carbono con un peso de poco más de un kilogramo.

Neumáticos

Los neumáticos son diseñados para soportar fuerzas mucho mayores que uno convencional, basando su fabricación en el uso de nylon, fibra de poliéster y cauchos blandos. Durante la carrera el neumático puede llegar a soportar más de una tonelada procedente de la carga aerodinámica, fuerzas laterales de 4 g y fuerzas longitudinales de hasta 5 g.

Se limita el número de ruedas de cada coche a cuatro, no existiendo la posibilidad de existir tres ejes o ruedas gemelas. En los años 1970, los Tyrrell P34 tenían cuatro llantas delanteras con un diámetro extraordinario de 10 pulgadas.

Parte del caucho que llevan los neumáticos se acumula a lo largo de la pista dejando visibles manchas oscuras, habitualmente en los pianos y entradas y salidas de curva. El comportamiento del neumático es mejor en un rango de temperaturas determinado, por ejemplo, unos neumáticos de seco convencionales, están pensados para funcionar de forma óptima entre 90 y 110 °C. Sólo en ese rango de temperaturas alcanzan su máximo coeficiente de adherencia. Cada fabricante da unas temperaturas recomendables para cada neumático, aunque no varían mucho de las de un neumático de seco convencional.

La presión de un neumático ha de mantenerse lo más estable posible para tener una distribución de presiones óptima en la zona de contacto con el suelo. Para evitar que los cambios de temperatura modifiquen la presión de los gases que contiene la rueda, en vez de utilizar aire se utilizan otros gases, principalmente nitrógeno. El aire atmosférico contiene oxígeno y vapor de agua que, en el interior de la cámara de un neumático, oxidan el revestimiento de goma interior que asegura la estanqueidad del neumático. Las fugas del gas del interior de un neumático provocarían que disminuyera la presión del neumático, empeorando la distribución de la presión en la zona de contacto con el suelo, además de facilitar que el neumático se caliente más deprisa debido al mayor rozamiento. El uso de nitrógeno alarga la vida útil del neumático, además de no ser inflamable.

El desarrollo de neumáticos de competición llegó a su máximo esplendor hacia 1960 con el uso de los neumáticos lisos. Pero en 1998 las nuevas reglas impuestas por la FIA obligaron a los equipos a utilizar neumáticos traseros con un mínimo de 4 canales de dibujo, y delanteros con 3 canales, con una profundidad de dibujo mínima de 2,5 mm y separadas por un mínimo de 5 cm. Estos cambios crearon nuevos desafíos para los fabricantes, que ahora disponían de menor adherencia.

Desde 2001 Michelin volvió a la Fórmula 1 para competir con Bridgestone. Antiguamente, Goodyear[35] o Dunlop[36] también participaron en esta competición. Debido a la decisión de la FIA de imponer un único fabricante de neumáticos en el Mundial a partir del 2008, Michelin anunció que dejaba la Fórmula 1 después del campeonato de 2006. De este modo, Bridgestone es el único proveedor de neumáticos desde el año 2007 hasta el 2010.

Hay cuatro tipos de compuestos de neumáticos de seco (super blandos, blandos, medios y duros), otro de neumáticos de lluvia y un cuarto tipo de neumáticos de lluvia extrema. Un juego de neumáticos es un conjunto de dos neumáticos delanteros y dos traseros del mismo tipo de compuesto. Desde 2007 cada piloto recibe en cada Gran Premio dos tipos de neumáticos de seco, que son previamente seleccionados por el fabricante de neumáticos, y no puede utilizar más de 7 juegos de cada tipo de neumáticos de seco, además de 4 juegos de neumáticos de mojado y 3 juegos de neumáticos de lluvia extrema.Ningún piloto puede utilizar más de dos juegos de cada tipo de neumáticos de seco durante las dos primeras sesiones de los entrenamientos. Los neumáticos más blandos que provea Bridgestone a cada pista deben tener una raya blanca visible al público. El establecer sólo cuatro tipos de neumáticos y un proveedor supone una reducción en el grado de desigualdad entre equipos, en los ensayos que se realizan y en los costes de desarrollo.

Actualmente se permite que los neumáticos sean inflados con aire comprimido, nitrógeno o dióxido de carbono. Al utilizar nitrógeno se reduce el caudal de fuga de gas del interior del neumático, ya que el nitrógeno se difunde a través del neumático más lentamente que el aire. Esto permite un mayor control de la presión del neumático, una ralentización en su calentamiento y una menor resistencia a la rodadura, aumentando la eficiencia en el uso del combustible. Además, al reducir la concentración de oxígeno, se reduce la velocidad de corrosión de la llanta y de degradación del neumático, incrementando su vida útil.

Sistema de frenado

Para reducir la velocidad del vehículo, el sistema de frenado transforma la energía cinética en energía térmica mediante fricción. Los coches de Fórmula 1, como la mayoría de los coches de calle, tienen frenos de disco en los cuales un disco que gira solidariamente con la rueda es presionado por unas pastillas de freno por la acción de unas pinzas hidráulicas. La fricción de estas pastillas con el disco hace que la rueda se frene convirtiendo la energía cinética en energía térmica, generando grandes cantidades de calor que debe ser disipado al ambiente. A diferencia de los automóviles de calle, cuyos discos de freno son de acero, en la Fórmula 1, estos discos se construyen con materiales cerámicos, que no llegan a fundirse pero al calentarse incluso se vuelven incandescentes emitiendo luz de tonalidades entre amarillo, naranja y rojo. La parte de central de los discos de freno en la actualidad se fabrica con fibra de carbono. Para disminuir el riesgo de cristalización de los frenos por exceso de temperatura se dispone de discos ventilados, que son discos de freno con unos canales en su interior con formas similares a los álabes de un compresor radial.

Al aplicar un momento de frenada excesivo se superaría el límite de adherencia del neumático con el suelo, provocando el bloqueo del giro de la rueda. La Fórmula 1 permitió anteriormente sistemas de frenado antibloqueo (ABS), que mediante un microcontrolador, reducen la presión de frenado antes de que se produzca el deslizamiento del neumático con el suelo. Sin embargo, estos sistemas se prohibieron en la Fórmula 1 en los años 1990. Los pilotos han de aprender a controlar el pedal de freno para evitar bloquear las ruedas.

El sistema de frenado está dividido en dos circuitos con una bomba hidráulica para las ruedas delanteras y otra para las traseras. Esto asegura que en caso de fallo de un circuito se pueda utilizar el otro para detenerse. Si sólo hubiera un circuito y fallara, sería muy difícil detener un F1.

La relación entre las presiones que ejercen las pinzas hidráulicas sobre los discos de freno delanteros y traseros puede ser regulada en todo momento desde el asiento del piloto. De esta manera se ajusta en carrera el reparto de frenada dependiendo de las circunstancias. Por ejemplo, cuando ha disminuido el coeficiente de adherencia por motivo de la lluvia o por otra causa, la transferencia de carga longitudinal (del eje trasero al delantero) durante la frenada será menor a causa de la menor deceleración posible. En estos casos se cambia la relación entre las presiones de las líneas de frenos para que las ruedas delanteras frenen proporcionalmente menos que en condiciones de mayor adherencia. Con el ajuste del reparto de frenada se puede evitar el sobrecalentamiento de los frenos delanteros utilizando más los traseros y viceversa. Lo normal es que la fuerza de frenado sea mayor en el eje delantero, aunque dependiendo del circuito o gusto del piloto se pueden variar el reparto de frenada.

La eficacia del sistema de frenado de los Fórmula 1, junto con la calidad de los neumáticos que utilizan, permiten reducir la velocidad en distancias y tiempos reducidos. Tan importante es este sistema de frenado, que en los últimos encuentros entre la FIA e ingenieros de este deporte, se ha propuesto la ampliación de estos tiempos y espacios de frenada, haciendo los frenos menos "perfectos" (dando un paso atrás en la evolución) y así lograr mayor entretenimiento y adelantamientos en entradas a curvas. De hacerse, habría que modificar las normas para evitar que los equipos utilizaran algunos diseños y materiales.

Los frenos cerámicos utilizados en los monoplazas fueron inventados en el desarrollo del Concorde, un avión jet supersónico, y actualmente se están empezando a utilizar en los coches de gama alta. Porsche y Mercedes-Benz son pioneros en fabricar en serie coches de calle con estos frenos.

Información obtenida de http://es.wikipedia.org