NOCIONES DE TÉCNICA: EL AGARRE MECÁNICO
Cortesía de Car&Driver The F1,Com
Desde la década de los setenta hasta la actualidad la aerodinámica ha sido la gran protagonista de la competición. Conseguir que los monoplazas se agarren al suelo de manera más eficiente es "sencillo" gracias a la ayuda del aire que circula a lo largo del coche, pero no es la única.
Es lógico pensar que gran parte del esfuerzo de diseño de un monoplaza se centre en todo lo referente a lo aéreo teniendo en cuenta que en condiciones normales, en un periodo de estabilidad en los motores, la introducción de algunas mejoras mecánicas puede hacerle aumentar el ritmo por vuelta del coche en una décima, un beneficio bastante escaso si lo comparamos con el medio segundo que se puede llegar a obtener con un buen paquete aerodinámico.
En la actualidad, con la tecnología hÍbrida aún sin pulir, los valores se han igualado un poco teniendo en cuenta que aún los sistemas no están bien afinados pero una vez que lo hagan, todo volverá a la normalidad.
Conseguir mejoras superiores al medio segundo parece mucho de ahí que todos los amantes de la técnica presten especial atención a las modificaciones aerodinámicas introducidas en los coches pero sería conveniente recordar a los jóvenes aficionados que la FIA limita la competición por motivos de seguridad a golpe de normativa, impidiendo el libre desarrollo del elemento más determinante en el mundo del motor, los neumáticos, los grandes valedores de la velocidad. Entre 4 y 6 seg. por vuelta puede mejorar un F1 cuando está calzado con unas ruedas ideales para las cualidades del mismo gracias al agarre mecánico, el protagonista principal de este artículo.
Esas condiciones no se dan en la actualidad. Todos tienen que emplear los compuestos y las medidas en las ruedas que marcan la FIA. En una época donde muchos ven peligrar la competición, se empieza a oír voces que aboga por algunos cambios en las normas. El Grupo de Estrategia de la Fórmula 1 propuso que sean los equipos los que tengan libertad total a la hora de elegir los neumáticos para cada carrera, eso sí, dentro de la gama de compuestos que estén disponibles para la temporada y no como ahora que es Pirelli el encargado de elegirlos. Esta medida mejorará el espectáculo y ayudará a garantizar la viabilidad futura de un deporte que, cada vez más, está perdiendo adeptos.
Indistintamente de las condiciones que marque la FIA los ingenieros tienen que realizar ajustes en los coches para conseguir que las ruedas se agarren lo mejor posible al asfalto, una medida vital en algunos circuitos.
El trazado urbano de Mónaco es un claro ejemplo auque también lo sería Hungaroring en Hungría. Si quieres ser competitivo en ellos es necesario tener un coche que genere mucha carga aerodinámica pero sobre todo disponer de una buena tracción mecánica. Sin esos dos factores no conseguirás ganar nunca allí. Hoy quiero centrarme en estos aspectos tan importantes así que, abrocharos el cinturón que arrancamos.
TIPOS DE AGARRE.
En un F1 como en cualquier coche de competición en general existen dos tipos de agarre, también llamado grip que afectan al comportamiento del mismo. Por un lado tenemos el agarre aerodinámico y por otro el mecánico.
A- Agarre aerodinámico: Es el generado gracias a las diferentes alas instaladas en el coche (alerón delantero y trasero) y la manipulación de aire sobre, debajo y alrededor del coche para crear carga aerodinámica. Aumentar el tamaño/inclinación de la superficie de sus alerones genera un empuje hacia el suelo (carga) cuando el coche va a máxima velocidad tal que equivaldría a montar un elefante sobre él. Ese peso extra aplasta las ruedas contra el suelo y ayuda a mejorar el agarre, y por tanto la tracción.
Debido a que los F1 actualmente basan su agarre en la acción de las estructuras aerodinámicas se producen ciertos problemas debido a esta dependencia. Los flujos aerodinámicos actúan correctamente siempre y cuando el aire sea limpio, sin perturbaciones y cambios de temperatura. Si no es así la carga disminuye y se aprecian sus consecuencias. Claro ejemplo son los adelantamientos. Cuando están tan pegados dos coches, el situado detrás pierde agarre al encontrar aire turbulento y dificulta la maniobra.
Las cargas generadas a velocidades extremas son muy elevadas pero hay que tener en cuenta una cosa, no siempre se circula a máximo régimen. Después de una frenada o en el tránsito de una curva lenta la fuerza producida por el aire disminuye debido a la baja velocidad. En esas condiciones pasamos de tener un elefante sobre nuestro coche a un simple ternerillo y es en esos puntos donde gana en importancia el agarre mecánico.
B- Agarre mecánico: El agarre mecánico es la capacidad de pegar las ruedas al suelo producido por las características mecánicas del chasis, los neumáticos, la suspensión y el sistemas de dirección. El agarre mecánico es a los WRC lo que la aerodinámica es a la Fórmula Uno. En el mundial de Rallies se limita el uso de los elementos aerodinámicos para generar carga así que el rendimiento de un WRC depende, en gran medida del diseño mecánico. Como tal, la suspensión y el chasis juegan un papel muy importante.
Soy un devoto seguidor del Mundial de Rally y no deja de sorprenderme cada vez que los veo, y eso que lo he visto mil veces, la capacidad que tienen estos coches de amortiguar grandes saltos de una sola tacada y sin rebotes, como si nada.
En un F1 tiene un valor menor aunque es igual de importante que el aerodinámico ya que ayuda a mejora los tiempos por vuelta. ¿Cómo lo consiguen?
1- Aumentando la capacidad de aceleración del coche cuando sale de un punto de frenada. Si los valores de agarre son bajos las ruedas no son capaces de agarrarse al suelo cuando se empieza a acelerar y patinan perdiendo parte de la potencia generada por el motor. Cuando los valores de agarre son altos la interacción entre el asfalto y la goma que forma la banda de rodadura del neumático es óptima. En estas circunstancias no se produce el patinaje cuando se acelera y permite conseguir la velocidad máxima lo antes posible.
2- Aumento de la velocidad en el paso por curva. Con valores bajos de agarre los coches se vuelven inestables cuando transitan por las curvas al carecer de empuje suficiente contra el suelo. El piloto quiere trazar la curva pero el coche tiende a no querer hacerlo (subviraje) y por tanto tiene que levantar el pie del acelerador. Cuando la agarre es alto el tránsito por curva es rápido y estable, sobre todo en curvas de baja velocidad, en torno a los 130-150 km/h.
La influencia del peso en el coche es vital para conseguir buenos resultados. En los primeros compases de la carrera, cuando la carga de combustible es alta el agarre es mayor que al finalizar el Gran Premio y eso afecta al balance del coche. Eso se debe a que, cuando la carga es alta el peso del carburante hace que las ruedas se aferren mejor al asfalto. Un ejemplo. Si queremos saltar con una mochila a la espalda nos costará poco hacerlo si el lastre que llevamos es de 5 Kg y mucho si es de 50 Kg.
Un coche equilibrado para dar sus mejores prestaciones en el tramo medio de la carrera tendrá sobreviraje al inicio de la misma cuando el peso es mayor y subviraje en el tramo final.
Vemos que tanto el agarre aerodinámico como el mecánico son muy importantes, y un buen coche de Fórmula 1 ha de tener la máxima cantidad posible de ambos y en perfecto equilibrio para ser rápido en todas las partes del circuito.
En condiciones normales, si un monoplaza tiene poco grip mecánico será lento e inconducible sobre todo en las salidas de las curvas y en las zonas lentas del circuito, perdiendo el piloto un valioso tiempo tratando de luchar contra el subviraje. Por otro lado, si tu coche no tiene grip aerodinámico, el monoplaza será inestable en las rectas e inconducible en las curvas rápidas del trazado.
Normalmente se tiene tendencia a decir que el agarre aerodinámico entra en juego a altas velocidades y el mecánico a bajas velocidades aunque eso no es del todo cierto. Precisamente Mónaco es uno de los circuitos del mundial con menos velocidad punta, y sin embargo la aerodinámica juega un gran papel ya que al aumentar tanto la inclinación y/o la superficie de los alerones en el principado son capaces de aumentar dicho agarre a pesar de que las velocidades no sean demasiado altas. Asociar grip aerodinámico con velocidad es una aproximación, pero realmente lo que hay que asociar a la velocidad es el equilibrio entre los dos tipos de agarre.
CÓMO AUMENTAR AGARRE MECÁNICO.
Los encargados de generar agarre mecánico son: los neumáticos, las suspensiones, el chasis y el sistema de dirección. Si tuviéramos que valorarlos por importancia, no hay duda, destacan sobre el resto las ruedas y las suspensiones por su fácil manipulación. Ambos entran a formar parte de los ajustes de setup que realizan los mecánicos en el coche para cada carrera y son vitales para el buen rendimiento final. El chasis quedaría en un segundo plano aunque su influencia también es importante La carga que genera se debe a lo acertado o no de su diseño y es más complejo de modificar.
Llegados a este punto ¿Cómo mejorar el agarre mecánico de un coche? Veámoslos.
1º- Actuar sobre los neumáticos.
Para ello tendremos varías actuaciones:
-Aumentar el ancho de los neumáticos. Esto aumenta la superficie de contacto y permite que los neumáticos generen más agarre. En un F1 y en otros deportes de competición del motor esto es imposible ya que el ancho del neumático lo fija la FIA pero si puede servir para cualquier coche de calle.
-Optimizar la presión de los neumáticos. Variando la presión se puede conseguir disminuir o aumentar la superficie de contacto del neumático con el suelo modificando con ello los valores de agarre y las fuerzas máximas de viraje lateral que puede soportar el coche sin perder el control.
Con un ejemplo se entenderá mejor. Vimos antes que la variación de pesos a lo largo de la carrera afecta al balance del coche. Con el tanque lleno el monoplaza se mostraba sobrevirador debido al excesivo empuje de las ruedas contra el suelo. Ese aumento del empuje producido por el peso incrementa la superficie de contacto entre la rueda y el suelo. Para el tren trasero ese aumento en la superficie es positivo ya que hacen que las ruedas se agarren mejor al suelo pero normalmente perjudica al tren delantero dificultando la agilidad en el tránsito por curvas, haciendo la dirección más "pesada", etc.
¿Cómo corregirlo? Fácil, inflando el primer juego de neumáticos en exceso reduciendo así la superficie de contacto, como vemos en la imagen de arriba. Cuando el coche entre a realizar el primer cambio de ruedas se montarán un juego nuevo con las presiones correctas y en caso de existir un segundo cambio se montarán las nuevas con las presiones por debajo de lo considerado correcto para compensar el subviraje final.
- Cambiar la inclinación de los neumáticos (Camber).
El camber es el ángulo de inclinación del neumático con respecto a la vertical, es decir la cantidad de inclinación de la rueda hacia el centro del vehículo. Los F1 siempre emplean valores de camber negativo en el eje delantero y neutro en el trasero. Apoyarse en la zona interna de la banda de rodadura permite que el área de contacto sea mayor en las curvas difíciles, aumentando la adherencia en su tránsito a la vez que se reduce el área de contacto cuando el coche circula en las rectas, disminuyendo así la resistencia.
Gracias a la utilización de las cámaras térmicas podemos apreciar claramente esto. En la parte superior de la imagen vemos que la zona que contacta de manera firme contra el asfalto (franja de color) es muy pequeña en comparación con las otras dos. Es interesante ver como aumenta la temperatura de la rueda exterior al trazado de la curva debido al aumento de la carga sobre ella.
Uno de los aspectos negativos de esta medida es el aumento en la distancia de frenado el existir menor superficie friccionando contra el suelo, dificultando el frenado.
2º- Actuar sobre las suspensiones.
El sistema de suspensión esta compuesto por un elemento flexible o elástico y un elemento amortiguación cuya misión es neutralizar las oscilaciones de la masa suspendida originadas por el elemento flexible al adaptarse a las irregularidades del terreno.
Para modificar el agarre actuando sobre las suspensiones hay que centrar el trabajo sobre dos puntos:
A- LOS MUELLES.
Esa es la base de un buen setup. Los muelles se utilizan principalmente para determinar la altura de rodaje y la transferencia de pesos, aunque en algunas ocasiones también se pueden usar para transmitir tracción a una rueda infrautilizada. Si los muelles están blandos se alargará el tiempo de respuesta del vehículo a sus maniobras, puesto que la suspensión funciona como si estuviera en "cámara lenta". Imaginaros una pelota desinflada que queremos hacerla botar. Podemos hacerlo pero la respuesta es lenta y la estructura del balón absorbe el impacto. Por el contrario si lo que se pretende es encontrar una respuesta rápida hay que optar por una suspensión dura. En este caso imaginaros lo que pasa cuando botamos una pelota muy inflada.
Para favorecer la estabilidad y mejorar el agarre mecánico, cuanto más blando sean los muelles mejor, aunque hay limitaciones. Montar muelles demasiado blandos puede hacer que el fondo del vehículo toque el suelo por la carga aerodinámica o las irregularidades del asfalto. La dificultad estriba en encontrar un equilibrio armónico. Los mecánicos deben de emplear muelles lo suficientemente duros que eviten el roce del fondo contra el suelo pero a la vez sean blandos para maximizar la tracción mecánica cuando no está disponible la fuerza aerodinámica. Como vemos, nada fácil conseguirlo.
Hay circuitos que cuentan con algunos tramos muy bacheados pero el resto de la pista no lo es tanto. En esos casos se colocan en los muelles unos retenes (topes) que hacen que las suspensiones estén blandas pero cuando llega a la zona bacheada el retén impide que se pueda comprimir más a pesar de tener más recorrido, evitando así el roce con la pista.
La altura de rodaje es fundamental para configurar la dureza de la suspensión. Todos intentan que dicha altura sea la mínima posible para aumentar el efecto suelo y eso, en ocasiones va en contra de lo comentado anteriormente. Como he dicho, cuanto más blanda sea la suspensión mejor pero en la mayoría de las ocasiones las características del trazado fuerzan a los ingenieros a tener que endurecerla.
Puede suceder que una pista de alta velocidad puede necesitar muelles más duros debido a la carga aerodinámica generada a altas velocidades que empuja tanto la trasera del coche que puede sobrepasar el mínimo fijado o variar los valores de inclinación del coche (rake), produciendo una pérdida de carga aerodinámica mayor que el beneficio que produce. En pistas de baja velocidad no generará tanta carga aerodinámica y si se puede emplear muelles más blandos de lo normal para así aumentar la tracción mecánica.
Los muelles también determinan cuánta tracción hay en cada esquina del vehículo. Imaginaros una pista donde hay muchas curvas a izquierda donde es necesario mejorar la tracción. Para esas condiciones se puede variar la dureza de las suspensiones de un mismo eje, es decir poner muelles más blandos en las ruedas que van por el exterior de la curva para conseguir más agarre y menos en el interior para equilibrar el tránsito. Por supuesto, con esto sacrificará tracción en las curvas a derechas pero como siempre el equilibrio es el que manda, si consigue mejorar el tiempo por vuelta con esta medida da igual lo que pierdas en dicha zona.
B- LAS BARRAS DE TORSIÓN.
La barra de torsión se utiliza para ofrecer resistencia a la inclinación lateral del chasis en las curvas, intentando compensar la inclinación lateral tirando de la rueda que va por el interior de la curvar hacia el carenado, haciendo que el coche permanezca más alineado con la superficie de la pista.
Esta inclinación lateral aumentará los cambios en la caída de los neumáticos debidos a las transferencias de peso y hará estragos en el efecto suelo que genera el fondo plano del coche sin embargo, el tirar de esa rueda interior alejándola del asfalto reduce la tracción que genera dicha rueda. Cuanto mayor sea el valor de la barra de torsión, menor será la inclinación lateral en curva. Como regla general, una barra de torsión 'blanda' equivale a mayor tracción en el eje en cuestión. Este es probablemente el ajuste más fácil para retomar la sensación de neutralidad en el vehículo
3-
Actuación sobre el Chasis.
El chasis es la estructura interna en la que se montan y sujetan los demás componentes que forma el coche (motor, depósito, suspensiones, etc), soporta sus cargas y ofrece una resistente protección en caso de accidente.
De todo lo analizado hasta ahora esta es la parte que más me interesa de este artículo pero por desgracia el secretismo es absoluto en este apartado. Es la pieza que todos mencionan pero nadie describe y eso es un poco frustrante. Después de analizar artículos relacionados con el karting se puede extrapolar algunas reglas generales que sirven para diseñar un buen F1. La clave de tener un buen o un mal chasis parece estar encaminado en dos parámetros fundamentales: el reparto de peso y la rigidez torsional.
1-Reparto de pesos
Mucho tiempo dedican los ingenieros de diseño en ir distribuyendo gramo a gramo todos los elementos que forman el coche con la vista centrada en encontrar el mejor centro de gravedad (CG) posible.
Pero ¿qué es el centro de gravedad? De todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo el peso es la más corriente. Por muy irregular que un objeto sea siempre existe un punto tal que se comporta como si toda la masa del sistema en cuestión estuviera ahí concentrado. Este punto es considerado el centro de gravedad.
Este reparto de pesos determina un CG preciso que puede mejorar el comportamiento del coche y vendrá condicionado por otro conjunto de ajustes del chasis. Modificar el CG produce cambios en la transferencia de pesos en aceleración, frenada o el comportamiento en curvas. Por ejemplo, retrasar el CG produce un aumento de peso en la parte trasera del coche. Esta medida genera un incremento en el agarre del tren trasero que mejora la tracción pero lo disminuye en el delantero aumentando así el subviraje.
Por otra parte, la tendencia es poner el CG lo más bajo posible para tener la mejor estabilidad en el paso por curva. En un F1 esta medida permite aumentar la velocidad en el paso por las curvas cerradas sin riego a que vuelquen pero en vehículos con el CG alto como pueden ser los camiones la posibilidad de vuelco es muy elevada si no se reduce la velocidad en la curva.
2- La rigidez torsional.
La rigidez es el parámetro más importante en el funcionamiento de un chasis y el que mayor influencia tiene en el comportamiento del vehículo en pista. Es fundamental conseguir una estructura resistente a los impactos que asegure una buena protección para el piloto a la vez que se muestre resistente a la torsión.
¿Qué es la rigidez torsional? Es, simplemente, la resistencia a la flexión entre ambos extremos del chasis. Para hacernos una idea vamos a imaginarnos a un gigante agarrando el eje anterior con una mano, y retorciendo el eje posterior con la otra. La resistencia que produzca el chasis a su torsión es la rigidez torsional.
Un chasis ideal tiene que presentar valores altos de rigidez. El problema radica en que, para hacerlo hay que aumentar los elementos que lo eviten y eso penaliza el peso.
¿Por qué interesa que el chasis sea torsionalmente rígido? Para tener un comportamiento dinámico bueno. El chasis tiene que ser lo bastante rígido para soportar las deformación que se producen cuando el coche encuentra alguna irregularidad en el terreno que afecte a una sola rueda, por ejemplo un piano. De esa manera son los muelles de la suspensión los que trabajan, en lugar del chasis. Consecuentemente, cuanto más duro sean los muelles, más rígido tiene que ser el chasis.
Cuando se diseña un chasis se buscan también otros factores. La ligereza es uno de ellos pero está normalmente enfrentada con la rigidez. Se puede mejorar mucho la potencia y rendimiento de un motor, pero debe ir acompañado de un chasis ligero, de no ser así se está desperdiciando potencia. Por otro lado, el chasis es uno de los elementos más pesados del vehículo, y una reducción en su peso proporciona una disminución en el consumo importante. Si el peso mínimo está fijado como es el caso en la F1, esa liberación de peso podrá ser empleada en otras partes del coche que no estén tan bien diseñadas y excedan de su peso ideal.
Como vemos hay muchos factores que entran en juego para conseguir un buen F1 que disponga de buen agarre mecánica, el hermano menos de este maravillosos deporte que generalmente permanece en segundo plano pero que en algunas ocasiones da un paso adelante para tomar protagonismo.
Muchos critican la excesiva influencia de la aerodinámica en este deporte y abogan por un equilibrio estable entre los tres pilares que conforman un buen F1. La mecánica, uno de esos pilares, vio reforzada su poder con la introducción de la nueva normativa sobre unidades de potencia y visto lo visto la FIA no está por la labor por ahora de mejorar el tercero, el agarre mecánico.
La introducción de neumáticos más anchos o la simple elección de compuestos más blandos aumentarían este tipo de agarre de manera inmediata. Esta medida no es del agrado de la FIA ya que podría en peligro la integridad de los pilotos. Tener coches 5 seg. por vuelta más rápidos implica reajustar las medidas de seguridad tanto en los habitáculos como en los circuitos y eso cuesta mucho, mucho dinero y podría dejar fuera del calendario a más de uno. Esa es la gran excusa de la FIA pero si a un aumento en el agarre unimos una reducción considerable en la carga aerodinámica para conseguir que la mayoría de los monoplazas estuvieran más igualados, la ecuación sería perfecta, dejando los tiempos por vueltas dentro del margen de seguridad. Ojalá algún día retomen esa vía. Todo parece indicar que así será y esa medida aumentará el espectáculo, pero eso será otra historia.
Cortesía de Car&Driver The F1,Com
En la actualidad, con la tecnología hÍbrida aún sin pulir, los valores se han igualado un poco teniendo en cuenta que aún los sistemas no están bien afinados pero una vez que lo hagan, todo volverá a la normalidad.
Conseguir mejoras superiores al medio segundo parece mucho de ahí que todos los amantes de la técnica presten especial atención a las modificaciones aerodinámicas introducidas en los coches pero sería conveniente recordar a los jóvenes aficionados que la FIA limita la competición por motivos de seguridad a golpe de normativa, impidiendo el libre desarrollo del elemento más determinante en el mundo del motor, los neumáticos, los grandes valedores de la velocidad. Entre 4 y 6 seg. por vuelta puede mejorar un F1 cuando está calzado con unas ruedas ideales para las cualidades del mismo gracias al agarre mecánico, el protagonista principal de este artículo.
Esas condiciones no se dan en la actualidad. Todos tienen que emplear los compuestos y las medidas en las ruedas que marcan la FIA. En una época donde muchos ven peligrar la competición, se empieza a oír voces que aboga por algunos cambios en las normas. El Grupo de Estrategia de la Fórmula 1 propuso que sean los equipos los que tengan libertad total a la hora de elegir los neumáticos para cada carrera, eso sí, dentro de la gama de compuestos que estén disponibles para la temporada y no como ahora que es Pirelli el encargado de elegirlos. Esta medida mejorará el espectáculo y ayudará a garantizar la viabilidad futura de un deporte que, cada vez más, está perdiendo adeptos.
Indistintamente de las condiciones que marque la FIA los ingenieros tienen que realizar ajustes en los coches para conseguir que las ruedas se agarren lo mejor posible al asfalto, una medida vital en algunos circuitos.
El trazado urbano de Mónaco es un claro ejemplo auque también lo sería Hungaroring en Hungría. Si quieres ser competitivo en ellos es necesario tener un coche que genere mucha carga aerodinámica pero sobre todo disponer de una buena tracción mecánica. Sin esos dos factores no conseguirás ganar nunca allí. Hoy quiero centrarme en estos aspectos tan importantes así que, abrocharos el cinturón que arrancamos.
TIPOS DE AGARRE.
En un F1 como en cualquier coche de competición en general existen dos tipos de agarre, también llamado grip que afectan al comportamiento del mismo. Por un lado tenemos el agarre aerodinámico y por otro el mecánico.
A- Agarre aerodinámico: Es el generado gracias a las diferentes alas instaladas en el coche (alerón delantero y trasero) y la manipulación de aire sobre, debajo y alrededor del coche para crear carga aerodinámica. Aumentar el tamaño/inclinación de la superficie de sus alerones genera un empuje hacia el suelo (carga) cuando el coche va a máxima velocidad tal que equivaldría a montar un elefante sobre él. Ese peso extra aplasta las ruedas contra el suelo y ayuda a mejorar el agarre, y por tanto la tracción.
Debido a que los F1 actualmente basan su agarre en la acción de las estructuras aerodinámicas se producen ciertos problemas debido a esta dependencia. Los flujos aerodinámicos actúan correctamente siempre y cuando el aire sea limpio, sin perturbaciones y cambios de temperatura. Si no es así la carga disminuye y se aprecian sus consecuencias. Claro ejemplo son los adelantamientos. Cuando están tan pegados dos coches, el situado detrás pierde agarre al encontrar aire turbulento y dificulta la maniobra.
Las cargas generadas a velocidades extremas son muy elevadas pero hay que tener en cuenta una cosa, no siempre se circula a máximo régimen. Después de una frenada o en el tránsito de una curva lenta la fuerza producida por el aire disminuye debido a la baja velocidad. En esas condiciones pasamos de tener un elefante sobre nuestro coche a un simple ternerillo y es en esos puntos donde gana en importancia el agarre mecánico.
B- Agarre mecánico: El agarre mecánico es la capacidad de pegar las ruedas al suelo producido por las características mecánicas del chasis, los neumáticos, la suspensión y el sistemas de dirección. El agarre mecánico es a los WRC lo que la aerodinámica es a la Fórmula Uno. En el mundial de Rallies se limita el uso de los elementos aerodinámicos para generar carga así que el rendimiento de un WRC depende, en gran medida del diseño mecánico. Como tal, la suspensión y el chasis juegan un papel muy importante.
Soy un devoto seguidor del Mundial de Rally y no deja de sorprenderme cada vez que los veo, y eso que lo he visto mil veces, la capacidad que tienen estos coches de amortiguar grandes saltos de una sola tacada y sin rebotes, como si nada.
En un F1 tiene un valor menor aunque es igual de importante que el aerodinámico ya que ayuda a mejora los tiempos por vuelta. ¿Cómo lo consiguen?
1- Aumentando la capacidad de aceleración del coche cuando sale de un punto de frenada. Si los valores de agarre son bajos las ruedas no son capaces de agarrarse al suelo cuando se empieza a acelerar y patinan perdiendo parte de la potencia generada por el motor. Cuando los valores de agarre son altos la interacción entre el asfalto y la goma que forma la banda de rodadura del neumático es óptima. En estas circunstancias no se produce el patinaje cuando se acelera y permite conseguir la velocidad máxima lo antes posible.
2- Aumento de la velocidad en el paso por curva. Con valores bajos de agarre los coches se vuelven inestables cuando transitan por las curvas al carecer de empuje suficiente contra el suelo. El piloto quiere trazar la curva pero el coche tiende a no querer hacerlo (subviraje) y por tanto tiene que levantar el pie del acelerador. Cuando la agarre es alto el tránsito por curva es rápido y estable, sobre todo en curvas de baja velocidad, en torno a los 130-150 km/h.
La influencia del peso en el coche es vital para conseguir buenos resultados. En los primeros compases de la carrera, cuando la carga de combustible es alta el agarre es mayor que al finalizar el Gran Premio y eso afecta al balance del coche. Eso se debe a que, cuando la carga es alta el peso del carburante hace que las ruedas se aferren mejor al asfalto. Un ejemplo. Si queremos saltar con una mochila a la espalda nos costará poco hacerlo si el lastre que llevamos es de 5 Kg y mucho si es de 50 Kg.
Un coche equilibrado para dar sus mejores prestaciones en el tramo medio de la carrera tendrá sobreviraje al inicio de la misma cuando el peso es mayor y subviraje en el tramo final.
Vemos que tanto el agarre aerodinámico como el mecánico son muy importantes, y un buen coche de Fórmula 1 ha de tener la máxima cantidad posible de ambos y en perfecto equilibrio para ser rápido en todas las partes del circuito.
En condiciones normales, si un monoplaza tiene poco grip mecánico será lento e inconducible sobre todo en las salidas de las curvas y en las zonas lentas del circuito, perdiendo el piloto un valioso tiempo tratando de luchar contra el subviraje. Por otro lado, si tu coche no tiene grip aerodinámico, el monoplaza será inestable en las rectas e inconducible en las curvas rápidas del trazado.
Normalmente se tiene tendencia a decir que el agarre aerodinámico entra en juego a altas velocidades y el mecánico a bajas velocidades aunque eso no es del todo cierto. Precisamente Mónaco es uno de los circuitos del mundial con menos velocidad punta, y sin embargo la aerodinámica juega un gran papel ya que al aumentar tanto la inclinación y/o la superficie de los alerones en el principado son capaces de aumentar dicho agarre a pesar de que las velocidades no sean demasiado altas. Asociar grip aerodinámico con velocidad es una aproximación, pero realmente lo que hay que asociar a la velocidad es el equilibrio entre los dos tipos de agarre.
CÓMO AUMENTAR AGARRE MECÁNICO.
Los encargados de generar agarre mecánico son: los neumáticos, las suspensiones, el chasis y el sistema de dirección. Si tuviéramos que valorarlos por importancia, no hay duda, destacan sobre el resto las ruedas y las suspensiones por su fácil manipulación. Ambos entran a formar parte de los ajustes de setup que realizan los mecánicos en el coche para cada carrera y son vitales para el buen rendimiento final. El chasis quedaría en un segundo plano aunque su influencia también es importante La carga que genera se debe a lo acertado o no de su diseño y es más complejo de modificar.
Llegados a este punto ¿Cómo mejorar el agarre mecánico de un coche? Veámoslos.
1º- Actuar sobre los neumáticos.
Para ello tendremos varías actuaciones:
-Aumentar el ancho de los neumáticos. Esto aumenta la superficie de contacto y permite que los neumáticos generen más agarre. En un F1 y en otros deportes de competición del motor esto es imposible ya que el ancho del neumático lo fija la FIA pero si puede servir para cualquier coche de calle.
-Optimizar la presión de los neumáticos. Variando la presión se puede conseguir disminuir o aumentar la superficie de contacto del neumático con el suelo modificando con ello los valores de agarre y las fuerzas máximas de viraje lateral que puede soportar el coche sin perder el control.
Con un ejemplo se entenderá mejor. Vimos antes que la variación de pesos a lo largo de la carrera afecta al balance del coche. Con el tanque lleno el monoplaza se mostraba sobrevirador debido al excesivo empuje de las ruedas contra el suelo. Ese aumento del empuje producido por el peso incrementa la superficie de contacto entre la rueda y el suelo. Para el tren trasero ese aumento en la superficie es positivo ya que hacen que las ruedas se agarren mejor al suelo pero normalmente perjudica al tren delantero dificultando la agilidad en el tránsito por curvas, haciendo la dirección más "pesada", etc.
¿Cómo corregirlo? Fácil, inflando el primer juego de neumáticos en exceso reduciendo así la superficie de contacto, como vemos en la imagen de arriba. Cuando el coche entre a realizar el primer cambio de ruedas se montarán un juego nuevo con las presiones correctas y en caso de existir un segundo cambio se montarán las nuevas con las presiones por debajo de lo considerado correcto para compensar el subviraje final.
- Cambiar la inclinación de los neumáticos (Camber).
El camber es el ángulo de inclinación del neumático con respecto a la vertical, es decir la cantidad de inclinación de la rueda hacia el centro del vehículo. Los F1 siempre emplean valores de camber negativo en el eje delantero y neutro en el trasero. Apoyarse en la zona interna de la banda de rodadura permite que el área de contacto sea mayor en las curvas difíciles, aumentando la adherencia en su tránsito a la vez que se reduce el área de contacto cuando el coche circula en las rectas, disminuyendo así la resistencia.
Gracias a la utilización de las cámaras térmicas podemos apreciar claramente esto. En la parte superior de la imagen vemos que la zona que contacta de manera firme contra el asfalto (franja de color) es muy pequeña en comparación con las otras dos. Es interesante ver como aumenta la temperatura de la rueda exterior al trazado de la curva debido al aumento de la carga sobre ella.
Uno de los aspectos negativos de esta medida es el aumento en la distancia de frenado el existir menor superficie friccionando contra el suelo, dificultando el frenado.
2º- Actuar sobre las suspensiones.
El sistema de suspensión esta compuesto por un elemento flexible o elástico y un elemento amortiguación cuya misión es neutralizar las oscilaciones de la masa suspendida originadas por el elemento flexible al adaptarse a las irregularidades del terreno.
Para modificar el agarre actuando sobre las suspensiones hay que centrar el trabajo sobre dos puntos:
A- LOS MUELLES.
Esa es la base de un buen setup. Los muelles se utilizan principalmente para determinar la altura de rodaje y la transferencia de pesos, aunque en algunas ocasiones también se pueden usar para transmitir tracción a una rueda infrautilizada. Si los muelles están blandos se alargará el tiempo de respuesta del vehículo a sus maniobras, puesto que la suspensión funciona como si estuviera en "cámara lenta". Imaginaros una pelota desinflada que queremos hacerla botar. Podemos hacerlo pero la respuesta es lenta y la estructura del balón absorbe el impacto. Por el contrario si lo que se pretende es encontrar una respuesta rápida hay que optar por una suspensión dura. En este caso imaginaros lo que pasa cuando botamos una pelota muy inflada.
Para favorecer la estabilidad y mejorar el agarre mecánico, cuanto más blando sean los muelles mejor, aunque hay limitaciones. Montar muelles demasiado blandos puede hacer que el fondo del vehículo toque el suelo por la carga aerodinámica o las irregularidades del asfalto. La dificultad estriba en encontrar un equilibrio armónico. Los mecánicos deben de emplear muelles lo suficientemente duros que eviten el roce del fondo contra el suelo pero a la vez sean blandos para maximizar la tracción mecánica cuando no está disponible la fuerza aerodinámica. Como vemos, nada fácil conseguirlo.
Hay circuitos que cuentan con algunos tramos muy bacheados pero el resto de la pista no lo es tanto. En esos casos se colocan en los muelles unos retenes (topes) que hacen que las suspensiones estén blandas pero cuando llega a la zona bacheada el retén impide que se pueda comprimir más a pesar de tener más recorrido, evitando así el roce con la pista.
La altura de rodaje es fundamental para configurar la dureza de la suspensión. Todos intentan que dicha altura sea la mínima posible para aumentar el efecto suelo y eso, en ocasiones va en contra de lo comentado anteriormente. Como he dicho, cuanto más blanda sea la suspensión mejor pero en la mayoría de las ocasiones las características del trazado fuerzan a los ingenieros a tener que endurecerla.
Puede suceder que una pista de alta velocidad puede necesitar muelles más duros debido a la carga aerodinámica generada a altas velocidades que empuja tanto la trasera del coche que puede sobrepasar el mínimo fijado o variar los valores de inclinación del coche (rake), produciendo una pérdida de carga aerodinámica mayor que el beneficio que produce. En pistas de baja velocidad no generará tanta carga aerodinámica y si se puede emplear muelles más blandos de lo normal para así aumentar la tracción mecánica.
Los muelles también determinan cuánta tracción hay en cada esquina del vehículo. Imaginaros una pista donde hay muchas curvas a izquierda donde es necesario mejorar la tracción. Para esas condiciones se puede variar la dureza de las suspensiones de un mismo eje, es decir poner muelles más blandos en las ruedas que van por el exterior de la curva para conseguir más agarre y menos en el interior para equilibrar el tránsito. Por supuesto, con esto sacrificará tracción en las curvas a derechas pero como siempre el equilibrio es el que manda, si consigue mejorar el tiempo por vuelta con esta medida da igual lo que pierdas en dicha zona.
B- LAS BARRAS DE TORSIÓN.
La barra de torsión se utiliza para ofrecer resistencia a la inclinación lateral del chasis en las curvas, intentando compensar la inclinación lateral tirando de la rueda que va por el interior de la curvar hacia el carenado, haciendo que el coche permanezca más alineado con la superficie de la pista.
Esta inclinación lateral aumentará los cambios en la caída de los neumáticos debidos a las transferencias de peso y hará estragos en el efecto suelo que genera el fondo plano del coche sin embargo, el tirar de esa rueda interior alejándola del asfalto reduce la tracción que genera dicha rueda. Cuanto mayor sea el valor de la barra de torsión, menor será la inclinación lateral en curva. Como regla general, una barra de torsión 'blanda' equivale a mayor tracción en el eje en cuestión. Este es probablemente el ajuste más fácil para retomar la sensación de neutralidad en el vehículo
3- Actuación sobre el Chasis.
El chasis es la estructura interna en la que se montan y sujetan los demás componentes que forma el coche (motor, depósito, suspensiones, etc), soporta sus cargas y ofrece una resistente protección en caso de accidente.
De todo lo analizado hasta ahora esta es la parte que más me interesa de este artículo pero por desgracia el secretismo es absoluto en este apartado. Es la pieza que todos mencionan pero nadie describe y eso es un poco frustrante. Después de analizar artículos relacionados con el karting se puede extrapolar algunas reglas generales que sirven para diseñar un buen F1. La clave de tener un buen o un mal chasis parece estar encaminado en dos parámetros fundamentales: el reparto de peso y la rigidez torsional.
1-Reparto de pesos
Mucho tiempo dedican los ingenieros de diseño en ir distribuyendo gramo a gramo todos los elementos que forman el coche con la vista centrada en encontrar el mejor centro de gravedad (CG) posible.
Pero ¿qué es el centro de gravedad? De todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo el peso es la más corriente. Por muy irregular que un objeto sea siempre existe un punto tal que se comporta como si toda la masa del sistema en cuestión estuviera ahí concentrado. Este punto es considerado el centro de gravedad.
Este reparto de pesos determina un CG preciso que puede mejorar el comportamiento del coche y vendrá condicionado por otro conjunto de ajustes del chasis. Modificar el CG produce cambios en la transferencia de pesos en aceleración, frenada o el comportamiento en curvas. Por ejemplo, retrasar el CG produce un aumento de peso en la parte trasera del coche. Esta medida genera un incremento en el agarre del tren trasero que mejora la tracción pero lo disminuye en el delantero aumentando así el subviraje.
Por otra parte, la tendencia es poner el CG lo más bajo posible para tener la mejor estabilidad en el paso por curva. En un F1 esta medida permite aumentar la velocidad en el paso por las curvas cerradas sin riego a que vuelquen pero en vehículos con el CG alto como pueden ser los camiones la posibilidad de vuelco es muy elevada si no se reduce la velocidad en la curva.
2- La rigidez torsional.
La rigidez es el parámetro más importante en el funcionamiento de un chasis y el que mayor influencia tiene en el comportamiento del vehículo en pista. Es fundamental conseguir una estructura resistente a los impactos que asegure una buena protección para el piloto a la vez que se muestre resistente a la torsión.
¿Qué es la rigidez torsional? Es, simplemente, la resistencia a la flexión entre ambos extremos del chasis. Para hacernos una idea vamos a imaginarnos a un gigante agarrando el eje anterior con una mano, y retorciendo el eje posterior con la otra. La resistencia que produzca el chasis a su torsión es la rigidez torsional.
Un chasis ideal tiene que presentar valores altos de rigidez. El problema radica en que, para hacerlo hay que aumentar los elementos que lo eviten y eso penaliza el peso.
¿Por qué interesa que el chasis sea torsionalmente rígido? Para tener un comportamiento dinámico bueno. El chasis tiene que ser lo bastante rígido para soportar las deformación que se producen cuando el coche encuentra alguna irregularidad en el terreno que afecte a una sola rueda, por ejemplo un piano. De esa manera son los muelles de la suspensión los que trabajan, en lugar del chasis. Consecuentemente, cuanto más duro sean los muelles, más rígido tiene que ser el chasis.
Cuando se diseña un chasis se buscan también otros factores. La ligereza es uno de ellos pero está normalmente enfrentada con la rigidez. Se puede mejorar mucho la potencia y rendimiento de un motor, pero debe ir acompañado de un chasis ligero, de no ser así se está desperdiciando potencia. Por otro lado, el chasis es uno de los elementos más pesados del vehículo, y una reducción en su peso proporciona una disminución en el consumo importante. Si el peso mínimo está fijado como es el caso en la F1, esa liberación de peso podrá ser empleada en otras partes del coche que no estén tan bien diseñadas y excedan de su peso ideal.
Como vemos hay muchos factores que entran en juego para conseguir un buen F1 que disponga de buen agarre mecánica, el hermano menos de este maravillosos deporte que generalmente permanece en segundo plano pero que en algunas ocasiones da un paso adelante para tomar protagonismo.
Muchos critican la excesiva influencia de la aerodinámica en este deporte y abogan por un equilibrio estable entre los tres pilares que conforman un buen F1. La mecánica, uno de esos pilares, vio reforzada su poder con la introducción de la nueva normativa sobre unidades de potencia y visto lo visto la FIA no está por la labor por ahora de mejorar el tercero, el agarre mecánico.
La introducción de neumáticos más anchos o la simple elección de compuestos más blandos aumentarían este tipo de agarre de manera inmediata. Esta medida no es del agrado de la FIA ya que podría en peligro la integridad de los pilotos. Tener coches 5 seg. por vuelta más rápidos implica reajustar las medidas de seguridad tanto en los habitáculos como en los circuitos y eso cuesta mucho, mucho dinero y podría dejar fuera del calendario a más de uno. Esa es la gran excusa de la FIA pero si a un aumento en el agarre unimos una reducción considerable en la carga aerodinámica para conseguir que la mayoría de los monoplazas estuvieran más igualados, la ecuación sería perfecta, dejando los tiempos por vueltas dentro del margen de seguridad. Ojalá algún día retomen esa vía. Todo parece indicar que así será y esa medida aumentará el espectáculo, pero eso será otra historia.
Cortesía de Car&Driver The F1,Com
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