Reflexiones Prohibidas: TÉCNICA F1

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TELEMETRÍA 1: HISTORIA Y FUNCIONAMIENTO

La F1 desde sus orígenes ha evolucionado mucho, es algo que todos sabemos. A pesar de las trabas que impone la FIA habitualmente que tienen como fin hacer los coches más seguros, no tanto con medidas en ese sentido sino más bien reduciendo sobre todo sus prestaciones consiguiendo así que sean menos veloces, la evolución de la tecnología les hace ser cada día más rápidos a pesar de todas esas limitaciones.

Muchos son los factores que han hecho posible esa evolución y uno de los que tiene un valor muy alto es la capacidad de obtener datos del comportamiento del coche para ser analizados posteriormente y de esa forma poder realizar modificaciones que de otra forma sería imposible. Como todos imagináis estoy hablando de la telemetría.

Todos, en mayor o menos medida está familiarizado con este término pero ¿Qué es la telemetría? La telemetría es una tecnología que permite la medición remota de magnitudes físicas y el posterior envío de la información hacia el operador del sistema. Así dicho puede resultar complejo pero realmente es muy sencillo de comprender. Usando el ejemplo de la F1actual la telemetría permite que todos los datos registrados por multitud de sensores repartidos por el coche sean conocidos en el momento por los ingenieros del equipo. Esta información les permite predecir elementos importantes del monoplaza como puede ser el límite de utilización de un motor o el grado de seguridad activa de una determinada pieza.

Antes de analizar en profundidad esta tecnología me parece interesante hacer primero un repaso sobre cuál fue la evolución de esta tecnología a lo largo de los años.

Historia de la telemetría.

El primer intento de introducir la telemetría en la Fórmula 1 fue en 1980, cuando Karl Kempf diseñó un sistema que consistía en un mini ordenador y un conjunto de sensores de captación de datos para controlar la suspensión electrónica del Tyrell 010 pero dicho proyecto se abandonó por la elevada complejidad del mismo y el coche nunca llegó a correr con este sistema.

En los años noventa se consiguió por fin afinar el sistema y llego a la máxima competición de la mano de las escuderías Williams y McLaren. A partir de entonces la electrónica adquiere un papel importantísimo en la competición automovilística. Las ayudas electrónicas supusieron un gran avance tecnológico y los equipos que no las usaron se quedaron atrás en la competición. El control de dichos sistemas se realizaba gracias a la telemetría. Hasta ese momento la información obtenida por los distintos sensores repartidos por el coche se realizaba unidireccionalmente es decir, los datos conseguidos se enviaban a un ordenador situado en el coche que se encargaba de analizar y modificar diferentes configuraciones del coche a la vez que los guardaba para su posterior análisis por los ingenieros que descargaban los datos cuando el monoplaza llegaba a boxes.

Posteriormente se abrió la posibilidad de enviar datos al box sin necesidad de conectarse el ordenador de abordo gracias al envío de información de manera inalámbrica. Ya podían disponer datos en tiempo real del coche (tiempo por vuelta, revoluciones del motor, presión del aceite, velocidad del viento, constantes vitales del piloto, etc.) pero no se podía intervenir sobre él.

La escalada en prestaciones que se produjo en los coches fue tal que la FIA decidió en 1993 prohibir las ayudas electrónicas dirigidas a facilitar la conducción, alegando que “el piloto debía de conducir el coche por sí mismo y sin ayudas”. La lista de "ayudas al piloto" englobaba al control de tracción, frenos ABS, ruedas traseras direccionales, suspensión activa, y otras formas de control de estabilidad. No faltaron ingenios para eludir las prohibiciones de la FIA, como la famosa “Opción 13” de Tad Czapski. En 1994, el Benetton de Michael Schumacher disponía de una opción 13 oculta en un display de 10 opciones que activaba un control de salida electrónico.

El siguiente gran impulso a esta tecnología se dio en 2001 cuando TAG Electronics introdujo en la F1 la telemetría bidireccional. Los ingenieros no sólo podían recibir información del coche en el pit, sino que también podían modificar la configuración de éste en tiempo real mientras se encontraba en la pista. Tras el desarrollo, en 2002 ya se podía modificar el mapeado del motor y activar o desactivar determinados sensores desde el pit. Una vez más la FIA lo prohibió en la temporada 2003 volviendo a ser el piloto quién realizara dichas tareas mediante los botones situados en el volante pero esta medida era como ponerle una puerta al campo.

Con el avance espectacular que se produjo en la electrónica, la miniaturización de componentes y en los métodos de análisis nadie aseguraba a la FIA que las limitaciones se pudieran llevar a efecto. Esconder un procesador que realizara las tareas era factible y difícil de encontrar por los comisarios y sobre todo con los complejos Software actuales se podía camuflar fácilmente funciones que podían realizar. Prueba de ellos fue el visto bueno que dio la FIA en 2001 a la vuelta del control de tracción, que ya fue prohibido a finales de los 90. ¿Por qué? Pues en 2001 había sospechas bastante fundadas de su utilización. Ante la posibilidad de que existieran equipos que lo usaban y otros que no se decidió legalizarlo. El problema radicaba en que cada escudería utilizaba su propia ECU yla FIA lo tenía casi imposible para descifrar toda la electrónica de los coches, y saber si el control de tracción actúaba o no. En las arrancadas se veía monoplazas que salían como cohetes, sin apenas levantar humo, mientras otros seguían derrapando como siempre.

En 2008 el órgano rector cogió las riendas del asunto y determinó que ellos tendrían prohibió de nuevo todo tipo de ayudas electrónicas, destacando sobre todo la eliminación del control de tracción, y para ello se impuso el uso de una ECU común para todos los monoplazas que fue desarrollado por McLaren Electronics.

Bien, llegados a este punto ya puedo entrar a analizar en profundidad como funciona la telemetría de un F1.

Medios de transmisión.

Existen dos formas para el envío de información, por un lado los ingenieros reciben datos mediante la transmisión por medios guiados, es decir el típico cablecito que se conecta al ordenador directamente. Este método mas sencillo y lento pero muy seguro ya que está libre de miradas indiscretas o piratas que te quieran espiar.

El segundo método es utilizando medios no guiados, es decir el envío de información hacia el operador se realiza por el aire mediante comunicación semi-continua de forma inalámbrica. Existen dos formas incluidas en este método:

A- Telemetría por ondas de radio y microondas.

La telemetría semi-continua consiste en la transmisión continua de datos desde el coche al paddock mediante ondas de radio y microondas pero hay un problema. Las ondas de microondas tienen problemas para superar obstáculos sólidos como puede ser un edificio, árboles, colinas, etc y esto puede ocasionar una pérdida de información. En circuitos situados en circuitos urbanos o en medio de un bosque existen fluctuaciones en la potencia de la señal recibida o interacciones con las señales de otros vehículos produciéndose pérdidas de información.

Para poder solucionar este problema, un dispositivo (el data logger) permite almacenar los datos que pueden perderse. Comprobando la calidad del enlace entre el coche y el box de los ingenieros en determinados instantes, el sistema decide o no mandar los datos. Si la recepción es débil, el sistema almacena los datos y los transmite cuando las condiciones son más favorables. De esta manera, no se pierden los datos, aunque los ingenieros no puedan analizarlos por completo en tiempo real, debido a los retardos introducidos.

La información que se manda utilizando este enlace es la más crítica durante la carrera. Esta tecnología normalmente utiliza las bandas UHF, la misma que se usa para el envío de la señal TDT o la antigua televisión analógica que son realmente microondas con frecuencias comprendidas entre los 300 MHz - 3 Hz. Podrían usarse también ondas de radio de la banda VHF (30-300 MHz). Este es el enlace de mayor velocidad, aunque tiene muchos inconvenientes. Al tener un ancho de banda menor no podría transmitirse tanta información pero sobre todo es el menos fiable debido a que se producen muchas interferencias y por tanto la pérdida de datos es mayo.

Como veis, se llama semi-continua ya que no siempre se puede recepcionar bien los datos y hay que ininterrumpirá la emisión.

B- Telemetría por infrarrojos.

La otra forma de transmisión semi-continua de datos mediante medio no guiado es utilizando los Infrarrojos y que subsana los problemas generados por el sistema anterior. Como las ondas de microondas tienen problemas superando los obstáculos sólidos y esto puede ocasionar una pérdida de información, se recurren a otras formas de transmisión. El vehículo transmite una gran cantidad de información (10 Mb) en cada paso por vuelta, cuando pasan a corta distancia del pit lane.

De esta forma, se descarga toda la información almacenada en el data logger para poder ser analizada. Los infrarrojos operan a partir de los 300 GHz. Es más lento que las ondas de radio, pero más fiable, aunque si el coche pasa lejos del muro puede haber mala recepción, y por tanto, pérdida de información.

Bien, hasta aquí los medios que se usan para el envío de información. Este es el momento para ver cómo se envían esas señales al muro.

Esquema de los dispositivos de telemetría

Para conocer mejor el sistema habría que diferenciar los elementos que forman parte del coche y los que están situados en la central de recepción de datos.

A- Coche: En él se monta los elementos claves, sin ellos no sería posible la telemetría en la F1. Los monoplazas actuales cuentan con una extensa red de sensores (400 aproximadamente) que recaban la información que será enviada a su ordenador central, el cerebro coche, la ECU (Electronic Control Unit). Todos los equipos que conforman la parrilla utilizan un modelo estándar fabricado por la escudería McLaren en colaboración con Microsoft.

La ECU está basada en la arquitectura Power-PC, cuenta con dos procesadores de 40MHz, 1GB de memoria estática, 1MB de memoria flash ROM y 1MB de memoria SRAM. Su tasa máxima de transmisión de datos es de 230Kbps. Bien, en este punto la ECU ya tiene los datos y ahora hay que transmitirlo. Para ellos los ingenieros usan un cable Ethernet o RS-232 para conectarla con un ordenador portátil cuando está parado el coche en boxes pero cuando está circulando utiliza dos dispositivos.

Por un lado la ECU codifica la información y la envía una antena emisora de microondas o bien al disparador de vuelta que se encarga de hacer lo mismo pero mediante infrarrojos.

Antena para la telemetría.

Cada monoplaza lleva incorporada una pequeña (y aerodinámica) antena situada en el morro y a más de 10cm de altura, para evitar que la curvatura de la tierra sea un obstáculo más. Es omnidireccional, es decir puede recibir o emitir datos en todas las direcciones (360º) y trabaja a una frecuencia de entre 1,45 y 1,65 GHz y una potencia de 160W. En la parte trasera del coche también se incorpora una segunda antena pero en este caso unidireccional.

B- Central de recepción.

Antenas de recepción .

Para poder enviar información a corta distancia, a lo largo de todos y cada uno de los circuitos del Mundial existen una serie de antenas repetidoras a las que llegan los datos desde los monoplazas. Esos repetidores redirigen la señal hasta el "centro de datos" de cada equipo (un camión situado en el 'paddock') y de ahí se manda al muro de boxes para que los directivos puedan ver como se está comportando el coche en la pista.
El dipolo o antena base situada sobre un mastil encima del "centro de datos" de cada equipo, tiene una potencia de 100W, cuenta con dos posiciones de banda de emisión/recepción: 1,45-1,55GHz y 1,55-1,65GHz.

Esta antena base va conectada a una unidad emisora/receptora CBR-610 que actúa como modem y des/encripta la señal con los datos codificados. Desde el mismo "centro de datos" también se envía la información directamente a la fábrica de la escudería vía satélite, usando antenas parabólicas trabajando en la banda SHF.

Para comprender mejor la complejidad y el entramado de datos que mueve todo el sistema merece la pena ojear este vídeo para que os hagáis una imagen de situación.

Bueno amigos, después de todo el proceso de recepción llega lo más importante. Recibir millones de bit de información durante una carrera es vital pero un dato es un dato. Todo este proceso no serviría de nada si no se pudiera sacar conclusiones de la información recibida y para facilitar la tarea existe un complejo sistema de software llamado Atlas que pule y da esplendor a todo lo recibido para que los ingenieros puedan interpretar fácilmente los resultados gracias a la lectura de los datos mediante complejas gráficas. Una muestra del resultado final podemos verlo en la imagen de abajo.
Por lo tanto, el descifrado de esos datos transmitidos por los sensores, el seguimiento del coche y tomar las decisiones correctas sobre los mismos datos, con independencia de si la decisión fue tomada por un hombre o una computadora es básico para el éxito de 'conducción' de los modernos Fórmula y merecen un artículo por sí solo. Será el siguiente de la lista, pero eso será otra historia.

MUCHA / POCA CARGA

La F1 es un deporte donde la carga aerodinámica juega un papel fundamental. Si tuviéramos que colocar en un lado de la balanza el valor que ejerce todo lo relacionado con lo aéreo y en el otro la mecánica está claro que el plato del primero sería más pesada. La irrupción de la nueva normativa sobre unidades de potencia y sobre todo las limitaciones que ha impulsado la FIA para restringir la aerodinámica han permitido que el desequilibrio que había hasta el año pasado se vea reducido pero aún así sigue siendo importante.

Cuando llevas mucho tiempo analizando los elementos que se van introduciendo en los coches ves como año tras año algunos elementos vuelven a la fisionomía del coche cual golondrinas que regresan al patio de mi casa por primavera. Hasta ahora normalmente solía mencionarlos pero ahora me parece más interesante dedicarle más tiempo para intentar que todos podáis ver hasta qué punto cambian dichos elementos. Me estoy refiriendo a las configuraciones extremas en cuanto a carga aerodinámica. Cuántas veces hemos escuchado decir que en Mónaco la carga de los coches es máxima gracias a que se aumenta la superficie alar y por el contrario en Monza se utilizan la mínima expresión en alas, pues aprovechando que estamos en el Gp de Italia veremos detenidamente esas diferencias. Vamos a verlas.

Máxima carga aerodinámica:

El objetivo fundamental de los ingenieros cuando configuran un coche con valores de carga aerodinámica altos es buscar la máxima tracción posible y para ello suelen aumentar tanto la superficie de los distintos alerones como la inclinación de los mismos. ¿Qué consiguen con eso? Al incidir el aire sobre dicho alerones se produce un empuje hacia abajo que permite a las ruedas transmitir más potencia sin patinar, incrementando la aceleración máxima posible. Cuanto mayor sea la velocidad a la que circula el coche mayor será la fuerza. Un ejemplo. A 300km/h la fuerza ejercida sería similar al peso de un elefante montado sobre el coche.

El inconveniente es que al aumentar la superficie y la inclinación de las alas se aumenta la resistencia que produce el aire al avance del coche reduciendo así su eficacia.

Mínima carga aerodinámica:

En objetivo ahora es reducir al máximo la resistencia aerodinámica (drag) para que el coche sea veloz en las rectas. Para ello se hace todo lo contrario, reducir la superficie alar y dejarla en la mínima expresión. Inconvenientes, se reduce el agarre mecánico y todo lo que lleva asociado a él. El coche a pasado de cargar un elefante sobre sus espaldas a tener una simple vaquita lechera haciéndolo inestable en las zonas de curvas rápidas y más lentos en las salidas de curvas lentas ya que ha perdido mucha capacidad de tracción.

Los dos elementos principales que permiten variar la carga son el alerón delantero y sobre todo el trasero. Una muestra de como varía la cantidad de flujo desviado con dos configuraciones extremas en los alerones traseros podemos verlo en la siguiente imagen generada por CFD.

Si os fijáis, en la parte superior se aprecia como se desvía una mayor cantidad de aire. Ese es el ejemplo de un ala con mucha carga. El la parte inferior vemos que la cantidad de aire desviado es casi nula. En ella se representa una configuración de carga muy baja.

La tendencia actual en los alerones delanteros parece haber variado con respecto a los últimos años y parece que todos han optado por la vía que marcara, como no Red Bulle en los dos últimos años. Vamos a explicarlo un poco y lo entenderéis.

Un F1 es una balanza equilibrada, metafóricamente hablando. Cuando los ingenieros actúan en una parte del coche también tienen que hacerlo sobre otras ya que el coche se descompensaría y me explico. Si yo quiero aumentar carga de la parte trasera por fuerza tengo que aumentar también algo en la delantera ya que la balanza dejaría de estar compensada. Si se aumenta la carga atrás se genera mayor empuje hacia el suelo en las ruedas traseras (el elefante gana diez kilos de peso). Esta acción hace que el empuje generado por el alerón delantero se vea reducido generando subviraje. Cuando el coche alcanza velocidades muy altas el peso generado detrás es tan alto que bajan la trasera del coche y “levanta” la delantera. Un ejemplo. Imaginaros un coche de calle vacío. En esa situación el chasis está horizontal. Si llenamos el maletero de peso vemos como la trasera está más baja, generando más agarre en las ruedas traseras pero por el contrario las ruedas delanteras reciben menos peso y por tanto pierden agarre. Cuando los cambios son pequeños se pueden compensar fácilmente inclinando un poco los elementos del alerón delantero o añadiendo lastre en la delantera del coche pero a grandes cambios hay que realizar modificaciones importantes. Por tanto para obtener estabilidad en el conjunto del coche hay que actuar tanto en la delantera como en la en la trasera del coche pero hacer cambios importantes en el alerón delantero tiene más consecuencias de las esperadas.

El ala delantera es la encargada de distribuir el flujo de aire que llega por la parte delantera al resto del coche. Permitir que la mayor cantidad de aire pueda sortear las ruedas es vital pero permitir que llegue aire libre de turbulencias a la zaga del monoplaza no lo es menos. Diseñar esa pieza bien es muy importante ya que puede comprometer el diseño del resto del coche. La tendencia anterior era crear alerones específicos, con mayor o menor número de aletines, planos, etc para algunas carreras que unidos a los alerones traseros produjeran la estabilidad pero la mayoría de las veces variaban la tan deseada circulación a lo largo del monoplaza rediciendo la eficacia del difusor. Red Bull optó por un modelo distinto y más eficaz. Ellos tenían un diseño de alerón estándar que conseguía enviar la mayor cantidad de aire a la salida del difusor y sobre ese diseño solo realizaban pequeñas modificaciones. Añadían o eliminaban pequeñas piezas, variaban las inclinaciones de los elementos, añadían o quitaban en otras partes del coche aletines según las necesidades del circuito pero siempre siguiendo un diseño que les permitía alcanzar la “perfección”. Si esa pieza va bien ¿Para qué cambiarla? Podías ver el alerón usado por el RB9 en Hungaroring y en Monza y las diferencias, que en principio deberían ser muy grandes eran realmente sutiles. En fin, lo dicho, son muchas son las horas de diseño, túnel de viento, etc que permiten hacerlo y todos parecen seguir dicha línea.

Una vez explicados estos conceptos vamos a ver ejemplos prácticos. Mi intención es hacer una comparativa con algunos equipos. Por ahora solo puedo mostraros la de Red Bull pero a medida que vaya obteniendo buenas imágenes haré lo mismo con los demás. Como dicen que una imagen vale más que mil palabras, ahí la tenéis.

La posición del coche en las dos imágenes que forman la comparativa son un poco diferentes pero prácticamente no altera el resultado. Están realizadas en Hungaroring y en Spa, dos pistas antagonistas. Vemos que la configuración del alerón delantero es muy similar a pesar de ser dos pistas que necesitan cargas muy diferentes. No solo de modificaciones en los alerones viven los ingenieros en aerodinámica. Como dije realizar modificaciones en la superficie o inclinación del ala trasera varía considerablemente el drag. Llegados a un punto poner más ángulo en los planos del alerón o aumentar su superficie genera más perjuicios que beneficios y optan por otras vías intermedias que no consiguen tanta carga como las actuaciones anteriores pero sí ayudan en el proceso y no produce tanta resistencia. Ahí entran en juego los monkey seat, un dispositivo situado en la trasera del coche que añade carga debido a la estructura alar que presenta. Su función es realmente otra pero ya la veremos en un futuro artículo pero como digo ayudan en el proceso.

Monkey seat bajo el alerón trasero.

Ya os digo, quiero hacer lo mismo con más coches, pero eso será otra historia.

ESCAPES ENCAPSULADOS EN EL F14T: NOVEDADES EN SPA

Empezaron a rodar los F1 en el trazado belga de Spa y como no espero encontrar demasiadas novedades en los coches ya que la evolución de los mismos está más o menos ventilada me centraré en otros aspectos que me resultan interesantes dejando quizás un poco de lado el análisis de los elementos que son propios de esta pista, llámense alerones traseros prácticamente sin ala, los delanteros cuarto de lo mismo, etc.

Hoy quiero hacer referencia al famoso recubrimiento de los escapes que Ferrari habían probando en Marussia y que se esperaba que hiciera su debut en el trazado de las Ardenas. Muchas veces los rumores nunca terminan confirmándose pero en esta ocasión si ha ocurrido. El sistema de escape se encuentra completamente encapsulado con una cubierta que contiene el calor. Parece ser que esto genera dos ventajas. En primer lugar impedía que parte del calor generado por los escapes se irradiara y por tanto perjudicara a otras partes del coche reduciendo las necesidades de refrigeración y la segunda ventaja venía producida por la misma contención del calor en el sistema de escape hace que el trabajo del turbocompresor sea más eficiente. Esto significa que llega más energía al turbo que se puede utilizar para mejorar el rendimiento de la MGU-H. Estaba previsto y así ha sido. El F14T presenta una nueva configuración con el encapsulado de las mismas como podemos ver en la siguiente imagen.

No seáis mal pensados, no es el simple papel de aluminio para envolver los bocatas, es mucho más complejo. Yo soy de los que opina que el recubrimiento metálico en si no es el responsable de la supuesta mejoría que produce, creo que tiene que ir asociado a otro elemento que también creó revuelo hace algunas fechas, una "pintura maravillosa" que según algunos era la responsable del milagro. Pues bien, ni es pintura y sobre todo, no es novedoso. Estoy hablando del recubrimiento de Zirconio o también conocido comercialmente con el nombre de Zircotec.

El material en si es un recubrimiento térmico de cerámica que utiliza una técnica de pulverización por plasma. Este es el principio básico para la fabricación del Zircotec. Para ello se genera una corriente de gas de un plasma de alta energía (aprox. 12.000 K), al cual se le agrega el material del revestimiento en forma de polvo. El material se funde y es impulsado sobre la superficie del sustrato, sobre el cual se endurece en forma inmediata. El proceso se puede realizar a presión atmosférica (air plasma spaying - APS) o en vacío bajo un gas protector (vacuum plasma spraying - VPS). Una vez aplicado, el revestimiento actúa como una barrera térmica y mantiene fría la superficie exterior del escape en su caso o aísla del calor a la fibra de carbono. Como estamos hablando de un estado de la materia muy especial la cantidad necesaria para su aplicación en mínima y por tanto no aporta peso a la pieza.

Esta técnica es muy apta para la generación de capas protectoras con un espesor definido. En este punto podemos decir que se pueden aplicar capas con espesores comprendidos entre los 0,05 mm en sus aplicaciones más delgadas y 0.5 mm en las más gruesas, dependiendo del nivel requerido de protección. Los equipos a menudo solicitan los revestimientos con un color determinado para colorear las zonas y así disimular qué material utilizan.
Revestimientos similares se pueden encontrar en varios componentes donde los compuestos de carbono mencionados anteriormente donde son necesarios protegerse del calor, como utilizaba Red Bull el año pasado para evitar que el calor de los escapes deformara el suelo del RB9 pero no solo se utiliza en la F1, en los escapes de algunas motocicletas de calle también son utilizados como escudos de calor para evitar producir quemaduras en los usuarios de las mismas. En este caso la función es la misma, aislar pero evitando la pérdida de energía desde dentro del escape hacia afuera.

Recubrimiento de Zirconio en el suelo del RB9.

La función es aumentar la potencia de la UP, dicen, cuentan que hasta 20 cv pero creo que se han pasado por lo menos un par de pueblos. Veremos si los rojos muestran cierta mejora en ese sentido en Spa ya que mucho tienen que progresar para poder ser competitivos, pero eso será otra historia.

NOVEDADES EN HUNGRÍA

Empezaron a rodar los coches en el trazado de Hungaroring y nada nuevo que reseñar, dominio de Mercedes como siempre y el resto, por detrás. En esta ocasión si hay algunas cosas interesantes que analizar y a pesar de que algunas de ellas se utilizaron en la anterior carrera pertenecen merece la pena dedicarles un poco de tiempo a ellas.

La primera hace referencia a un supuesto recubrimiento de los escapes que estaría probando Ferrari en su “filial” Marussia. La noticia surgió a partir de un artículo técnico en la web de la FIA que venía a decir que uno de los elemento que permitían mejorar el rendimiento de los Mercedes, otro más, se debía a un sistema de escape que se encuentra completamente encapsulado con una cubierta que contiene el calor. Según el autor del artículo esto generaba dos ventajas. En primer lugar impedía que parte del calor generado por los escapes se irradiara y por tanto perjudicara a otras partes del coche reduciendo las necesidades de refrigeración y la segunda ventaja venía producida por la misma contención del calor, pero a mi parecer su explicación se difuminaba ya que carecía de razonamiento. Según cuentan el calor es energía, cierto, por lo que contener el calor en el sistema de escape hace que el trabajo del turbocompresor sea más eficiente. Esto significa que llega más energía al turbo que se puede utilizar para mejorar el rendimiento de la MGU-H. ¡Uf!, no dudo que sea así pero hasta donde yo sé, el turbo funciona gracias a la velocidad de los gases de escape y no tanto por su temperatura.

Analizando un poco la situación creo tener las cosas bastante claras. Seguramente sea cierto lo que dicen pero la razón principal de utilizar este tipo de encapsulado es aislar los escapes, lo demás es secundario. Como dije, el turbo funciona gracias a que los gases de escape chocan contra sus aspas y lo hacen girar produciendo fuerza de giro en el compresor y energía con el MGU-H. Es verdad que a mayor temperatura, menor densidad de los gases. Cuanto menos denso sea un fluido más rápidamente podrá circular por un tubo ya que hay menos partículas con las que chocar en el camino. Un ejemplo, un gas circula más rápido por una tubería que un líquido al ser éstemás denso, pudiendo extrapolar el ejemplo a dos gases que tienen distintas temperaturas. Pero hay un problema, el turbo no está completamente abierto, hay instantes donde las aspas impiden la salida de los gases y esta puede ser la segunda causa que pueda producir beneficios. Si el conducto de los escapes se mantiene a altas temperaturas evitarán que se enfríen en parte los gases de escape y la presión de salida no se vea reducida. A mayor temperatura, mayor será la presión de un gas, ejerciendo más fuerza sobre las aspas de la turbina.

En definitiva, mejora será pero no como para generar 20cv de potencia que según algunas fuentes se podría obtener con ello. La razón es una, estas teorías son más viejas que Matusalen y se dan en primero de física. Creo que hay gente lo suficientemente competente dentro de los equipos como para haber pasado por alto esto y no dudo de la pericia de los chicos de Mercedes por ser los primeros en utilizarlo, como vemos en la anterior imagen, dudo más que sea equipos como Caterham los segundos en usarlos.

El equipo malayo hace tiempo que utiliza este sistema y a diferencia de los alemanes que unifican todas las salidas de escapes en una sola tubería, ellos canalizan individualmente cada salida para posteriormente unificarlas todas en una como vemos abajo.

Marussia que está suministrada con los motores Ferrari también están trabajando en esta área y desde Bahrain el MR03 habían estado utilizando una cubierta de carbono para simular la solución de Mercedes pero en la prueba de Silverstone reciente y en Alemania según cuentan también han envuelto en un material resistente al calor los tubos de escape pero no hay imágenes de ello.

Lo que si puedo mostraros es parte de esa carcasa que protege del calor. Si os fijáis en la siguiente imagen, en la parte trasera de los escapes, a unos centímetros de distancia hay una estructura que tiene la misma forma. Lo he remarcado para poder apreciarse mejor. Cuenta con dos anclajes en cada lado para atornillas la parte delantera que se muestra en la instantánea. Se espera que Ferrari contar con una solución similar para su F14 T listo para Bélgica.

La segunda cosa que me ha llamado la atención es la flexibilidad del alerón delantero del Williams gracias al tiro de cámara utilizado por la realización. En las imágenes mostrada por la FOM se aprecia parte del alerón delantero desde la cámara del morro. ¿Qué hay de curioso en ella? Pues que se aprecia que el parte de los planos que forman el alerón se comprimen o se doblan hacia atrás cuando el coche alcanza las velocidades más altas, volviendo a separarse cuando se reduce la misma. Esto es muy importante ya que reduce la resistencia cuando está lanzado y aumenta la carga del tren delantero en las zonas lentas del trazado.

Como es lógico superará la pruebas de flexión de la FIA pero habrán encontrado algún resquicio para poder hacerlo. Se formará el revuelo, ya lo veréis. Bueno amigos, me dejo en el tintero un por de cositas, el alerón trasero de McLaren y los diferentes generadores de vórtices que últimamente pueblan los difusores. Intentaré mostrároslo mañana, pero eso será otra historia.

Pd: La fumata blanca del Marussia no lo habrá producido las pruebas de Ferrari, ¿no? jeje

EL FRIC ILEGAL.

Ya estaban tardando mucho en buscar cualquier historia para que el personal siguiera sentado delante de la televisión el resto del campeonato después de la demostración de poderío de Mercedes. No es que sea desconfiado, que lo soy pero esta historia se asemeja mucho a una vivida hace años. La cosa no es para menos. Me imagino lo sucedido, hojita del abuelete Bernie a la FIA con los datos de audiencia de las últimas carreras unidas a otro estudio sobre los posibles efectos del dominio de los plateados en la misma y listo, empezamos la caza de brujas similar a la que padeció Renault con su famoso mass dumper.
La historia surgió después de que Autosport anunciara que la FIA pretende prohibidos a partir del próximo Gran Premio de Alemania el sistema de suspensión FRIC, uno de los puntos fuertes del poderoso W05 de Mercedes. Así pues, a menos de dos semanas de la próxima carrera en Hockenheim, la FIA ha informado que la suspensión frontal y trasera interconectada (FRIC) utilizada por la mayoría de escuderías es ilegal. ! Toma ya! Ahí, sin anestesia ni nada.
El órgano de gobierno escribió a los equipos este mismo martes para comentarles que, tras las investigaciones detalladas sobre el diseño de los sistemas de fricción, se cree que están en violación de las reglas, tal y como expresa Charlie Whiting en la propia nota.
"Habiendo visto y estudiado casi todos los diseños actuales de FRIC; nosotros, la FIA, somos formalmente de la opinión de que la legalidad de todos esos sistemas podrían ser puestas en duda". En esta misma línea, el hombre que encabeza el departamento técnico de la Fórmula 1 sugiere que la forma en que el sistema de suspensión ayuda a controlar el cabeceo y balanceo estaría en violación del artículo 3.15 del reglamento de las normas técnicas, el cuál expresa:
"Se prohíbe cualquier parte del coche que influya en la aerodinámica que no esté rígidamente fijada a la parte totalmente suspendida del vehículo". En definitiva, lo que realiza el sistema FRIC es una vinculación entre la suspensión delantera y trasera para mantener una altura constante y así mejorar el rendimiento.
Bien, hasta estamos de acuerdo pero me pregunto yo ¿Por qué no se prohibió el año pasado si ya lo estaban utilizando?¿El año pasado era legal y este no?¿Qué ha cambiado? Ya os lo digo yo, el dominio de los Mercedes.
Vamos por partes, creo que sería conveniente recordaros a todos cuáles son las bases del sistema FRIC y cómo funciona para saber de que estamos hablando.

El FRIC o “Front and Rear-Interconnected“, es la palabra que se utiliza para describir un sistema que lo que hace es interconectar las suspensiones delantera y trasera. El sistema es más complejo ya que no se queda solo ahí, también interconecta los dos brazos de una misma suspensión, es decir la delantera izquierda con la derecha y lo mismos sucede en el tren trasero. Para aclarar el concepto voy a recordar algunos conceptos de forma breve.

Cuando se realiza el diseño de un F1 usando los nuevos programas de CFD se busca que el coche tenga la mejor aerodinámica posible. Ese es el objetivo pero luego hay muchos factores que hacen el diseño imperfecto y una de ellos son las suspensiones. ¿Por qué? Fácil. Un ingeniero puede teorizar cuál será el tránsito de los diferentes flujos de aire por el coche en unas condiciones ideales y eso solo se produce cuando el coche tiene una posición estática. Tener un coche con todos los parámetros de medidas fijos, es decir que las medidas de altura del alerón delantero y trasero, la inclinación del coche (rake), etc sean constante solo se producen cuando el monoplaza está aparcado en el garaje. Eso es una utopía, el coche se creo para correr lo más rápidamente posible y por tanto nunca está quieto. Todas esas medidas van cambiando constantemente a medida que el coche frena, pasa por una curva o aceleran y por tanto la eficacia es menor. Por tanto, tratar de buscar un equilibrio ideal entre rendimiento de la suspensión y la aerodinámica es vital y no solo ahora sino durante muchos años.
Pero ¿Qué hacer para evitar esto? Bien, para solucionar el problema primero tendremos que saber que es lo que ocurre en el coche en las circunstancias donde pierde el equilibrio.
Frenada: El coche cuando frena desplaza su peso hacia delante debida a la inercia que tiene su masa y el centro de brevedad se adelanta. Por tanto, el morro está más cerca del suelo y la parte trasera del coche se levanta, aumentando el Rake del coche.

Aceleración: Cuando el coche acelera sucede lo contrario, la masa se desplaza hacia atrás y su centro se retrasa. En estas circunstancias el morro se levanta y la parte trasera se baja disminuyendo el Rake.
Curva: Es más complejo si se asocia a una frenada o a una aceleración pero si lo aislamos todos sabemos que tanto la masa como el centro de gravedad se desplaza siempre hacia el exterior de la curva.

Vemos como hay muchos puntos donde el equilibrio se pierde. El problema en los monoplazas actuales es la inconsistencia aerodinámica, es decir, la pérdida de apoyo aerodinámico cuando el coche “cambia de postura”, por ejemplo al balancearse en las curvas, lo que lógicamente resta confianza al piloto. Recordar por ejemplo uno de los problemas del F2012 era que cuando activaba el DRS entraba en pérdida el difusor de ahí que no tuvieran buenos resultados en la calificación.
Contra más blanda sea una suspensión, más efecto producirá ya que estos balanceos serán mayores, pero claro, no podemos variar la dureza de las suspensiones durante una carrera, ¿o sí? Pues sí, esta es la solución, contener esos movimientos para mantener el máximo apoyo aerodinámico en todo momento, lo que aumenta la estabilidad, la confianza del piloto, y hace más fácil el trabajo de los neumáticos y no es algo nuevo ya que fue uno de los elementos que hizo imbatibles a los Williams en sus años dorados, las suspensiones activas que modificaba la dureza, alturas mediante electrónica. Por tanto, no es nuevo pero hay un problema, se ilegalizó.
¿Qué están han hecho los equipos para evitarlo y estuvieran dentro de la legalidad? Utilizar fluidos hidráulicos para conseguir el efecto y de esa idea nació el “FRIC”.

Objetivo, mantener el coche en posición constante respecto a la pista

El objetivo de estos sistemas es evitar los balanceos en curva, y el hundimiento de la parte delantera o trasera al frenar o acelerar y contener los movimientos del chasis respecto a la pista. Para ello unen las suspensiones del eje delantero y trasero con conductos hidráulicos. Con este sistema se eliminan los elementos mecánicos de control de oscilación vertical y barras estabilizadoras que contienen el balanceo, para sustituirlos por un sistema hidráulico pasivo.

En un amortiguador normal hay dos cámaras dentro de él con fluido hidráulico. Cuando la rueda sube o baja se origina un aumento de presión en una de las cámaras y empieza a verter fluido hidráulico a la otra cámara que tiene una presión menor mediante unas válvulas. Este control en el movimiento del fluido de una cámara a otra es el que crear el efecto amortiguador

En un F1 es sistema es algo diferente. Los amortiguadores(amarillo) están conectados mediante conductos (azules) a un depósito central con válvulas (rojo), mientras que el ‘efecto muelle’ lo realizan las barras de torsión.

En estas unidades pasivas el fluido no se desplaza de una cámara a otra del mismo amortiguador, sino a través de conductos de un amortiguador al opuesto. Cómo actúen las válvulas en el depósito central para interconectar ambos amortiguadores determina cómo reacciona la suspensión. Vamos a verlo ahora.

El sistema puede trabajar en dos modos según la actuación de las válvulas:

A- Con las líneas de fluido en paralelo. De esta forma los ingenieros contendrán las variaciones de altura del eje. Cuando un eje tiende a perder altura o ganarla en las frenadas o en las aceleraciones, se crea alta presión en las mismas cámaras de los dos amortiguadores. Al unir en paralelo se crea una resistencia a que el fluido se desplace, resistiéndose a los cambios de altura del eje.
Este último hecho permitió ser legalizado ya que hace un año no se consideró como una ayuda electrónica ya que funcionaría con un sistema hidráulico y no a través de una configuración meramente electrónica.

B- Con las líneas de fluido cruzadas: con esta configuración los ingenieros contienen el balanceo del coche. Cuando el coche se balancea en una curva, una rueda sube y la otra baja, por lo que la cámara superior de un amortiguador y la inferior del otro generan alta presión. Con las líneas cruzadas estaremos uniendo las dos cámaras con alta presión, lo que crea resistencia a desplazar el fluido y por lo tanto a que el coche balancee.

Como vemos, hay dos modos de funcionamiento, y es el sistema de válvulas que conecta los conductos hidráulicos el que según la conexión que realice, cambie de uno a otro. Una vez que se tenga la capacidad de adaptar la amortiguación y su rigidez al control de la altura del eje y a su balanceo, el siguiente paso es controlar las diferencias de altura entre el eje trasero y delantero, y esto se realiza uniendo la suspensión delantera con la trasera. Al frenar, el eje delantero pierde altura y el trasero la gana (al contrario al acelerar), así que con los mismos principios de funcionamiento que hemos explicado, pueden controlarse. Como podéis imaginar, el sistema es complejo de hacer funcionar correctamente.

Por tanto, estas suspensiones interconectadas ayudan a mantener una plataforma aerodinámica más constante que permite al equipo para ajustar el ángulo de inclinación de forma que no tienen por qué temer que tocar fondo, la maximización de la carga aerodinámica que puede ser generado por el sellado del difusor / escape. Expertos en suspensiones ya señalaban que desde el año 2011 la gran mayoría por no decir todos los equipos utilizaban suspensiones interconectadas que permiten controlar los movimientos del chasis independientemente de la dureza de los muelles, que pueden ser más blandos para mejorar el agarre mecánico ahora bien, desde el 2013 se sabe que el sistema utilizado por Mercedes es el que mejores resultados obtiene.

Querer entrar a limitar su uso ahora, precisamente ahora es lo que llama la atención. Creo que los responsables en el apartado técnico de la FIA han tenido tiempo más que suficiente para haber analizado en profundidad este sistema como para tener que ser retirado en plena temporada. Estamos en la historia de siempre, si dicen que es ilegal que sancionen al o los equipos que monten un sistema que no cumpla con la normativa. Me parece esperpéntico que a estas alturas de la temporada la FIA proponga retrasar hasta el año 2015 la prohibición de su uso si existe un consenso unánime entre todos los equipos de la parrilla. Para mear y no echar gota, es como si un juez en pleno juicio dijera: Señores ladrones, si todos llegamos a un acuerdo podéis robar diez bancos sin ser castigado, eso sí si todos estáis de acuerdo.

El problema es que seguramente los peores ladrones no serán capaces de robar ni uno y dirán que no. Algo parecido veamos seguramente. O los grandes regalan tecnología a los pequeños o la decisión de eliminar el FRIC no se aparcara. Aquel equipo que tenga un diseño FRIC poco evolucionado puede arrastrar a todos al desastre.

La eliminación de este sistema trae consigo muchas consecuencias. Por un lado las prestaciones de los coches se verán reducidas, perderán estabilidad en determinadas zonas del circuito (zonas de frenada, curvas rápidas, en las S), se producirá una pérdida de homogeneidad en el desgaste de los neumáticos, por tanto afectará por fuerza a los tiempos por vuelta y seguramente permita que algunos equipos recuperen una parte del terreno perdido sobre otros menos Ferrari que seguramente perderá más que ninguno como suele ser habitual, jeje.

Pues nada chicos, estas tenemos. Whiting ha dejado claro que a partir de la próxima carrera en Alemania, cualquier equipo que corra los riesgos de utilizar el FRIC verá como se le comunica a los comisarios de la FIA por incumplimiento de la normativa. Además, esto también abre la puerta a que cualquier conjunto pueda protestar por la ilegalización de sus rivales en la próxima carrera. ¿Llegaremos a ver esto? Posiblemente aunque si tengo muy claro es que de no existir las circunstancias actuales en el campeonato esta medida no se hubiera tomado. Creo que es una medida tomada a la ligera, sin causa argumental y que solo tiene como objetivo menear el árbol por si alguna fruta madura cae y el resto del personal puede animar la fiesta. ¿A quién beneficiará y perjudicará más esta medida? Pronto lo sabremos , pero eso será otra historia.

DESVELANDO LOS SECRETOS DEL ERS-H

Segundo artículo de la trilogía sobre las unidades de potencia en la web de Caranddrivers. En él analizo los entresijos de uno de los elementos que más quebraderos de cabeza esta dando este año, el ERS-H. Espero os guste.

EXPLICANDO EL ERS, SEGUNDA PARTE

DEL INTERCOOLER DEL FW36 A LAS TEORÍAS DE LA CONSPIRACIÓN.

Williams, la gran sensación de las dos últimas carreras. Ahora todo son elogios para los de Grove, faltaría menos. Para mi es toda una sorpresa. Verlos en la situación actual, en un momento de la temporada que en condiciones normales marcaría el punto de inflexión donde los equipos con pocos recursos económicos ven a sus coches ir paulatinamente buscando la cola del pelotón frente los grandes inversores que hacen todo lo contrario, ir hacía la cabeza, me resulta desconcertante. El presupuesto de los ingleses no es que sea muy alto así que extraña la mejora de prestaciones que hemos podido ver en estos quince días. ¿Qué ha pasado para que esto ocurra?

Han surgido un sin fin de teorías sobre su exponencial mejora. Que si han recibido un trato privilegiado por parte del motorista, cediendo software pata negra para la gestión de la unidad de potencia, que si usan una ubicación especial de su intercooler, todas son más o menos factibles pero yo tengo la mía propia, es menos extravagante pero reconozco que tengo poca imaginación. Soy de los que opina que han coincidido dos trazados con similares características que se han adaptado perfectamente al estilo del coche. Si echamos la vista atrás y buscamos otro ejemplo de lo sucedido en Austria solo podemos encontrar el Gp Australia donde los FW36 mostraron cualidades de su potencial. Es curioso ver que el trazado de Melbourne sigue las mismas líneas generales observadas en Spielberg o Montreal, una pista sin curvas rápidas, de alta velocidad debido a sus continuas rectas, fuertes frenadas.

Queda claro que este es el prototipo de pista ideal para ellos. Si miramos al horizonte solo Monza se adapta a la perfección y salvo sorpresa volverán a estar en la lucha, si el muro no lo impide claro está.

Si, es verdad que el coche tienen cosas interesantes y que han surgido a la luz este fin de semana, en concreto la ubicación de su intercooler pero no es menos cierto que esta pieza ya estaba situada en ese sitio desde principios de la temporada (no es un elemento que puedas cambiar de sitio así porque así) y ha habido carreras donde no han brillado, por tanto no es un factor determinante.

La flecha roja muestra uno de los intercoolers del FW36.

¿Qué tiene de especial su intercooler? Mirándolo bien, poco, una forma más de las muchas vista hasta ahora. Veamos. El equipo de diseño de Williams ha optado por situar su intercooler en una posición poco común, entre el motor propiamente dicho, el depósito de combustible y la batería del ERS.

Bien, cuando realicé el análisis del secreto de la unidad de potencia de Mercedes comenté que los alemanes habían optado por colocar el compresor en la parte delantera del motor. Esta situación tenía como medida positiva evitar que el calor generado en la turbina afectaba lo menos posible al aire que se utilizará para alimentar el motor pero tenía elementos en contra y uno de ellos era que la unidad debía de retrasarse debido a que tenían que dejar espacio entre el depósito de combustible y el motor para situar el compresor.

En el esquema superior se puede apreciar la separación que he mencionado. La realidad es algo diferente como veremos después pero a modo de ejemplo sirve para que lo entendáis mejor. Mercedes parece ser que optó por alargar la parte inferior del depósito para cubrir el espacio generado debajo del compresor y Williams ha optado por situar en ese espacio el intercooler.

La medida es “original” ya que sitúa una pieza de un peso considerable cerca del suelo consiguiendo una mejora en el centro de gravedad del coche. El inconveniente son dos, por un lado en esa posición es imposible que incida sobre él aire de forma directa por tanto hay que optar por utilizar un sistema doble, es decir, un intercambiador agua-aire para enfriar el aire al motor y otro en los pontones del coche del tipo aire-agua para refrigerar el agua calentada en el paso anterior. El segundo lo genera el inconveniente anterior, al utilizar líquido refrigerante aumentas el peso del sistema aunque puedes reducir el tamaño del primer intercambiador.

Como digo, no habría que achacar a este elemento las elevadas prestaciones mostradas por los coches en estas últimas carreras ya que rediseñar la ubicación del intercooler obligaría a redistribuir muchas piezas a lo largo del coche y eso es demasiado trabajo. El método usado es una forma distinta de obtener similares resultados que en Mercedes. Los alemanes tienen un sistema totalmente distinto, usando un intercambiador aire-aire para realizar el proceso, situando junto a los laterales de la cabeza del piloto, en el área superior del chasis. En esta ocasión no utilizan los pontones laterales para situar los radiadores. ¿De dónde obtienen aire frío para realizar la refrigeración? Utilizan parte del flujo obtenido en la toma principal de aire del coche, la que está situada encima de la cabeza del piloto, que pase a través del intercooler y salga posteriormente del coche. Como veis, se parece lo mismo que un tomate a un plátano.

Esquema de la ubicación del intercooler del W05, en el circulo amarillo.

Si es verdad que los chicos de Williams han sido inteligentes a la hora de diseñar de esta forma el coche. Conseguir ubicar una de las piezas que más volumen ocupa en un sitio estratégico permite liberar espacios en otras zonas del coche, estilizando su figura, mostrando pontones más estrechos que reducen la resistencia aerodinámica, una relación de marchas ideada para alcanzar velocidades puntas muy altas, todo ese conjunto de medidas hacen que en ocasión, en las pistas con características antes mencionadas puedan llegar a mostrar un potencial muy alto.

Siempre he dicho que una mejora en el motor asociaba un aumento de rendimiento de unas décimas, un buen paquete aerodinámico, medio segundo y en las ruedas segundos. Todo esto ha cambiado. En una competición que muestra signos de mantener verde las prestaciones de sus unidades de potencia, cualquier mejora en este sentido te puede alzar de una semana a la otra. Tengo meridianamente claro que si hay algo que haya cambiado en el FW36 es la gestión de su UP, ahora bien sobre la posibilidad de que Mercedes haya cedido/asesorado cuál sería el camino a seguir a la hora de configurar dichas unidades para poder obtener de ella el máximo rendimiento posible diría que en la F1 no existen las hermanas de la caridad y que nadie se hecha piedras sobre su propio tejado. Ese es mi parecer.

Esas teorías de basan en la existencia de un nexo de unión entre los dos equipos. El Sr Toto Wolff, actual jefe de Mercedes Motorsport, un ex miembro del equipo de Frank Williams. Según dicen, cuentan, él habría concedido el suministro de motores y la idea correcta para hacer el coche competitivo.Si a eso unimos a la inexplicable y penosa actuación desde el muro en el pasado Gp de Austria alimenta las teorías. ¡Encima que me dan mejoras no les voy a ganar!, pensarán algunos. La verdad es que si esa es la causa del desastre estratégico en Austria lo hicieron a la perfección aunque yo les aconsejaría otros métodos, hubiera sido mejor bajar un poco el rendimiento de sus unidades ya que por lo menos nadie les hubiera tachado de tontos, ineptos e incompetentes.

En un mundo donde el secretismo es la biblia de todos sus integrantes ¿Va a ser alguien capaz de ceder información privilegiada a un tercero cuando eres el dominador absoluto de la disciplina? ¿Red Bull cedió a Toro Rosso los datos suficientes para poder estar más arriba? Yo apostaría que no. La F1 no es una carrera al 100 metros lisos, mas bien diría que es una maratón. Lo que hoy puede ser una información privilegiada, conceder da a un tercero el don de rendir mejor durante algunas carreras, mañana puede que dicho equipo consiga encontrar otro punto en el desarrollo potencial del coche lo suficientemente importante para hacerlo ganador y te fastidian el negocio de los años venideros. En este sentido, de haber encontrado el santo grial habrá sido mérito de los de Grove más que una generosidad de los alemanes.

En fin como decía un profesor mío en la facultad las teorías, teorías son. Veremos si la mía es cierta y en Silverstone vuelven a su posición natura, de no ser así tendremos más de variedad en las primeras filas de la parrilla, algo que por supuesto sería de agradecer, pero eso será otra historia.