Aerodinámica
La aerodinámica en la Fórmula 1 actual persigue principalmente
dos objetivos: disminuir laresistencia 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 de 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.
Es usual que los monoplazas alcancen velocidades superiores
a los 300 km/h en la mayoría de circuitos. En el más rápido, el de Monza, los
F1 llegaron a superar los 340 km/h en linea recta hace algunos años. En cambio,
otros circuitos, como el circuito de Mónaco, se registran velocidades máximas
inferiores a 290km/h, con una media de 180 km/h en todo el circuito. En 2002 el
equipo Honda realizo pruebas con el monoplaza sin alerones y este superó los
450 km/h, sin embargo actualmente las velocidades de los monoplazas han
descendido debido en gran parte a la reducción de la cilindrada de los motores.
Motor
Desde la temporada 2005 se reglamentó que un motor debería
durar al menos dos Grandes Premios (a partir de 2009 tres Grandes Premios),28 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).29 La única escudería que utilizó motores V10 con revoluciones limitadas
en 2006 fue Toro Rosso.30
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;31 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 a partir de 2008. La congelación total significa que no habrá
excepciones en el desarrollo de ciertas partes.32 33 En 2009 se les permite
desarrollar los motores para igualar la potencia de estos con los de los otros
equipos.
A partir de 2009, se permite combinar el motor de explosión
con un sistema de recuperación de energía cinética (KERS). El recuperador
obtiene energía durante frenadas fuertes y la almacena en un volante de
inercia, batería o supercondensador. Luego, el piloto puede pulsar un botón
para que el sistema devuelva la energía a las ruedas y acelerar más
rápidamente. El recuperador puede entregar hasta 400 kJ de energía por vuelta
con una potencia máxima de 60 kW (82 CV).
Tracción, transmisión y marchas
La tracción de un F1 es trasera, y 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 sustituye 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 evita 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, mediantebotones 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.34
Además, dispone de una o varias pantallas LCD (no todos,
puesto que algunos equipos colocan la pantalla detrás del volante, comoMcLaren)
para una mejor visualización de las órdenes proporcionadas electrónicamente,
así como para ver otros datos como lavelocidad o los tiempos por vuelta.35
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 dos
kilogramos.
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 cauchosblandos. 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.37
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 llantasdelanteras 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.37 Sólo en ese rango de temperaturas alcanzan su máximocoeficiente 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 contieneoxígeno 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.38
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.39 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,Goodyear40 o Dunlop41 42 también participaron en esta
competición. Debido a la decisión de la FIA de imponer un único fabricante de
neumáticos en el Mundial a partir de 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 200743 hasta el 2010.44 45 Bridgestone
anunció su retirada de la Fórmula 1 al acabar el campeonato de 2010. En estos
momentos, la compañía industrial italiana Pirelli ha tomado el relevo, siendo
el único proveedor hasta el momento de neumáticos para la presente temporada.
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.46 47 Ningún
piloto puede utilizar más de dos juegos de cada tipo de neumáticos de seco
durante las dos primeras sesiones de los entrenamientos.44 Los neumáticos más
blandos que provea Bridgestone a cada pista deben tener una raya blanca visible
al público.39 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.39 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
Renault R27 de Fisichella en el Gran Premio del Reino Unido
de 2007. Cada uno de los dos depósitos blancos de líquido defrenos alimenta una
bomba hidráulica de los dos circuitos hidráulicos independientes.
Para reducir la velocidad del vehículo, el sistema de frenado
transforma la energía cinéticaen 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
Carbono-Carbono Reforzado, distintos de los materiales cerámicos usados en
algunos deportivos. Este material no llega a fundirse pero al calentarse
incluso se vuelven incandescentes emitiendo luz de tonalidades entre amarillo,
naranja y rojo. Para disipar la gran cantidad de energía térmica generada en
los propios discos y prevenir una temperatura excesiva se dispone de discos
ventilados, que son discos de freno con unos canales en su interior con formas
similares a los álabes de uncompresor 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 elcoeficiente 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 siempre mayor
en el eje delantero, producto de la transferencia de peso, 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.50
Los frenos de Carbono-Carbono Reforzado utilizados en los
monoplazas fueron inventados en el desarrollo de la aviación, y gracias a estos
se introdujeron los frenos cerámicos, que se están empezando a utilizar en los
coches de gama alta. Porsche y Mercedes-Benzson pioneros en fabricar en serie
coches de calle con estos frenos.51 52
