ALERON DELANTERO

El alerón delantero carga con el 33% de la fuerza hacia abajo total del coche (la mitad del grupo alerón), y al margen de lo dicho de forma general en el párrafo anterior, tiene la función añadida de enviar la corriente de aire a las ruedas de forma que no generen mucha resistencia, y alimentar en parte a los bajos. Otra función interesante que realiza el alerón delantero gracias a su forma, es la de deflectar aire hacia los frenos para mejorar su refrigeración. La idea y el problema principal en diseño es buscar una solución de compromiso entre la generación de fuerza vertical y el desvío de aire a otras partes del coche.



ALERON TRASERO

La otra mitad de la fuerza vertical del grupo alerón lo produce el alerón trasero. También es multi-elemento. Como función añadida , la parte de abajo extrae aire de los bajos del coche.



LOS RETROVISORES

Por reglamento debe de haber 2 en cada coche, uno a cada lado del cockpit, han de tener unas dimensiones mínimas de 150 x 50mm con un radio máximo en las esquinas de 10mm.

Su posición queda al arbitrio de cada equipo, pero hay unas normas de colocación a cumplir.

Al estar el espejo en una posición tan alta del coche, su peso es un aspecto fundamental para tratar de mantener el centro de gravedad del coche lo más bajo posible, así como obviamente su diseño de la carcasa exterior, ya que es seriamente impactada por el flujo de aire.



EL CHASIS

La forma de la cubierta trasera del motor viene dada por las ruedas traseras. Por un lado vemos como se estrecha para evitarlas y también para mantener el aire "pegado" al chasis (si el aire se desprendiera, surigiría una estela y la resistencia sería mucho mayor). La zona justo antes de las ruedas delanteras tiene unos deflectores para entregar el aire más alineado a las ruedas, y también llevan unos winglets para lo mismo que comentábamos ayer, reducir la resistencia inducida. Hay unas placas que "rompen" el flujo generando un punto de remanso en la zona superior y así consiguiendo parte de fuerza vertical. Los puntos de remanso son aquellos en los que la velocidad del aire es nula, y son de presión máxima. De ahí que si esa presión está por encima genera una fuerza hacia abajo.



PONTONES

Son la parte ancha y baja de la carrocería. Se extienden desde cada lado del habitáculo del hasta el extremo final de los radiadores cubriéndoles, obviamente no cubre las tomas de aire. Desde ahí hacia atrás, se van estrechando hacia la zona trasera central , de tal manera que dan una forma de “botella de coca-cola” a la silueta del automóvil.

Esa forma no es casual (como casi nada en la F1), se basa en una regla de diseño aeronáutico, la llamada “Regla del área”.

Esta regla de diseño sirve para reducir la resistencia de onda producida en el avance de un cuerpo a través de un fluido (relacionada con la compresibilidad del aire), sobre todo en altas velocidades. Resumiendo, la regla consiste en reducir en lo posible las variaciones bruscas de sección trasversal del objeto que se desplaza.

En aviones es fundamental si se quiere sobrepasar el Match 1 de velocidad, en los barcos también se usa, y en los coches es asumible para reducir las vibraciones estructurales. Lo que se traduce en estabilidad estructural y facilidad para el piloto, que no temblará tanto por este motivo, las vibraciones por el motor y suspensión son otro asunto.

Como los aficionados del mundo del motor ya sabrán, los motores deben ser refrigerados para evitar el gripado, entre otras cosas. Una de estas funciones la suele llevar a cabo el aceite, pero del aceite hay que quitar también ese calor con aire. Quizá algún día veamos más en detalle este tipo de temas técnicos. De momento nos sirve saber que el aire debe entrar de la forma más homogénea y a relativamente alta presión hacia el radiador. Tiene cierta forma también de perfil aerodinámico para crear un poquito de fuerza vertical.



TAPA DE MOTOR

Es la parte que se eleva desde la zona “horizontal” de los pontones , la “joroba” del carenado de fibra de carbono. No incluye la “caja de aire”, es decir la toma de aire para la combustión del motor, que está carenada en otra pieza a parte (creo que se distingue en la la juntura de la tapa , el pontón y la caja de aire).

No suele llevar aditivos, pues no tiene puntos resistentes para la transmisión de fuerzas al cuerpo del vehículo, esporádicamente algún divisor de flujo o algún aletín de estabilización.



SUSPENSIONES

Hasta en esto se cuida el diseño expuesto al aire, para que veáis cómo algo tan aparentemente trivial para la configuración general aerodinámica del coche se cuida igual que otras partes. En vez de tener una sección transversal circular típica, se le da forma de perfil alar para minimizar la resistencia aerodinámica (bien diseñada reduce hasta 10 veces la resistencia de su equivalente circular).



DIFUSOR

La última parte aerodinámica “vital” para el correcto funcionamiento de todas las partes anteriores. Su única función es facilitar lo máximo posible la del aire que circula por los bajos del coche, generándose así el efecto suelo de forma efectiva, ayudándose de la baja presión generada por el alerón trasero, lo que ayuda a sacar el aire de los bajos a través de este elemento.

Su tamaño está estrictamente regulado por el reglamento, pero su geometría interna queda prácticamente entera a la discreción del diseñador/fabricante.



EL MOTOR Y LA CAJA DE CAMBIOS

El motor y la transmisión de un Fórmula 1 moderno cuenta con la maquinaria más desarrollada del planeta, y la competencia por tener el mejor motor de la parrilla es muy intensa.



Tradicionalmente, el desarrollo de motores para la competición tenía que cumplir con la afirmación del gurú en ingeniería Ferdinand Porsche. Para él la carrera perfecta era en la que el coche cruzaba la línea el primero y al terminar se caía en pedazos. Aunque esto no es verdadero (ningún coche se cae en pedazos al acabar), actualmente la regulación exige que el motor dure dos carreras. Por esto mismo al diseñar un motor se busca el compendio entre potencia y durabilidad.

La potencia que tienen hoy en día los motores, nos muestran lo lejos que ha llegado la Fórmula 1. En los años 50, un Fórmula 1 tenía una potencia de unos 100 caballos por cada litro. Pero cuando llega la “edad del turbo”, motores de 1.5 litros llegaban a producir 750 caballos por cada litro. En 1989 se vuelve a la normalidad y se pierde terreno respecto a años anteriores. Pero durante los últimos años ha tenido lugar una “batalla de poder” en la que se han llegado a rebasar los 1000 caballos. Motores V10 de 3 litros que producían más de 300 caballos por litro. Desde el 2006 la regulación exige utilizar motores de 2.4 litros, ocasionando unas pérdidas de potencia de un 20 % aproximadamente.

Llegando a las 19.000 Revoluciones por minuto un Fórmula 1 moderno consume 650 litros de aire por segundo, con un consumo de combustible en carrera de unos 75 litros cada 100 Kilometros. A tales velocidades los pistones trabajan a una fuerza de aceleración de casi 9000 veces la gravedad. Así que conociendo estos datos se puede entender que el gran número de abandonos sean por culpa del motor, que trabaja a veces por encima de sus posibilidades. (De todos modos este año los motores casi no fallaban porque se bajo el límite de revoluciones, de 19.500 a 19.000)



El diseño de los motores es muy similar al de los turismos comerciales: cilindros, pistones y válvulas. El motor es un componente fundamental para el monoplaza, creado con fibra de carbono que soporta la transmisión y la suspensión trasera, por lo que debe ser de una estructura muy fuerte. Sin embargo debe ser lo más ligero posible, compacto, y estar situado en la zona más baja posible, pues así reduce el centro de gravedad del monoplaza y permite que la altura del vehículo sea la mínima.

Las cajas de actuales son completamente automatizadas, los cambian de marcha con levas situadas en la parte trasera del volante. Las marchas secuenciales son similares a las utilizadas en las motos, permiten que se cambie más rápido que con las de “estructura de H” (la de casi cualquier coche de calle). Pese al alto nivel de automatización, la transmisión automática esta prohibida, medida implantada para que se muestre la habilidad de cada conductor.

Los cambios se encuentran en la parte posterior del motor e incorporan un sistema de cálculo del diferencial que trabaja con los sistemas de tracción para asegurar que la potencia enviada al tren trasero es la adecuada. Después de muchos años de cajas de cambio de seis velocidades, actualmente la mayoría de la parrilla cuenta con cajas de siete velocidades.

Debido a los altos costes de los motores, la FIA introdujo en 2005 una nueva regulación que limitaba un motor por cada coche durante dos fines de semana. La penalización en el caso de que el motor no dure el tiempo requerido es la pérdida de diez posiciones en la parrilla. A partir del 2007 esta regulación sólo se aplica los sábados y los domingos, permitiendo a los equipo probar motores alternativos durante la sesión de los viernes. También en el 2007 y para frenar los elevados gastos de la Fórmula 1, la FIA propuso la medida de “congelar los motores” (Que los motores no se puedan desarrollar más y se queden como están). Los motores utilizados serán los que se homologaron a finales del 2006 y serán congelados por cuatro temporadas, aunque hace bastante poco la FIA aumentó a diez el número de años que se mantendrán congelados los motores.



-1) Conducto de ventilación de fibra de carbono.

-2) El aire entra al motor para poder mezclarse con la gasolina en los cilindros.

-3) Sistema de tubos de escape.

-4) Los radiadores. Se encuentran situados en los pontones para que el agua se ventile con el flujo de aire.

-5 y 6) La suspensión trasera se une con la caja de cambios.


LOS NEUMATICOS

Los neumáticos son una pieza fundamental en el conjunto de un Fórmula 1. Normalmente un coche que lleva buenos neumáticos hace una buena carrera, pero si estos no son las adecuadas o no son buenos el coche no tiene oportunidades. En el año 2007 tuvo lugar la norma que limitaba a un único fabricante para la distribución de neumáticos, la marca nipona Bridgestone



A pesar de algunas diferencias técnicas particulares las ruedas de calle y las de carreras son primas. Las ruedas de un coche normal están hechas con un cinturón pesado de acero y diseñadas para ser duraderas, normalmente unos 16.000 Km. Sin embargo, las ruedas de un F1 están diseñadas para que aguanten aproximadamente 200 Km y, como casi todo en el monoplaza, son fabricadas de materiales que pesan muy poco. La estructura es de nylon y poliéster diseñada para soportar fuerzas mayores que las ruedas de carretera, pues estos neumáticos tienen que aguantar cargas de más de una tonelada de fuerza descendente, de 4G de fuerza lateral y de 5G de fuerza longitudinal.

Los neumáticos Bridgestone Potenza están fabricados con compuestos muy blandos de caucho para dotarlas del máximo agarre dependiendo de la pista. En la mayoría de los circuitos se puede ver una marca negra en el suelo por la que circulan los monoplazas, esto son residuos de goma acumulados por los que el coche circula mejor. Los neumáticos de Fórmula 1 funcionan mejor a temperaturas altas. Las ruedas de seco alcanzan su punto óptimo entre los 90 y 110 grados centígrados. Para asegurar que la presión del neumático es la idónea frente a esos cambios de temperatura la rueda se infla con una mezcla especial de gases.



LOS FRENOS

Si los neumáticos son un elemento fundamental a la hora de transmitir la fuerza del motor mediante la tracción, los frenos son un componente básico en los coches para que puedan reducir la velocidad.

El principio de la frenada es simple: detener un objeto eliminando su energía kinética (la energía kinética es la energía que un objeto posee en virtud de su movimiento). Los monoplazas de Fórmula 1, al igual que la mayoría de los coches, están equipados con frenos de disco. Estos frenos hidráulicos funcionan con dos pinzas que aprietan el disco, reduciendo así la velocidad. En las frenadas más fuertes los discos se sobrecalientan y toman un color rojo luminoso debido al las altas temperaturas que alcanzan (Más de 750Cº).

De la misma manera, si la frenada es demasiado brusca o demasiado fuerte se puede llegar a hacer un trompo, pues la fuerza de los frenos puede hacer que los neumáticos pierdan su adherencia. Actualmente los sistemas antibloqueo de ruedas (ABS) están prohibidos en la Fórmula 1. Sin embargo, antes de los 90 los monoplazas incorporaban este sistema. Por lo tanto las frenadas son algo en lo que se demuestra la habilidad de los pilotos.

Las regulaciones técnicas requieren que cada monoplaza cuente con dos sistemas hidráulicos de freno con dos depósitos separados para las ruedas delanteras y traseras. Esto asegura, que en el caso de que uno de los circuitos falle, que el piloto pueda frenar con el segundo circuito. El reparto de frenada es la cantidad de fuerza con la que frenan las ruedas delanteras y las traseras. Este reparto es controlado por el piloto desde su volante, permitiéndole hacer más manejable el coche en cada situación. Lo normal es que el 60% de la fuerza de frenada este en las ruedas delanteras, quedando un 40% para las traseras.



Hay un aspecto en el que los frenos de los Fórmula 1 superan de largo los de los coches de calle: los materiales. Los monoplazas de la parrilla utilizan frenos de disco de fibra de carbono, que son más ligeros y permiten alcanzar temperaturas más altas que los de acero. Un freno de Fórmula 1 pesa alrededor de un 1,5 Kg frente al los 3 Kg de los frenos de los bólidos de la American CART Series. Hace tiempo se debían utilizar distintos tamaños de freno para la clasificación y para la carrera, pero en el 2003 la regla cambió.

Los frenos de un Fórmula 1 son altamente eficientes. En combinación con los avanzados neumáticos que se fabrican ahora, se están alcanzando records de distancia de frenada. Un monoplaza de F1 tarda menos en frenar a 160 que un coche normal a 100 Km/h. Por eso, en la actualidad se está produciendo un debate entre la FIA y los constructores. Creen que si se aumenta la distancia de frenado (que tarden más en frenar) las carreras podrían ser más igualadas y con más adelantamientos. Esto limitaría en diseño o materiales la tecnología de los frenos. Otra idea para el futuro de los frenos de F1 es aprovechar la energía generada al frenar y reutilizarla en la salida de la curva posibilitando el adelantamiento, de este dispositivo les voy a hablar en otro post, ya que lo vale.


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.


DEPOSITO DE COMBUSTIBLE

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.


ECU

Este año 2009 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


DIRECCION

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.